水稻是世界上最为重要的粮食作物之一，其产量和品质一直受到人们的关注^[1-3]。农田土壤重金属污染是影响稻米品质的重要因素，稻米中铅(Pb)、镉(Cd)的含量是农产品质量安全检测的重要指标^[4]。作物中重金属积累会影响食品安全，甚至引发公共事件^[5-7]。

稻田水分和密度的管理与水稻产量、杂草控制和籽粒重金属含量有密切关系。李贵等^[8]研究发现‘华抗草78’配合10 cm水层和每公顷45~60万株苗的种植密度，能够提高对杂草的控制，达到增产的效果；Limura^[9]发现水分影响作物对重金属尤其是Cd的吸收；Hu等^[10]发现增加土壤水分有助于降低水稻对重金属Cd的吸收；张苏波^[11]在探索不同水稻品种吸收重金属的试验中发现籼稻的吸Cd速率高于粳稻2倍以上。化感水稻本身具有抗草的作用，目前鲜有关于化感水稻吸收重金属的研究报道，是否可以运用化感水稻品种结合水分和密度管理，实现既能减少杂草危害，稳产增产，又能降低籽粒重金属含量，改善稻米品质的目标，为水稻安全生产以及重金属污染土壤综合利用提供参考，促进化感水稻品种的推广和使用。

本研究以华南农业大学农学院水稻化感作用研究课题组育成的‘化感稻3号’、‘化两优78号’和当地常规品种为材料，通过不同水分和密度管理，分析化感水稻在不同水分和密度管理条件下籽粒中Pb和Cd的含量及其产量和品质差异，为构建化感水稻高产优质安全的栽培技术提供参考。

1 材料与方法 1.1 供试材料

化感水稻品种：‘化感稻3号’、‘化两优78号’。对照品种为当地常规种，早季：‘玉香油占’，晚季：‘百香占’，均为广东省江门市新会区大泽镇百业科绿机械化专业合作社主栽品种。

1.2 试验设计

试验于2016年在广东省江门市新会区大泽镇张村进行，试验地为水稻土，土壤性质：pH 5.2，有机质39.54 g·kg^–1，碱解氮165.58 mg·kg^–1、速效磷131.68 mg·kg^–1、速效钾193.54 mg·kg^–1、Pb 78.32 mg·kg^–1、Cd 0.17 mg·kg^–1。根据中华人民共和国国家标准GB15618—1995^[12]土壤环境质量标准规定的土壤环境质量标准w(Pb)≤250 mg·kg^–1，w(Cd)≤0.60 mg·kg^–1可知，试验地重金属含量合格。

秧盘育苗至3叶期时进行人工移栽，每穴2株，采用裂区设计。主区设2个水分处理：孕穗期晒田WN、孕穗期不晒田WS；水分管理时间：早季(5月7日—5月28日)、晚季(9月11日—10月8日)。期间高筑田埂，并覆盖薄膜，防止田间水分流失，地表水层过低时利用水泵灌水，保证地表有2~6 cm的水层。晒田结束后，WN区与WS区田间水分管理保持一致。裂区设2个种植密度：当地种植密度DN(每公顷31万穴)、高密度DH(每公顷52万穴)，DN株行距为16 cm×20 cm，DH株行距为16 cm×12 cm。再裂区设4个水稻品种材料。试验共设12个处理，每个处理重复3次，每个小区面积11.52 m²，小区间距0.4 m，试验地总面积633.65 m²。试验过程中施肥、病虫害防治等与当地一致。

1.3 指标及测定方法 1.3.1 稻米产量和品质测定

每小区随机取5穴，收获后自然风干，统计单穴有效穗数、实粒数、空秕粒数、千粒质量和产量。待收获3个月后，将籽粒做干燥处理，使含水量(w)在12%~14%之间，去除青米、碎米和杂质，参照中华人民共和国国家标准GB/T17891—1999^[13]进行米质分析，包括加工和外观品质等。

1.3.2 稻米Pb、Cd含量测定

Pb和Cd含量参照中华人民共和国国家标准GB5009.12—2010 ^[14]和GB5009.15—2014 ^[15]进行测定。

1.4 数据处理

试验数据采用软件SPSS 19.0和Excel 2010处理，采用Duncan’s法分析处理间的差异显著性。

2 结果与分析 2.1 水分、密度与化感水稻产量及其构成的关系

水分和密度不是影响稻米产量的主要因素，产量差异主要由品种决定(表1)。由表2和表3可知，DH处理条件下水稻有效穗数增加，每穗粒数降低，其中‘化两优78号’在早季表现较为明显，在相同水分管理条件下DH与DN处理有效穗数和每穗粒数的差异达到了显著水平。晚季WS处理条件下水稻千粒质量降低，其中‘化感稻3号’和‘化两优78号’表现较为明显，晚季‘化感稻3号’在WSDH处理下千粒质量显著低于WNDH，‘化两优78号’在WSDN处理下千粒质量显著低于WNDN。在品种间，‘化两优78号’产量较高，早季在WSDH和WNDN处理下与‘化感稻3号’差异显著，晚季在WNDN处理下与‘百香占’差异显著。

2.2 水分、密度与化感水稻米质的关系

水分和密度不是影响稻米品质的主要因素，稻米品质的差异主要由品种决定(表4)。由表5和表6可知，同品种稻米加工和外观品质在不同水分和密度处理条件下差异均不显著，化感稻在WSDH处理条件下有较高的垩白率、垩白大小和垩白度。在品种间，‘化两优78号’早季WS和WNDH处理的垩白率显著高于‘玉香油占’，晚季WSDN处理的精米率显著高于‘百香占’。‘化感稻3号’早季WN处理的糙米率、精米率和整精米率显著低于‘玉香油占’，晚季WNDH处理的糙米率显著低于‘百香占’。

2.3 不同水分和密度管理条件下稻米Pb含量的变化 2.3.1 不同水分管理条件对稻米Pb含量的影响

水分是影响稻米Pb含量的主要因素(表7)。在图1中，早、晚季各品种WS处理的稻米Pb含量均比WN少，但两者的差异在同品种中没有达到显著水平。WS处理早季稻米中Pb含量比WN处理降低最多的是‘化两优78号’，差异达0.256 mg·kg^–1，晚季是‘百香占’，差异达0.052 mg·kg^–1。

2.3.2 不同种植密度对稻米Pb含量的影响

密度不是影响稻米Pb含量的主要因素(表7)。由图2可知，早、晚季同品种稻米Pb含量在DH和DN处理下的差异均不显著。早季‘化感稻3号’DH处理Pb含量低于DN处理，差异达0.042 mg·kg^–1；‘玉香油占’DH处理Pb含量高于DN处理，差异达0.042 mg·kg^–1。晚季‘化感稻3号’和‘化两优78号’DH处理Pb含量均低于DN处理，差异分别达0.011和0.167 mg·kg^–1；‘百香占’DH处理的Pb含量高于DN处理，差异达0.083 mg·kg^–1。

2.3.3 不同水稻品种对稻米Pb含量的影响

品种不是影响稻米Pb含量的主要因素(表7)。化感水稻Pb含量比常规稻高(图3)，早、晚季稻米Pb含量最高的均是‘化两优78号’，分别为0.475和0.631 mg·kg^–1。Pb含量最低的是早季的‘玉香油占’(0.368 mg·kg^–1)和晚季的‘百香占’(0.440 mg·kg^–1)。

2.4 不同水分和密度管理条件下稻米Cd含量的变化 2.4.1 不同水分管理条件对稻米Cd含量的影响

水分是影响稻米Cd含量的主要因素(表7)。由图4可知，早、晚季各品种WS处理的稻米Cd含量均低于WN处理。早季‘化两优78号’WS处理的Cd含量显著低于WN处理，两者差异达0.028 mg·kg^–1；晚季‘化感稻3号’与‘百香占’WS处理的Cd含量均显著低于WN处理，差异分别达0.042和0.043 mg·kg^–1。

2.4.2 不同种植密度对稻米Cd含量的影响

密度不是影响稻米Cd含量的主要因素(表7)。由图5可知，同品种稻米早晚季的Cd含量在DH和DN处理间差异均不显著。早季‘化感稻3号’、‘化两优78号’和‘玉香油占’DH处理的Cd含量均低于DN处理，差异分别达0.003、0.013和0.005 mg·kg^–1；晚季‘化感稻3号’和‘化两优78号’DH处理的Cd含量均高于DN处理，差异分别达0.008和0.015 mg·kg^–1，‘百香占’DH处理的Cd含量低于DN处理，差异达0.007 mg·kg^–1。

2.4.3 不同水稻品种对稻米Cd含量的影响

品种不是影响稻米Cd含量的主要因素(表7)。常规稻Cd含量高于化感水稻(图6)，其中含量最高的是早季的‘玉香油占’(0.063 mg·kg^–1)和晚季的‘百香占’(0.067 mg·kg^–1)。Cd含量最低的是‘化两优78号’，早季和晚季均为0.049 mg·kg^–1。

3 讨论与结论 3.1 水分、密度和品种对水稻产量的影响

水分、密度和品种是影响水稻产量的重要因素。Islam等^[16]研究发现提高种植密度能够增加水稻的有效穗数，达到增产的效果。Lv等^[17]认为湿润灌溉会降低有效穗数，从而降低水稻的产量。姜元华等^[18]研究显示杂交粳稻的产量高于杂交籼稻。本研究结果与前人类似，提高密度能够增加水稻的有效穗数但降低了每穗粒数，WS能够降低千粒质量，在不同水分和种植密度条件下，各处理水稻的产量差异没有达到显著水平，差异主要表现在品种间。

3.2 水分、密度和品种对稻米品质的影响

稻米品质与栽培条件存在复杂的互作关系，水分、密度以及品种均会在不同程度上影响稻米的品质。吕银斐等^[19]研究发现干湿交替灌溉能够提高稻米的精米率和整精米率，降低垩白率和垩白度。龙文飞等^[20]认为提高种植密度可以减小稻米的垩白率，但垩白度有所增加。马鹏等^[21]对15个水稻品种进行米质分析，发现糙米率和精米率在品种间有很大变幅。本研究结果与前人类似，提高种植密度能够增加化感水稻的垩白度、垩白率和垩白大小，但与常规密度处理相比差异并不显著。在WN处理中，‘化感稻3号’的糙米率、精米率和整精米率显著低于‘玉香油占’，在WS处理中2个品种的稻米品质差异不显著，这说明稻米品质受品种影响，但这种影响可通过增加田间水分得到改善。

3.3 水分、密度和品种对稻米Pb和Cd含量的影响

水稻根系从土壤中吸收重金属，并在体内进一步转运，积累到地上部，这个过程受水稻品种和外部环境的影响^[22]。淹水能够改变土壤中Cd的有效性，从而降低水稻籽粒Cd含量^[23]。刘昭兵等^[24]对5种水分管理方式试验后发现，全生育期淹水情况下，糙米Cd含量最低。朱海江^[25]采用营养液培养试验和全生育期温室土培试验发现旱作处理的水稻籽粒Pb含量普遍高于常规水分管理，本研究也得了类似的结论，各品种WS处理的稻米Pb、Cd含量都有所降低。目前有关种植密度与稻米重金属吸收关系的研究鲜有报道，在本研究中提高种植密度对稻米中Pb和Cd含量的影响不显著。王琳等^[26]研究发现不同品种的水稻对重金属的富集能力显著不同，李波等^[27]研究发现27个水稻品种Cd含量的最高值与最低值相差13倍，Pb含量相差22倍。本研究也证实了这一结论，‘化两优78号’对Pb的吸收大于常规稻，对Cd的吸收小于常规稻，但不同品种对相同重金属的吸收差异没有达到显著水平，这可能与本研究选择的试验材料以及材料种类较少有关。

另外，试验田Pb和Cd含量均没超标，稻米籽粒中Cd含量正常，但Pb含量超出了中华人民共和国国家标准GB2762—2017^[28]食品中污染物限量规定的稻米中Pb和Cd含量的标准值：w(Pb)≤0.2 mg·kg^–1，w(Cd)≤0.2 mg·kg^–1，这可能与水稻对重金属的富集能力有关，还需要进一步深入的探索。

3.4 结论

WS处理能够降低化感水稻对Pb和Cd的吸收，其中‘化两优78号’Cd含量最低。WS处理配合DH处理对化感水稻的产量和品质影响不显著，在Cd含量较高的土壤中种植化感水稻可以降低籽粒中Cd含量超标的风险。