CN104813885B - 一种镉污染稻田治理和稻米降镉的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种镉污染稻田治理和稻米降镉的生产方法，包括如下步骤：a、晚稻秸秆制备生物质炭还田及冬季种植紫云英绿肥；b、配合撒石灰翻压紫云英绿肥；c、早稻水肥调控；d、早稻秸秆制备生物质炭还田；e、晚稻水肥调控。本发明既能提高土壤肥力，又降低污染土壤的镉有效性，结合水肥调控管理，有效阻控镉向水稻植株体的转移，特别是向稻谷的转移，为土壤重金属镉污染的绿色修复和污染稻田上稻米降镉找到一种既廉价又实用的环保调控技术，将为我国南方污染稻田治理和稻米降镉提供技术支撑。

Description

一种镉污染稻田治理和稻米降镉的生产方法

技术领域

本发明涉及一种镉污染稻田治理和稻米降镉的生产方法。

背景技术

镉(Cd)由于其在土壤中的高度移动性和对作物的高度毒害性，被视为重金属中最具危害性的一种污染元素。国家环保总局的调查结果显示，我国镉污染农田面积已突破28万公顷，每年镉超标农产品多达150万吨，土壤镉污染已成为我国最重要的环境问题之一，严重威胁农产品质量安全和农业区域生态系统的稳定。尤其在南方水稻种植地区，稻米重金属超标问题已经非常突出，农田土壤镉污染引发的稻米镉超标事件给粮食安全敲响了警钟，因此，对镉污染稻田土壤的修复和镉污染稻田稻米降镉的研究已迫在眉睫。

以往有关土壤重金属治理研究多集中在重金属吸附固定的物理和化学方法上，如通过电化学、淋洗、客土、人工合成螯合剂等方法，虽在一定程度上减少了土壤重金属含量，但存在投入费用高或具有较大安全隐患的问题，如人工合成螯合剂EDTA、DTPA和柠檬酸等不仅价格高，投入不当还可能导致地下水污染或对土壤生态系统产生副作用。使用钝化剂也是修复和利用镉污染土壤的一种常用途径，但是钝化剂的大量施用不仅改变了土壤基本理化性质，也可能对土壤微生物种群和生态环境产生影响，因而带来一定的生态环境风险。

因此如何找到一种成本低廉、易实施的农艺措施降低土壤重金属的生物有效性、降低稻米镉含量，是现在急需解决的一种重要课题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种成本低廉、易实施、有效降低土壤重金属含量、降低稻米镉含量的镉污染稻田治理和稻米降镉的生产方法。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

一种镉污染稻田治理和稻米降镉的生产方法，包括如下步骤：

a、晚稻秸秆制备生物质炭还田及冬季种植紫云英绿肥：

晚稻采用机械收割，留30～50cm高稻茬，收割后将晚稻收割部分秸秆制备形成生物质炭于早稻秧苗移栽前1-3天还田，在晚稻收获后2～3天，采用人工或播种器播种紫云英，播种后在晴天用人工或开沟机开沟；

b、配合撒石灰翻压紫云英绿肥：

在紫云英盛花期深干耕翻压紫云英，翻压紫云英前按40～100kg/亩用量撒施石灰；

c、早稻水肥调控：

紫云英翻压后5～15天移栽早稻，施用水溶性不含镉肥料，早稻前期采用湿润灌溉，孕穗至齐穗期采用深水灌溉，黄熟期保持土壤湿润；

d、早稻秸秆制备生物质炭还田：

早稻采用机械收获，收割后将早稻秸秆制备形成生物质炭于晚稻秧苗移栽前1-3天或移栽后7-15天还田；

e、晚稻水肥调控：

晚稻前期采用湿润灌溉，孕穗至齐穗期采用深水灌溉，黄熟期保持土壤湿润，施用水溶性不含镉肥料。

所述紫云英在盛花期深干耕翻压紫云英的翻耕深度≤25cm。

所述部分秸秆制备生物质炭并还田为1/2至2/3的秸秆制备生物质炭还田。

所述步骤c和步骤e中的水溶性不含镉肥料为磷铵、尿素或氯化钾。

步骤a中，紫云英播种量为1.0-2.0公斤/亩。

采用上述方法，本发明将创新性地将紫云英高产栽培技术、紫云英深干耕翻压结合石灰撒施技术、水稻种植水肥调控管理技术和早、晚稻秸秆制备生物质炭还田技术组合成一套镉污染稻田土壤高效修复和水稻稻米降镉种植技术模式。因生物质炭具有较高的pH和较大的表面积比，施入土壤后对重金属有较强的吸附能力和较高的吸附容量，其表面的含氧官能团还可与Cd²⁺形成络合物，从而钝化土壤中的镉，克服了电化学、淋洗、客土、人工合成螯合剂、钝化剂等镉污染土壤修复技术成本高和风险大的缺点；通过采用翻压紫云英前撒施石灰技术，达到培肥土壤同时调节土壤pH，中和酸性物质，降低土壤镉活性；紫云英翻压能提高土壤中的有机质含量，增加土壤碱性物质，提高土壤pH，降低土壤有效镉的含量，紫云英既可克服施用人工合成螯合剂等可能带来的二次污染，又是良好的天然有机肥；水稻种植中采用前期湿润灌溉、中期深水灌溉技术，通过水分调控管理改变土壤氧化还原电位，降低土壤镉活性，减少水稻对镉的吸收，降低稻米镉含量；晚稻收获后2-3天种植紫云英，两季水稻配合水肥管理提高水稻的稻谷和秸秆产量，达到稀释植株中吸收的镉含量，从而降低稻米中镉的含量。

本发明通过多种技术和农艺措施的综合利用，既兼顾了紫云英绿肥和秸秆生物质炭还田培肥土壤、增加水稻产量的作用，又实现了降低镉污染稻田土壤的镉有效性、阻控土壤镉向水稻转移、降低稻米镉含量的目的。

本方法操作简便，成本低廉。在不增加重金属镉的投入情况下，通过以上技术可降低土壤镉的有效性，减少水稻对镉的吸收，使得水稻中镉含量达到食用标准，一方面由于本方法利用紫云英、不含镉的肥料以及生物质炭还田并没有减少水稻的营养，而且还提高了水稻的产量，另一方面，通过年复一年的种植水稻，通过水稻将土壤中的镉一点一点的带离，最终实现土壤镉污染的治理。因此，本发明将解决南方镉污染稻田修复利用成本高、风险大等一系列问题，是一项稻田镉污染的绿色修复和稻米降镉的廉价、实用和高效的环保调控技术，对我国南方镉污染稻田治理和稻米降镉将起到推动作用，在实际农业生产中具有较大的应用推广价值。

综上所述，本方法既能提高土壤肥力，又降低污染土壤的镉有效性，结合水肥调控管理，有效阻控镉向水稻植株体的转移，特别是向稻谷中的转移，为土壤重金属镉污染的绿色修复和污染稻田上稻米降镉找到一种既廉价又实用的环保调控技术，将为我国南方污染稻田治理和稻米降镉提供技术支撑。具有更强的实用性、安全性和应用价值。

具体实施方式

下面进一步详细说明本专利的具体实施方式。

第一步，晚稻秸秆收割部分制备生物质炭还田及冬季种植紫云英绿肥

晚稻采用传统的机械收割，留30～50cm高稻茬，收割后部分移出制备生物质炭并于早稻秧苗移栽前1-3天做基肥还田，在晚稻收获后2～3d采用人工或便携式播种器播种紫云英，播种后遇晴天用人工或开沟机开沟。燃烧秸秆中主要的酸性物质部分，避免了土壤酸化并利用秸秆制备的生物质炭的吸附能力，钝化了土壤中镉的活性。且能为紫云英的生长提供肥料。

第二步，配合撒石灰翻压紫云英绿肥

在紫云英盛花期深干耕翻压紫云英，翻耕深度≤25cm，翻压紫云英前按40～100kg/亩用量撒施石灰以中和紫云英腐解过程中所产生的酸性物质。通过紫云英翻压减少含镉有机肥的投入。紫云英植株中灰化碱含量较高(灰化碱含量≥80cmol/kg),腐解过程直接中和酸，提高土壤pH，降低镉的生物有效性。紫云英植株含有较多的盐基离子，翻压紫云英还有利于向土壤补充盐基离子，提高土壤pH，钝化有效态镉。同时紫云英含有丰富的氮磷钾和有机质等养分，有利于水稻生长，确保产量的增加。

第三步，早稻水肥调控

紫云英翻压后5～15d移栽早稻，施用磷铵、尿素、氯化钾等水溶性不含镉肥料，早稻前期湿润灌溉，孕穗至齐穗期深水灌溉，黄熟期保持土壤湿润。这样通过水分管理调控土壤氧化还原电位，保证水稻吸收镉能力较强时期(也就是孕穗至齐穗期)深水灌溉，使得土壤维持在较低的氧化还原电位，较高的土壤pH，降低土壤镉活性，从而降低水稻根系对镉的吸收，最终达到降低稻米镉含量的目的。其他施肥及田间管理措施同传统早稻种植。

第四步，早稻秸秆制备生物质炭还田

早稻采用机械收获，将秸秆移出制备形成生物质炭于晚稻秧苗移栽前1-3天做基肥或移栽后7-15天做追肥还田。秸秆制备的生物质炭燃烧秸秆中主要的酸性物质部分，避免了土壤酸化；生物质炭的强吸附能力，钝化了土壤中镉的活性，且生物质炭保留了秸秆中绝大部分水稻生长需要的养分。

第五步，晚稻水肥调控

晚稻水分管理同早稻，施用磷铵、尿素、氯化钾等水溶性不含镉肥料，前期湿润灌溉，孕穗至齐穗期深水灌溉，黄熟期保持土壤湿润。通过水分管理调控土壤氧化还原电位和土壤pH，保证水稻吸收镉能力较强时期土壤维持在较低的氧化还原电位和较高的土壤pH，降低土壤镉活性，降低水稻根系对镉的吸收，从而降低稻米镉含量。其他施肥及田间管理措施同传统晚稻种植。

实施例一：

2013～2014年在长沙县福临镇选择镉污染双季稻田10亩，5丘田，其中每丘田一半采用该技术，另一半采用常规管理模式作为对照。具体农事操作如下：

2013年10月12日晚稻留50cm稻茬收获，收割部分移出制备形成生物质炭于早稻秧苗移栽前1天还田；10月15日播种紫云英，紫云英种子用量为2kg/亩，对照区冬闲。试验区2013年早稻移栽前10d紫云英原田干耕翻压，翻压前按50kg/亩用量撒施石灰。2014年4月25日移栽早稻，早稻品种为中嘉早17号，试验区氮磷钾肥采用磷铵、尿素和氯化钾，早稻前期湿润灌溉，孕穗至齐穗期深水灌溉，黄熟期保持土壤湿润；早稻7月10日收获，将秸秆移出制备形成生物质炭于晚稻秧苗移栽前1天还田；7月16日移栽晚稻，晚稻品种为湘晚籼13号，晚稻水肥管理同早稻。对照区早晚稻均采用常规管理。

试验前土壤全镉含量为0.65mg/kg，土壤pH值为6.2。试验区早稻稻米镉含量为0.13mg/kg，对照区早稻稻米镉含量为0.43mg/kg，试验区较对照区降低69.8％。试验区晚稻稻米镉含量为0.18mg/kg，对照区晚稻稻米镉含量为0.47mg/kg，试验区较对照区降低61.7％。

实施例二：

2013～2014年醴陵市王仙镇选择镉污染双季稻田10亩，5丘田，其中每丘田一半采用该技术，另一半采用常规管理模式作为对照。具体农事操作如下：

2013年10月17日晚稻留30cm稻茬收获，全部移出制备形成生物质炭与早稻秧苗移栽前1天还田；10月19日播种紫云英，紫云英种子用量为1.5kg/亩，对照区冬闲。试验区2014年早稻移栽前15d紫云英原田干耕翻压，翻压前按70kg/亩用量撒施石灰。2013年4月27日移栽早稻，早稻品种为中嘉早17号，试验区氮磷钾肥采用磷铵、尿素和氯化钾，早稻前期湿润灌溉，孕穗齐穗期深水灌溉，黄熟期保持土壤湿润；早稻7月15日收获，将秸秆移出制备形成生物质炭于晚稻秧苗移栽后12天还田；7月20日移栽晚稻，晚稻品种为湘晚籼13号，晚稻水肥管理同早稻。对照区早晚稻均采用常规管理。

选择的田块在该技术应用前土壤全镉含量0.64mg/kg，土壤pH值为5.9。试验区早稻稻米镉含量为0.15mg/kg，对照区早稻稻米镉含量为0.53mg/kg，试验区较对照区降低71.7％。试验区晚稻稻米镉含量为0.19mg/kg，对照区晚稻米镉含量为0.42mg/kg，试验区较对照区降低54.8％。

Claims (5)

1.一种镉污染稻田治理和稻米降镉的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、晚稻秸秆制备生物质炭还田及冬季种植紫云英绿肥：

晚稻采用机械收割，留30～50cm高稻茬，收割后将晚稻收割部分秸秆制备形成生物质炭于早稻秧苗移栽前1-3天还田，在晚稻收获后2～3天，采用人工或播种器播种紫云英，播种后在晴天用人工或开沟机开沟；

b、配合撒石灰翻压紫云英绿肥：

在紫云英盛花期深干耕翻压紫云英，翻压紫云英前按40～100kg/亩用量撒施石灰；

c、早稻水肥调控：

紫云英翻压后5～15天移栽早稻，施用水溶性不含镉肥料，早稻前期采用湿润灌溉，孕穗至齐穗期采用深水灌溉，黄熟期保持土壤湿润；

d、早稻秸秆制备生物质炭还田：

早稻采用机械收获，收割后将早稻秸秆制备形成生物质炭于晚稻秧苗移栽前1-3天或移栽后7-15天还田；

e、晚稻水肥调控：

晚稻前期采用湿润灌溉，孕穗至齐穗期采用深水灌溉，黄熟期保持土壤湿润，施用水溶性不含镉肥料。

2.根据权利要求1所述的镉污染稻田治理和稻米降镉的生产方法，其特征在于，所述紫云英在盛花期深干耕翻压紫云英的翻耕深度≤25cm。

3.根据权利要求1或2所述的镉污染稻田治理和稻米降镉的生产方法，其特征在于，所述部分秸秆制备生物质炭并还田为1/2至2/3的秸秆制备生物质炭还田。

4.根据权利要求3所述的镉污染稻田治理和稻米降镉的生产方法，其特征在于，所述步骤c和步骤e中的水溶性不含镉肥料为磷铵、尿素或氯化钾。

5.根据权利要求4所述的镉污染稻田治理和稻米降镉的生产方法，其特征在于，步骤a中，紫云英播种量为1.0-2.0公斤/亩。