CN107439286A - 一种降低水稻吸收砷的农艺‑化学调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种降低水稻吸收砷的农艺‑化学调控方法,将移栽水稻土壤开沟起垄,垄截面为等腰梯形;在水稻移栽前,在垄上移栽水稻土壤中挖2~3行用于移栽水稻秧的穴,在每个穴中施用1.5~2.5g水铁矿,拌合均匀,再移栽水稻秧。将稻田土壤起垄种植水稻,显著减少水稻对砷的吸收同时不影响水稻产量;再配合垄上追施水铁矿,则能够更大程度地减少水稻对砷的吸收,保障农产品产量与质量安全。
Description
【技术领域】
本发明属于农业种植技术领域。更具体地,本发明涉及一种降低水稻吸收砷的农艺-化学调控方法。
【背景技术】
砷是一种在自然界广泛存在的有毒并且具有致癌作用的类金属元素,其污染问题不仅严重影响农产品质量,也严重威胁到人类健康,因而砷污染也是全球面临的十分严峻的环境问题。水稻是一种非常重要的粮食作物,对砷具有较强的敏感性,主要原因是淹水条件下农田土壤中的砷主要以还原态的亚砷酸盐形式存在,亚砷酸盐具有移动性强、毒性大、相对较难被土壤固相吸附,从而在很大程度上增加了砷在土壤溶液中的活性,最终使得水稻相对其它作物能吸收更多的砷。
目前减少水稻吸收砷的相关技术包括:施用钝化剂、水分管理、施用叶面肥等。土壤砷的化学钝化方法是一种较为有效的方法,如通过向水稻土中添加含磷或铁的钝化剂,能够在一定程度上降低水稻土中砷的有效性,减少水稻对砷的富集。但总体来看,淹水条件下可能会改变钝化材料的化学特性,从而降低其应用的效果;水分管理亦是一种较为有效的调控水稻对砷吸收的方式,其主要机理是通过在水稻吸收砷的丰度期减少田间水量,使三价砷向移动性和有效性相对弱的五价砷转化,最终减少水稻对砷的吸收。但这种方法在具体操作方面有一定困难,需要在水稻的关键生长期及时地排水及再灌水,一定程度上增加了人力支出,同时也在一定程度上造成了水资源浪费;将水稻从水田种植改为旱地虽然可以极大地降低水稻籽粒对砷的吸收与富集,但会在很大程度上影响水稻分蘖数及产量。叶面喷施磷肥、硅肥近年来也常常被用于水稻籽粒富集砷的调控。这主要是因为硅、磷与砷具有相同的作物细胞膜转运蛋白,通过叶面施用硅、磷等能够显著抑制作物根系对砷的吸收及其向地上部的转运,从而减少水稻籽粒对砷的富集。水稻叶片表面存在的角质层和蜡质,能在很大程度上阻控了水稻叶面喷施的液态肥在叶面上的附着,从而大大地限制了叶面施用的效果。
【发明内容】
[要解决的技术问题]
本发明的目的是提供一种降低水稻吸收砷的农艺-化学调控方法。
[技术方案]
本发明是通过下述技术方案实现的。
本发明涉及一种降低水稻吸收砷的农艺-化学调控方法。
该农艺-化学调控方法的步骤如下:
在水稻移栽前,将移栽水稻土壤开沟起垄,垄截面为等腰梯形,两垄间距15~30cm;在水稻移栽前,在垄上移栽水稻土壤中挖2~3行用于移栽水稻秧的穴,在每个穴中施用1.5~2.5g水铁矿,拌合均匀,再移栽水稻秧。
根据本发明的一种优选实施方式,所述等腰梯形的上底是20~50cm、下底30~60cm与高10~40cm。
根据本发明的另一种优选实施方式,所述穴的间距是10~20cm。
根据本发明的另一种优选实施方式,在每穴中种植3~5株水稻秧。
根据本发明的另一种优选实施方式,在水稻幼苗移栽及整个水稻生长期内,保证垄下淹水高度为垄高的1/4~1/2。
下面将更详细地描述本发明。
本发明涉及一种降低水稻吸收砷的农艺-化学调控方法。
该农艺-化学调控方法的步骤如下:
在水稻移栽前,将移栽水稻土壤开沟起垄,垄截面为等腰梯形,两垄间距15~30cm;在水稻移栽前,在垄上移栽水稻土壤中挖2~3行用于移栽水稻秧的穴,在每个穴中施用1.5~2.5g水铁矿,拌合均匀,再移栽水稻秧,具体参见附图1。
根据本发明,将移栽水稻土壤开沟起垄的主要目的是通过适量地减少垄上水稻根系周围的水分,增加根系周围的氧化还原电位,使毒性与移动性更高的亚砷酸盐转化为毒性与移动性更低的砷酸盐形式,减少水稻对砷的吸收;同时适宜的起垄高度与宽度,可以保障垄上水稻种植密度,保障水稻亩产量。
本发明垄截面为等腰梯形,它上底是20~50cm、下底30~60cm与高10~40cm。如果垄的截面尺寸超过所述的范围,则会导致中间位置种植的水稻根系水分不适当,进而可能导致水稻产量下降。
在本发明中,两垄间距是15~30cm。如果两垄间距超过所述的范围,则会在一定程度上提高水稻根系周围水分含量,增加亚砷酸盐的毒性与移动性,导致水稻砷累积量增加;同时也在一定程度上降低水稻田单位面积种植密度,影响水稻亩产量。
在垄上移栽水稻土壤中挖2~3行用于移栽水稻秧的穴,所述穴的间距是10~20cm。在每穴中种植3~5株水稻秧。
本发明使用的水铁矿是一种弱结晶的铁氢氧化物,颗粒尺寸小,通常为2~6nm。水铁矿具有极大的比表面积和高表面活性,可以通过吸附和共沉淀与地表水中的污染物质相互作用,因此可利用合成水铁矿去除废水中的污染物质。本发明使用的水铁矿是根据中国农业科学院研究生院博士论文,吴萍萍,2011年,《不同类型矿物和土壤对砷的吸附-解吸研究》中所描述方法制备的。具体制备方法如下:将40.00gFe(NO3)3·9H2O溶于500mL蒸馏水中,加入330mL1mol·L-1KOH溶液,调节pH至7~8,剧烈搅拌,离心洗涤,透析,烘干,过200目筛得到所述的水铁矿。
在水稻幼苗移栽及整个水稻生长期内,保证垄下淹水高度约为垄高的1/4~1/2,即5~20cm。
本发明涉及一种可以显著减少水稻吸收砷的水稻起垄种植同时根围施用水铁矿的调控技术,将稻田土壤起垄一定高度及宽度后于垄上种植水稻,能显著改变水稻根际土壤砷的化学形态,显著降低土壤中砷的有效性,显著减少水稻对砷的吸收同时不影响水稻产量;如果再配合垄上追施水铁矿,则能够更大程度地减少水稻对砷的吸收,保障农产品产量与质量安全。在起垄一定高度与宽度后,可以使水稻根系土壤中砷形态部分转为移动性及毒性均相对较小的砷酸盐形态(具体参见和秋红等,好气条件下不同形态外源砷在土壤中的转化,2010,《应用生态学报》),减少水稻对砷的吸收,同时配施水铁矿后,水铁矿对砷酸盐具有较强的吸附能力,最终通过该起垄与水铁矿配施极大地减少水稻对砷吸收,降低砷在水稻籽粒中的富集。
[有益效果]
本发明的有益效果是:将稻田土壤起垄种植水稻,能显著改变水稻根际土壤砷的化学形态,显著降低土壤中砷的有效性,显著减少水稻对砷的吸收同时不影响水稻产量;再配合垄上追施水铁矿,则能够更大程度地减少水稻对砷的吸收,保障农产品产量与质量安全。
【附图说明】
图1是水稻起垄种植配合施用钝化剂降低水稻对砷吸附示意图;
图2是在不同处理下早稻籽粒千粒重(g);
图3是在不同处理下早稻籽粒砷含量(mg/kg);
图4是在不同处理下晚稻籽粒千粒重(g);
图5是在不同处理下晚稻籽粒砷含量(mg/kg);
图1-5中:
处理1-垄下;
处理2-起垄10cm;处理3-起垄10cm与施用水铁矿配合;
处理4-起垄20cm;处理5-起垄20cm与施用水铁矿配合;
处理6-起垄30cm;处理7-起垄30cm与施用水铁矿配合;
处理8-起垄40cm;处理9-起垄40cm与施用水铁矿配合;
图中不同英文字母表示处理间差异显著。
【具体实施方式】
通过下述实施例将能够更好地理解本发明。
试验实施例1:湘早143早稻实施效果
该试验实施例的实施方式如下:
试验地点:湖南石门砷污染地区。
试验时间:2016年4月至7月。
试验土壤:水稻田总砷含量为66.33mg/kg(约为国家土壤环境质量标准的2倍左右)。
试验处理:设置垄上宽度40cm、垄下宽为50cm、垄高10、20、30、40cm四个试验处理。并且设计穴施水铁矿及不施用水铁矿两个水平。
对照处理:在垄下种植相应水稻作为对照。
试验水稻品种:早稻湘早143。
试验方法:水稻先进行常规育苗处理,待起垄处理完成后,于垄上移苗。施用水铁矿处理于移苗前每穴内施用2.0g水铁矿。
在试验结束后,采集水稻籽粒,利用称重法获得不同处理下水稻籽粒的千粒重;水稻籽粒经研磨后,利用HNO3-HClO4-H2SO4消解的方法(GB/T5009.11-1996)进行消解,然后采用常规氢化物发生原子荧光法进行分析样品中总砷含量。
试验结果:
(1)在起垄处理与水铁矿配合处理下早稻籽粒千粒重变化结果列于附图2中。
从附图2可知,起垄处理或者起垄与水铁矿配合处理均没有影响水稻的千粒重,表明本发明起垄或起垄与水铁矿配合处理均没有影响水稻产量。此外,起垄20cm以及起垄20cm与水铁矿配合处理、起垄30cm以及起垄30cm与水铁矿配合处理、起垄40cm以及起垄40cm与水铁矿配合处理还在一定程度上促进了水稻千粒重含量增加。这可能是因为这些处理在很大程度上减少了土壤中砷的有效性,从而减少了砷对水稻生长的胁迫影响,促进了其产量的提升。
(2)在起垄与水铁矿配合处理下早稻砷富集量变化结果列于附图3中。
从附图3中可知,与对照处理相比,起垄10~40cm,或者起垄10~40cm水铁矿配合处理均能显著降低水稻籽料中砷的含量。与不起垄相比,起垄高度分别为10、20、30、40cm时,水稻籽粒中砷含量分别降低约7.2%、20.1%、38.2%和55.7%;与起垄处理相比,起垄与水铁矿配合处理均显著降低了水稻籽料中砷含量。与起垄高度分别为10、20、30、40cm的单独起垄处理相比,相应起垄与水铁矿配合处理的水稻籽粒砷含量分别下降约27.4%、24.2%、31.3%、45.1%。特别是高度40cm起垄与水铁矿配合处理的水稻籽粒中砷含量为0.13g/kg,低于国家食品中砷的限量值0.15g/kg。
试验实施例2:湘晚籼11号晚稻实施效果
该试验实施例的实施方式如下:
试验地点:湖南石门砷污染地区。
试验时间:2016年7月至10月。
试验土壤:水稻田总砷含量为66.33mg/kg(约为国家土壤环境质量标准的2倍左右)。
试验处理:设置垄上宽度40cm、垄下宽为50cm、垄高10、20、30、40cm四个试验处理。并且设计穴施水铁矿及不施用水铁矿两个水平。
对照处理:在垄下种植相应水稻作为对照。
试验水稻品种:晚稻湘晚籼11号。
试验方法:水稻先进行常规育苗处理,待起垄处理完成后,于垄上移苗。施用水铁矿处理于移苗前每穴内施用2.0g水铁矿。
在试验结束后,采集水稻籽粒,利用称重法获得不同处理下水稻籽粒的千粒重;水稻籽粒经研磨后,利用HNO3-HClO4-H2SO4消解的方法(GB/T5009.11-1996)进行消解,然后采用常规氢化物发生原子荧光法进行分析样品中总砷含量。
试验结果:
(1)在起垄与水铁矿配合处理下晚稻籽粒千粒重变化结果列于附图4中。
从附图4可知,起垄处理或者起垄与水铁矿配合处理均没有降低水稻千粒重,表明本发明起垄或起垄与水铁矿配合处理均不会降低水稻产量。此外,起垄处理或起垄与水铁矿配合处理均在一定程度上促进了水稻千粒重含量增加。这可能是因为这些处理在很大程度上将高毒性亚砷酸盐转变为低毒性砷酸盐,同时减少了土壤中砷的有效性,最终降低了砷对水稻生长的胁迫影响,促进了其产量的提升。
(2)在起垄与水铁矿配合处理下晚稻砷富集量变化结果列于附图5中。
从附图5中可知,与对照处理比,起垄10-40cm,或者起垄10-40cm与水铁矿配合处理均能显著降低水稻籽料中砷的含量。与不起垄相比,起垄高度分别为10、20、30、40cm时,水稻籽粒含量分别降低约15.7%、44.1%、48.7%和55.3%;与相应起垄处理相比,起垄与水铁矿配合处理均显著降低水稻籽料中砷含量。与相应的单独起垄处理相比,起垄高度分别为10、20、30、40cm与水铁矿配合处理,水稻籽粒砷含量分别下降约19.0%、4.9%、14.3%、19.0%。特别是当起垄高度为20cm以上或者相应起垄与水铁矿配合处理,水稻籽粒中砷含量为0.09-0.14g/kg,低于国家食品中砷的限量值0.15g/kg。
Claims (5)
1.一种降低水稻吸收砷的农艺-化学调控方法,其特征在于该方法的步骤如下:
在水稻移栽前,将移栽水稻土壤开沟起垄,垄截面为等腰梯形,两垄间距15~30cm。在水稻移栽前,在垄上移栽水稻土壤中挖2~3行用于移栽水稻秧的穴,在每个穴中施用1.5~2.5g水铁矿,拌合均匀,再移栽水稻秧。
2.根据权利要求1所述的农艺-化学调控方法,其特征在于所述等腰梯形的上底是20~50cm、下底30~60cm与高10~40cm。
3.根据权利要求1所述的农艺-化学调控方法,其特征在于所述穴的间距是10~20cm。
4.根据权利要求1所述的农艺-化学调控方法,其特征在于在每穴中中种植3~5株水稻秧。
5.根据权利要求1所述的农艺-化学调控方法,其特征在于在水稻幼苗移栽及整个水稻生长期内,保证垄下淹水高度为垄高的1/4~1/2。
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