CN108393344A - 一种降低酸性轻度镉污染土壤中稻米镉累积的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低酸性轻度镉污染土壤中稻米镉累积的方法，包括如下步骤：在酸性轻度镉污染土壤进行翻耕前，将土壤pH调理剂均匀撒施在所述镉污染土壤的表面，然后对土壤进行翻耕，充分拌匀，待土壤水分平衡后再施用氮、磷、钾肥；结合移栽镉低吸收水稻品种，保持常规灌溉管理。本发明的方法操作简单、可靠，易于被种植户接受，使用后见效快，对防治土壤重金属污染，保障稻米质量安全具有十分重要的意义。

Description

一种降低酸性轻度镉污染土壤中稻米镉累积的方法

技术领域

本发明属于农业环境领域，尤其涉及一种降低酸性轻度镉污染土壤中稻米镉累积的方法。

背景技术

随着社会经济的高速发展，工业“三废”的排放，农用化学药品的不合理使用，大气沉降、汽车尾气等使得重金属污染范围越来越广，农田出现大面积污染，并呈扩散态势，其中镉污染形式最为严峻。臭名昭著的镉(Cd)是极具生物毒性的环境污染元素之一(陈怀满，《土壤-植物系统中的重金属污染》，科学出版社，1996)，上世纪末的调查资料表明，全国镉污染耕地面积达1.33×10⁴hm²(赵中秋，朱永官等：镉在土壤-植物系统中的迁移转化及其影响因素，生态环境，2005，14[2])。而时至当今，据最新的土壤污染状况调查公报显示，镉位列无机污染物之首，在无机污染物中的点位超标率达7.0％(《全国土壤污染状况调查公报》，2014)，说明土壤镉污染现象已愈演愈烈。

稻米是人类赖以生存的粮食基础，中国约有60％的人口以稻米为主食。我国长江以南属于典型的“鱼米之乡”，水稻种植面积广阔。然而，水稻是吸收镉能力最强的大宗谷类作物之一(Chaney R L,Reeves P G,Ryan J A,Simmons R W,Welch R M,Scott Angle J:“An improved understanding of soil Cd risk to humans and low cost methods tophytoextract Cd from contaminated soils to prevent soil Cd risks”,《Biometals》,2004,17[5])，其遭受重金属镉污染的风险极大。近年来，我国“镉大米”事件频发，尤其是南方地区，大米质量安全形式不容乐观。因此，如何有效阻断镉污染的食物链传递途径，一直是科学界致力攻克的难题。对于镉污染土壤的治理，通常可采用客土、化学修复、生物修复和农艺措施等。相对来说，工程治理措施往往工程量大，费用高，并且有可能对土壤生态功能造成破坏，而采取超富集植物修复针对重度污染土壤效果明显，但对于轻度污染土壤修复速度缓慢。鉴于我国重金属镉污染耕地比例较大，大部分处于中、轻度污染水平，因此，研发快速有效的防治技术，既能保障农产品质量安全，又能缓解人口与耕地资源紧张的矛盾，符合我国当前社会的迫切需求。当前的修复方法种类繁多，每一种方法各有优劣利弊，如利用亚硫酸盐作为土壤调理剂修复镉污染土壤，虽然效果较明显，但存在一定局限性，因亚硫酸盐稳定性较差，易氧化变性，且具有一定的生物毒性，存在致癌风险。而利用复合钝化材料修复镉污染土壤虽然效率较高，但因其材料成分复杂及制备工艺要求较高而推高成本，且复合钝化材料因引入多种物质成分易改变土壤环境而增加风险。因此，如何选择和开发最优化、最经济、最有效的土壤修复方法一直是困扰本领域技术人员的技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种低成本、资源节约、操作简单且能有效降低酸性轻度重金属镉污染土壤稻米镉累积的组合防治方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为提供一种降低酸性轻度镉污染土壤中稻米镉累积的方法，包括如下步骤：在酸性轻度镉污染土壤进行翻耕前，将土壤pH调理剂均匀撒施在所述镉污染土壤的表面，然后对土壤进行翻耕，充分拌匀，待土壤水分平衡后再施用氮、磷、钾肥；结合移栽镉低吸收水稻品种，保持常规灌溉管理。所述酸性轻度镉污染土壤在施用土壤pH调理剂后土壤pH值升高从而使镉离子形成沉淀。

上述的方法，优选的，所述酸性轻度镉污染土壤中，含全量镉为0.3mg/kg～0.6mg/kg.

优选的，所述酸性轻度镉污染土壤的土壤pH小于6.5。

优选的，所述土壤pH调理剂为氰氨化钙。

优选的，所述土壤pH调理剂中镉含量低于0.5mg/kg。

优选的，所述土壤pH调理剂的使用量为75kg/hm²～300kg/hm²。

优选的，所述镉低吸收水稻品种包括湘早籼42号、株两优706、两优早17、丰源优272和两优336中的一种或几种。

优选的，所述常规灌溉管理过程中，控制灌溉水中镉含量低于0.005mg/L。

优选的，所述土壤水分平衡的时间至少为2周。

上述本发明技术方案的技术原理主要基于以下几点：

(1)通过施用土壤pH调理剂(氰氨化钙)，使酸性轻度镉污染土壤的pH值显著提高，从而促使土壤中的活性镉向难溶态转化，最终降低镉的生物有效性，其离子反应方程式主要为：

(2)所述优选的土壤pH调理剂(氰氨化钙)中因含有大量钙离子，施入稻田土壤后因钙离子与土壤中镉离子竞争水稻根际吸收位点，理论上可进一步降低水稻对镉的吸收累积；

(3)在对土壤中活性镉进行钝化和拮抗的同时，选用镉低吸收品种，进一步利用不同水稻品种对镉吸收累积的基因型差异降低稻米中的镉累积。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明的方法操作简单、可靠，易于被种植户接受，使用后见效快，对防治土壤重金属污染，保障稻米质量安全具有十分重要的意义。

2、本发明的方法中采用了一种土壤pH调理剂，该土壤pH调理剂不仅来源广泛、成本低，其含有丰富的钙和氮，可作肥料施用，能促进作物生长，具有一定增产作用，而且其具有特殊理化性质，因其微溶于水而具有一定缓释性，施入土壤后不会因pH急剧升高而破坏土壤微环境，可在较长时间内使土壤pH维持在一定范围，能有效降低酸性镉污染稻田土壤中镉的生物有效性；另外，氰氨化钙具有一定杀菌杀虫等作用，有利于防治土传病害，其施入土壤平衡2周后不会影响作物生长。

3、本发明的方法中所使用的镉低吸收水稻品种，属于可降低稻米镉暴露风险的绿色技术，对保护生态环境具有重要意义，通过化学修复与绿色技术的互补，可有效降低酸性轻度镉污染土壤稻米的镉累积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1中采用本发明方法处理后降低水稻糙米镉含量的效果图(图1中的字母a～c表示不同处理间LSD检验的差异显著性p<0.05)。

图2为实施例2中采用本发明方法处理后降低水稻糙米镉含量的效果图(图2中的字母a～c表示不同处理间LSD检验的差异显著性p<0.05)。

图3为实施例3中采用本发明方法处理后降低水稻糙米镉含量的效果图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

一种本发明的降低酸性轻度镉污染土壤中稻米镉累积的方法，本实施例处理的对象为酸性轻度镉污染土壤(潮泥田)，该土壤性状如下表1所示。

表1：实施例1中供试土壤的化学性状

本实施例的降低酸性轻度镉污染土壤中稻米镉累积的方法，包括如下步骤：

在对上述酸性潮泥田土壤进行翻耕前，将土壤pH调理剂氰氨化钙(含全量镉0.07mg/kg，镉含量在国家土壤质量标准二级标准值范围内)均匀撒施在所述酸性轻度镉污染土壤的表面，氰氨化钙的施用量为225kg/hm²，然后对土壤进行翻耕，充分拌匀，待土壤水分平衡2周后再施用氮、磷、钾基肥，然后移栽镉低吸收水稻品种(本实施例选用湘早籼42号)，水分管理采用常规灌溉，控制灌溉水中的镉含量低于0.005mg/L，完成对酸性轻度镉污染土壤的组合防治。

为对比本实施例的技术效果，以本实施例的处理作为T3，另设置以下2个处理T1和T2作为对照：

T1，湘早籼24号(非镉低吸收水稻品种)；

T2，湘早籼42号；

T3，土壤pH调理剂氰氨化钙(225kg/hm²)+湘早籼42号；

以上每个处理重复三次，随机区组排列，并设置保护行。所有处理的氮、磷、钾养分施用量一致，并且农药使用及其他管理措施均一致。水稻糙米镉含量采用硝酸-高氯酸混合消解后原子吸收分光光度法(石墨炉)测定。

试验结果表明，使用本实施例方法对水稻糙米中镉含量影响显著(图1)。通过比较T1和T2处理的水稻糙米镉含量可知，湘早籼42号水稻糙米镉含量相对较低，两个品种的糙米镉含量相差12.7％，说明水稻品种间镉累积存在较大差异。所有处理中，以使用本发明方法(土壤pH调理剂氰氨化钙(225kg/hm²)+湘早籼42号)的水稻糙米镉含量最低，较T1处理降低27.5％，达到食品安全国家标准(GB2762-2017)。由此可见，本发明的方法对降低稻米镉累积的效果明显。

实施例2：

一种本发明的降低酸性轻度镉污染土壤稻米镉累积的方法，本实施例处理的对象为酸性轻度镉污染土壤(红黄泥)，该土壤性状如下表2所示。

表2：实施例2中供试土壤的化学性状

本实施例的降低酸性轻度镉污染土壤中稻米镉累积的方法，包括以下步骤：

在对上述酸性红黄泥土壤进行翻耕前，将土壤pH调理剂氰氨化钙(含全量镉0.07mg/kg，镉含量在国家土壤质量标准二级标准值范围内)均匀撒施在所述酸性轻度镉污染土壤的表面，氰氨化钙的施用量为300kg/hm²，然后对土壤进行翻耕，充分拌匀，待土壤水分平衡2周后再施用氮、磷、钾基肥，然后移栽镉低吸收水稻品种(本实施例选用丰源优272)，水分管理采用常规灌溉，控制灌溉水中的镉含量低于0.005mg/L，完成对酸性轻度镉污染土壤的组合防治。

为对比本实施例的技术效果，以本实施例的处理作为T3，另设置以下2个处理T1和T2作为对照：

T1，V优46(非镉低吸收水稻品种)；

T2，丰源优272；

T3，土壤pH调理剂氰氨化钙(300kg/hm²)+丰源优272；

以上每个处理重复三次，随机区组排列，并设置保护行。所有处理的氮、磷、钾养分施用量一致，并且农药使用及其他管理措施均一致。水稻糙米镉含量采用硝酸-高氯酸混合消解后原子吸收分光光度法(石墨炉)测定。

试验结果表明，使用本实施例方法对水稻糙米中镉含量影响显著(图2)。通过比较T1和T2处理的水稻糙米镉含量可知，两个品种的糙米镉含量相差14.0％，丰源优272水稻糙米镉含量相对较低，说明水稻品种间镉累积差异明显。所有处理中，以使用本发明方法(土壤pH调理剂氰氨化钙(300kg/hm²)+丰源优272)的水稻糙米镉含量最低，较T1处理降低33.4％，由此可见，本发明的组合防治方法对降低稻米镉累积的效果明显。

实施例3：

本实施例为田间示范应用，在选定地区进行了100余亩的田间示范应用，示范区稻田土壤全镉含量为0.33mg/kg～0.51mg/kg，pH值为5.1～6.0。

本实施例的降低酸性轻度镉污染土壤中稻米镉累积的方法，包括以下步骤：

在对上述土壤进行翻耕前，将土壤pH调理剂氰氨化钙(含全量镉0.07mg/kg，镉含量在国家土壤质量标准二级标准值范围内)均匀撒施在所述酸性轻度镉污染土壤的表面，氰氨化钙的施用量为300kg/hm²，然后对土壤进行翻耕，充分拌匀，待土壤水分平衡2周后再施用氮、磷、钾基肥，然后移栽镉低吸收水稻品种(本实施例选用丰源优272)，水分管理采用常规灌溉，控制灌溉水中的镉含量低于0.005mg/L，完成对酸性轻度镉污染土壤的组合防治。

为对比本实施例的技术效果，以本实施例的处理作为T1，另设置以下对照CK：

CK，当地种植水稻品种V优46(非镉低吸收水稻品种)；

T1，土壤pH调理剂氰氨化钙(300kg/hm²)+丰源优272；

以上两个处理的氮、磷、钾养分施用量一致，并且农药使用及其他管理措施均一致。水稻糙米镉含量采用硝酸-高氯酸混合消解后原子吸收分光光度法(石墨炉)测定。

测定结果如图3所示，应用本发明得到的水稻糙米镉含量均值为0.17mg/kg，比对照(CK)平均降低32.0％，示范区内应用本发明得到的水稻糙米镉含量基本达到食品安全国家标准(GB2762-2017)。可见，本发明的组合技术模式能显著降低水稻糙米镉含量。

Claims (9)

1.一种降低酸性轻度镉污染土壤中稻米镉累积的方法，包括如下步骤：在酸性轻度镉污染土壤进行翻耕前，将土壤pH调理剂均匀撒施在所述镉污染土壤的表面，然后对土壤进行翻耕，充分拌匀，待土壤水分平衡后再施用氮、磷、钾肥；结合移栽镉低吸收水稻品种，保持常规灌溉管理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸性轻度镉污染土壤中，含全量镉为0.3mg/kg～0.6mg/kg。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸性轻度镉污染土壤的土壤pH小于6.5。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述土壤pH调理剂为氰氨化钙。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述土壤pH调理剂中镉含量低于0.5mg/kg。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述土壤pH调理剂的使用量为75kg/hm²～300kg/hm²。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镉低吸收水稻品种包括湘早籼42号、株两优706、两优早17、丰源优272和两优336中的一种或几种。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述常规灌溉管理过程中，控制灌溉水中镉含量低于0.005mg/L。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述土壤水分平衡的时间至少为2周。