CN105851002B - 一种水稻重金属吸收阻隔剂及其使用方法 - Google Patents

一种水稻重金属吸收阻隔剂及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水稻镉和铅吸收阻隔剂及其使用方法,其中阻隔剂的有效成分为α‑酮戊二酸、丙三醇、草酰乙酸中的一种或几种,在水稻分蘖期、抽穗期和(或)灌浆期通过叶面喷施可实现阻隔重金属吸收和向稻米转移的目的。本发明可显著降低铅镉等重金属污染稻田稻米中重金属含量,使轻度或中度重金属污染稻田生产的稻米符合食品安全标准。本发明的阻隔剂有效喷施的浓度低,且可与防治水稻病虫害的农药混合后喷施,成本低廉。

Description

一种水稻重金属吸收阻隔剂及其使用方法
技术领域
本发明属于重金属污染农田防治领域,具体涉及一种水稻重金属吸收阻隔剂及其使用方法。
背景技术
我国受重金属污染的耕地面积近2000万公顷,约占耕地总面积的1/5,导致每年粮食减产1000多万t,受污染粮食多达1200多万t,合计经济损失至少达200亿元,土壤重金属污染已经成为我国实现可持续发展的重大障碍。水稻是吸收镉且籽粒积累十分强烈的农作物,吴启堂等(1999)研究也表明,水稻生长并未受到影响时,糙米的含镉量己超过卫生标准数倍甚至十倍。甄燕红等(2008)对中国部分市售大米中Cd、Zn、Se的含量及其食物安全评价,结果表明,若以USEPA 推荐的成人RfD(Cd)值计算摄取量,则70%的大米存在Cd 食物暴露潜在风险问题。我国主要重金属污染地区如贵州的赫章、江西的赣州、广西桂林、湖南衡东、广东大宝山和辽宁张士等地的农作物重金属含量超标严重,当地10%以上居民已出现不同程度腰背、四肢、骨关节疼痛等症状,有些村落甚至被称为“癌症村”,人们饱受疾病的折磨。大力开展土壤重金属污染防控方法研究,特别是确保污染农田可生产出安全的农产品,守住最后一道防线,对维护社会稳定和保障人民身体健康意义重大。
针对土壤重金属污染,防控方法研究成为近年来的研究热点。土壤淋洗技术(CN105363769A、CN103056158A、CN103084384A、CN103357655B、CN103586276A、CN104646410A)对重金属污染土壤修复的效果明显,但其工程投资大,容易引起二次污染,并且只适用于质地相对疏松、渗透性较强、污染面积较小的土壤,还存在着破坏土壤理化性质、降低土壤养分含量、污染地下水等缺点,对大面积的农田重金属污染不适应。土壤改良剂或重金属钝化剂技术是目前农田土壤重金属污染修复使用最广泛的措施之一,根据钝化剂材料可分为石灰性改良剂(CN103250485B、CN102391877A)、磷酸盐改良剂(CN103143557B、CN102941221A)、高表面吸附材料(CN104031651A、CN105131961A、CN103143557B)等。要达到有效钝化土壤重金属的目的,钝化剂施用量一般较大,对土壤结构和理化性质有较大的影响,常导致耕地产量下降,农民收益将受到较大影响。此外,还有植物修复法(CN102500614A、CN101941018B、CN102172608B、CN102172611B、CN104858226A、CN103109651A),但对耕地资源稀缺的中国,大面积推广应用尚不具备必要的条件。
为确保铅镉等污染稻田生产的稻米食用安全,本发明在深入研究水稻铅镉吸收机制和有机碳信号对水稻生长调控作用的基础上,发明了水稻铅镉吸收阻隔剂及其使用方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能有效抑制水稻铅镉吸收和向稻米转运、显著降低稻米中铅镉含量的阻隔剂及其使用方法,在土壤铅镉污染程度中度以下稻田种植的水稻上施用显著降低稻米中铅镉含量,可保证稻米铅镉含量符合食品卫生标准。
本发明提供的技术方案是:一种水稻铅镉吸收阻隔剂,所述阻隔剂的有效成分包括α-酮戊二酸、丙三醇、草酰乙酸中的一种或几种。
一种水稻铅镉吸收阻隔剂,所述阻隔剂的有效成分包括α-酮戊二酸、丙三醇、草酰乙酸中的一种或几种,使用时将所述阻隔剂配制成有效成分浓度为0.2mmol/L~3.0mmol/L的溶液。
本发明还提供所述水稻铅镉吸收阻隔剂的使用方法,该方法使用前将所述阻隔剂配制成0.2mmol/L~3.0mmol/L的溶液, 对铅镉污染的水稻田采用喷雾形式将配制好的阻隔剂溶液喷施于水稻叶片上,每亩喷施量为15L~50L。
本发明所述阻隔剂对铅镉污染的水稻田在水稻的分蘖期、抽穗期、灌浆期进行页面喷施可有效阻隔水稻对铅镉的吸收,显著降低稻米中铅镉含量。本发明所述阻隔剂适合在土壤铅镉污染程度在中度及以下的稻田使用。优选地,适应的稻田土壤总镉含量小于5mg/kg,总铅含量小于1500mg/kg。
所述阻隔剂的喷施有效时期为水稻的分蘖期、抽穗期、灌浆期,在三个时期各喷1~2次或选其中一个或两个时期喷1~2次。
所述阻隔剂的使用方法,水稻分裂期阻隔剂的优选喷施浓度为0.2mmol/L~1.0mmol/L;水稻抽穗期阻隔剂的优选喷施浓度为0.5 mmol/L~3.0 mmol/L;水稻灌浆期阻隔剂的优选喷施浓度为0.4mmol/L~1.5 mmol/L。
所述的其使用方法,当阻隔剂采用两种或三种有效组分时,其两种或三种有效组分浓度之和不超过2mmol/L,且其中任一单一成分浓度不低于0.2mmol/L。
所述的使用方法,优选地,所述阻隔剂的浓度为0.5mmol/L~1mmol/L,每亩的喷施量为25L~35L。
所述的使用方法,当选择其中一个时期喷施所述阻隔剂时,喷施时期优选灌浆期。
进一步地,所述的使用方法,所述阻隔剂可以与相应时期的杀虫和防病的农药混合后喷施。
优选地,所述阻隔剂与杀虫和防病的农药混合施用时,其有效组分浓度为0.5mmol/L~1.5mmol/L。
下面描述水稻重金属阻隔剂中各有效成分的测定方法。
阻隔剂中α-酮戊二酸和草酰乙酸的测定采用HPLC法,以Hypersil BDS(4.6mm×250mm,5μm)为色谱柱,以0.1mol/L的(NH4)H2PO4(pH 2.65)为流动相,流速1.0ml/min,检测波长215nm,进样量20μL。
阻隔剂中丙三醇含量的测定采用GBT 687-2011中的丙三醇含量检测方法测定。
下面描述水稻稻米中铅镉的测定方法。
称取2.000g左右稻米于瓷坩埚中碳化,再置于马弗炉500℃下灰化6 h,取下稍冷,用2 ml 1:1 HCl(优级纯)溶解灰分,转移至25 ml容量瓶中,定容,必要时过滤,原子吸收分光光度计测定溶液中铅镉含量并计算稻米中重金属铅镉含量。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
本发明的水稻铅镉重金属阻隔剂应用效果显著,在土壤铅镉污染程度为中度或轻度的稻田水稻上应用,可使稻米中铅镉含量比对照降低40%以上,分别在分蘖期、抽穗期、灌浆期喷施1-2次,稻米中铅镉含量降低幅度可达70%,可实现铅镉中轻度污染稻田生产出食用安全的稻米,消除重金属对人体健康的威胁。
本发明的水稻铅镉重金属阻隔剂成分均为植物本身生理生化过程存在的物质,对水稻植株和人体均安全无毒。
本发明的水稻铅镉重金属阻隔剂的有效作用浓度低(0.2-3mmol/L),用量少(每亩水稻一次喷施用的阻隔剂纯品仅1.5-10g),物料成本低。同时,阻隔剂可与相应时期防治病虫害的农药混合使用,节省了人工成本。
本发明的水稻铅镉重金属阻隔剂不仅能有效降低稻米重金属含量,而且对水稻生长有一定的促进作用,提高稻谷产量,实现高产优质。
具体实施方式
下面通过具体实施方式的详细描述来进一步阐明本发明,但并不是对本发明的限制,仅仅作示例说明。
实施例1和实施例2的土壤基本理化性状为:土壤pH值5.75,总镉含量为1.75mg/kg,总铅含量为888.6mg/kg,有机质23.58g/kg,全氮1.45g/kg,全磷0.49g/kg,全钾4.86g/kg,水稻品种为黄花占。本发明的实施例对实验地土壤铅镉含量等基本理化性质和水稻品种的注明仅为说明实施例喷施本发明的阻隔剂后大米中重金属含量降低的效果,符合本发明技术特征中重金属污染农田采用本发明的技术均能达到类似效果。
实施例1 采用α-酮戊二酸作为阻隔剂
实施地设5个处理(见表1),每处理设3个小区,每小区面积200m2,小区随机排列,各小区间设定50cm的保护行。各处理施肥和田间日常管理相同,除处理T4在分裂期和抽穗期施用井冈霉素和杀虫双时将α-酮戊二酸加入农药一起喷施外,其它各处理相应时期的农药均单独施用。各处理同时间收获并分别测定稻米中重金属镉和铅含量。
表1 以α-酮戊二酸作为阻隔剂的不同施用方法大田小区试验方案
处理号 处理方法
CK 不喷阻隔剂
T1 在水稻灌浆期喷0.5mmol/L的α-酮戊二酸溶液约12L,喷施2次,间隔3天。
T2 在水稻分裂期喷0.4mmol/L的α-酮戊二酸溶液约12L;在抽穗期再喷施1.5mmol/L的α-酮戊二酸溶液约15L。
T3 在水稻分裂期喷0.4mmol/L的α-酮戊二酸溶液约12L;在抽穗期再喷施1.5mmol/L的α-酮戊二酸溶液约15L;在灌浆期再喷施1.0 mmol/L的α-酮戊二酸溶液约15L。
T4 将1.49g固体α-酮戊二酸加入20L配制好的井冈霉素药液(含20ml 5%井冈霉素乳剂),配制成含0.5mmol/L的α-酮戊二酸和井冈霉素药剂,在水稻分裂期喷施;在灌浆期:将3.0g固体α-酮戊二酸加入20L配制好的杀虫双药液(含60ml 25%杀虫双乳剂),配制成含1.0mmol/L的α-酮戊二酸和杀虫双药剂,在水稻灌浆期喷施。
各处理水稻收获后稻米中铅镉含量测定结果见表2,与对照(CK)相比,喷施阻隔剂的处理大米中镉降低43.4%-65.5%,且符合食品卫生标准(≤0.2mg/kg),而对照大米中镉则超标。同样,喷施阻隔剂对于大米中的铅含量大幅度降低,四个喷阻隔剂的处理大米铅含量比对照降低42.6%-57.1%,均达到食品卫生标准。
表2 α-酮戊二酸作为阻隔剂的各处理稻米铅镉含量
实施例2 采用丙三醇、草酰乙酸和α-酮戊二酸作为阻隔剂
实施地设5个处理(见表3),每处理设3个小区,每小区面积200m2,小区随机排列,各小区间设定50cm的保护行。各处理施肥、病虫害防治和田间日常管理相同,同时间收获并分别测定稻米中重金属镉和铅含量。
表3 以丙三醇、草酰乙酸和α-酮戊二酸作为阻隔剂的不同施用方法小区试验方案
处理号 处理方法
CK 不喷阻隔剂
T5 在水稻灌浆期喷0.8mmol/L的丙三醇溶液约12L,喷施2次,间隔3天。
T6 在水稻灌浆期喷0.6mmol/L的草酰乙酸溶液约12L,喷施2次,间隔3天。
T7 在水稻分裂期喷含0.3mmol/L的丙三醇和0.2mmol/L的草酰乙酸的混合溶液约12L;在水稻灌浆期再喷0.8mmol/L的草酰乙酸溶液约15L。
T8 在水稻分裂期喷0.5mmol/L的丙三醇溶液约12L;在抽穗期再喷施1.5mmol/L的草酰乙酸溶液约15L;在灌浆期再喷施1.0 mmol/L的α-酮戊二酸溶液约15L。
各处理水稻收获后稻米中铅镉含量测定结果见表4,与对照(CK)相比,喷施阻隔剂的处理大米中镉降低56.3%-66.4%,且均符合食品卫生标准(≤0.2mg/kg),而对照大米中镉则超标。
表4以丙三醇、草酰乙酸和α-酮戊二酸作为阻隔剂的各处理稻米铅镉含量
实施例3
实施地为广东粤北铅镉轻度污染稻田40亩,其中土壤全镉含量0.87mg/kg-1.12mg/kg,全铅含量为488.6mg/kg-658.5mg/kg。种植的水稻品种包括杂交稻:两优191,常规稻:桂花占。在水稻分裂期每亩用丙三醇2.5g兑水50kg,喷雾于水稻叶片;在抽穗期每亩用10g草酰乙酸加入70kg配制好的金爱维丁(5%阿维菌素乳油,深圳诺普信品牌产品)药液,喷雾在水稻叶片上。实施效果:当地未喷施丙三醇和草酰乙酸的稻田稻米铅、镉平均含量分别为0.123mg/kg和0.189mg/kg,喷施了丙三醇和草酰乙酸的稻田稻米铅、镉平均含量分别为0.078mg/kg和0.104mg/kg,且每亩稻谷平均增产38kg。

Claims (11)

1.α-酮戊二酸、丙三醇、草酰乙酸中的一种或几种化合物作为水稻铅镉吸收阻隔剂的应用,其中所述化合物是有效成分。
2.如权利要求1所述的应用,其特征在于:使用时将所述阻隔剂配制成有效成分浓度为0.2mmol/L~3.0mmol/L的溶液。
3.一种权利要求2所述的应用,其特征在于:对铅镉污染的水稻田采用喷雾形式将配制好的阻隔剂溶液喷施于水稻叶片上,每亩喷施量为15L~50L。
4.根据权利要求3所述的应用,其特征在于:所述阻隔剂的喷施有效时期为水稻的分蘖期、抽穗期、灌浆期,在三个时期各喷1~2次或选其中一个或两个时期喷1~2次;当选择其中一个时期喷施所述阻隔剂时,喷施时期是灌浆期。
5.根据权利要求4所述的应用,其特征在于,水稻分蘖期阻隔剂的喷施浓度为0.2mmol/L~1.0 mmol/L;水稻抽穗期阻隔剂的喷施浓度为0.5 mmol/L~3.0 mmol/L;水稻灌浆期阻隔剂的喷施浓度为0.4mmol/L~1.5 mmol/L。
6.根据权利要求3至5任一项所述的应用,其特征在于:当阻隔剂采用两种或三种有效组分时,其两种或三种有效组分浓度之和不超过2mmol/L,且其中任一单一成分浓度不低于0.2mmol/L。
7.根据权利要求3至5任一项所述的应用,其特征在于:所述阻隔剂的浓度为0.5mmol/L~1mmol/L,每亩的喷施量为25L~35L。
8.根据权利要求3至5任一项所述的应用,其特征在于:所述阻隔剂可以与相应时期的杀虫和防病的农药混合后喷施。
9.根据权利要求8所述的应用,其特征在于:所述阻隔剂与杀虫和防病的农药混合施用时,其有效组分浓度为0.5mmol/L~1.5mmol/L。
10.根据权利要求9所述的应用,其特征在于:所述阻隔剂在总镉含量小于5mg/kg,总铅含量小于1500mg/kg的农田中使用。
11.根据权利要求3至5任一项所述的应用,其特征在于:所述阻隔剂在总镉含量小于5mg/kg,总铅含量小于1500mg/kg的农田中使用。
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Inventor after: Wang Limei

Inventor after: Zhong Xiujuan

Inventor after: Shao Xiangqing

Inventor before: Mao Xiaoyun

Inventor before: Wang Limei

Inventor before: Zhong Xiujuan

Inventor before: Chen Xian

Inventor before: Shao Xiangqing

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20160817

Assignee: Hunan Zhongke Lvyuan Agricultural Technology Co., Ltd

Assignor: SOUTH CHINA AGRICULTURAL University

Contract record no.: X2020980007115

Denomination of invention: A heavy metal absorption and barrier agent for rice and its application method

Granted publication date: 20180717

License type: Common License

Record date: 20201023

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