CN108496615A

CN108496615A - 一种叶面阻隔剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN108496615A
Application number: CN201810145453.1A
Authority: CN
Inventors: 杨杰; 仓龙; 王霞; 周东美
Original assignee: Institute of Soil Science of CAS
Current assignee: Institute of Soil Science of CAS
Priority date: 2018-02-12
Filing date: 2018-02-12
Publication date: 2018-09-07
Anticipated expiration: 2038-02-12
Also published as: CN108496615B

Abstract

一种叶面阻隔剂及其制备方法和应用，有效成分为羟基磷灰石。喷施方法：选择在晴朗无风的上午或者傍晚进行喷施，作物叶片的正反面均匀喷施，抽穗期和灌浆期各喷施一次，喷施量为33.4升/亩。本叶面阻隔剂能够有效的降低农作物中的镉的含量，减少镉从作物其他部位向籽粒中的转移，且所用材料都是安全无毒害的，不会对环境造成危害。

Description

一种叶面阻隔剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于环境污染治理与农产品重金属污染控制技术领域，涉及一种用于降低农作物镉积累的叶面阻隔剂及其制备方法和应用。

背景技术

镉(Cd)是重要的环境污染物也是最常见的重金属之一，全国土壤重金属污染总点位超标率为16.1％，耕地点位超标率19.4％，土壤镉点位超标率达7.0％(全国土壤环境公报，2014)。镉是所有污染物中点位超标率最高的一种污染物，镉被作物吸收后通过食物链富集于人体的肾和肝脏而影响人体健康，导致高血压、肾肝功能损坏、肺部损害、骨质疏松、生殖系统损坏等。

面对土壤镉污染，很多学者提出了不同的控制污染，降低作物中镉污染的方法，如筛选不同低积累作物品种、水分管理、添加钝化剂、化学淋洗法、生物修复等。但这些方法都面临着修复成本高、周期长的问题。通过叶面喷施阻隔剂来提高植物对重金属的抗性，减少甚至阻断重金属向作物器官转移，是一种方便可行，有效提高作物抗重金属毒害能力、减少其对重金属积累的方法(刘吉振等，2009)。

目前的叶面阻隔剂主要有以下几类：(1)以硅和硒为主要成分的叶面阻隔剂(CN201210452414.9，CN201310737996.X，CN201410059671.5)；(2)以磷、锌、锰、钙等为主要成分的叶面阻隔剂(CN200910097196.X，CN201410343798.X，CN201510826815.X)；(3)以生理调节物质为主要成分的叶面阻隔剂(CN201410012195.1，CN201410245790.X，CN201610234493.4)；(4)多种物质复合的叶面阻隔剂(CN201410056774.6，CN201510745518.2)(章明奎等，2017)。不同的阻隔剂阻隔机理不同，锌和硒对镉的拮抗作用以及硅减轻水稻重金属毒害可能是一种生理作用，而壳聚糖缓解镉毒害作用可能是吸附和螯合作用(张梅华等，2017)。不少叶面阻隔剂已表现出良好的阻隔重金属在农作物体内迁移和积累的能力。

羟基磷灰石是一种环境友好的含羟基和磷的无机物质，其具有优良的生物相容性和生物活性，而纳米级别的羟基磷灰石(纳米羟基磷灰石，NAP)由于其粒径较小而具有较大的比表面积，能够吸附和固定大量的重金属。纳米羟基磷灰石作为一种原位钝化材料已应用于重金属污染土壤的修复中(王维等，2014；邢金峰等，2016)，但由于价格昂贵，用于重金属污染土壤的钝化修复时费用较高，因此申请人设想将其作为叶面阻隔剂来进行叶面喷施降低农作物对镉的吸收迁移和积累。

发明内容

解决的技术问题：本发明提供一种叶面阻隔剂及其制备方法和应用，旨在通过叶面喷施控制作物对镉的吸收，降低可食用部分的镉含量，减少农产品安全风险。

技术方案：一种叶面阻隔剂，有效成分为羟基磷灰石。

上述羟基磷灰石的粒径小于100纳米。

上述纳米羟基磷灰石的浓度为0.1wt.％～0.7wt.％。

一种叶面阻隔剂，由纳米羟基磷灰石和叶面助剂组成，所述叶面助剂为柠檬酸钠或十二烷基苯磺酸钠。

上述叶面助剂的浓度为0.1wt.％～1wt.％。

上述叶面阻隔剂的制备方法，其特征在于步骤为：取0.1wt.％～0.7wt.％的纳米羟基磷灰石和0.1wt.％～1wt.％的叶面助剂，倒入98.3wt.％～99.8wt.％的H₂O；调节溶液pH为6.0，超声分散10分钟后即得到叶面阻隔剂。

羟基磷灰石在制备叶面阻隔剂中的应用。

上述叶面阻隔剂在降低农作物镉积累中的应用。

应用具体方法为，喷施时间是在作物的抽穗期和灌浆期各喷施一次，喷施于作物叶片表面，每次喷施量为33.4升/亩。

有益效果：运用纳米羟基磷灰石这种新型环境友好型材料，通过叶面喷施阻隔剂，可显著降低作物可食用部分的镉积累，制备简单，操作和使用方便，利于广泛推广。

附图说明

图1为不同叶面助剂对NAP的分散效果图；静置时间分别为0h、6h、12h和24h，超声时间为10min，溶液pH为7.8，助剂浓度分别为0.1％、0.3％、0.5％、0.8％和1.0％；

图2为不同条件下叶面助剂对NAP水合粒径的影响图；a.溶液pH为7.8，超声10min；b.助剂浓度为0.3％，超声10min；c.溶液pH为7.8，助剂浓度为0.3％；

图3为叶面助剂分散NAP的扫描电子显微镜图；

图4为不同叶面阻隔剂对水稻糙米中镉含量的影响图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

实施例1：

通过水培试验研究不同NAP浓度对镉在小麦体内不同部位中转移的阻隔作用。小麦(扬麦16)从种子开始培养，前四天营养液(霍格兰营养液)中不加CdCl₂，随后在含CdCl₂的营养液中培养，营养液中CdCl₂的浓度为0.3mg/L，培养至3叶期。3叶期后，将所有小麦的根放入10mM的EDTA溶液中清洗5分钟，洗脱吸附在小麦根表面的重金属，然后用去离子水清洗小麦的根，将整株小麦转移至不加CdCl₂的霍格兰营养液继续培养，此时开始进行喷施叶面阻隔剂处理。叶面阻隔剂用烧杯称取不同质量的纳米羟基磷灰石(NAP)，分别为1.23g、3.69g和6.15g(即0.123％NAP，0.369％NAP和0.615％NAP)，加入1L去离子水，搅拌均匀后将烧杯置于恒温超声波清洗仪中，在25℃超声10分钟后取出备用(现配现用)。每两天喷施不同浓度的叶面阻隔剂于植株的前三片叶，同时设置仅喷去离子水的对照处理(CK)。长到4叶期时将小麦植株分成新叶(第4片叶)、茎和老叶、根三部分，用浓硝酸消化并用原子吸收光谱仪测定各部分中的Cd含量，结果见表1。喷施NAP后新叶中的Cd含量显著下降，Cd含量由CK处理的10.6mg/kg降低到6.18～6.49mg/kg，降幅达38.6％～41.4％。从小麦不同部位的Cd转移系数来看，根向茎和老叶中转移系数并没有达到显著性差异，但喷施NAP处理使茎和老叶中的镉向新叶以及根向新叶中的转移系数显著变小，表明NAP叶面阻隔剂显著降低了镉向新叶中的转移，从而达到阻隔重金属镉的作用。

表1.不同浓度NAP喷施处理小麦体内镉的转移系数

实施例2：

由于纳米羟基磷灰石粒径小，易团聚，超声分散后稳定时间小，容易沉降在溶液底部，同时植物叶片一般都有蜡质层和角质层，影响了叶面阻隔剂进入到植物叶片内。因此需要筛选合适的叶面助剂，以提高NAP的分散性和进入到植物体内的能力。本实施例对NAP的助剂配方进行了筛选，并对NAP叶面阻隔剂的制备方法进行了研发。试验方案如下：称取3g纳米羟基磷灰石(0.3％NAP)加入到装有约1L去离子水的烧杯中，搅拌均匀后，添加合适的助剂和调节不同的溶液pH，然后将烧杯放置于恒温超声波仪器中25℃下超声。备选的叶面助剂有四种，分别为柠檬酸钠(SC)、十二烷基苯磺酸钠(SDBC)、羧甲基纤维素钠(CMCNa)和吐温80(T80)；添加助剂的浓度分别为0.1％、0.3％、0.5％、0.8％和1.0％；溶液的pH分别为5、6、7、8和9；超声时间分别为5、10、20、40和60min。超声结束后分别静置0h、6h、12h和24h后观察不同处理中NAP的沉淀情况，同时在静置24h后对溶液中NAP的水合粒径进行测定，获得最优的助剂及配方条件。

图1是不同叶面助剂对NAP的分散效果。土温80处理在静置10min后开始沉淀，24h后所有浓度的土温80处理中的NAP全部沉淀。而其他三种助剂的处理均能使NAP在24h内保持分散状态，因此后续以这三种助剂为主，开展条件优化和助剂配方的研究。图3是不同助剂浓度、pH和超声时间对NAP水合粒径的影响。图2(a)结果表明，SC和SDBC处理的NAP水合粒径较小，且不同浓度的助剂对其影响较小。而对于CMCNa而言，在0.3％浓度时NAP的水合粒径迅速升高，远高于其他浓度和其他助剂处理。图2(b)中不同溶液pH对SC和SDBC分散NAP的影响较小，仅在pH为5时对SDBC分散的NAP水合粒径有所增加。对于CMCNa而言，不同pH下NAP的水合粒径均大于其他两种助剂处理，且在pH为6是粒径最小，而在pH为8时最大。不同超声时间对SC和SDBC分散的NAP水合粒径没有影响(图2(c))，但影响了CMCNa对NAP粒径的影响，超声时间越长则NAP的粒径越大。此外，还对分散前后的NAP拍摄了扫描电镜照片，见图3。在经过SDBC和SC处理后，NAP的团聚现象变少，粒径变小，其中SC的分散效果要明显优于SDBC，这与图2的结果是一致的。

综合上述数据，SC和SDBC均是一种较为合适的叶面助剂，其最优的配方和制备条件为0.3％，溶液pH为6.0，超声时间为10分钟。

实施例3：

选择实施例2中的柠檬酸钠(SC)作为叶面助剂，NAP的质量浓度为0.3％，柠檬酸钠的质量浓度也为0.3％，溶液pH为6.0，超声时间10分钟，制备得叶面NAP阻隔剂，用于田间试验。田间小区试验在江苏省宜兴市某镉污染农田进行，试验水稻品种为武运粳23，土壤pH为5.39±0.28，Cd浓度0.62±0.06mg/kg。试验设置了5组，除了喷施水作为对照组(CK)外还喷施了最优配方的NAP叶面阻隔剂(NAP)，以及0.3％七水合硫酸锌(Zn)、0.3％商用硒叶面肥(Se)和0.3％的商用叶面硅肥(Si)。分别在水稻抽穗期和灌浆期各喷施一次，喷施时间为晴天的早晨或者傍晚。喷施量为每次每个小区1升(小区面积4米×5米)，即每亩33.4升。平时的田间管理由当地农民按照惯例进行。待水稻成熟后，采集籽粒样品，按照标准方法用浓硝酸消化后使用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析测定籽粒中的镉含量，结果见图4。从图4的数据可以看出，NAP叶面阻隔剂可以明显降低水稻糙米中的Cd含量，与对照相比可降低44.6％，明显优于商用叶面硒肥和商用叶面硅肥处理的23.3％和23.6％。可见，喷施本发明的叶面阻隔剂可有效降低水稻籽粒中镉的浓度，且优于试验中所使用的商用叶面阻隔剂。

Claims

1.一种叶面阻隔剂，其特征在于有效成分为羟基磷灰石。

2.根据权利要求1所述一种叶面阻隔剂，其特征在于所述羟基磷灰石的粒径小于100纳米。

3.根据权利要求2所述一种叶面阻隔剂，其特征在于所述纳米羟基磷灰石的浓度为0.1wt.%~0.7wt.%。

4.根据权利要求3所述一种叶面阻隔剂，其特征在于由纳米羟基磷灰石和叶面助剂组成，所述叶面助剂为柠檬酸钠或十二烷基苯磺酸钠。

5.根据权利要求4所述一种叶面阻隔剂，其特征在于所述叶面助剂的浓度为0.1wt.%~1wt.%。

6.权利要求4或5所述叶面阻隔剂的制备方法，其特征在于步骤为：取0.1wt.%~0.7wt.%的纳米羟基磷灰石和0.1wt.%~1wt.%的叶面助剂，倒入98.3wt.%~99.8wt.%的H₂O；调节溶液pH为6.0，超声分散10分钟后即得到叶面阻隔剂。

7.羟基磷灰石在制备叶面阻隔剂中的应用。

8.权利要求1~5任一所述叶面阻隔剂在降低农作物镉积累中的应用。

9.权利要求8所述的应用，其特征在于喷施时间是在作物的抽穗期和灌浆期各喷施一次，喷施于作物叶片表面，每次喷施量为33.4升/亩。