巨型稻能大幅降低稻米中镉的含量
（夏新界， 2025）一、水稻镉污染现状
镉（Cd）是一种毒性极强的重金属元素，是人和植物非必需元素。镉进入人体后，对肾、肺、肝、睾丸、脑、骨骼及血液系统等产生损伤，造成急性或慢性中毒，甚至癌变。
镉容易被水稻吸收，可以在不影响水稻生长的情况下积累较高含量。稻田镉污染的来源主要有大气污染、污水灌溉、污泥农用及农业施肥，镉主要积累在 0-20cm 表层土壤。椐统计, 目前我国受镉、铅、铬等重金属污染的耕地面积近 2000万公倾(3亿亩), 约占总耕地面积的20%。我国平均每年被重金属污染的粮食达1200万吨，造成直接经济损失超过200亿元。其中镉污染问题相对突出，我国镉污染稻田面积达27.86万公倾，遍及11个省市，年产镉超标农产品超过 150万吨。湖南省被镉、铅等重金属污染的土地占全省总耕地面积的23.7%，广西省稻田耕层土壤中镉含量平均值为0.53 mg/kg。
土壤镉含量与稻米镉呈显著正相关关系。据报道，当土壤镉含量为2.21 mg/kg
时，糙米中镉含量可达 2.64 mg/kg。大多土壤条件下,稻米镉超标（0.2mg/kg）的稻田土壤镉阈值为 0.27 mg/kg。水稻全生育期淹水条件下, 酸性水稻土壤镉的临界含量为1.61 mg/kg。
我国市售大米Cd含量国家限定标准为0.2mg/kg，Cd超标大米约占10%。我国年产大米近2亿吨，即有2000万吨大米Cd含量超过标，有些稻米Cd含量甚至高达4-5mg/kg。总体而言，南方地区稻米Cd超标率在23%左右，在污染较为严重的省份如湖南、广东和广西，稻米超标率高达60%-88%。江西、广西、辽宁、湖南某些地方的稻米中镉平均含量均大于1 mg/kg，最大值达到936 mg/kg。
研究发现，稻米大约 90%的 Cd 主要是在稻田排水氧化阶段积累的，这个时期对应的是水稻抽穗至成熟阶段，而硫化物氧化和土壤pH降低是导致稻田土壤氧化阶段Cd生物有效性大幅度增加的两个主要因素。Cd在水稻中的含量是根系> 茎叶>颖壳>米粒，因而镉胁迫对根的抑制作用大于对芽的。阻抗农田Cd污染的方式：一方面能培育稻米Cd含量安全的水稻品种；另一方面还能通过秸秆等部位高积累 Cd 的水稻品种来移除土壤 Cd。一些田间管理措施能有效降低稻米 Cd 的积累。提高土壤pH，可降低Cd的活性。每亩施用50公斤石灰，可使土壤中有效镉降低15%左右，使水稻谷子中镉含量下降59%。施用无镉有机肥，也可起到降镉效果。稻田通过水淹可抑制水稻对镉的吸收。
二、巨型稻能大幅降低稻米中镉的含量
巨型稻株高达1.8-2.2米，较普通水稻高出1米左右。经多年种植分析表明，巨型稻能显著降低镉在稻米中的积累。2019 年种植于湖南长沙县金井镇的 4 个巨型稻品系，检测分析显示，比较种植于同一地段的普通水稻，巨型稻米中镉的含量都是最低的，远低于国家标准红线（图1）。
图1种植于湖南长沙县金井镇巨型稻米与普通稻米中镉含量检测分析。巨型稻米镉含量远低于国家标准红线。图中中科院1号、中科院5号、中科院6号、中科院8号分别为巨型稻1号、5号、6号、8号。
2020 年种植于湖南临武的巨型稻米， 检测分析表明，稻米中镉含量仅为
0.043 mg/kg（图2），远低于国家标准红线（0.2 mg/kg）。
图2种植于湖南临武巨型稻米中镉含量检测分析。
2021 年种植于湖南茶陵县镉污染稻田的巨型稻，检测分析表明，土壤中镉的含量为0.55 mg/kg，尽管因大旱缺水.巨型稻有效阻止土壤中镉进入到植株体內的能力受到影响，巨型稻米中的镉含量仍仅为0.198 mg/kg，大幅降低了镉在稻米中的积累，变本应为镉污染大米为符合国家标准（0.2 mg/kg）的安全大米
（图3）。
图3巨型稻可有效阻止土壤中的镉进入到稻米中
华南农大吴启堂教授课題组（2024）的研究数据显示(图4)：在镉含量高达 1.2 mg/kg的稻田土壤里种植稻巨型稻，早稻谷中的镉含量仅为0.02 mg/kg，晚稻谷中的镉含量仅为0.04 mg/kg。稻谷中镉的含量在早、晚稻中分别降低了62 和 31 倍，均远远低于国家大米镉的含量红线标准 0.2 mg/kg。同样的低镉含量也在巨型稻秸秆中检测到，早稻巨型稻秸秆中的镉含量仅为 0.04 mg/kg，晚稻巨型稻秸秆中的镉含量仅为 0.08 mg/kg，均远低于国家饲用秸秆的镉含量红线标准1.0 mg/kg。进一步研究表明，巨型稻的根系对镉具有很強的阻滞固定作用，发现有38%的镉被根系的表面抓住了，还有45%的镉被根系细胞的壁给固定下来了，只有17%的镉进入到了根系细胞质中被运送到茎叶等其它的部位。
图4 巨型稻与丝苗水稻中的镉含量比较
三、巨型稻可用来修复镉汚染的土壤
有趣的是，进一步的研究发现（华南农大吴启堂等，2024），采用不同的种植管理手段，巨型稻还可用来修复镉汚染的土壤。其具体操作是：在镉汚染的稻田，早稻常规种植巨型稻，产出的稻谷与秸秆，均低镉安全（巨型稻有效降镉能力）。收割后做再生稻，再生稻分蘖完成后稻田排干水，保持不灌水直至成熟收割，发现谷子与秸秆均高镉（巨型稻的镉能力），收割后秸秆移走不回田，土壤镉降低。坚持数年后，田土中的镉被逐渐清除掉，直至土壤修复完成。这一技术已被华南农大吴启堂教授等申请了发明专利：“一种巨型稻再生落干栽培修复镉汚染土壤的方法”
