CN109511500B - 降低镉污染稻田稻米镉含量的生物方法 - Google Patents

降低镉污染稻田稻米镉含量的生物方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种降低镉污染稻田稻米镉含量的生物方法，具体按照以下步骤进行：步骤S1、目标藻母液的准备；步骤S2、选取排干水的对照灌溉池和实验灌溉池，对照灌溉池和实验灌溉池进行消毒，再经3‑5天晒塘后，灌入达到饮用标准的自来水；步骤S3、实验灌溉水的准备；步骤S4、水稻的栽培与管理；步骤S5、对无藻类灌溉水和实验灌溉水的稻米镉含量进行分析。本发明避免对环境的污染，成本小，管理简便、操作简单，是一种有效的生物降镉方法。

Description

降低镉污染稻田稻米镉含量的生物方法
技术领域
本发明属于水稻培育技术领域，特别是涉及一种降低镉污染稻田稻米镉含量的生物方法。
背景技术
镉(Cadmium，Cd)是我国农田受污染最普遍的重金属之一。据农业部统计，我国超过10％的耕地受镉污染(大于0.3mg/Kg)，每年镉等重金属污染的粮食高达1200万吨。镉污染通过食物链进入人体，长期食用会严重危害人类健康，甚至引发“骨痛病”。
湖南是“有色金属”之乡，2013年广东省食安办公布的抽检31个批次的镉含量超标的大米中，有14个批次来自于湖南，镉含量从每公斤0.26mg到0.93mg不等。面对这一严峻现实问题，急需从土壤修复、栽培技术更新、品种改良等多方面形成合力解决大米镉超标问题。
截至目前，有关降低镉污染稻田水稻籽粒镉含量的方法主要有重金属吸附固定的物理和化学方法，如使用人工合成螯合剂、钝化剂、生石灰等，这些方法虽在一定程度上降低了镉污染稻田水稻籽粒的镉含量，但降镉投入费用大、成本高，存在一定安全隐患，且长期使用对土壤生态系统造成第二次破坏作用，给生态环境带来极大的风险。因此，至今还没有建立一套理想的镉污染稻田水稻籽粒降镉的方法，无法实现镉污染稻田水稻的安全生产，严重地制约和影响了我国稻米生产。
因此，如何建立一套成本低廉、易实施且对生态环境无破坏的生物方法，是现在急需解决的一项重要课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低镉污染稻田稻米镉含量的生物方法，解决了现有技术中降镉投入费用大、成本高，存在一定安全隐患，且长期使用对土壤生态系统造成第二次破坏作用，给生态环境带来极大的风险的问题。
本发明所采用的技术方案是，降低镉污染稻田稻米镉含量的生物方法，具体按照以下步骤进行：
步骤S1、目标藻母液的准备；
步骤S2、选取排干水的对照灌溉池和实验灌溉池，对照灌溉池和实验灌溉池进行消毒，再经3-5天晒塘后，灌入达到饮用标准的自来水；
步骤S3、实验灌溉水的准备：计算实验灌溉池的水体体积，将步骤S1中的目标藻母液加入到实验灌溉池中，并均匀混匀，每天施加氮肥和磷肥，每隔两天测定水池中的pH值，待水池中的pH值≥9.0时，实验灌溉池中的溶液用于实验灌溉水；
步骤S4、进行水稻的栽培与管理；
步骤S5、对无藻类灌溉水和实验灌溉水的稻米镉含量进行分析：水稻成熟时，收获水稻种子，收获的水稻种子晒干或用37℃的烘箱烘干，去壳后分别测定稻米镉含量。
进一步的，所述步骤S1中，目标藻为半月藻、小球藻、栅藻的任意组合，利用目标藻能使水体pH值升高，使水体中的镉在高pH值条件下为沉淀状态不能被水稻吸收，从而实现稻米含量降低。
进一步的，所述步骤S1具体按照以下步骤进行；
步骤S11、从含有目标藻的水池中取样，取样回来后采用微吸管分离法对目标藻进行分离；分离时，在无菌操作条件下把水样放在载玻片上，在倒置显微镜下用极细的微吸管吸取目标藻，并水洗直至单种藻细胞分离；
步骤S12、将分离出来的目标藻放进装有10mLBG11培养液的试管中，在人工气候培养箱中进行培养；
步骤S13、15-20天时，步骤S12中培养液变绿，测定培养液的pH值，pH值≥9.0时，进入步骤S14；
步骤S14、将步骤S13的培养好的目标藻培养液加入到装有BG11培养液的容器中进一步扩大培养，步骤S12和步骤14的总体积比为1:50-200，扩大繁殖7-10天，测定培养液的pH值，pH值≥9.0时，用作目标藻母液添加到实验灌溉池中进一步扩大培养，步骤S14的体积比太大，会导致培养时间过长，体积比过小会导致培养时间过短，并且达不到扩大培养的目的。
进一步的，所述步骤S12中BG11培养液由1.5g/L NaNO3、0.04g/L K2HPO4、0.075g/LMgSO4·7H2O、0.036g/LCaCl2·7H2O、0.02g/L Na2CO3、0.006g/L柠檬酸、0.006g/L柠檬酸铵、0.001g/L EDTA、1mL/L的微量元素溶液A5组成；
微量元素溶液A5由2.86g/L H3BO3、1.81g/L MnCl2·4H2O、0.222g/L ZnSO4·7H2O、0.39g/L Na2MoO4、0.079g/L CuSO4·5H2O、0.049g/L Co(NO3)2·6H2O组成。
进一步的，所述步骤S12中培养温度是28-35℃，光照4000lux，光照时间14h，半月藻在28-35℃之间生长较快；光照时间过短半月藻培养不完全，光照时间过长半月藻已经达到所需培养的要求，造成资源的浪费。
进一步的，所述步骤S4具体按照以下步骤进行：
步骤S41、将3种不同吸隔水稻品种栽种于对照栽培池和实验栽培池中，每个品种插100蔸，每蔸1苗，每个栽培池共300蔸，按常规施肥水平和种植环境下培育；
步骤S42、对照栽培池的灌溉水为达到饮用标准的无藻类灌溉水，实验栽培池的灌溉水为步骤S3中的pH值≥9.0的实验灌溉水，全生育期淹水3-5厘米，成熟前7天落干，3种不同吸隔水稻品种分三批重复栽培。
进一步的，所述步骤S2对照灌溉池和实验灌溉池每亩用50kg的生石灰全池泼洒消毒。
进一步的，所述步骤S3中，加入的目标藻母液与实验灌溉池中的水体体积比为1：100，加入的半月藻母液与实验灌溉池中的水体积比过大增加了半月藻母液的准备工作量，体积比过小则导致水池中的半月藻含量过少，容易导致培养的半月藻在实验灌溉池中不占优势，且很难在短时间内使水体中的pH达到实验要求。
进一步的，所述步骤S3中，每天施氮肥0.5-1.5mg/L、磷肥0.05-0.15mg/L。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的目标藻灌溉水，通过在灌溉水体中培养目标藻，能使水体pH值≥9.0，使镉污染稻田中的土壤有效镉钝化处于一个沉淀状态并被吸附在土壤中，从而降低水稻对土壤镉的吸收，同时，藻类微生物本身也能有效吸附镉，能够降低水稻对土壤镉的吸收，从而降低稻田稻米镉含量。与目前采用撒生石灰化提高水体pH值来降低水稻镉含量方法比较，本发明避免对环境的污染，成本小，管理简便、操作简单，是一种有效的生物降镉方法。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
选择镉浓度＝1.0mg/kg土壤试验田，分别对湘晚籼12号、G283和黄华占三种水稻品种浇灌无藻类灌溉水、半月藻实验灌溉水条件下的稻米镉含量分析。
(1)选取两个栽培池，分别添加镉浓度为1.0mg/kg的土壤，分别命名为对照栽培池、实验栽培池，用于水稻栽培；
(2)分别将湘晚籼12号、G283和黄华占三种水稻品种秧苗移栽到镉浓度为1.0mg/kg的对照栽培池中，每个品种在栽培池中插100蔸，每蔸一苗，实验栽培池的栽培水稻同对照栽培池，重复3组；
(3)对照栽培池的灌溉水为达到饮用标准的无藻类灌溉水，实验栽培池的灌溉水为半月藻实验灌溉水且pH≥9.0，按常规施肥水平和种植环境下培育，肥料种类为无镉污染的常规N、P、K化肥；
(4)观察水稻结实率，不同浇灌水条件下的栽培池水稻结实率相当；
(5)水稻成熟时，分品种收获水稻种子，去壳后测定稻米含量，结果见表1。
表1、不同培养条件下水稻品种稻米镉含量分析
Figure BDA0001915955930000041
表1表明：①不同吸隔水稻品种在同一镉浓度和浇灌条件下，稻米镉含量具有差异，其中低吸隔水稻品种湘晚籼12号明显低于两个高吸隔水稻品种G283和黄华占；②在同一镉浓度条件下，浇灌实验灌溉水的3个水稻品种籽粒镉含量均符合国家的检测标准(≤0.2mg/kg)，而浇灌常规无藻类灌溉水的3个水稻中，仅实验组3湘晚籼12号的镉含量符合国家标准，其余栽培水稻的镉含量均超过国家的检测标准。
实施例2
选择镉浓度＝1.0mg/kg土壤试验田，分别对湘晚籼12号、G283和黄华占三种水稻品种浇灌无藻类灌溉水、小球藻和栅藻实验灌溉水条件下的稻米镉含量分析。
(1)选取两个栽培池，分别添加镉浓度＝1.0mg/kg的土壤，分别命名为对照栽培池、实验栽培池，用于水稻栽培；
(2)分别将湘晚籼12号、G283和黄华占三种水稻品种秧苗移栽到镉浓度为1.0mg/kg的对照栽培池中，每个品种在栽培池中插100蔸，每蔸一苗，实验栽培池的栽培水稻同对照栽培池，重复3组；
(3)对照栽培池的灌溉水为达到饮用标准的无藻类灌溉水，实验栽培池的灌溉水为小球藻和栅藻实验灌溉水且pH≥9.0，按常规施肥水平和种植环境下培育，肥料种类为无镉污染的常规N、P、K化肥；
(4)观察水稻结实率，不同浇灌水条件下的栽培池水稻结实率相当；
(5)水稻成熟时，分品种收获水稻种子，去壳后测定稻米含量，结果见表2。
表2、不同培养条件下水稻品种稻米镉含量分析
Figure BDA0001915955930000051
表2表明：①浇灌pH≥9.0的小球藻和栅藻实验灌溉水，同样能降低水稻籽粒稻米中的镉含量。
综上所述，在镉含量污染栽培池中，浇灌pH≥9.0含半月藻、小球藻、栅藻任意组合的实验灌溉水能显著降低稻米镉含量。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.降低镉污染稻田稻米镉含量的生物方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：
步骤S1、目标藻母液的准备；
步骤S2、选取排干水的对照灌溉池和实验灌溉池，对照灌溉池和实验灌溉池进行消毒，再经3-5天晒塘后，灌入达到饮用标准的自来水；
步骤S3、实验灌溉水的准备：计算实验灌溉池的水体体积，将步骤S1中的目标藻母液加入到实验灌溉池中，并均匀混匀，每天施加氮肥和磷肥，每隔两天测定水池中的pH值，待水池中的pH值≥9.0时，实验灌溉池中的溶液用于实验灌溉水；
步骤S4、进行水稻的栽培与管理；
步骤S5、对无藻类灌溉水和实验灌溉水的稻米镉含量进行分析：水稻成熟时，收获水稻种子，收获的水稻种子晒干或用37℃的烘箱烘干，去壳后分别测定稻米镉含量；
所述步骤S1中目标藻为半月藻、小球藻、栅藻的任意组合；
所述步骤S1具体按照以下步骤进行：
步骤S11、从含有目标藻的水池中取样，取样后对目标藻进行分离；
步骤S12、将分离出来的目标藻放进装有10mL BG11培养液的试管中，在人工气候培养箱中进行培养；
步骤S13、15-20天时，步骤S12中培养液变绿，测定培养液的pH值，pH值≥9.0时，进入步骤S14；
步骤S14、将步骤S13的培养好的目标藻培养液加入到装有BG11培养液的容器中进一步扩大培养，步骤S12和步骤14的总体积比为1:50-200，扩大繁殖7-10天，测定培养液的pH值，pH值≥9.0时，用作目标藻母液添加到实验灌溉池中进一步扩大培养；
所述步骤S3中，加入的目标藻母液与实验灌溉池中的水体体积比为1：100；
所述步骤S12中培养温度是28-35℃，光照4000lux，光照时间14h。
2.根据权利要求1所述的降低镉污染稻田稻米镉含量的生物方法，其特征在于，所述步骤S12中BG11培养液由1.5g/L NaNO3、0.04g/L K2HPO4、0.075g/L MgSO4·7H2O、0.036g/LCaCl2·7H2O、0.02g/L Na2CO3、0.006g/L柠檬酸、0.006g/L柠檬酸铵、0.001g/L EDTA、1mL/L的微量元素溶液A5组成；
微量元素溶液A5由2.86g/L H3BO3、1.81g/L MnCl2·4H2O、0.222g/L ZnSO4·7H2O、0.39g/L Na2MoO4、0.079g/L CuSO4·5H2O、0.049g/L Co(NO3)2·6H2O组成。
3.根据权利要求1所述的降低镉污染稻田稻米镉含量的生物方法，其特征在于，所述步骤S4具体按照以下步骤进行：
步骤S41、将3种不同吸镉水稻品种栽种于对照栽培池和实验栽培池中，每个品种插100蔸，每蔸1苗，每个栽培池共300蔸，按常规施肥水平和种植环境下培育；
步骤S42、对照栽培池的灌溉水为达到饮用标准的无藻类灌溉水，实验栽培池的灌溉水为步骤S3中的pH值≥9.0的实验灌溉水，全生育期淹水3-5厘米，成熟前7天落干，3种不同吸隔水稻品种分三批重复栽培。
4.根据权利要求1所述的降低镉污染稻田稻米镉含量的生物方法，其特征在于，所述步骤S2对照灌溉池和实验灌溉池每亩用50kg的生石灰全池泼洒消毒。
5.根据权利要求1所述的降低镉污染稻田稻米镉含量的生物方法，其特征在于，所述步骤S3中每天施氮肥0.5-1.5mg/L、磷肥0.05-0.15mg/L。
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