CN110467502A

CN110467502A - 一种有效降低稻米镉含量的叶面肥配方及其施用方法

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Publication number: CN110467502A
Application number: CN201910822828.8A
Authority: CN
Inventors: 刘仲齐; 张长波; 黄永春
Original assignee: Environmental Protection Research And Monitoring Institute Of Ministry Of Agriculture And Rural Areas
Current assignee: Environmental Protection Research And Monitoring Institute Of Ministry Of Agriculture And Rural Areas
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2019-11-19

Abstract

本发明公开了一种有效降低稻米镉含量的叶面肥配方及其施用方法,所述叶面肥母液包括GdCl₃、MnCl₂和ZnCl₂，所述GdCl₃、MnCl₂和ZnCl₂的浓度含量配比为1:15:25，所述叶面肥母液和所述水的稀释比例为1:1000‑5000，所述表面活性剂加入稀释母液的体积比为3/10000。本发明以抑制水稻籽粒灌浆期间旗叶中镉离子的输出为依据，在水稻开花期至开花后5天内喷施，能够有效降低早稻和晚稻品种稻米中镉积累量，不受品种特性和生长季节的影响，具有操作简便、易推广，显著降低稻米中的镉积累量。

Description

一种有效降低稻米镉含量的叶面肥配方及其施用方法

技术领域

本发明属于农业技术领域，涉及一种有叶面肥配方，尤其涉及一种有效降低稻米镉含量的叶面肥配方及其施用方法。

背景技术

水稻是我国乃至世界广泛种植的粮食作物之一，水稻对重金属Cd具有较强的吸收和富集能力，而镉(Cd)是生物毒性最强的重金属之一。目前我国耕地重金属污染的面积占耕地总量的1/6左右，其中Cd污染面积远超过其他几种重金属元素。

近年来频繁出现的“镉大米”问题使得如何降低稻米中镉含量的技术产品研发引起科研人员的关注。水稻根系吸收镉离子后，一部分积累在根系细胞壁和液泡中，一部分通过根系细胞的跨膜运输进入木质部，运送到地上的茎杆和叶片等营养器官中储存起来，在籽粒灌浆过程中再从营养体中转运到籽粒中。同位素¹⁰⁹Cd实验结果表明，稻谷中91～100％的Cd来自韧皮部，其中大部分Cd来自离稻穗最近的旗叶(又叫剑叶)。因此，水稻灌浆成熟过程中旗叶中的Cd输出量成为决定稻谷中Cd积累量的关键因素之一。

随着水稻产量的不断提高，其对微量元素的需求量也在增加。叶面喷施微量元素肥料能有效提高水稻产量和品质。如何鉴别和筛选叶面肥，揭示水稻各器官阻控镉吸收转运的防御机制，降低稻米中的镉积累量，成为科学家苦苦探索的关键技术。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的就在于提供一种有效降低稻米镉含量的叶面肥配方及其施用方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括叶面肥母液和水，所述叶面肥母液包括GdCl₃、MnCl₂和ZnCl₂，所述GdCl₃、MnCl₂和ZnCl₂的浓度含量配比为1:15:25，所述叶面肥母液由GdCl₃、MnCl₂和ZnCl₂，所述叶面肥母液和所述水的稀释比例为1:1000-5000，所述表面活性剂加入稀释母液的体积比为3/10000。

所述施用方法包括以下步骤：

a)将所述GdCl₃、MnCl₂和ZnCl₂的按照浓度含量配比为1:15:25进行调制配比并稀释1000-5000倍的水溶液，再按体积比为3/10000加入表面活性剂得到叶面肥。

具体地，所述表面活性剂为辛二酸二乙酯(DESU)、磷酸三丁酯(TBP)和癸二酸二乙酯(DES)中的一种或者多种，得到所述叶面肥。

b)在水稻开花期至开花后5天，将所述叶面肥均匀喷施到叶面上，喷施1～2次即可。

具体地，每公顷所述叶面肥的药液用量300L～450L。

进一步地，一种有效降低稻米镉含量的叶面肥在降低农作物镉含量中的应用。

本发明的有益效果在于：

本发明以抑制水稻籽粒灌浆期间旗叶中镉离子的输出为依据，在水稻开花期至开花后5天内喷施，能够有效降低早稻和晚稻品种稻米中镉积累量，不受品种特性和生长季节的影响，具有操作简便、易推广，显著降低稻米中的镉积累量。

附图说明

图1早稻品种开花期喷施叶面肥ZH27后对稻米降镉效果

图2晚稻品种开花期喷施叶面肥ZH27后对稻米降镉效果

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1和2所示，本发明包括叶面肥母液和水，所述叶面肥母液包括GdCl₃、MnCl₂和ZnCl₂，所述GdCl₃、MnCl₂和ZnCl₂的浓度含量配比为1:15:25，所述叶面肥母液由GdCl₃、MnCl₂和ZnCl₂，所述叶面肥母液和所述水的稀释比例为1:1000-5000，所述表面活性剂加入稀释母液的体积比为3/10000。

所述施用方法包括以下步骤：

a)将所述GdCl₃、MnCl₂和ZnCl₂的按照浓度含量配比为1:15:25进行调制配比并稀释1000-5000倍的水溶液，再按体积比为3/10000加入表面活性剂得到所述叶面肥。

每公顷所述叶面肥的药液用量300L～450L。

试验方法

本实施例中，选择土壤和稻米Cd含量超标的早稻品种和晚稻品种稻田进行试验。其基本理化性质为：pH 6.53，有机质34.38g·kg^-1，全氮0.164％，全磷0.024％，全钾1.20％，速效钾84.96mg·kg^-1，速效磷17.1mg·kg^-1，阳离子交换量7.82cmol·kg^-1，Cd含量0.69mg·kg^-1，Mn含量1157.0mg·kg^-1，Zn含量114.1mg·kg^-1。

以分析纯GdCl₃、MnCl₂和ZnCl₂及表面活性剂为原料配制叶面肥。

叶面肥的田间喷施面积为10.0m(长4.0m，宽2.5m)。试验共分1个对照组(CK)和2处理组，通过前期试验确定处理液浓度，水稻齐穗开花期向叶面均匀喷施处理液1次，为保证喷施条件一致，喷施2L处理液，处理液均由田间灌溉水配制。其中，对照组喷施2L灌溉水，处理1组喷施10mmol·L^-1GdCl₃、MnCl₂和ZnCl₂。

水稻采用旱育秧方式，依照水稻测土配方施肥技术，每公顷施用的氮、磷、钾总量分别为：尿素405kg、普钙600kg、氯化钾225kg，其中基肥占总量的64％，分蘖肥占总量的5％，穗粒肥占总量的11％。整个生育期各处理无明显病虫害发生。

水稻成熟期，选取各小区中心长3.0m、宽1.5m处喷施较均匀的水稻，收获稻穗及穗下节部分装入网袋，自然风干后，将籽粒磨粉，用剪刀把穗轴、穗颈和旗叶剪碎混匀，分别收集于自封袋中，以备消解检测。

我国的食品安全标准(GB 2762-2012)和FAO/WHO规定的稻米Cd最大限量标准分别为0.2mg·kg^-1和0.4mg·kg^-1。在土壤pH 6.53、Cd含量0.69mg·kg^-1的轻度污染农田中，早稻品种Y两优143稻米中的Cd含量高达0.63mg·kg^-1，比国家限量标准高2.15倍。

水稻开花期喷施GdCl₃、MnCl₂和ZnCl₂对水稻籽粒中的Cd含量均有显著抑制效果，且不同处理间存在差异，降Cd效果依次为GdCl₃>ZnCl₂>MnCl₂。在GdCl₃的作用下，旗叶、穗颈、穗轴和籽粒中的Cd含量大幅度下降；而Mn和Zn主要是抑制了籽粒中的Cd含量。和CK相比，MnCl₂、ZnCl₂和GdCl₃处理分别使籽粒Cd含量降低了23.84％、55.44％、58.86％，穗轴Cd含量分别下降19.52％、34.86％、75.77％，穗颈Cd含量分别下降20.90％、24.20％、59.84％，旗叶Cd含量分别下降29.53％、48.11％、50.71％。Mg、K、Ca、Mn、Fe和Zn等营养元素在水稻籽粒、穗轴、穗颈和旗叶中的含量差异非常明显。Mg含量分布高低依次为旗叶最高，籽粒次之，穗轴和穗颈最低。K含量分布高低依次为穗颈最高，旗叶和穗轴次之，籽粒最低。Ca、Mn、Fe含量分布高低依次为旗叶最高，穗轴和穗颈次之，籽粒最低。Zn含量在器官间的差异较小。喷施MnCl₂和ZnCl₂对籽粒中的Mg、K、Zn含量没有显著影响，喷施GdCl₃使籽粒中Ca、Mn含量显著降低，喷施ZnCl₂使籽粒中Ca、Fe含量显著升高。

喷施GdCl₃使穗轴、穗颈的Mg含量显著升高，籽粒、穗轴、旗叶的Ca含量显著降低，穗颈Fe含量显著升高，穗轴Zn含量显著降低。喷施MnCl₂和ZnCl₂对籽粒、穗轴、穗颈和旗叶中的微量元素含量的影响总体上不大，少数微量元素含量影响达到5％的显著水平。喷施MnCl₂使穗颈Mg、K含量显著升高，穗轴Ca、Mn含量显著升高，穗轴K含量显著降低。喷施ZnCl₂使籽粒中Ca、Fe含量显著升高，旗叶Mn含量显著降低。

喷施ZnCl₂显著提高了各器官中的Zn含量，喷施GdCl₃、MnCl₂和ZnCl₂不仅影响各器官中必需营养元素的含量。GdCl₃处理下Cd的籽粒/穗轴是CK的1.7倍，穗轴/穗颈较CK显著降低。ZnCl₂处理Cd的穗颈/旗叶显著提高。MnCl₂对Cd的转移因子无显著影响。GdCl₃对Cd的转移因子影响较大。叶面喷施GdCl₃能促进Mg、K、Ca、Mn、Fe、Zn从旗叶向穗颈中转移，其中Mg和Fe的穗颈/旗叶与CK差达到显著水平，分别为CK的1.8倍和2.1倍；抑制了K、Ca、Mn、Fe、Zn从穗颈向穗轴的转移，但对转移因子的影响差异不显著；促进了K、Ca、Mn、Fe、Zn从穗向籽粒中转移，其中K、Mn、Zn的籽粒/穗轴显著提高。叶面喷施MnCl₂能促进Mg、K、Mn、Fe、Zn从旗叶向穗颈中转移，其中Mg和K的穗颈/旗叶与CK差异达到显著水平，分别为CK的1.6倍和1.5倍；同时促进了Ca、Mn、Zn从穗颈向穗轴的转移，其中Ca从穗颈向穗轴的转移因子显著增加；显著抑制K从穗颈向穗轴的转移，显著促进K从穗轴向籽粒中的转移。

锰(Mn)和锌(Zn)是水稻生长发育所必需的微量元素。Mn在维持叶绿体稳定中发挥着重要作用，能刺激生长素合成，并且可作为酶的催化剂来调节酶活性。在Cd污染环境中，增施Mn能显著降低水稻根系和地上部的Cd含量，并能提升水稻细胞壁中Cd的分配比率和降低胞液中Cd的分配比率，显著缓解Cd对水稻生长发育的抑制作用。增施Zn也能缓解Cd对水稻的毒害作用，促进根系发育、提高地上部生长量。叶面喷施Zn可以降低稻米对Cd的积累，提高产量和稻米Zn营养品质，进而改善人类Zn营养状况。

水稻开花期叶面喷施GdCl₃和微量元素Mn及Zn,结果表明：喷施10mmol·L^-1MnCl₂、10mmol·L^-1ZnCl₂、5mmol·L^-1GdCl₃均能显著降低Cd在稻米、穗轴、穗颈、旗叶中的积累,稻米中的Cd含量从0.63mg·kg^-1分别下降到0.47、0.28、0.26mg·kg^-1,降镉幅度分别为23.84％、55.44％、58.86％。喷施GdCl₃显著提高了Mg、Fe从旗叶向穗颈以及K、Mn、Zn从穗轴向籽粒的转移效率,却显著抑制了Cd从旗叶向穗颈的转移,使穗颈和穗轴中的Cd浓度分别下降59.84％和75.77％。喷施Zn显著提高了籽粒中的Ca、Fe含量。喷施Mn显著促进了K从穗轴向籽粒的转移。由此可见,喷施GdCl3和Mn、Zn能有效促进K、Mn、Zn等必需元素向籽粒的转运,致使稻米中的Cd含量显著下降。

水稻开花期叶面喷施ZnCl₂，不仅对水稻籽粒、穗轴、穗颈、旗叶中的Cd含量产生了显著抑制作用，而且籽粒中的Cd含量分配比例从12.55％降至8.66％，提高了各器官中的Zn含量。这可能是因为Cd与Zn为同族元素，具有相似的化学性质，当Cd²⁺与Zn²⁺竞争相同的转运蛋白时，膜蛋白优先结合水稻生长发育必需的Zn²⁺，从而抑制了Cd²⁺从旗叶向籽粒的转运。Cd从穗颈向穗轴转移的过程中，大部分的Cd被拦截在穗颈中，导致Cd的穗轴/穗颈显著下降。喷施ZnCl₂促进了Mg、K、Mn从旗叶向穗颈的转移，必需营养元素中的阳离子与Cd²⁺争夺离子通道，从而降低了Cd在水稻中的转运，降低了籽粒的Cd含量。叶面喷施ZnCl₂后，籽粒、穗轴、穗颈中Fe含量均有所增加。植物从土壤中主要吸收氧化态的铁，通常为Fe³⁺，经NAD(P)H还原后转变为Fe²⁺再进入细胞内。Cd²⁺能和Fe²⁺竞争相同的膜转运蛋白，因此喷施ZnCl₂来提高植株中Fe²⁺，间接减少了Cd在水稻中的转运。因此，叶面喷施ZnCl₂，可以通过增加Zn²⁺浓度，与Cd²⁺竞争通道，直接影响Cd的吸收和转运，也可以通过影响其他必需元素的含量，间接抑制Cd的吸收和转运。大量的研究表明，Mn²⁺与Cd²⁺对相关离子通道和载体蛋白的结合存在竞争关系，Mn²⁺能优先结合细胞膜上的载体蛋白和通道蛋白，与Cd²⁺产生拮抗作用，叶面喷施MnCl₂，不仅对水稻籽粒、穗轴、穗颈、旗叶中的Cd含量产生了显著抑制作用，而且对K在相邻器官间的转移有很大影响。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种有效降低稻米镉含量的叶面肥配方，包括叶面肥母液、表面活性剂和水，其特征在于：所述叶面肥母液包括GdCl₃、MnCl₂和ZnCl₂，所述GdCl₃、MnCl₂和ZnCl₂的浓度含量配比为1:15:25，所述叶面肥母液和所述水的稀释比例为1：1000-5000，所述表面活性剂加入稀释母液的体积比为3/10000。

2.一种有效降低稻米镉含量的叶面肥的施用方法，其特征在于：包括以下步骤：

a)将所述GdCl₃、MnCl₂和ZnCl₂的按照浓度含量配比为1:15:25进行调制配比并稀释1000-5000倍的水溶液，再按体积比为3/10000加入表面活性剂，得到所述叶面肥。

3.根据权利要求2所述的有效降低稻米镉含量的叶面肥的施用方法，其特征在于：每公顷所述叶面肥的药液用量300L～450L。

4.一种有效降低稻米镉含量的叶面肥在降低农作物镉含量中的应用。