CN103314999B

CN103314999B - 可溶性钙盐在减少稻米重金属镉积累中的应用

Info

Publication number: CN103314999B
Application number: CN201310243964.4A
Authority: CN
Inventors: 朱诚; 王飞娟; 丁艳菲; 蒋晗
Original assignee: China Jiliang University
Current assignee: China Jiliang University
Priority date: 2013-06-18
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2033-06-18
Also published as: CN103314999A

Abstract

本发明公开了一种可溶性钙盐在减少稻米重金属镉积累中的应用。所述应用包括：在水稻移栽前整地时，向土壤中施用可溶性钙盐；或/和在水稻移栽后至成熟前，向水稻的地上部喷施可溶性钙盐。本发明提供了可溶性钙盐的一种新应用，可溶性钙盐能够有效的减少了稻米中镉的积累，最高可分别使稻米镉高积累水稻和稻米镉低积累水稻糙米中的镉含量降低50%以上和80%以上，糙米中镉的含量均仅为0.1mg/kg和0.03mg/kg，远低于国家规定的0.2mg/kg，为水稻重金属污染提供了良好的解决途径，且可溶性钙盐的施用次数和施用量均较少，成本低廉，操作方便。

Description

可溶性钙盐在减少稻米重金属镉积累中的应用

技术领域

本发明属于水稻种植技术领域，尤其涉及一种可溶性钙盐在减少稻米重金属镉积累中的应用。

背景技术

镉是一种危险的环境污染元素，全世界每年向环境中释放的镉达30000吨左右，其中82%～94%的镉会进入到土壤中。中国仅镉污染的耕地有8000万亩左右，而被镉、砷等污染的耕地近1.8亿亩。长期摄入被镉严重污染的稻米、蔬菜、水果、水等，会出现镉慢性中毒的症状，甚至会造成镉在体内蓄积，导致“疼痛病”。

水稻是中国最主要的粮食作物，65％的中国人以稻米为绝对主食，而水稻又是对镉吸收最强的大宗谷类作物，其籽粒镉水平仅次于生菜，在一些重金属污染严重的地区，稻田有效镉含量甚至是国家允许值的26倍。我国对稻米中镉的限量标准为0.2毫克/千克，据调查，中国多地市场上的大米中约10%镉含量超标。

基于我国粮食耕种和土地使用的自身特点，镉污染难以防范和杜绝。目前，对重金属污染土壤修复方法包括客土法、淋溶法和固化法等，这些方法成本昂贵，需要特殊的仪器和经过培训的专业人员，还不能从根本上解决问题。而最新发展的植物修复技术虽然经济环保，但其周期漫长并不适合我国人多耕地少的国情。因此，采用适宜的土壤调节剂、农业栽培措施等降低水稻镉的吸收和稻米积累，是保障稻米安全的主要途径。

已有大量的报道通过稻田肥水调控、施用石灰调控土壤pH和调控土壤氧化还原状态等途径减少稻米镉积累，这些途径的本质在于降低土壤有效态镉含量。然而通过这些途径减少稻米镉积累的同时也产生了大量不可避免的副作用，比如施用石灰提高土壤pH，在降低土壤有效态镉含量的同时也降低了多种矿质微量营养元素如铁、锰、铜、锌等的有效态含量，不利水稻生长。

公开号为CN101507400A的中国专利文献公开了一种控制水稻重金属镉积累的方法，包括：（1）于秧苗移栽前整地时，在土壤中施入二价锰螯合物，并与土壤充分混匀：（2）于秧苗移栽后15～20天开始至秧苗移栽后35～45天，每隔7～10天喷施一次二价锰肥水溶液：（3）分别于水稻孕穗初期、灌浆期时，分别撒施二价锰螯合物；（4）土施二价锰螯合物3～5天内稻田灌水；（5）于水稻杨花期始至成熟期，每隔7～10天喷施一次二价锰肥水溶液：（6）土施二价锰肥以后每年二价锰螯合物施用方法相同，施用量减半或减少3/4。

上述专利在不影响水稻正常生长发育的情况下，在一定程度上缓解了稻米中镉积累的问题，将糙米中镉含量降至0.058～0.39mg/kg，精米中镉含量降至0.04～0.28mg/kg，但是仍然存在以下问题：（1）施用的调节剂量大，仅在整地时就需要向土壤中施用以锰计15～90公斤/公顷量二价锰螯合物，成本高；（2）施用次数多，在水稻的整个生育期内需要频繁施用二价锰螯合物调节剂，操作繁琐，且增加了劳动力成本。

发明内容

本发明提供了一种可溶性钙盐在减少稻米重金属镉积累中的应用，可溶性钙盐能够有效的降低稻米中镉的含量，且成本低，操作方便。

可溶性钙盐在减少稻米重金属镉积累中的应用。

镉的毒性来源于其与巯基的亲和力极强，从而使生物体的酶失活，镉可与大量元素的结合位点相互作用，如与Fe²⁺、Zn²⁺等阳离子竞争吸附位点而进入植物体，最终影响稻米镉含量。本发明采用可溶性钙盐作为调节剂，有效的降低了稻米中镉的积累，稻米中镉的含量远远低于国家规定的限量标准，所述的可溶性钙盐为氯化钙，氯化钙在农业上常作为生产钙肥的原料，为植物补充大量元素。水稻的品种可以为稻米镉高积累的甬优9号或稻米镉低积累的秀水09。

所述应用具体包括：

在水稻移栽前整地时，向土壤中施用可溶性钙盐；或/和

在水稻移栽后至成熟前，向水稻的地上部喷施可溶性钙盐。

为有效的减少稻米中镉的含量，土壤中钙离子的施用量为5.4～8.2kg/公顷。

优选的，土壤中钙离子的施用量为6.5～7.5kg/公顷，更优选为6.98kg/公顷。不仅稻米中镉的积累量少，且可溶性钙盐的施用量少，成本低。

向水稻的地上部施用可溶性钙盐时，根据水稻各生育时期的生长发育特性，确定施用时间为水稻移栽后7～21天、拔节期第1～10天、扬花期第1～7天和扬花期后第7～21天，每个时期可施用1次，优选的，施用时间为水稻移栽后14～16天、拔节期第5～7天、扬花期第1～3天和扬花期后第14～16天，更优选为水稻移栽后15天，拔节期第6天、扬花期第2天、扬花期后第15天。

为有效的减少稻米中镉的含量，每次向水稻的地上部喷施可溶性钙盐时，钙离子的施用量为10～21kg/公顷。

优选的，每次向水稻的地上部喷施可溶性钙盐时，钙离子的施用量为11～15kg/公顷，更优选为13.94kg/公顷。实验表明，该施用量能够使糙米中镉的含量降至0.12mg/kg，镉积累量少且施用量较低。

在喷施可溶性钙盐时，应合理减少可溶性钙盐的浓度，浓度过低，喷施的可溶性钙盐溶液体积大，增加劳动量，浓度过高，不仅导致喷施不均匀，还会损伤水稻茎、叶，影响水稻的生长发育。一般向水稻的地上部喷施可溶性钙盐时，可溶性钙盐的浓度为3～5g/L，更优选为3.68g/L。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了可溶性钙盐的一种新应用，通过以可溶性钙盐为调节剂，减少稻米中镉的含量，可溶性钙盐的施用方式简单、灵活，可单独采用土施法在土壤中施用可溶性钙盐，也可单独采用叶面喷施的方法往水稻的地上部喷施，还可以将土施法与叶面喷施法结合起来，无论采用何种方式，生产的稻米的镉含量均符合国家标准，且在水稻生产中，整地、育苗、移栽、田间管理均可采用农业常规方法。

本发明中，可溶性钙盐的施用量少，以CaCl₂·2H₂O为例，每公顷土壤的施用量为5.4～8.2kg，叶面喷施时，每公顷的施用量为10～21kg，而公开号为CN101507400A的中国专利文献中，仅整地时就需要向土壤中施用以锰计15～90公斤/公顷量二价锰螯合物，可溶性钙盐的施用量大大减少，降低了成本。

其次，在施用次数上，如果采用土施法，可施用一次即可达到目的，便于田间操作和管理。

尽管可溶性钙盐的施用次数和施用量均较少，本发明仍有效的减少了稻米中镉的积累，最高可分别使稻米镉高积累的甬优9号水稻和稻米镉低积累的秀水09水稻糙米中的镉含量降低50%以上和80%以上，糙米中镉的含量仅为0.1mg/kg和0.03mg/kg，远低于国家规定的0.2mg/kg，为水稻重金属污染提供了良好的解决途径。

另外，可溶性钙盐无毒副作用，不影响水稻的正常生长发育，且来源广泛，价格低廉。

附图说明

图1为CaCl₂·2H₂O的不同施用方式对糙米镉（Cd）含量的影响。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐释。

下述各实施例均以浙江省水稻主栽品种甬优9号（稻米镉高积累水稻品种）和秀水09（稻米镉低积累水稻品种）为试验品种，在镉污染二级以上水平（Pb、As、Hg、Cr和Cu均未达到污染水平）土壤中种植，试验土壤的主要理化性质见表1。以下试剂均为分析纯。

下述各个实施例中，水稻种植模式为：每处理小区占地面积1.2m*1.8m=2.16m²，品种间间隔0.4m，株行距0.3m*0.2m，为50丛，每小区之间筑埂并加塑料膜防渗，每个处理进行3个重复。如无特殊说明，整地、育苗、移栽、田间管理均为农业常规方法。

表1土壤基本理化性质

实施例1

采用土施法施用CaCl₂·2H₂O。

（1）将CaCl₂·2H₂O充分溶解在水中，于水稻秧苗移栽前整地时，向土壤中施加CaCl₂·2H₂O溶液，CaCl₂·2H₂O的施用量为25.6公斤/公顷；

（2）将CaCl₂·2H₂O溶液与土壤充分混匀后，移栽水稻秧苗，在整个水稻生育期内采用常规田间管理方式进行管理。

实施例2

采用叶面喷施法施用CaCl₂·2H₂O。

（1）整地后移栽水稻秧苗；

（2）将CaCl₂·2H₂O配置成浓度为3.68公斤/立方米的水溶液，在水稻移栽后第15天，拔节期第6天、扬花期第2天、扬花期后第15天时，用喷雾器进行叶面喷施CaCl₂·2H₂O溶液，喷施用量为13.9立方米／公顷，如若遇到雨天则顺延，水稻的整个生育期采用常规田间管理方式进行管理。

实施例3

土施与叶面喷施结合施用CaCl₂·2H₂O。

（2）将CaCl₂·2H₂O溶液与土壤充分混匀后，移栽水稻秧苗；

（3）在水稻移栽后15天，拔节期第6天、扬花期第2天、扬花期后第15天时，用喷雾器进行叶面喷施CaCl₂·2H₂O溶液，喷施用量为13.9立方米／公顷，CaCl₂·2H₂O的浓度为3.68公斤/立方米，如若遇到雨天则顺延，水稻的整个生育期采用常规田间管理方式进行管理。

结果检测及分析：

1、水稻农艺性状分析

将实施例1～3的水稻在割前采集植株样品，每个小区取样5丛，考察不同处理处理条件下水稻的千粒质量、株高等农艺形状。

（1）千粒重：每捆（5株）水稻随即挑出1000粒稻谷，用电子天平称重，所得为千粒重，单位为g。

（2）株高：一株水稻最长的一穗的穗尖到根和土壤交界处的距离，单位为cm。

（3）总干重：一捆（5株）水稻所有的稻谷，脱粒以后，用电子天平称重，所得为总干重，单位为g。

在水稻的生育期观察水稻的生长情况，发现，无论是单独采用土施、叶面喷施，还是同时采用土施和叶面喷施的方式施用CaCl₂·2H₂O，甬优9号和秀水09水稻植株生长发育均表现正常，与对照组相比无明显差异，且无重金属中毒症状。

表2-1CaCl₂·2H₂O不同处理对甬优9号水稻农艺性状的影响

表2-2CaCl₂·2H₂O不同处理对水稻秀水09农艺性状的影响

由表2-1和表2-2可知，采用不同的施用方式施用CaCl₂·2H₂O后，秀水09和甬优9号水稻的平均株高、每株平均干重以及千粒重与对照组均无差异，CaCl₂·2H₂O的施用并不影响水稻的产量。

2、水稻镉积累分析

稻米镉含量测定采用原子吸收光谱法。水稻样品于60～70℃烘干至恒重，将水稻籽粒用脱壳机去壳，得到糙米和稻壳；将糙米与稻壳分别用不锈钢粉碎机粉碎后，各取0.3g糙米与0.3g稻壳，加入8ml的HNO₃-HF（HNO₃与HF体积比为3：2）后采用微波消化法进行消化，消化完成后在赶酸仪上进行赶酸处理，最后利用原子吸收光谱法测定样品的镉含量。

如图1和表3-1所示，水稻在未进行任何处理的常规种植模式后，其收获的糙米中镉含量为0.24mg/kg左右，超出了国家食用标准（0.2mg/kg）。而采用土施、叶片喷施以及同时采用土施和叶面喷施的方式均能够显著降低糙米中的镉含量，且三种施用方法施用氯化钙后均可使糙米镉含量降低50％以上，低于国家谷物镉含量的最大限制标准0.2mg/kg。

表3-1CaCl₂·2H₂O不同处理对甬优9号稻米Cd含量的影响

表3-2CaCl₂·2H₂O不同处理对秀水09稻米Cd含量的影响

如图1和表3-2所示，秀水09号为稻米镉低积累水稻品种，未进行任何处理后，其收获的糙米中镉含量未超出国家食用标准，为0.14mg/kg左右。但是通过施用氯化钙后同样能够显著降低该水稻品种糙米中的镉含量，土施法可使糙米中的镉含量降低20%以上，土施和叶面喷施结合可使糙米中的镉含量降低25%以上，叶面喷施法的效果最好，糙米Cd含量仅为0.03mg·kg^-1，远远小于对照组0.14mg/kg，镉含量降低约81％。

Claims

1.可溶性钙盐在减少稻米重金属镉积累中的应用，包括：

在水稻移栽后至成熟前，向水稻的地上部喷施可溶性钙盐；

或

在水稻移栽前整地时，向土壤中施用可溶性钙盐；和

在水稻移栽后至成熟前，向水稻的地上部喷施可溶性钙盐；

向水稻的地上部喷施可溶性钙盐时，施用时间为水稻移栽后7～21天、拔节期第1～10天、扬花期第1～7天和扬花期后第7～21天；

土壤中钙离子的施用量为6.5～7.5kg/公顷；

每次向水稻的地上部喷施可溶性钙盐时，钙离子的施用量为11～15kg/公顷。

2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，向水稻的地上部喷施可溶性钙盐时，所述可溶性钙盐的浓度为3～5g/L。

3.如权利要求1所述的应用，其特征在于，水稻的品种为甬优9号或秀水09。

4.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述可溶性钙盐为氯化钙。