CN103392741A

CN103392741A - 降低烟草对土壤中镉吸收的喷施剂及其制备和使用方法

Info

Publication number: CN103392741A
Application number: CN201310273627XA
Authority: CN
Inventors: 陈世宝; 孙聪; 宋文恩; 马义兵
Original assignee: Institute of Agricultural Resources and Regional Planning of CAAS
Current assignee: Institute of Agricultural Resources and Regional Planning of CAAS
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2033-07-02
Also published as: CN103392741B

Abstract

本发明公开了一种降低烟草对土壤中镉吸收的喷施剂及其制备和使用方法。该喷施剂是将锌盐加入含有巯基的植物秸秆发酵后得到的可溶性有机酸溶液中而制得的。本发明使用的有机络合-Zn型喷施剂可使镉污染土壤中烟草叶片镉的含量降低56.6%～60.3%，使烟草茎中镉的含量降低46.7%～54.8%。

Description

降低烟草对土壤中镉吸收的喷施剂及其制备和使用方法

技术领域

本发明属于低危害烟草的安全生产技术领域，具体涉及一种降低烟草对土壤中镉吸收的喷施剂及其制备和使用方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，由于工业“三废”及肥料、污水灌溉及农药等农业源重金属污染的不断加剧，我国不同植烟区土壤中重金属（Cd,Pb,As等）污染正在呈现快速发展趋势，已对我国烟草的安全生产构成了严重威胁。

目前，我国土壤重金属污染具有重金属污染程度低、面积大的特点。在重金属污染元素中，镉(Cd)由于具有易迁移、对生物体毒性大而倍受关注。Cd被国际癌症研究机构归类为已知的生物毒性最强的重金属之一，在土壤中能稳定积累且不易消除，极易被植物吸收并积累，并通过烟气、食物链等进入人体，在人体内积蓄。镉作为机体生长发育的非必需元素，很少量即可通过生物放大等作用对人体造成毒害作用。重金属污染不仅造成土壤肥力下降，也会对烟草的品质造成很大影响。大量研究表明，土壤镉（Cd）污染也是影响我国烟草品质安全性的主要因素之一。烟草属于易累积Cd的作物之一，Cd污染胁迫不仅影响烟草的生理过程，同时也会降低烟叶的品质和产量。Cd污染胁迫对烟草的生长发育具有很大影响。Cd污染不仅影响烟草体内叶绿素的合成，同时也会对烟草的生理过程，如光合作用和蒸腾作用的进行造成很大影响，当烟区土壤中Cd污染浓度过高时，一方面不仅能造成烟草不同程度的减产或绝收，另一方面，Cd对烟草大量营养元素(如K,Ca,Mg,Si,Fe等)和微量元素（如Zn,Se等）的吸收也有影响，从而影响烟草的品质，如烟叶中相关蛋白质的合成和烟碱的含量等，使烟叶中的酸碱失去平衡；再者，烟草作为吸食品，Cd污染烟叶在抽吸过程中，Cd可通过主流烟气进入人体，对人体健康造成不同程度伤害。综上可见，加强烟草重金属（Cd）的污染防治技术及其应用研究具有十分紧迫的现实意义。

近年来，国内、外烟草行业在烟草中有害物质的种类与检测技术以及选择性减少措施方面进行了大量研究，如烟草重金属防治的源头控制技术、重金属在土壤-烟草系统中迁移转运的阻控技术、烟草重金属限量标准值研究等，但大多数只是针对植烟区土壤和烟叶中的重金属含量的监测、烟草对不同重金属吸收、富集系数的测定、重金属污染对烟草品质指标的影响及其胁迫反应机理等方面的研究。而针对如何降低不同重金属在土壤-烟草系统中的迁移转化、污染土壤修复技术及基于人体健康标准烟草中重金属含量的阈值研究较少。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种降低烟草对土壤中镉吸收的喷施剂。

本发明的目的之二在于提供上述喷施剂的制备方法。

本发明的目的之三在于提供上述喷施剂在降低烟草对土壤中镉吸收方面的使用方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种降低烟草对土壤中镉吸收的喷施剂，该喷施剂是由含有巯基（-SH）的植物秸秆发酵后得到的可溶性有机酸溶液和锌盐混合配制而成的有机络合-Zn型溶液，其中所述可溶性有机酸溶液中的巯基与所述锌盐中的锌离子发生络合反应。

在上述喷施剂中，作为一种优选实施方式，所述喷施剂中锌的浓度为5-20mg/L，示例性地，可以为5mg/L、10mg/L、12mg/L、16mg/L、18mg/L、20mg/L；更优选为10-15mg/L。所述喷施剂中锌是指喷施剂中以任何状态存在的锌。所述喷施剂中锌浓度（mg/L）的计算方法如下：

在上述喷施剂中，作为一种优选实施方式，所述喷施剂的pH为5.0-6.5，pH更优选为5.5。

在上述喷施剂中，所述锌盐可以是任何可溶性无机锌盐，优选为硝酸锌或硫酸锌。

在上述喷施剂中，作为一种优选实施方式，所述可溶性有机酸溶液是通过如下方法得到的：将含有巯基的植物秸秆粉碎，向粉碎后的秸秆粉末中加入水，其中秸秆粉末的质量（Kg）与水的体积（L）比为1:20-1:25，即秸秆粉末的质量与水的体积比为0.04-0.05Kg/L，经发酵后以微孔滤膜过滤，滤液即为可溶性有机酸溶液。更优选地，所述微孔滤膜的孔径为0.45μm，所述粉碎后的秸秆粉末的粒度不超过1mm，所述发酵是在室温（25±2℃）条件下发酵培养50-70天。

在上述喷施剂中，植物秸秆中的植物络合素含有的巯基越多，对锌的络合性能越强，作为一种优选实施方式，所述植物为十字花科植物，更优选为油菜、芥菜或甘蓝。油菜的植株茎叶含有大量巯基的植物络合素，这种络合素对植物必需的微量元素Zn具有较强的络合性能。

在上述喷施剂中，作为一种优选实施方式，所述可溶性有机酸溶液中巯基的质量百分比含量为0.39-0.92%。

一种上述喷施剂的制备方法，该方法是将锌盐加入到含有巯基的植物秸秆发酵后得到的可溶性有机酸溶液中，混合配制得到有机络合-Zn型溶液。

一种上述喷施剂的使用方法，将上述喷施剂喷洒到烟草叶面2-3次。

在上述的使用方法中，所述烟草是在被镉污染的土壤中生长的。作为一种优选实施方式，所述被镉污染的土壤中镉的含量不超过1.295mg/kg，更优选地，所述被镉污染土壤的pH为5.6-5.7。

在上述的使用方法中，上述喷施剂喷洒到烟草叶面时间可以是任何时间。作为一种优选实施方式，所述喷施剂在烟草生长期为30-60天时进行喷洒；更优选地，当所述烟草生长期为30天时，进行第一次喷施；当所述烟草生长期为45天时，进行第二次喷施；当所述烟草生长期为60天时，进行第三次喷施。

本发明是在探明镉在土壤-烟草体系中迁移、转化的基础上，结合Zn对烟草Cd弱胁迫下的阻抗机制，开发、制备环境友好型Cd叶面喷施剂来降低烟草对污染土壤中Cd的吸收、转化和富集，为我国Cd低危害烟草的安全、高效生产提供支撑。本发明的喷施剂在于富含巯基秸秆的低分子有机酸中含有大量巯基络合素，巯基对重金属，包括Zn、Cd等有较好的亲和作用，而巯基络合态-Zn是有利于植物叶面吸收、转运的。

本发明的有益效果：利用经济价值低廉的植物秸秆比如油菜秸秆制备有机络合-Zn型喷施剂来降低烟草对Cd的吸收、富集，具有治理效率高、成本低及无环境风险等特点，此外，Zn也是烟草所必需的微量元素之一，增加烟草Zn营养对改善烟草品质具有重要意义。实验结果证明，本发明使用的有机络合-Zn型喷施剂可使镉污染土壤中烟草叶片镉的含量降低56.6%～60.3%，使烟草茎中镉的含量降低46.7%～54.8%。

附图说明

图1为不同处理条件下培养的烟草；

图2为采用实施例1制备的喷施剂喷施后不同镉污染土壤中烟草茎中镉的含量的柱状图；

图3为采用实施例1制备的喷施剂喷施后不同镉污染土壤中烟草叶片中镉的含量的柱状图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不限于此。

实施例1-6为叶面喷施剂的制备；实施例7为采用实施例1-6制备的喷施剂对烟草叶面进行喷施的实验例；对比例1为直接采用锌离子浓度为10mg/L的硝酸锌水溶液对烟草叶面进行喷施；对比例2为采用实施例1中发酵后得到的可溶性有机酸溶液对烟草叶面进行喷施。

实施例1

采用成熟期的油菜秸秆，按照如下方法制备叶面喷施剂：

首先用粉碎机将风干的油菜秸秆进行粉碎，过1-mm尼龙筛后，按照秸秆质量与蒸馏水的体积比为1:20的比例，称取1kg秸秆粉末置于30L的塑料桶中，加入20L蒸馏水，密闭后在室温（25±2℃）条件下发酵培养2个月，将发酵液通过0.45μm微孔滤膜（Waters滤膜）过滤，滤液即为可溶性有机酸（DOA）溶液，其中巯基的含量为0.83wt%；将0.458g Zn(NO₃)₂.6H₂O加入到10L可溶性有机酸溶液中制备成含Zn浓度为10mg/L的液体有机络合-Zn叶面喷施剂，所制备的喷施剂pH为5.50。将制备的有机络合-Zn叶面喷施剂置于4℃冷藏待用。

实施例2

采用成熟期的油菜秸秆，按照如下方法制备叶面喷施剂：

首先用粉碎机将风干的油菜秸秆进行粉碎，过1-mm尼龙筛后，按照秸秆的质量与蒸馏水的体积比为1:25的比例，称取1kg秸秆粉末置于30L的塑料桶中，加入25L蒸馏水，密闭后在室温（25±2℃）条件下发酵70天左右，将发酵液通过0.45μm微孔滤膜（Waters滤膜）过滤，滤液为可溶性有机酸（DOA）溶液，其中巯基的含量为0.52wt%；将0.686g Zn(NO₃)₂.6H₂O加入到10L可溶性有机酸溶液中制备成含Zn浓度为15mg/L的液体有机络合-Zn叶面喷施剂，所制备的喷施剂pH为5.3。将制备的有机络合-Zn叶面喷施剂置于4℃冷藏待用。

实施例3

采用成熟期的油菜秸秆，按照如下方法制备叶面喷施剂：

首先用粉碎机将风干的油菜秸秆进行粉碎，过1-mm尼龙筛后，按照秸秆的质量与蒸馏水的体积比为1:25的比例，称取1kg秸秆粉末置于30L的塑料桶中，加入25L蒸馏水，密闭后在室温（25±2℃）条件下发酵60天左右，将发酵液通过0.45μm微孔滤膜（Waters滤膜）过滤，滤液为可溶性有机酸（DOA）溶液，其中巯基的含量为0.49wt%；将0.915g Zn(NO₃)₂.6H₂O加入到10L可溶性有机酸溶液中制备成含Zn浓度为20mg/L的液体有机络合-Zn叶面喷施剂，所制备的喷施剂pH为5.7。将制备的有机络合-Zn叶面喷施剂置于4℃冷藏待用。

实施例4

采用成熟期的油菜秸秆，按照如下方法制备叶面喷施剂：

首先用粉碎机将风干的油菜秸秆进行粉碎，过1-mm尼龙筛后，按照秸秆与蒸馏水的体积比为1:23的比例，称取1kg秸秆粉末置于30L的塑料桶中，加入23L蒸馏水，密闭后在室温（25±2℃）条件下发酵培养50天，将发酵液通过0.45μm微孔滤膜（Waters滤膜）过滤，滤液为可溶性有机酸（DOA）溶液，其中巯基的含量为0.65wt%；将0.229g Zn(NO₃)₂.6H₂O加入到10L可溶性有机酸溶液中制备成含Zn浓度为5mg/L的液体有机络合-Zn叶面喷施剂，所制备的喷施剂pH为5.50。将制备的有机络合-Zn叶面喷施剂置于4℃冷藏待用。

实施例5

采用成熟期的芥菜秸秆，按照实施例1的方法制备叶面喷施剂。

实施例6

采用成熟期的甘蓝秸秆，按照实施例1的方法制备叶面喷施剂。

实施例7有机络合-Zn叶面喷施剂的使用方法及其对降低烟草吸收富集镉的效果

本例采用的土壤取自我国南方植烟区土壤。将采回的土壤风干后过2-mm筛，通过外源添加不同浓度镉，平衡4周后，进行大棚温室的盆栽实验，测定喷施实施例1-6制备的有机络合-Zn叶面喷施剂对降低烟草镉吸收富集的影响。

本例供试烟草品种为我国南方主栽品种：YY-87。

所述烟草为大棚温室培养条件下的盆栽试验烟草。

实验按照土壤中镉污染程度不同共设3组处理：CK:(空白，实测土壤中镉浓度为0.271mg/kg）；Cd-I:(土壤中外源镉添加后，实测镉浓度为0.893mg/kg）、Cd-II:(土壤中外源镉添加后，实测镉浓度为1.295mg/kg）。按照我国土壤环境质量二级标准，Cd-I、Cd-II分别为中度和重度污染土壤。实验用盆为35*55cm塑料盆，每盆共装土7kg。烟草种子经过催芽后种入发芽钵中培养1周后移栽至装有不同镉浓度的土壤的塑料盆中，每盆以溶液形式添加N肥0.2g N kg^-1土（硫酸铵）和P、K肥0.125g N kg^-1土（磷酸二氢钾）。根据土壤中镉污染程度不同而设置的每个实验组中分为6种处理情况，每种处理情况重复4次，这6种处理是根据使用的喷施剂不同而设置，同时每个实验组均设置对照实验即在整个生长期不喷洒任何喷施剂的实验。每天根据差重法进行植物水分补充，使土壤的水分含量保持在田间持水量的70%左右。培养实验在可调节光照和温度的大棚温室中进行，当烟草生长期为1个月时，第一次将上述实施例1-6制备的不同浓度叶面喷施剂以喷雾形式分别喷洒到不同烟草植株叶片上，将叶片全部喷湿即可；按照上述方法，在烟草生长期为45天时进行第二次喷施；第三次喷施日期为烟草生长2个月。在培养时间为75天后进行收获，烟草分别按照叶片和茎收获后在70℃下烘干至恒重。烟草植株茎、叶以及土壤样品均用硝酸-高氯酸法进行消解，用等离子光谱质谱法（ICP-OES/MS）测定土壤和烟草植株茎和叶中镉的含量。

经过上述实验，发现实施例1-6制备的叶面喷施剂与对照相比均能显著（P<0.05）降低烟草茎和叶中镉的含量，具体含量参见表1-3。下面以采用实施例1制备的喷施剂为例来具体说明其降低烟草茎和叶中镉的含量的效果：随着土壤中镉浓度的增加效果越显著（参见图2、3）。当土壤中镉的浓度为0.893mg/kg时，烟草茎和叶中镉的含量比对照分别降低了46.7%和56.6%，当土壤中镉的浓度为1.295mg/kg时，烟草茎和叶中镉的含量比对照分别降低了54.8%和60.3%。

因此，本发明利用所制备的液体有机络合-Zn叶面喷施剂作为降低烟草镉吸收富集的一种较理想的材料，它可以显著降低镉在土壤-烟草系统中的迁移，减少烟草对镉的吸收及向烟叶部分的转运。另外，在烟草叶面喷施Zn也可以增加烟草微量元素Zn的含量，有利于提高烟草的矿质元素含量从而提高烟草的品质，参见图1，图1(A)是未喷施本发明喷施剂的烟草植株，其叶子泛黄，图1(B)是喷施3次本发明实施例1制备的喷施剂后的烟草植株，其叶子非常绿且不泛黄。可见增加烟草微量元素Zn有利于提高烟草的矿质元素含量从而提高烟草的品质。

表1在CK组中采用实施例1-6制备的叶面喷施剂喷洒后烟草茎和叶片中

镉的含量

表2在Cd-I组中采用实施例1-6制备的叶面喷施剂喷洒后烟草茎和叶片中镉的含量

表3在Cd-II组中采用实施例1-6制备的叶面喷施剂喷洒后烟草茎和叶片中镉的含量

对比例1

仅将实施例7中使用的喷施剂替换为锌离子浓度为10mg/L的硝酸锌水溶液，其它试验方法与实施例7相同。当土壤中镉的浓度为0.893mg/kg时，烟草茎和叶中镉的含量比对照（即烟草叶面上喷洒蒸馏水）分别降低了7.6%和12.5%，当土壤中镉的浓度为1.295mg/kg时，烟草茎和叶中镉的含量比对照分别降低了8.3%和13.2%。

对比例2

仅将实施例7中使用的喷施剂替换为实施例1制得的可溶性有机酸即过滤后的发酵液，其它试验方法与实施例7相同。试验结果表明，仅以制得的可溶性有机酸发酵液作为喷施剂，烟草茎和叶中镉的含量与对照（即烟草叶面上喷洒蒸馏水）没有明显差异。

硝酸锌溶液直接喷施于烟草叶面上没有低分子有机酸络合物形式效果好，可能与在叶面的持留性，及植物需求速率以及在一定时间内烟草对Cd的吸收速率有关。

应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims

1.一种降低烟草对土壤中镉吸收的喷施剂，其特征在于，该喷施剂是由含有巯基的植物秸秆发酵后得到的可溶性有机酸溶液和锌盐混合配制而成的有机络合-Zn型溶液，其中所述可溶性有机酸溶液中的巯基与所述锌盐中的锌离子发生络合反应。

2.根据权利要求1所述的喷施剂，其特征在于，所述喷施剂中锌的浓度为5-20mg/L，优选为10-15mg/L。

3.根据权利要求1所述的喷施剂，其特征在于，所述喷施剂的pH为5.0-6.5，优选为5.5；所述锌盐是可溶性无机锌盐，优选为硝酸锌或硫酸锌。

4.根据权利要求1所述的喷施剂，其特征在于，所述可溶性有机酸溶液是通过如下方法得到的：将含有巯基的植物秸秆粉碎，向粉碎后的秸秆粉末中加入水，其中秸秆粉末的质量与水的体积比为1:20-1:25，经发酵后以微孔滤膜过滤，滤液为可溶性有机酸溶液；更优选地，所述微孔滤膜的孔径为0.45μm，所述粉碎后的秸秆粉末的粒度不超过1mm，所述发酵是在室温条件下发酵培养50-70天。

5.根据权利要求1所述的喷施剂，其特征在于，所述植物为十字花科植物，优选为油菜、芥菜或甘蓝。

6.根据权利要求1所述的喷施剂，其特征在于，所述可溶性有机酸溶液中巯基的质量百分比含量为0.39-0.92%。

7.一种权利要求1-6任一所述喷施剂的制备方法，其特征在于，该方法是将锌盐加入到含有巯基的植物秸秆发酵后得到的可溶性有机酸溶液中，混合配制得到有机络合-Zn型溶液。

8.一种权利要求1-6任一所述喷施剂的使用方法，其特征在于，将所述喷施剂喷洒到烟草叶面2-3次。

9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，所述烟草是在被镉污染的土壤中生长的，而且所述被镉污染的土壤中镉的含量不超过1.295mg/kg，优选地，所述被镉污染土壤的pH为5.6-5.7。

10.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，所述喷施剂在烟草生长期为30-60天时进行喷洒；优选地，当所述烟草生长期为30天时，进行第一次喷施；当所述烟草生长期为45天时，进行第二次喷施；当所述烟草生长期为60天时，进行第三次喷施。