CN110256142A - 一种抑制水稻重金属镉富集的水溶肥料 - Google Patents

一种抑制水稻重金属镉富集的水溶肥料 Download PDF

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Abstract

一种抑制水稻重金属镉富集的水溶肥料及制备方法，所述水溶肥料，按重量百分比计算，包括氢醌1～5份、木质素磺酸钠2～8份、壳聚糖谷氨酸盐5～15份、生化黄腐酸液10～20份、发酵荞麦壳粉20～50份、过磷酸钙14～35份、尿素18～49份、磷酸二氢钾11～32份、钼酸钠1.2～5.4份、甲酸钙2.3～6.5份、烷基糖苷3.2～8.4份、白果新酸1.3～5.5份、维生素D 0.5～1.5份、氧化锌0.5～1.5份、复合生物菌1〜5份、高炉渣粉2〜29份、PH调节剂0.6〜1份和余量为水；本发明提出的抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料，其能够减少水稻对重金属镉的吸收累积，保障稻米食用安全以及提高水稻品质，促进水稻增产。

Description

一种抑制水稻重金属镉富集的水溶肥料
技术领域
本发明涉及农业肥料技术领域，尤其涉及一种抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料及制备方法。
背景技术
水稻作为世界五大粮食作物之一，由于受重金属污染的严重威胁，其安全生产问题备受关注。随着工农业的快速发展，我国农田重金属污染状况日渐堪忧，尤其是重金属镉的污染。镉容易被水稻等禾本科作物吸收并向籽粒富集和积累，从而影响籽粒的食用安全。据调查统计，我国受重金属污染的耕地面积已达2000万公顷，占全国总耕地面积的1/6。我国平均每年被重金属污染的粮食达1200万吨，造成直接经济损失超过200亿元。
根据近几年统计，我国镉污染农田面积达到28万公顷，年产镉超标农产品数量超过150万吨（罗琼，王昆，许靖波，陈光辉“我国稻田镉污染现状、危害、来源及其生产措施”，《安徽农业科学》 2014[30]）。镉是毒性最强的重金属之一，镉不仅影响水稻的生长发育，导致水稻产量和品质下降，而且能够在植物体内积累并进入食物链，或通过污染空气进入人的呼吸道，危害人类健康。因此，抑制水稻重金属镉吸收和富集成为迫切需要解决的问题。人长期食用含镉的食物会引起痛痛病(即骨癌病)。病症表现为腰、手、脚等关节疼痛。病症持续几年后，患者全身各部位会发生神经痛、骨痛现象，行动困难，甚至呼吸都会带来难以忍受的痛苦。到了患病后期，患者骨骼软化、萎缩，四肢弯曲，脊柱变形，骨质松脆，就连咳嗽都能引起骨折。患者不能进食，疼痛无比。镉大米带来了很大的恐慌，其成因涉及方面比较多，它既是环境保护、土壤污染防治层面上的监管不达标，也是食品安全保障、市场秩序维护层面上的监管不达标。一方面，采矿企业"几乎没有环保设施"，重金属排污被放任自流地进入土壤农田;另一方面，被重金属严重污染的土地继续种植大米，农民没有收到任何来自政府方面的种植禁令。最后，重金属超标的大米进入市场交易。2002年，农业部稻米及制品质量监督检验测试中心曾对全国市场稻米进行安全性抽检。结果显示，稻米中超标最严重的重金属是铅，超标率28.4%，其次就是镉，超标率10.3%。2007年，南京农业大学农业资源与生态环境研究所教授潘根兴和他的研究团队，在全国六个地区(华东、东北、华中、西南、华南和华北)县级以上市场随机采购大米样品91个，结果同样表明:10%左右的市售大米镉超标。他们的研究发表于《安全与环境》杂志。多位学者表示，基于被污染稻田绝大多数不受限制地种植水稻的现实，10%的镉超标稻米。中国年产稻米近2亿吨，10%即达2000万吨。2008年南京农大潘根兴团队在全国多个县级以上市场随机采购样品，结果表明10%左右的市售大米镉超标。2008年4月，研究小组从江西、湖南、广东等省农贸市场随机取样63份，实验结果证实60%以上大米镉含量超过国家限值。数值如此之高的重要原因之一是，南方酸性土壤种植超级杂交稻比常规稻更易吸收镉，但此因之外，南方诸省大米的镉污染问题仍然异常严峻。针对2013年中国热议的镉米污染，多位专家表示，土壤镉污染主要来自采矿、冶炼行业，工厂排放废气中含有镉，可能会通过大气沉降影响较远的地方。2013年5月，广州市食品药品监管局抽检结果显示，在对18个批次的大米及米制品抽检后，监管部门发现有8个批次被发现镉含量超标，比例高达44.4%。而在以种植水稻为主的广西思的村，不少村民已具有疑似"骨痛病"初期症状。2013年5月，湖南省攸县3家大米厂生产的大米在广东省广州市被查出镉超标事件经媒体披露。广东佛山市顺德区通报了顺德市场大米检测结果，在销售终端发现了6家店里售卖的6批次大米镉含量超标;在生产环节，发现3家公司生产的3批次大米镉含量超标;在流通环节抽检了湖南产地的大米。在抽检的27家杂货铺、食品店、购物中心中，共有6家店里的大米镉超标。这6家店里的镉超标大米都是湖南大米。另外，在生产环节，顺德市监局还查出了一批原料来自江西、广东乐昌，而在顺德加工的镉超标大米。在6家被公布的大米生产厂家中，有3家来自湖南攸县。攸县历来是湘东粮仓，农业大县。2013年5月16日，广州市食品药品监督管理局在其网站公布了2013年第一季度抽检结果。此次抽检大米及米制品的合格率最低，抽检的18批次中只有10批次合格，合格率为55.56%。不合格的8批次原因都是镉含量超标。2013年从5月19日开始，攸县已经召集农业、环保等多个政府部门组成调查组对此展开调查。3家被曝大米镉超标的生产厂家被要求停产待查。部分大米镉超标只是农业生产现在面临的诸多严峻问题之一。针对水稻等作物栽培过程中，农药、化肥、水资源大量消耗和使用，严重污染环境，严重消耗能源等弊端，需要整合目前国内外最新的水稻分子生物学的研究成果，采用包括转基因技术在内的现代生物技术与传统育种手段相结合的策略。目前，减少重金属污染土壤环境中水稻对镉的吸收和富集，采取的措施主要有三种:一是将镉从土壤中直接去除，如采用工程措施“换土法”、种植超累积作物。二是改变土壤中重金属的赋存形态，使其从有效态转变成难以迀移的稳定态，如施用钝化剂。三是喷施叶面阻控剂，减少水稻对重金属的吸收和富集。第一种措施因工程修复所需资金较大，难以进行大面积推广;第二种措施对土壤破坏较重，土壤中必须的微量元素也发生沉淀，从而导致营养元素缺乏;第三种喷施叶面阻控剂往往会对水稻的品质和产量产生一定影响，因此，开发一种能够有效抑制重金属镉的环保型水溶肥料，对于本领域人员来说，则更具现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提出一种抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料，其能够减少水稻对重金属镉的吸收累积，保障稻米食用安全以及提高水稻品质，促进水稻增产。为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种抑制水稻重金属镉富集的水溶肥料，按重量百分比计算，包括氢醌1～5份、木质素磺酸钠2～8份、壳聚糖谷氨酸盐5～15份、生化黄腐酸液10～20份、发酵荞麦壳粉20～50份、过磷酸钙14～35份、尿素18～49份、磷酸二氢钾11～32份、钼酸钠1 .2～5 .4份、甲酸钙2 .3～6 .5份、烷基糖苷3 .2～8 .4份、白果新酸1 .3～5 .5份、维生素D 0 .5～1 .5份、氧化锌0 .5～1 .5份、复合生物菌1〜5份、高炉渣粉2〜29份、PH调节剂0.6〜1份和余量为水。优选地，所述复合生物菌由以下重量比的生物菌制成：戊糖片球菌：米根霉菌：唐德链霉菌：浸麻芽孢杆菌为2～6∶5～9∶5～10∶2～6。
优选地，所述高炉渣粉末经过活化处理，具体为：将高炉渣粉在350～500℃下煅烧40～50min，然后自然冷却至室温，再采用60Co～γ射线均匀辐照处理120～330s，即可；所述辐照处理剂量为6～8kGy；高炉渣粉粒度为150～200目。
优选地，所述pH调节剂为酒石酸、酒石酸钾或酒石酸钠的一种或多种组合。
优选地，包括如下步骤：(1)将所述氢醌、木质素磺酸钠％、壳聚糖谷氨酸盐、生化黄腐酸液分别加入水中加热，并搅拌至完全溶解，得到母液A；
⑵将所述发酵荞麦壳粉、过磷酸钙、尿素、磷酸二氢钾、钼酸钠、甲酸钙、烷基糖苷、白果新酸、维生素D、氧化锌、和高炉渣粉分别加入至所述母液A中进行螯合并搅拌至完全溶解，得到母液B;
(3)将所述复合生物菌加入至所述母液B，继续加热并搅拌一段时间后，加入所述pH调节剂调节pH值，搅拌至完全溶解后得到抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料。
优选地，加入所述pH调节剂调节所述水溶肥料的pH值为3〜7。
优选地，步骤(1)中所述加热的温度为45〜65℃。
优选地，步骤(3)中所述母液B在35〜45℃的温度条件下，加入所述复合生物菌。本发明有益效果：本发明的有益效果:所述抑制水稻重金属镉富集的水溶肥料，可以达到更好地减少水稻重金属镉吸收和富集；将其喷施于水稻，不仅对于水稻吸收、转运和富集重金属镉具有更好的抑制作用，减少水稻对重金属镉的吸收累积；而且可以作为肥料能够促进水稻的生长和分蘖，在一定程度上提高了水稻叶片SPAD值和提高水稻叶绿素的含量，提高水稻的结实率；从而实现提高水稻品质，促进水稻增产和保障稻米食用安全的目的。本发明中Zn2+与Cd2+的拮抗效应，从而有效阻遏Cd2+的吸收和向水稻可食部位中富集；同时，通过所述磷酸盐来对镉的吸附沉淀的作用，所形成的磷酸镉难以被水稻吸收，从而进一步降低了水稻可食部位中的重金属镉的含量。
具体实施方式
实施例1本实施例提供了一种抑制水稻重金属镉富集的水溶肥料，按重量百分比计算，包括氢醌1份、木质素磺酸钠2份、壳聚糖谷氨酸盐5份、生化黄腐酸液10份、发酵荞麦壳粉20份、过磷酸钙14份、尿素18份、磷酸二氢钾11份、钼酸钠1 .2份、甲酸钙2 .3份、烷基糖苷3 .2份、白果新酸1 .3份、维生素D 0 .5份、氧化锌0 .5份、复合生物菌1份、高炉渣粉2份、PH调节剂0.6份和余量为水。所述复合生物菌由以下重量比的生物菌制成：戊糖片球菌：米根霉菌：唐德链霉菌：浸麻芽孢杆菌为2∶5∶50∶2。
所述高炉渣粉末经过活化处理，具体为：将高炉渣粉在350℃下煅烧40min，然后自然冷却至室温，再采用60Co～γ射线均匀辐照处理120s，即可；所述辐照处理剂量为6kGy；高炉渣粉粒度为150目。
所述pH调节剂为酒石酸、酒石酸钾或酒石酸钠的一种或多种组合。
所述的水溶肥料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将所述氢醌、木质素磺酸钠％、壳聚糖谷氨酸盐、生化黄腐酸液分别加入水中加热，并搅拌至完全溶解，得到母液A;
⑵将所述发酵荞麦壳粉、过磷酸钙、尿素、磷酸二氢钾、钼酸钠、甲酸钙、烷基糖苷、白果新酸和高炉渣粉分别加入至所述母液A中进行螯合并搅拌至完全溶解，得到母液B;
(3)将所述复合生物菌加入至所述母液B，继续加热并搅拌一段时间后，加入所述pH调节剂调节pH值，搅拌至完全溶解后得到抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料。
所述加入所述pH调节剂调节所述水溶肥料的pH值为3。
所述步骤(1)中所述加热的温度为45℃。
所述:步骤(3)中所述母液B在35℃的温度条件下，加入所述复合生物菌。实施例2本实施例提供一种抑制水稻重金属镉富集的水溶肥料，按重量百分比计算，包括氢醌3份、木质素磺酸钠5份、壳聚糖谷氨酸盐10份、生化黄腐酸液15份、发酵荞麦壳粉30份、过磷酸钙25份、尿素25份、磷酸二氢钾15份、钼酸钠2份、甲酸钙3 .5份、烷基糖苷3 .4份、白果新酸2.5份、维生素D 0 .9份、氧化锌0 .9份、复合生物菌3份、高炉渣粉15份、PH调节剂0.8份和余量为水。所述复合生物菌由以下重量比的生物菌制成：戊糖片球菌：米根霉菌：唐德链霉菌：浸麻芽孢杆菌为4∶6∶7∶4。
所述高炉渣粉末经过活化处理，具体为：将高炉渣粉在400℃下煅烧45min，然后自然冷却至室温，再采用60Co～γ射线均匀辐照处理200s，即可；所述辐照处理剂量为7kGy；高炉渣粉粒度为180目。
所述pH调节剂为酒石酸、酒石酸钾或酒石酸钠的一种或多种组合。
包括如下步骤：(1)将所述氢醌、木质素磺酸钠％、壳聚糖谷氨酸盐、生化黄腐酸液分别加入水中加热，并搅拌至完全溶解，得到母液A；
⑵将所述发酵荞麦壳粉、过磷酸钙、尿素、磷酸二氢钾、钼酸钠、甲酸钙、烷基糖苷、白果新酸、维生素D、氧化锌、和高炉渣粉分别加入至所述母液A中进行螯合并搅拌至完全溶解，得到母液B；
(3)将所述复合生物菌加入至所述母液B，继续加热并搅拌一段时间后，加入所述pH调节剂调节pH值，搅拌至完全溶解后得到抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料。
加入所述pH调节剂调节所述水溶肥料的pH值为5。
步骤(1)中所述加热的温度为55℃。
步骤(3)中所述母液B在35〜45℃的温度条件下，加入所述复合生物菌。实施例3本实施例提供一种抑制水稻重金属镉富集的水溶肥料，按重量百分比计算，包括氢醌5份、木质素磺酸钠8份、壳聚糖谷氨酸盐15份、生化黄腐酸液20份、发酵荞麦壳粉50份、过磷酸钙35份、尿素49份、磷酸二氢钾32份、钼酸钠5 .4份、甲酸钙6 .5份、烷基糖苷8 .4份、白果新酸5.5份、维生素D 1 .5份、氧化锌1 .5份、复合生物菌5份、高炉渣粉20份、PH调节剂1份和余量为水。所述复合生物菌由以下重量比的生物菌制成：戊糖片球菌：米根霉菌：唐德链霉菌：浸麻芽孢杆菌为6∶9∶10∶6。
所述高炉渣粉末经过活化处理，具体为：将高炉渣粉在500℃下煅烧50min，然后自然冷却至室温，再采用60Co～γ射线均匀辐照处理330s，即可；所述辐照处理剂量为8kGy；高炉渣粉粒度为200目。
所述pH调节剂为酒石酸、酒石酸钾或酒石酸钠的一种或多种组合。
包括如下步骤：(1)将所述氢醌、木质素磺酸钠％、壳聚糖谷氨酸盐、生化黄腐酸液分别加入水中加热，并搅拌至完全溶解，得到母液A；
⑵将所述发酵荞麦壳粉、过磷酸钙、尿素、磷酸二氢钾、钼酸钠、甲酸钙、烷基糖苷、白果新酸、维生素D、氧化锌、和高炉渣粉分别加入至所述母液A中进行螯合并搅拌至完全溶解，得到母液B;
(3)将所述复合生物菌加入至所述母液B，继续加热并搅拌一段时间后，加入所述pH调节剂调节pH值，搅拌至完全溶解后得到抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料。
加入所述pH调节剂调节所述水溶肥料的pH值为6。
步骤(1)中所述加热的温度为65℃。
步骤(3)中所述母液B在45℃的温度条件下，加入所述复合生物菌。
田间试验（1）本实施例3制备的所述抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料均在湖北省孝昌县花园镇村进行试验。试验点为稻种植，土壤为花岗岩发育水稻土。土壤养分状况:有机质43.8g/kg，全氮3.02g/kg，碱解氮205.1mg/kg，有效磷29.7mg/kg，速效钾162mg/ kg，pH值5.2。土壤镉污染情况为轻度污染，土壤全镉含量0.46mg/kg，土壤有效镉含量 0.17mg/kg，污染原因是农田灌溉长期使用周边化工厂的排污水。供试水稻品种为泗稻12 号。
（2）试验共设2个处理，重复三次，小区面积20m2。处理1:为常规施肥对照，所述常规施肥为:移栽前施用复合肥（20-10-10）40kg/亩作基肥，返青后施用尿素7kg/亩作追肥；处理2:为常规施肥+喷施本实施例1制备的水溶肥料，喷施浓度为1:500倍，亩用量为100ml，于返青期、孕穗期各喷施1次。水稻成熟后各小区单打单收，测产，并取样分析大米及植株中重金属含量，大米及植株样品采用微波消解后用 ICP-MS进行重金属含量的测定。
试验结果分析
表1不同处理水稻农艺性状和产量比较
处理 株高cm 分蘖数 SPAD值 千粒重g 产量（kg/亩） 增产（kg/亩） 增产率%
1 57.4 22.2 37.5 24.6 498.26 — —
2 59.7 24.4 39.9 26.3 542.34 39.81 8.85%
由表1可知，处理2的株高、分蘖数、叶片SPAD值和千粒重比常规对照处理1分别增加2.3cm、2.1、2. 4和1.7g，说明喷施本实施例的水溶肥料能促进水稻生长和分蘖，还在一定程度上提高了水稻叶片SPAD值，提高水稻叶绿素含量。处理2比处理1增产44.08kg/亩，增产率为8.85%，处理间产量差异均达极显著水平。说明喷施本实施例的水溶肥料对水稻具有显著增产作用。
表2不同处理降低稻米和稻草重金属含量的效果
由表2可知，处理2能显著降低稻米镉和稻草镉含量，比处理1分别降低61.3%和 29.5%，说明喷施本实施例的水溶肥料对水稻吸收、转运和富集重金属镉有一定的抑制作用。处理2的稻米镉含量为0.12mg/kg，达到食品安全国家标准（镉含量＜0.2mg/kg）。以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明保护范围。

Claims (8)

1.一种抑制水稻重金属镉富集的水溶肥料，其特征在于：按重量百分比计算，包括氢醌1～5份、木质素磺酸钠2～8份、壳聚糖谷氨酸盐5～15份、生化黄腐酸液10～20份、发酵荞麦壳粉20～50份、过磷酸钙14～35份、尿素18～49份、磷酸二氢钾11～32份、钼酸钠1 .2～5.4份、甲酸钙2 .3～6 .5份、烷基糖苷3 .2～8 .4份、白果新酸1 .3～5 .5份、维生素D 0.5～1 .5份、氧化锌0 .5～1 .5份、复合生物菌1〜5份、高炉渣粉2〜29份、PH调节剂0.6〜1份和余量为水。
2.根据权利要求1所述的一种抑制水稻重金属镉富集的水溶肥料，其特征在于：所述复合生物菌由以下重量比的生物菌制成：戊糖片球菌：米根霉菌：唐德链霉菌：浸麻芽孢杆菌为2～6∶5～9∶5～10∶2～6。
3.根据权利要求1所述的一种抑制水稻重金属镉富集的水溶肥料，其特征在于：所述高炉渣粉末经过活化处理，具体为：将高炉渣粉在350～500℃下煅烧40～50min，然后自然冷却至室温，再采用60Co～γ射线均匀辐照处理120～330s，即可；所述辐照处理剂量为6～8kGy；高炉渣粉粒度为150～200目。
4.根据权利要求1所述的一种抑制水稻重金属镉富集的水溶肥料，其特征在于：所述pH调节剂为酒石酸、酒石酸钾或酒石酸钠的一种或多种组合。
5.一种如权利要求1〜4中任意一项所述的水溶肥料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将所述氢醌、木质素磺酸钠％、壳聚糖谷氨酸盐、生化黄腐酸液分别加入水中加热，并搅拌至完全溶解，得到母液A;
⑵将所述发酵荞麦壳粉、过磷酸钙、尿素、磷酸二氢钾、钼酸钠、甲酸钙、烷基糖苷、白果新酸和高炉渣粉分别加入至所述母液A中进行螯合并搅拌至完全溶解，得到母液B;
(3)将所述复合生物菌加入至所述母液B，继续加热并搅拌一段时间后，加入所述pH调节剂调节pH值，搅拌至完全溶解后得到抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料。
6.根据权利要求5所述的一种水溶肥料的制备方法，其特征在于：加入所述pH调节剂调节所述水溶肥料的pH值为3〜7。
7.根据权利要求5所述的一种水溶肥料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述加热的温度为45〜65℃。
8.根据权利要求5所述的一种水溶肥料的制备方法，其特征在于:步骤(3)中所述母液B在35〜45℃的温度条件下，加入所述复合生物菌。
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