CN105080953B - 一种降低水稻稻米Cd含量的营养型阻控剂及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低水稻稻米Cd含量的营养型阻控剂及其使用方法。该阻控剂包括以下质量份的物质：硅酸钙30～45份，熟石灰47～71份，硫酸钾4.8～7.5份，无水硫酸镁3.2～4.8份。本发明的阻控剂使用方法：在水稻插秧前，将硅酸钙、熟石灰、硫酸钾、无水硫酸镁充分混合均匀得到营养型阻控剂，按照每亩75～225 kg的重量将混合物全部基施，然后翻耕耙匀后淹水，平衡3～7天后带水翻耕1～2遍，2～3天后即可进行插秧。本发明钝化剂原料来源广泛，制备方法简单，能有效减少水稻稻米对Cd的吸收累积，从而降低镉的食物链风险。

Description

一种降低水稻稻米Cd含量的营养型阻控剂及其使用方法

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及粮食作物的安全生产技术，具体地说是一种降低水稻稻米Cd含量的营养型阻控剂及其使用方法。

背景技术

水稻是我国最重要的粮食作物之一，在农业生产中占有非常重要的地位。然而，随着经济的快速发展，工业“三废”排放日益增多，加之不合理耕作等因素，导致农田土壤酸性提升，重金属污染呈加重趋势。据国家环保部、国土资源部2014年联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》，耕地土壤中，轻微和轻度污染的点位比例为16.5％，中重度污染的点位比例为2.9％。调查表明，我国南方地区农田以Cd污染较为普遍，大米中Cd含量超标严重，是目前农业环境所面临的严峻问题。

土壤镉的活性与土壤pH密切相关，在pH＜7时，其溶解度随着pH的降低几乎呈直线增加趋势(Kabata-Pendias A和Pendias H,2001)。近30年来，广东省土壤pH变化整体表现为酸化，土壤pH平均值由5.70降至5.44(郭治兴等，2011)。据广东省1984年以来的长期定位监测数据，广东省水稻土pH整体也呈现明显的降低趋势，下降了0.33单位(曾招兵等，2014)。土壤酸化导致土壤镉的生物有效性显著增加，农产品吸收累积的镉也明显增加。有研究表明，水稻是对镉吸收最强的大宗谷类作物，易在籽实中积累，即使在轻污染土壤中，其籽粒Cd也易超过《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762-2012)中规定的Cd<0.2mg/kg的限值，但水稻生长并未受到明显影响，使得在水稻生产中易忽略稻米镉污染问题。我国是世界上最大的水稻生产国和消费国，稻米是人体从食物当中摄入镉的主要途径，含镉量高的稻米会严重危害人体健康。因此，如何降低镉在稻米中的积累是当前亟待解决的严峻问题。

利用农艺措施如施肥与改良剂等来修复重金属污染土壤，具有材料廉价易得、效果好、能和常规农事操作结合起来等优点，被认为是降低土壤重金属食物链风险最有效的方法之一。施肥对重金属的修复作用是基于肥料通过主要成分与重金属的直接相互作用，或者微量元素与重金属离子的拮抗作用，或通过提升土壤pH、有机质、CEC等间接作用，来降低土壤中重金属活性，减少作物对重金属的积累和吸收。而改良剂则通过改变土壤理化性质如土壤pH、增加吸附点位和促进重金属与土壤其它组分(包括改良剂本身)的共沉淀等过程实现重金属生物有效性的降低，从而减少污染物在植物体内的累积。因此，结合水稻的需肥特性，把施肥与土壤改良有机结合起来，配制成安全、高效的营养型阻控剂，有效降低稻田土壤镉生物有效性，减少稻米对镉的吸收累积，同时实现水稻部分养分的供应，为实现污染农田的边生产边修复提供理论和技术支持。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低水稻稻米Cd含量的营养型阻控剂及其使用方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种降低水稻稻米Cd含量的营养型阻控剂，包括以下组分：硅酸钙、熟石灰、硫酸钾和硫酸镁。

作为优选地，所述降低水稻稻米Cd含量的营养型阻控剂中各组分的质量配比为：硅酸钙30～45份，熟石灰47～71份，硫酸钾4.8～7.5份，硫酸镁3.2～4.8份

进一步优选地，所述降低水稻稻米Cd含量的营养型阻控剂中各组分的质量配比为：硅酸钙33份，熟石灰57～65份，硫酸钾6～7份，硫酸镁4～4.5份。

进一步优选地，所述降低水稻稻米Cd含量的营养型阻控剂中各组分的质量配比为：硅酸钙33份，熟石灰57份，硫酸钾6份，硫酸镁4份。

作为优选地，所述作物为水稻稻米。

一种降低作物Cd含量的营养型阻控剂的制备方法，包括将硅酸钙、熟石灰、硫酸钾、无水硫酸镁充分混合均匀即得。

如上所述的营养型阻控剂的应用，具体操作为：每亩地基施75～225kg的营养型阻控剂，翻耕耙匀后淹水、平衡3～7天后带水翻耕1～2遍，2～3天后即可进行插秧。

本发明的有益效果是：

本发明的营养型阻控剂可广泛应用于酸性中轻度镉污染稻田土壤的修复。使用后，不同程度地提高了水稻产量，稻米镉含量显著减低，土壤pH得到提升，土壤有效态Cd含量下降，有效实现了中轻度镉污染稻田上稻米的安全生产。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。

本发明的硅酸钙购自广州化工城，工业级，粒度325目，产品主要化学成分CaSiO₃含量99％，镉全量为0.072mg/kg。

本发明的熟石灰购自广州化工城，工业级，粒度200目，产品主要化学成分Ca(OH)₂含量85％，镉全量为0.053mg/kg。

本发明的硫酸钾购自广州新农科肥业有限公司，农业级，粒度60目，产品主要化学成分K₂SO₄含量98％，镉全量为0.002mg/kg。

本发明的无水硫酸镁购自广州化工城，农业级，粒度80目，产品主要化学成分MgSO₄含量≥98％，镉全量为0.003mg/kg。

实施例1筛选最佳配比

采用盆栽的方法初步考察本发明的营养型阻控剂各组分的不同配比对酸性稻田土壤上稻米镉含量的降低效果，以筛选出最佳的配比组合。供试土壤pH 6.05，有机质27.2g/kg，全Cd 0.516mg/kg，有效态Cd(DTPA-Cd)含量0.237mg/kg。

组合1(kg)：硅酸钙3.3，熟石灰4.7，硫酸钾0.48，无水硫酸镁3.2

组合2(kg)：硅酸钙3.3，熟石灰5.7，硫酸钾0.6，无水硫酸镁0.40

组合3(kg)：硅酸钙3.3，熟石灰6.0，硫酸钾0.7，无水硫酸镁0.45

组合4(kg)：硅酸钙3.3，熟石灰7.1，硫酸钾0.75，无水硫酸镁0.48

实验方法：将各组合的阻控剂与土壤按4.5g/kg的比例充分混匀后装盆，每盆装土8kg，淹水，平衡5天后插秧，每盆9株。对照组不施本发明的阻控剂。试验期间栽培管理措施与田间管理一致，并按照当地水稻施肥方法，每盆均追施相同量的氮磷钾肥。至水稻成熟期，收获水稻，测定水稻各部位干重和Cd含量；并采集土壤样品，于室温风干后过20目筛，分析pH和DTPA-Cd含量。测试结果如表1和表2所示。

表1 水稻各部位干重和Cd含量

表2 水稻收获后土壤pH和DTPA-Cd含量

以上结果表明：本发明的营养型阻控剂对镉污染稻田土壤具有良好的修复效果，适量施用可显著提高土壤pH，降低土壤有效态镉含量，增加水稻生物量，降低水稻对镉的吸收，实现稻米的安全生产。其中尤以组合2阻控剂的修复效果最好，下面将以该组合物进行盆栽试验和大田试验。

实施例2盆栽应用

采用盆栽的方法初步考察本发明的营养型阻控剂对酸性稻田土壤上稻米镉含量的降低效果。供试土壤pH 5.98，有机质22.9g/kg，全Cd 0.451mg/kg，有效态Cd(DTPA-Cd)含量0.204mg/kg。

盆栽试验设置5个处理：(1)对照：不施本发明的钝化剂；(2)处理1：1.5g/kg(营养型阻控剂/土壤)；(3)处理2：3.0g/kg(营养型阻控剂/土壤)；(4)处理3：4.5g/kg(营养型阻控剂/土壤)；(5)处理4：6.0g/kg(营养型阻控剂/土壤)。

于盆栽试验前，按照下列重量称取原料(kg)：硅酸钙3.3，熟石灰5.7，硫酸钾0.6，无水硫酸镁0.4，充分混合均匀得到钝化剂。分别按不同设计用量每公斤土壤施加该混合物，将混合物与土壤充分混匀后装盆，每盆装土8kg，淹水，平衡7天后插秧，每盆9株。试验期间栽培管理措施与田间管理一致，并按照当地水稻施肥方法，每盆均追施相同量的氮磷钾肥。至水稻成熟期，收获水稻，测定水稻各部位干重和Cd含量；并采集土壤样品，于室温风干后过20目筛，分析pH和DTPA-Cd含量。测试结果如表3和表4所示。

表3 水稻各部位干重和Cd含量

表4 水稻收获后土壤pH和DTPA-Cd含量

使用本实施例的营养型阻控剂后，随着营养型阻控剂用量的增加，水稻稻谷、茎叶和根系干重呈增加趋势，均在用量为6g/kg时最大。水稻各部分Cd含量随着营养型阻控剂用量的增加呈减低趋势，糙米和稻壳Cd含量均在最大用量时最低，水稻茎叶和根系Cd含量均在用量为4.5g/kg时最低。施用营养型阻控剂各处理的水稻稻米镉含量均符合国家标准《食品中污染物限量》(GB2762-2012)中规定的Cd<0.2mg/kg的标准限值，比未施用营养型阻控剂的对照处理降低了10.4％～24.8％。施用本发明的营养型阻控剂后，各处理的土壤pH均显著增加，增幅达0.40～1.07个单位，土壤DTPA-Cd含量较对照降低了8.56％～19.8％；特别是在用量为4.5g/kg和6.0g/kg的处理中，土壤pH增幅分别为0.93和1.07个单位，土壤DTPA-Cd分别降低18.9％和19.8％。可见，本发明的营养型阻控剂对镉污染稻田土壤具有良好的修复效果，适量施用可显著提高土壤pH，降低土壤有效态镉含量，增加水稻生物量，降低水稻对镉的吸收，实现稻米的安全生产。

实施例3：田间应用

试验地处于广州市郊，土壤理化性质为：土壤pH 5.36，有机质21.0g/kg，总镉0.39mg/kg，DTPA-Cd含量0.162mg/kg。试验设三个处理：(1)对照，不施用钝化剂；(2)施用本发明营养型阻控剂75kg/亩；(3)施用本发明钝化剂150kg/亩。每个处理4次重复。每小区面积为30.0m²。

按照下列重量称取原料(kg)：硅酸钙30，熟石灰62，硫酸钾4.8，无水硫酸镁3.2，充分混合均匀得到营养型阻控剂。插秧前各小区按照试验方案均匀撒施营养型阻控剂，翻耕、耙匀，使阻控剂与污染土壤混合均匀，淹水，灌溉水经检测达到农田灌溉水的水质标准。平衡5天后带水翻耕1遍，2天后按15cm株距，20cm行距进行人工插秧，保证各试验小区的水稻株数基本一致。

水稻成熟后，各小区全部收获测定稻谷产量，测定稻米Cd含量；同时，多点均匀采集每小区的土壤样品，混匀后作为一个土壤样品，于室温风干后过20目筛，分析pH和DTPA-Cd含量。测试结果如下表5所示。

表5 水稻稻谷产量、Cd含量及土壤pH和DTPA-Cd含量

本实施例的试验效果如下：

使用本实施例的营养型阻控剂后，对镉污染稻田的修复效果如表5所示。施用本发明阻控剂处理的水稻亩产量均高于对照，分别比对照增产9.4％和18.0％，以用量为150kg/亩时产量最高。两种用量处理的稻米镉含量均未超过国家标准《食品中污染物限量》(GB2762-2012)中规定的Cd<0.2mg/kg的标准限值，分别比对照降低了40.6％和47.0％；土壤pH分别提升了0.38和0.64个单位，土壤DTPA-Cd分别降低了16.0％和25.3％。可见，本发明的营养型阻控剂可提高稻谷产量，降低稻谷镉含量，并能有效提升土壤pH、降低土壤有效态镉含量。

实施例4：田间应用

试验地处于佛山市郊，土壤理化性质为：土壤pH 4.97，有机质23.8g/kg，总镉0.44mg/kg，DTPA-Cd含量0.231mg/kg。试验设两个处理：(1)对照，不施用钝化剂；(2)施用本发明营养型阻控剂150kg/亩。每个处理4次重复。每小区面积为30m²。

按照下列重量称取原料(kg)：硅酸钙40，熟石灰48，硫酸钾7.2，无水硫酸镁4.8，充分混合均匀得到营养型阻控剂。插秧前各小区按照试验方案均匀撒施营养型阻控剂，翻耕、耙匀，使阻控剂与污染土壤混合均匀，淹水，灌溉水经检测达到农田灌溉水的水质标准。平衡3天后带水翻耕1遍，2天后按15cm株距，20cm行距进行人工插秧，保证各试验小区的水稻株数基本一致。

水稻成熟后，各小区全部收获测定稻谷产量，测定稻米Cd含量；同时，多点均匀采集每小区的土壤样品，混匀后作为一个土壤样品，于室温风干后过20目筛，分析pH和DTPA-Cd含量。测试结果如表6所示。

表6 水稻稻谷产量、Cd含量及土壤pH和DTPA-Cd含量

本实施例的试验效果如下：

本实施例的营养型阻控剂对镉污染稻田的修复效果如表6所示。施用本发明阻控剂的处理中，水稻亩产量比对照增产15.5％，其稻米镉含量比对照降低了44.2％，低于国家标准《食品中污染物限量》(GB2762-2012)中规定的Cd<0.2mg/kg的标准限值；土壤pH增幅升高0.56个单位，DTPA-Cd降低13.8％。可见，本发明营养型阻控剂可有效降低稻米Cd含量，进而降低其食物链风险。

以上实施例仅为介绍本发明的优选案例，对于本领域技术人员来说，在不背离本发明精神的范围内所进行的任何显而易见的变化和改进，都应被视为本发明的一部分。

Claims (1)

1.一种降低水稻稻米Cd含量的营养型阻控剂，包括以下组分：硅酸钙、熟石灰、硫酸钾和无水硫酸镁；其特征在于，各组分的质量配比为：硅酸钙40，熟石灰48，硫酸钾7.2，无水硫酸镁4.8，将上述各组分充分混合均匀即得；

所述营养型阻控剂的的使用方法为：每亩地基施150kg的营养型阻控剂，翻耕耙匀后淹水、平衡3～7天后带水翻耕1～2遍，2～3天后即可进行插秧。