CN110169323A - 一种培育高锰/锌水稻秧苗降低水稻中镉含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种培育高锰/锌水稻秧苗降低水稻中镉含量的方法，属于水稻种植及土壤降镉技术领域，所述方法包括以下步骤：1)将水稻种子置于添加锰肥和/或锌肥的水稻营养液中进行育秧获得高锰或高锌的水稻秧苗；2)将所述水稻秧苗移栽至镉污染土壤进行培育至成熟。所述方法克服了土施锰肥和/或锌肥利用率低、易在土壤中积累增加环境风险等缺陷，同时提高了水稻的降镉效率，更容易大范围推广应用。

Description

一种培育高锰/锌水稻秧苗降低水稻中镉含量的方法

技术领域

本发明属于水稻种植及土壤降镉技术领域，尤其涉及一种培育高锰/锌水稻秧苗降低水稻中镉含量的方法。

背景技术

据2014年4月17日全国土壤污染状况调查公报显示，我国耕地土壤重金属点位超标率为19.4％，主要为中轻度污染(超标率为18.3％)。无论是西南、中南地区，还是长三角、珠三角以及辽宁和西北地区，镉都是农田首要控制污染物(全国点位超标率占7.0％)。农田镉污染直接威胁到我国农产品质量安全和农业可持续发展，如广东湖南等地的镉大米事件。针对我国农田镉污染程度低、面积大和农田农用等特点，亟需研发高效、经济、快速、简便、可复制易推广的农田安全利用技术。目前关于镉污染土壤治理与安全利用的研究有很多，包括镉低积累品种选育、钝化剂研制与应用、种植制度调整与农艺技术等。镉低积累品种往往难以同时兼顾产量和品质，实际大面积推广应用并不多见；钝化剂研制较多，包括石灰、有机肥、生物炭、海泡石、羟基磷灰石等，其主要通过提高土壤pH、改变镉的形态、降低土壤中有效镉含量，能够一定程度降低水稻对镉的吸收，但大多数成本较高，且长期施用易对土壤理化性质造成不利影响，如长期施用石灰易造成土壤板结，导致肥力降低，影响作物产量。农艺技术相对比较简单易行，通过施用一些微量元素肥料也能达到较好的降镉效果。

由于锰-镉、锌-镉之间具有拮抗作用，土壤施用适量锰肥和/或锌肥在一定程度上能够降低水稻糙米镉含量，但由于施入土壤中的锰肥和/或锌肥会不断老化，每季均需要向稻田补充锰肥和/或锌肥。这种方式不仅会导致锰、锌资源浪费，劳动成本增加，长期向土壤施用锰、锌肥还可能会导致土壤锰、锌的过度累积，引发新的生态环境风险。也有人利用叶面喷施锰、锌肥降低水稻对镉的吸收，但效果较差，且耗费劳力。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种培育高锰/锌水稻秧苗降低水稻中镉含量的方法；本发明所述方法克服了土施锰肥、锌肥利用率低、易在土壤中积累增加环境风险等缺陷，同时提高了水稻的降镉效率，更容易大范围推广应用。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种培育高锰/锌水稻秧苗降低水稻中镉含量的方法，包括以下步骤：

1)将水稻种子置于添加锰肥和/或锌肥的水稻营养液中进行育秧获得高锰或高锌的水稻秧苗；

2)将所述水稻秧苗移栽至镉污染土壤进行培育至成熟。

优选的，所述水稻营养液中锰肥的含量为30～40g/m³。

优选的，所述水稻营养液中锌肥的含量为5～8g/m³。

优选的，步骤1)中所述育秧的时间为25～35d。

优选的，所述育秧期间，每8～12d补充锰肥和/或锌肥一次；每次补充锰肥的量为25～30g/m³；每次补充锌肥的量为6～10g/m³。

优选的，步骤1)中所述育秧在育秧池中进行；所述育秧池中水稻营养液的深度为18～22cm。

优选的，所述育秧期间，每8～12d补充水分一次，维持水稻育秧池中水稻营养液的深度。

优选的，步骤1)中所述水稻种子放于浮盘上后，将装有种子的浮盘置于水稻营养液中。

优选的，所述浮盘的底部为聚酯乙烯网格，所述网格的网孔直径为2～3mm。

本发明的有益效果：本发明提供的降低水稻糙米中镉含量的方法，通过在水稻育秧阶段，向育秧池中添加高浓度锰肥和/或锌肥培育高锰秧苗或高锌秧苗；根据水稻秧苗生长特征，加入适量锰肥和/或锌肥培育，既不会影响水稻秧苗生长，又可强化秧苗对锰或锌的积累；高锰或高锌苗移栽至稻田后的管理方式和常规田间操作相同，相比于常规基施锰或锌肥，所述方法既不增加劳力，也不会导致土壤锰或锌的积累造成锰毒或锌风险，且能够显著降低糙米镉含量。多点田间验证试验证实，高锰秧苗或高锌秧苗移栽至酸性镉污染稻田可使糙米镉含量降低40％左右；所述方法克服了土施锰肥和/或锌肥利用率低、易在土壤中积累增加环境风险等缺陷，同时提高了水稻的降镉效率，更容易大范围推广应用。

具体实施方式

本发明提供了一种培育高锰/锌水稻秧苗降低水稻中镉含量的方法，包括以下步骤：1)将水稻种子置于添加锰肥和/或锌肥的水稻营养液中进行育秧获得高锰或高锌的水稻秧苗；2)将所述水稻秧苗移栽至镉污染土壤进行培育至成熟。

本发明将水稻种子置于添加锰肥和/或锌肥的水稻营养液中进行育秧获得高锰或高锌的水稻秧苗。本发明对所述水稻种子的品种以及其他参数没有特殊要求，采用本领域常规水稻品种的种子即可。在本发明中，优选的将所述水稻种子放于浮盘上后，将浮盘和水稻种子共同置于水稻营养液中。在本发明中，所述浮盘的底部优选为聚酯乙烯网格，所述网格的网孔直径优选为2～3mm。本发明将所述种子放于浮盘上的目的在于避免高浓度锰肥和/或锌肥对秧田产生不利影响。在本发明中，所述水稻种子优选的均匀放于浮盘上。在本发明中，所述水稻营养液，以水为溶剂，优选的包括以下浓度组分：0.36mmol/L(NH₄)₂SO₄、0.55mmol/L MgSO₄·7H₂O、0.18mmol/L KNO₃、0.37mmol/L Ca(NO₃)₂·4H₂O、0.18mmol/LKH₂PO₄、20μmol/L FeSO₄·7H₂O、20μmol/L EDTA-2Na、0.5μmol/L MnCl₂·4H₂O、3μmol/LH₃BO₃、1μmol/L(NH₄)₆Mo7O₂₄·4H₂O、0.4μmol/L ZnSO₄·7H₂O和0.2μmol/L CuSO₄·4H₂O。在本发明中，所述育秧优选的在育秧池中进行，本发明对所述育秧池的大小没有特殊限定，所述育秧池中水稻营养液的深度优选为18～22cm，更优选为20cm。

在本发明中，当所述水稻营养液中添加锰肥时；所述水稻营养液中锰肥的含量优选为30～40g/m³，更优选为32～38g/m³，最优选为35g/m³；当所述水稻营养液中添加锌肥时；所述水稻营养液中锌肥的含量优选为5～8g/m³，更优选为6～7g/m³。本发明对所述锰肥和锌肥的具体种类没有限定，只要能够提供锰元素和锌元素即可，在本发明具体实施过程中，所述锰肥优选为一水硫酸锰，所述锌肥优选为七水硫酸锌。

本发明在水稻营养液中添加上述浓度的锰肥和锌肥，不会影响水稻的生长，利用高浓度锰肥和/或锌肥强化水稻秧苗对锰和/或锌的积累，从而能够弱化移栽后水稻植株对镉的吸收。本发明所述方法降镉的原理如下：锰、锌和镉离子半径相近、化学性质相似，在水稻根系吸收过程中具有相同的转运通道蛋白，如OsNramp5。锰和锌是水稻生长必须营养元素，而镉是非必需元素，转运蛋白会优先转运锰元素或锌元素，当水稻体内锰元素或锌元素足够充足时，水稻对环境中锰元素或锌元素的需求量减少，同时会减弱对镉元素的吸收。

在本发明中，所述育秧的时间优选为25～35d，更优选为28～32d，最优选为30d。本发明在所述育秧期间，优选的每8～12d补充锰肥和/或锌肥一次，更优选的每10d补充一次；每次补充锰肥的量优选为25～30g/m³，更优选为26～29g/m³；每次补充锌肥的量优选为6～10g/m³，更优选为7～9g/m³。本发明在所述育秧期间，优选的每8～12d补充水分一次，更优选的每10d补充水分一次，本发明对补充的水分的体积没有特殊要求，以维持水稻育秧池中水稻营养液的深度在18～22cm为宜。在本发明中，所述补充锰肥和/或锌肥、补充水分可同时间进行或分开进行，优选的同时进行补充。

本发明在获得所述水稻秧苗后，将所述水稻秧苗移栽至镉污染土壤进行培育至成熟。本发明对所述培育的方法没有特殊要求，采用本领域常规的水稻培育管理方法即可。

下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

利用pH为4.81，全镉0.68mg/kg，全锌62.1mg/kg的酸性镉污染土壤进行盆栽试验，水稻品种为武运粳21号。

水稻营养液，以水为溶剂，包括以下浓度组分：0.36mmol/L(NH₄)₂SO₄、0.55mmol/LMgSO₄·7H₂O、0.18mmol/L KNO₃、0.37mmol/L Ca(NO₃)₂·4H₂O、0.18mmol/L KH₂PO₄、20μmol/LFeSO₄·7H₂O、20μmol/L EDTA-2Na、0.5μmol/L MnCl₂·4H₂O、3μmol/L H₃BO₃、1μmol/L(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O、0.4μmol/L ZnSO₄·7H₂O和0.2μmol/L CuSO₄·4H₂O。

向体积为6m³(5m*4m*0.3m)的育秧池中加入4m³水稻营养液，再加入20g七水硫酸锌，每10d补充因蒸发而损失的水分至溶液体积保持为4m³，并补充添加25g七水硫酸锌，培育30d后获得高锌秧苗。

常规秧苗通过秧田内播撒相同种子种植30天后而获得。

高锌秧苗和常规秧苗，移栽至上述土壤中种植60d后采集植株样品，常规秧苗和高锌秧苗根系和茎叶Zn浓度见表1，植株生物量和各部位Zn、Cd含量见表2。

表1常规秧苗和高锌秧苗根系和茎叶Zn浓度

	秧苗根系Zn浓度(mg/kg)	秧苗茎叶Zn浓度(mg/kg)
			常规秧苗	44.0±2.78b	55.9±3.22b
高锌秧苗	1277±27.1a	828±22.8a

表2植株生物量和各部位Zn、Cd含量

表1和表2的结果数据表明，高锌秧苗根系和茎叶Zn浓度分别为常规秧苗的29.0和14.8倍，高锌苗移栽60d后对水稻植株生长无影响，但根系和茎叶Zn浓度仍高于常规植株。相比于常规秧苗，高锌秧苗移栽后植株根系和茎叶Cd浓度分别下降28.6％和56.2％，说明培育高锌秧苗可弱化水稻植株对Cd的吸收。

实施例2

在pH 4.76、全镉0.61mg/kg、全锌63.5mg/kg的江西贵溪稻田进行田间验证试验，种植品种为美香新占(购自江西兴安种业有限公司)；高锌秧苗和常规秧苗的获得方式与实施例1相同，常规秧苗和高锌秧苗根系和茎叶Zn浓度见表3，设置稻田基施3kg/亩ZnSO₄·7H₂O(种植常规秧苗)作为对比技术，成熟期水稻产量和糙米Zn、Cd含量见表4。

表3江西贵溪常规秧苗和高锌秧苗根系和茎叶Zn浓度

表4江西贵溪水稻产量和糙米Zn、Cd含量

在江西贵溪中轻度镉超标酸性土中，常规秧苗处理水稻糙米Cd浓度超过国家食品安全限量标准(0.2mg/kg)2倍左右。基施锌肥对糙米的降Cd效果较差，降镉率仅为23.3％。高锌秧苗根系和茎叶Zn浓度分别为常规秧苗的21.7和18.1倍，高锌秧苗移栽后对水稻产量影响不大，但对糙米的降Cd效果显著优于基施锌肥处理，降Cd率为41.9％，再配以其他修复措施可使稻米达标生产。

实施例3

在pH5.41、全镉0.59mg/kg、全锌85.6mg/kg的安徽铜陵稻田进行田间验证试验，种植品种为晶两优华占(袁隆平农业高科技股份有限公司)；高锌秧苗和常规秧苗的获得方式与实施例1相同，常规秧苗和高锌秧苗根系和茎叶Zn浓度见表5，设置稻田基施3kg/亩ZnSO₄.7H₂O(种植常规秧苗)作为对比技术，试验结果如表6。

表5安徽铜陵常规秧苗和高锌秧苗根系和茎叶Zn浓度

	秧苗根系Zn浓度(mg/kg)	秧苗茎叶Zn浓度(mg/kg)
			常规秧苗	54.9±5.61b	43.6±4.62b
高锌秧苗	1451±55.3a	1037±32.7a

表6安徽铜陵水稻产量和糙米Zn、Cd含量

在安徽铜陵中轻度镉超标酸性土中，对照处理水稻糙米Cd浓度也超过了国家食品安全限量标准。基施锌肥对糙米的降Cd效率仅为21.1％。高锌苗根系和茎叶Zn浓度分别为常规秧苗的26.4和23.8倍，高锌苗移栽后对水稻产量影响不大，但可使糙米Cd含量下降39.5％，再配以钝化技术等其他修复措施可使糙米达标生产。

实施例1～3的结果表明，相比于基施锌肥处理，通过培育高锌水稻秧苗对水稻糙米的降镉作用更强，操作简单且不会引起新的土壤环境风险，容易推广应用。

实施例4

利用pH为4.81，全镉0.68mg/kg，全锰559mg/kg的酸性镉污染土壤进行盆栽试验，水稻品种为武运粳21号。

水稻营养液，以水为溶剂，包括以下浓度组分：0.36mmol/L(NH₄)₂SO₄、0.55mmol/LMgSO₄·7H₂O、0.18mmol/L KNO₃、0.37mmol/L Ca(NO₃)₂·4H₂O、0.18mmol/L KH₂PO₄、20μmol/LFeSO₄·7H₂O、20μmol/L EDTA-2Na、0.5μmol/L MnCl₂·4H₂O、3μmol/L H₃BO₃、1μmol/L(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O、0.4μmol/L ZnSO₄·7H₂O和0.2μmol/L CuSO₄·4H₂O。

向体积为6m³(5m*4m*0.3m)的育秧池中加入4m³水稻营养液，再加入120g一水硫酸锰，每10d补充因蒸发而损失的水分至溶液体积保持为4m³，并添加100g一水硫酸锰，培育30天后获得高锰秧苗。

常规秧苗通过秧田内播撒相同种子种植30天后而获得，高锰秧苗和常规秧苗移栽至土壤中种植60d后采集植株样品，常规秧苗和高锰秧苗根系和茎叶Mn浓度见表7，植株生物量和各部位Mn、Cd含量见表8。

表7常规秧苗和高锰秧苗根系和茎叶Mn浓度

表8植株生物量和各部位Mn、Cd含量

试验结果表明，高锰秧苗根系和茎叶Mn浓度分别为常规秧苗的32.0和51.1倍，高锰苗移栽60d后对水稻植株生长无影响，但根系和茎叶Mn浓度仍高于常规植株。相比于常规秧苗，高锰秧苗移栽后植株根系和茎叶Cd浓度分别下降37.2％和54.7％，说明培育高锰秧苗可弱化水稻植株对Cd的吸收。

实施例5

在pH 4.81、全镉0.68mg/kg、全锰559mg/kg的江西贵溪稻田进行田间验证试验，种植品种为美香新占(江西兴安种业有限公司)；高锰水稻苗和常规水稻苗的获得方式与实施例4相同，常规秧苗和高锰秧苗根系和茎叶Mn浓度见表9，设置稻田基施5.0kg/亩MnSO₄.H₂O(种植常规秧苗)作为对比技术，成熟期水稻产量和糙米Mn、Cd含量见表10。

表9江西贵溪常规秧苗和高锰秧苗根系和茎叶Mn浓度

	秧苗根系Mn浓度(mg/kg)	秧苗茎叶Mn浓度(mg/kg)
			常规秧苗	92.3±3.21b	265±4.16b
高锰秧苗	781±31.4a	3246±201a

表10江西贵溪水稻产量和糙米Mn、Cd含量

在江西贵溪中轻度镉超标酸性土中，对照处理水稻糙米Cd浓度超过国家食品安全限量标准(0.2mg/kg)。基施锰肥后糙米Cd浓度仅下降11.1％，效果较差。高锰苗根系和茎叶Mn浓度分别为常规秧苗的8.5和12.2倍，高锰苗移栽后对水稻产量影响不大，但对糙米的降Cd效果显著优于基施锰肥处理，降Cd率为42.2％，再配以其他修复措施可使稻米达标生产。

实施例6

在pH5.36、全镉0.55mg/kg、全锰489mg/kg的安徽铜陵稻田，种植品种为晶两优华占(袁隆平农业高科技股份有限公司)；试验处理与江西贵溪相同，试验结果如表11和表12。

表11安徽铜陵常规秧苗和高锰秧苗根系和茎叶Mn浓度

	秧苗根系Mn浓度(mg/kg)	秧苗茎叶Mn浓度(mg/kg)
			常规秧苗	86.8±4.32b	204±3.26b
高锰秧苗	841±35.6a	3681±148a

表12安徽铜陵水稻产量和糙米Mn、Cd含量

在安徽铜陵中轻度镉超标酸性土中，对照处理水稻糙米Cd浓度也超过了国家食品安全限量标准。基施锰肥对糙米的降Cd效率仅为15.0％。高锰苗根系和茎叶Mn浓度分别为常规秧苗的9.7和18.0倍，高锰苗移栽后对水稻产量影响不大，但可使糙米Cd含量下降40.0％，再配以其他修复措施可使稻米达标生产。

实施例4～6的结果表明，相比于基施锰肥处理，通过培育高锰水稻秧苗对水稻糙米的降镉作用更强，操作简单且不会引起新的土壤环境风险，容易推广应用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种培育高锰/锌水稻秧苗降低水稻中镐含量的方法，包括以下步骤：

1)将水稻种子置于添加锰肥和/或锌肥的水稻营养液中进行育秧获得高锰或高锌的水稻秧苗；

2)将所述水稻秧苗移栽至镉污染土壤进行培育至成熟。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水稻营养液中锰肥的含量为30～40g/m³。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水稻营养液中锌肥的含量为5～8g/m³。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述育秧的时间为25～35d。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述育秧期间，每8～12d补充锰肥和/或锌肥一次；每次补充锰肥的量为25～30g/m³；每次补充锌肥的量为6～10g/m³。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述育秧在育秧池中进行；所述育秧池中水稻营养液的深度为18～22cm。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述育秧期间，每8～12d补充水分一次，维持水稻育秧池中水稻营养液的深度。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述水稻种子放于浮盘上后，将装有种子的浮盘置于水稻营养液中。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述浮盘的底部为聚酯乙烯网格，所述网格的网孔直径为2～3mm。