CN106069429A

CN106069429A - 一种降低中稻稻米镉含量的方法

Info

Publication number: CN106069429A
Application number: CN201610407839.6A
Authority: CN
Inventors: 贺前锋; 桂娟; 刘代欢; 李学钊; 邓林; 朱维
Original assignee: HUNAN YONKER ENVIRONMENTAL PROTECTION RESEARCH INSTITUTE Co Ltd
Current assignee: HUNAN YONKER ENVIRONMENTAL PROTECTION RESEARCH INSTITUTE Co Ltd
Priority date: 2016-06-12
Filing date: 2016-06-12
Publication date: 2016-11-09

Abstract

本发明公开了一种降低中稻稻米镉含量的方法，包括以下步骤：在第一年度的中稻收割后，将中稻秸秆直接还田，翻耕使其与土壤混合均匀；再在稻田中种植超富集植物；在第二年度的3~5月，移除超富集植物后，在稻田土壤表面撒施土壤重金属钝化剂；翻耕，3~5天后施用基肥；翻耕，移栽水稻；水稻种植期间，分别在水稻分蘖后期和孕穗期喷施叶面阻控剂，且喷施时间间隔为5~10天；除分蘖后期晒田和成熟期自然落干外，其他各生育期均进行淹水灌溉。该方法在不影响作物生产和秸秆资源化利用的同时，通过植物萃取、土壤钝化、叶面阻控、水分管理的共同作用实现了降低稻田土壤镉和稻米镉含量的双重目标，且比其他组合技术具有更明显的效果。

Description

一种降低中稻稻米镉含量的方法

技术领域

本发明涉及一种降低中稻稻米镉含量的方法，属于农产品重金属污染防治技术领域。

背景技术

近年来，由于污水灌溉、农药化肥施用、矿山开采和汽车尾气排放等，我国耕地土壤重金属污染形势日趋严峻。2014年，全国土壤污染公报显示，全国中重度污染耕地5000万亩，耕地土壤点位超标率高达19.4％，其中以镉(Cd)污染最为突出，样点超标率达7.0％，每年生产的农产品中Cd含量超标的已超过14.6×10⁸kg，每年因Cd污染而引起的粮食安全问题屡见不鲜。然而，在中国，水稻是第一大粮食作物，约有65％以上的人口以稻米为主食。稻米质量安全关系到国计民生，因此加快Cd污染稻田修复、保障粮食安全已迫在眉睫。

我国农作物秸秆资源十分丰富，每年大约有7亿吨的秸秆，其中水稻秸秆约占1/4。然而，农田土壤一旦受到重金属污染，水稻植株将会吸收累积大量重金属并富集储存在秸秆中。因此，大部分稻草要求移除离田或者被焚烧。稻草离田不仅浪费秸秆资源，也消耗大量劳动力。秸秆焚烧的资源利用率极低且污染大气环境，危害人体健康。大量研究表明，秸秆分解可向土壤中释放大量养分，具有改良土壤质量、培育贫瘠土地和缓解土质等作用，且秸秆还田向土壤提供养分，可能对土壤重金属有效性产生较大影响，起到活化重金属作用。

伴矿景天是一种Zn、Cd超积累植物，具有多年生、生物量大、生长速度快等特征。移除伴矿景天带走土壤中重金属，可达到修复重金属污染土壤的目的。在大量试验研究中，常通过向土壤施用化学物质(如EDTA、DTPA、柠檬酸等活化剂)来提高超积累植物修复效率。但是这些活化剂本身有毒性且难分解，具有一定的环境风险。因此，通过秸秆直接还田来改善土壤结构和重金属活性，既可以充分利用资源和节省成本，也提高了植物修复的效果。

土壤原位钝化技术适合于修复农田重金属污染，修复周期短、价格便宜、操作简单、处理效果好，最重要的不影响农田耕作种植，已广泛应用于稻田Cd污染修复试点。其中土壤重金属钝化剂成分中的海泡石是一种具层链状结构的含水富镁硅酸盐黏土矿物，对重金属具有很强的吸附能力；氧化锰也能起到辅助固定重金属作用；氧化钙和碳酸钙分别具有快速和缓效提升pH的作用。同时，有研究报道，喷施水溶性叶面硅肥可改变Cd在植株体内的分布，抑制Cd由水稻叶片向水稻籽粒的运输，从而有效降低稻米中Cd含量的积累，同时又不影响作物产量和品质。此外，大量研究表明淹水能降低稻田土壤Cd的活性和稻米Cd的含量。因此，在水稻种植期间，实行“土壤钝化+叶面阻控+水分管理”集成技术可有效保证降低稻米Cd含量。

目前稻田镉污染修复采用的技术主要有植物萃取和化学钝化，但很少将这两种技术结合使用。种植超富集植物可以降低土壤全Cd含量，但若在双季稻使用植物萃取会影响水稻的生产。化学钝化技术虽然可以通过降低土壤Cd活性从而减少水稻对土壤Cd的吸收达到降低稻米Cd含量，可暂时解决镉米的问题，但是对土壤全Cd的降低没有起到显著效果，对土壤修复没有起到治本的作用。可见，在Cd污染单季稻农田，充分利用水稻休耕期和水稻秸秆，实行超富集植物和中稻轮作方式，采用“植物萃取”技术降低稻田土壤总Cd和“土壤钝化+叶面阻控+水分管理”集成技术降低稻米Cd，最终实现秸秆的资源化利用以及土壤Cd和稻米Cd均降低的双重目标，对中稻安全生产提供有效的科学理论和技术支持。

发明内容

本发明解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种在不影响作物生产和秸秆资源化利用的条件下，采用超富集植物和水稻轮作方式，达到降低土壤镉和稻米镉含量的双重目标。

本发明的技术方案是，提供一种降低中稻稻米镉含量的方法，包括以下步骤：

(1)在第一年度的中稻收割后，将中稻秸秆直接还田，翻耕使其与土壤混合均匀；

(2)再在稻田中种植超富集植物；

(3)在第二年度的3～5月，移除超富集植物后，在稻田土壤表面撒施土壤重金属钝化剂；翻耕，3～5天后施用基肥；翻耕，移栽水稻；

(4)水稻种植期间，分别在水稻分蘖后期和孕穗期喷施叶面阻控剂，且喷施时间间隔为5～10天；除分蘖后期晒田和成熟期自然落干外，其他各生育期均进行淹水灌溉。

进一步地，所述超富集植物为伴矿景天。

进一步地，所述土壤中镉含量为0.3～1.0mg/kg，土壤pH值为4.7～6.0。

进一步地，所述土壤重金属钝化剂主要组成成分为海泡石30～33％，氧化锰10～17％，氧化钙10～15％，碳酸钙30～40％；土壤重金属钝化剂的施用量为100～200kg/亩。

进一步地，所述叶面阻控剂是水溶性叶面硅肥，每年每亩施用量150-300mL。

进一步地，水稻移栽至分蘖期之前采用湿润灌溉，分蘖期采用淹水0.5～1cm的浅水灌溉，孕穗期至成熟期采用淹水2～4cm的深水灌溉。

进一步地，镉污染稻田土壤中镉含量为0.3～0.6mg/kg时，土壤重金属钝化剂的施用量为100～150kg/亩；当所述镉污染稻田土壤中镉含量为0.6～1.0mg/kg时，土壤重金属钝化剂的施用量为150～200kg/亩。

本发明的上述技术方案主要基于以下原理：

(1)水稻秸秆还田不仅能有效地增加土壤养分、改良土壤的质量，有效利用了资源；而且可能对土壤重金属有效性产生较大影响，提高土壤镉活性，从而有利于提高后期超富集植物对土壤镉的提取效果。

(2)伴矿景天，是一种镉超积累植物，对土壤镉的富集能力是普通植物的100倍以上，且生长快、生物量大、管理简便，在镉污染农田土壤上种植并收获其地上部，可在不破坏土壤结构的情况下有效去除土壤中重金属镉，达到彻底修复目的。

(3)土壤钝化剂主要成分以碳酸盐、硅酸盐、缓冲物质和改性黏土矿物为主要原料混合形成。其中碳酸盐和硅酸盐可与土壤中H⁺反应，提高土壤pH，同时可与镉形成沉淀；改性黏土矿物可通过表面吸附镉离子，同时其表面修饰组分可将镉离子包裹，形成疏水结构，防止吸附的镉离子重新解吸出来，保障吸附效果的稳定性和长效性。其中硅酸盐和铁锰氧化物还可在水稻根部表面通过界面反应，抑制水稻根系对镉的吸收，最终达到稻米降镉效果。

(4)叶面阻控剂中通过添加活性有机物质，能够促进水稻对硅的有效吸收，可改变镉在植株体内的分布，抑制镉由水稻叶片向水稻籽粒的运输，阻止水稻吸收、转运镉，从而有效降低稻米中镉含量的积累。叶面阻控剂具有用量少、效果好的特点。通过喷施富含硅的叶面阻控剂可以降低稻米中镉的积累，同时能增加水稻产量。

(5)不同的水分管理方式会对水稻生长发育过程产生影响，同时也会影响水稻对镉的积累。土壤淹水后，土壤氧化还原电位降低，促进土壤中硫酸盐还原，形成的S或-HS与土壤中Cd形成沉淀，降低土壤有效镉含量；土壤pH升高，促进土壤中铁锰氧化物对镉的吸附，也可增强土壤有机质对镉的络合、螯合作用，形成有机结合态镉，减少游离镉的含量，最终达到降低水稻中镉含量的目的。

本发明的有益效果是，该方法先利用秸秆活化土壤重金属，促进超富集植物对镉的萃取，降低土壤总镉含量；再施用土壤钝化剂和淹水管理降低土壤重金属活性，减少水稻对镉的吸收，喷施叶面阻控剂阻止镉向籽粒的迁移，进一步降低了稻谷镉含量。这是一种比单一或组合技术降Cd更显著的方法，是环保、高效、操作方便的降低农田土壤镉和稻米镉含量的方法。

附图说明

图1表示不同试验田土壤中全Cd含量；

图2表示不同试验田土壤中有效Cd含量；

图3表示不同试验田糙米Cd含量。

图1-3中采用SPSS13.0软件对A、B两块试验田的5个处理分别进行单因素方差分析；不同小字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)；图表中数据为平均值±标准差)

具体实施方式

分别选择湖南长沙市某县2块水稻田，可典型代表长沙单季稻(中稻)。其中A为镉中度污染的强酸性土，B为镉轻度污染的酸性土。试验田土壤的基本理化性质见表1：

表1试验田镉污染稻田土壤基本理化性质

实施例实验设计：

分别在2个试验田设置对照田块和处理田块，对照田块(CK)按照当地习惯管理，设计4个处理(分别编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)，每个处理对应一种修复技术(如表2)，每个处理设计3个重复。

表2各处理对应的修复技术模式

本实施例的处理田管理具体步骤：

处理田(Ⅳ)管理：在中稻收割后，秸秆剪碎直接还田，翻耕使其与土壤混合均匀；种植超富集植物萃取土壤镉；超富集植物移除后，在稻田土壤表面撒施土壤重金属钝化剂，钝化剂撒施后翻耕拌匀，平衡3～5天后施用基肥(其中试验田A施用土壤重金属钝化剂150～200kg/亩，试验田B施用土壤重金属钝化剂100～150kg/亩)；施用基肥后再对农田进行充分深翻耕，翻耕后即可移栽水稻；分别在水稻分蘖后期和孕穗期喷施叶面阻控剂(市售的水溶性叶面硅肥)，每年每亩施用量150-300ml，稀释300～500倍后喷施，2次喷施时间间隔为5～10天；2个试验处理田都采用同样的水分管理，除分蘖后期晒田和成熟期自然落干外，水稻移栽至分蘖期之前采用湿润灌溉，分蘖期采用淹水0.5～1cm的浅水灌溉，孕穗期至成熟期采用淹水2～4cm的深水灌溉。

处理田(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)管理：处理Ⅰ中除水稻收割后秸秆移除离田外，其他管理同处理Ⅳ；处理Ⅱ除不种植超富集植物外，其他管理同处理Ⅳ；处理Ⅲ在水稻种植期间不实施修复措施，前面的管理同处理Ⅳ。

以上处理田和对照田的化肥、农药施用均一致，土壤有效态镉采用氯化钙溶液浸提法，土壤全镉、水稻糙米镉含量采用硝酸—高氯酸混合消解后用ICP-AES进行测定。结果如表3、图1-3所示：

表3不同处理田块土壤全Cd、有效态Cd和糙米Cd降低率(％)

从检测结果表3、图1-3可以看出，使用修复措施的处理田块与对照田相比，其土壤全Cd和糙米Cd含量都有一定程度的降低，其中使用本发明的处理田(Ⅳ)效果最显著，特别是对Cd含量较高和pH值较低的A试验田，其稻米降Cd率达到了55％以上。由此可见，本发明的降Cd集成方法对轮作中稻土壤Cd和糙米Cd含量比其他结合技术更具有有明显的降低效果，具有良好的推广应用前景，能为轮作农田的中稻安全生产提供有效的科学理论和技术支持。

Claims

1.一种降低中稻稻米镉含量的方法，包括以下步骤：

（1）在第一年度的中稻收割后，将中稻秸秆直接还田，翻耕使其与土壤混合均匀；

（2）再在稻田中种植超富集植物；

（3）在第二年度的3~5月，移除超富集植物后，在稻田土壤表面撒施土壤重金属钝化剂；翻耕，3~5天后施用基肥；翻耕，移栽水稻；

（4）水稻种植期间，分别在水稻分蘖后期和孕穗期喷施叶面阻控剂，且喷施时间间隔为5~10天；除分蘖后期晒田和成熟期自然落干外，其他各生育期均进行淹水灌溉。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超富集植物为伴矿景天。

3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述土壤中镉含量为0.3~1.0 mg/kg，土壤pH值为4.7~6.0。

4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述土壤重金属钝化剂主要组成成分为海泡石30~33%，氧化锰10~17%，氧化钙10~15%，碳酸钙30~40%；土壤重金属钝化剂的施用量为100~200 kg/亩。

5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述叶面阻控剂是水溶性叶面硅肥，每年每亩施用量150-300 mL。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，水稻移栽至分蘖期之前采用湿润灌溉，分蘖期采用淹水0.5~1 cm的浅水灌溉，孕穗期至成熟期采用淹水2~4 cm的深水灌溉。