CN110506588A

CN110506588A - 一种生产低重金属污染稻米的综合农艺调控方法

Info

Publication number: CN110506588A
Application number: CN201910872244.1A
Authority: CN
Inventors: 黄东风
Original assignee: Institute of Soil and Fertilizer Fujian Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Institute of Soil and Fertilizer Fujian Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2019-09-16
Filing date: 2019-09-16
Publication date: 2019-11-29

Abstract

本发明公开了一种生产低重金属污染稻米的综合农艺调控方法。该方法包括钙硫铝复合重金属钝化剂与基肥一起结合田间整地一次性施用于耕作层土壤；葛林美叶面阻控剂在水稻分蘖中期、始穗期和齐穗期分别施用3次，每次用量为150g/亩，施用方法为用清水稀释200倍后，均匀喷施于水稻植株的叶面；在水稻分蘖期和乳熟期控制稻田耕作层土壤水势保持在‑15~0 KPa之间，其它生育期田面淹水。使用本发明的综合农艺调控方法，不仅提高水稻稻米产量，还有效地降低稻米Cd、Pb重金属的含量，并节约灌溉用水、提高水分利用效率，且操作简单，尤其适宜于我国南方红黄壤区广大轻中度重金属污染稻田上生产低重金属含量的稻米产品。

Description

一种生产低重金属污染稻米的综合农艺调控方法

技术领域

本发明属于农业技术领域，具体涉及一种生产低重金属污染稻米的综合农艺调控方法。

背景技术

水稻是中国最重要的粮食作物之一，种植面积计3040万hm² ，总产量达2.01亿t，种植面积和总产量分别占粮食的27％和36％。水稻是中国最主要的口粮消费作物，在所有口粮消费中占比60％左右，水稻口粮消费占水稻总消费量的85%。因此，水稻种植在我国粮食作物生产中占据着极其重要的地位。然而，我国农田土壤的重金属污染问题不容乐观。据《全国土壤污染状况调查公报》(环境保护部等，2014)，中国耕地土壤点位污染超标率为19.4%，其中轻中度污染点位占总超标点位的94.3%；全国土壤污染类型以镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍等8种重金属为主，其超标点位数占全部超标点位的82.8%。由于农田土壤受重金属污染，在受污染农田上生产的农产品重金属污染问题日益突出。据国土资源部资料，全国每年受重金属污染的粮食高达1200万t，直接经济损失超过200亿元(马铁铮等,2013)。农产品出口因重金属等有害物质超标而被退回的事件也多有发生；因产地环境污染导致农产品中有毒有害重金属含量超标而损害人体健康的事件屡有发生。近年来，我国多地发生的因稻米镉含量超标导致的“镉米”事件更是引发群众恐慌，一度引起当地70％的米商停产，农民不敢再种水稻，几乎成了严重的社会问题。

受重金属污染农田土壤的修复技术主要包括两种：一是直接清除土壤中的重金属，其代表性措施主要有工程措施和植物修复措施，但工程措施因成本高且导致土壤自然性状的破坏，植物修复措施因目标生物量低、修复周期长且高富集重金属植物后续处置困难，故此类修复技术在实际应用过程中受到了很大的限制；二是通过改变重金属在土壤中的赋存形态，减弱其迁移能力和降低其生物可利用性，其代表性措施如原位钝化修复措施，该类技术因成本较低、操作简单、见效快而适合大面积农田污染治理，因此日益倍受环境工作者的广泛关注(李剑睿等,2014；Brown et al, 2004)。

田间水分管理是一种较为常用且效果显著的降低土壤有效态重金属含量的原位钝化农艺调控措施。大量研究表明，稻田保持适当水层(调节氧化还原电位及硫离子含量)可以减少稻米对重金属的吸收。陈涛等(1980)的水稻盆栽试验结果表明，在抽穗后进行落干，籽实的Cd含量比正常灌水的高12倍。吴燕玉等（1985）对沈阳张士灌区镉污染水田采取常规灌溉方法管理(干湿交替，排水烤田)，稻米Cd含量可达1.12 mg/kg，而采取全生育期淹水管理，稻米Cd含量仅为0.39mg/kg。水稻不同生育期控水对水稻重金属累积也会产生较大的差异。杨定清等（2016）通过田间小区试验研究了农户常规灌溉(CK)、孕穗期至灌浆前期淹水（模式1）和全生育期淹水（模式2）等3种水分管理措施对稻米镉含量影响的试验结果表明，水稻孕穗期至灌浆前期淹水技术是一种既节约用水，保证水稻产量同时又能有效降低稻米镉含量的农艺措施；而全生育期淹水虽然也能有效降低稻米镉含量，但同时也导致水稻明显减产。徐加宽等（2007）研究表明，由于水稻籽粒对Cd的吸收发生在生育后期，水稻抽穗后进行排水管理，造成稻田的氧化条件，吸收的Cd必然比后期正常灌水、勤灌水或浅灌水要高得多。吴燕玉等（1985）不同生育期排水落干试验表明，对稻米中Cd含量的影响大小顺序为开花期>抽穗期>分蘖期>乳熟期。

水稻全生育期淹水管理可明显降低稻谷对土壤重金属的吸收，其原因可能与淹水所造成的稻田还原状况有关。一般来说，田间含水量与土壤Eh(氧化还原电位)密切相关，降低田间含水量会导致Eh升高，根际有效态重金属含量、作物吸收重金属量随之增加。水稻全生育期淹水管理虽然可以显著降低稻谷Cd含量，但水稻产量也会比常规灌溉管理（如干湿交替、排水晒田等）出现显著降低（徐加宽等，2007），而且耗水量明显增加，水分利用效率显著降低。因此，在农业生产上，尤其在我国广大轻中度重金属污染农田上，如何通过科学控制水稻各生育期稻田的水分含量，达到既能获得水稻高产稳产，又能有效减少稻谷对土壤重金属的吸收累积，具有重要的现实意义。

针对以上问题，本发明公开了一种生产低重金属污染稻米的综合农艺调控方法。该发明专利是在研究水稻对土壤重金属吸收累积规律的基础上，通过在水稻生育期的分蘖期（从水稻移栽秧苗返青后至幼穗分化期前）和乳熟期（从50%以上的稻穗中部籽粒的内容物为乳浆状且手压穗中部籽粒有硬物感觉开始至水稻完熟收获）内，保持稻田耕作层（15cm）的土壤水势在-15~0 KPa之间，而水稻的其他生育期（主要包括返青期、幼穗分化期至乳熟期）则保持稻田田面淹水状态。除了在水稻生育期进行水分调控外，同时在插秧前结合整地施用了的“钙硫铝复合重金属钝化剂”，在水稻生育期内喷施“葛林美叶面阻控剂”，从而有效地降低我国南方轻中度重金属污染稻田上生产稻米的重金属含量，保障人们的粮食安全。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种生产低重金属污染稻米的综合农艺调控方法。使用本发明的综合农艺调控方法，不仅可提高水稻稻米产量，还可有效地降低稻米Cd、Pb等重金属的含量，并节约灌溉用水、提高水分利用效率，且操作简单，尤其适宜于我国南方红黄壤区广大轻中度重金属污染稻田上生产低重金属含量的稻米产品。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种生产低重金属污染稻米的综合农艺调控方法，包括在水稻生育期内综合应用“钙硫铝复合重金属钝化剂”、“葛林美叶面阻控剂”和“水稻敏感期控水”。

进一步的，上述“钙硫铝复合重金属钝化剂”的组份由还原铝粉15 kg/亩、硫磺2kg/亩和氢氧化钙100 kg/亩，三者充分混匀而成；与基肥一起结合田间整地一次性施用于耕作层土壤；所述基肥为钙镁磷肥，基肥用量为750 kg/hm²。

进一步的，上述“葛林美叶面阻控剂”的主要成分是高钾型腐植酸有机叶面肥，其使用方法是在水稻分蘖中期（移栽之后约20d）、始穗期和齐穗期分别施用3次, 每次用量为150 g/亩，施用方法为用清水稀释200倍后，均匀喷施于水稻植株的叶面。

进一步的，上述“水稻敏感期控水”是指分别在水稻“分蘖期”和“乳熟期”两个影响水稻吸收重金属的关键敏感期进行田面水分控制；分蘖期（从水稻移栽秧苗返青后至幼穗分化前）和乳熟期（从50%以上的稻穗中部籽粒的内容物为乳浆状且手压穗中部籽粒有硬物感觉开始至水稻完熟收获期间）控制稻田耕作层土壤水势保持在-15~0 KPa之间，其它生育期田面淹水。

优选的，本发明一种生产低重金属污染稻米的综合农艺调控方法应用于南方红黄壤区轻中度重金属污染稻田。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明以土壤水势指标为灌溉阈值标准，用耕作层土壤水势指标来指导水稻吸收重金属关键敏感期的田面水分控制，具有操作简单、易于掌握、灵敏度高、成本低廉等优点。

（2）使用本发明的综合农艺调控方法，不仅可提高水稻稻米产量，还可有效地降低稻米Cd、Pb重金属的含量。田间试验的结果显示，与水稻常规种植（R模式）相比，使用本发明的综合农艺调控方法模式（即A-L-S模式），不仅可提高稻米的干物质产量16.74%，还可降低稻米的Cd含量52.4%、Pb含量51.9%，并且降低水稻收获后土壤有效态Cd含量28.2%、有效态Pb含量11.5%，对稻米的增产和降污效果显著。

（3）本发明重点针对我国南方红黄壤区酸性轻中度重金属污染稻田的农产品安全生产问题，提供了一种具有使用简单、操作方便、并且具有明显提高稻米产量和降低稻米Cd、Pb等重金属含量的综合农艺调控方法。

附图说明

图1不同农艺调控技术模式对水稻稻谷干物质产量的影响。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施例。

实施例1

试验设计：

试验布置在福建省三明市大田县均溪镇上华村某水稻种植基地上，地形地貌为山地丘陵，水稻种植基地水系上游有铁矿分布。试验地块土壤类型为黄泥田土，土壤肥力中等，耕作层（0~20 cm）土壤Cd含量为7.1 mg/kg、Pb含量为165.3 mg/kg。

试验设计5个处理：

（1）模式R，常规模式（Routine），常规施肥+常规灌溉。

（2）模式A，含铝复合钝化剂模式（Aluminum containing compound passivatingagent），在常规模式的基础上，增施钙硫铝复合钝化剂（还原铝粉用量15 kg/666.7m²+硫磺用量2 kg/666.7m²+氢氧化钙用量100 kg/666.7m²）。

（3）模式L，葛林美叶面阻控剂模式（Leaf surface resistance control agent），在常规模式的基础上，在水稻生长期内喷施“葛林美叶面阻控剂”3次，在水稻分蘖中期（移栽之后约20d）、始穗期和齐穗期各喷施一次, 每次150 g/666.7m²，稀释200倍叶面喷施。

（4）模式S，水稻敏感期控水模式（Sensitive period water control），即，分蘖期和乳熟期控水，在分蘖期（从水稻移栽秧苗返青后至幼穗分化前）和乳熟期（从50%以上的稻穗中部籽粒的内容物为乳浆状且手压穗中部籽粒有硬物感觉开始至水稻完熟收获期间）控制稻田耕作层土壤水势保持在-15~0 KPa之间，其它生育期田面淹水，施肥按常规施肥。

（5）模式Ａ－Ｌ－Ｓ综合调控模式，即，在水稻生育期内综合使用模式A、L、S的技术模式。

各处理中重金属钝化剂产品结合整地，与基肥一并混匀施用；常规灌溉，即在水稻分蘖后期排水晒田7 d，其它生育期田面淹水；控水灌溉，即在试验小区内按等距安装3个真空式土壤负压计(FDR)，陶土头或FDR探针中心距土表7.5 cm，在控水灌溉生育期间，每天早上8：00和傍晚18：00读取数值，当土壤水势降低至-15 KPa时，及时灌溉至土壤水势升高至0KPa终止。常规施肥，即根据当地农户种植水稻的习惯施肥方式和施肥量。供试水稻为单季稻，品种为隆两优1377（四川隆平高科种业有限公司生产）。2018年6月5日插秧，2018年9月27日收割并测产、取样。供试化肥品种分别为碳酸氢氨、钙镁磷和氯化钾，施用量分别为750kg/hm²、750 kg/hm²和374.7 kg/hm²，其中，钙镁磷肥作基肥施用，其它肥料施用时期为水稻分蘖期。

试验结果：

（1）不同农艺调控方法对水稻稻谷干物质产量的影响

试验结果（图1）表明：与R模式（常规种植）相比，其他几种不同农艺调控方法模式均可在一定程度上提高稻谷的干物质产量，增产量幅度为0.11~0.50t/hm²，增产率幅度为1.48%~16.74%。其中，A-L-S模式对稻谷干物质产量的增加效果相对最佳，增产率为16.74%。

（2）不同农艺调控方法对水稻稻米重金属含量的影响

试验结果（表1）表明：与R模式（常规种植）相比，其他几种不同农艺调控技术模式均可显著地降低稻米Cd和Pb的含量，其中，稻米Cd含量的降低幅度为17.1%~52.4%，稻米Pb含量的降低幅度为26.8%~51.9%。其中A-L-S模式对稻米Cd和Pb含量的降低效果相对最佳，比R模式（常规种植）分别降低稻米Cd和Pb的含量52.4%和51.9%。

表1 不同农艺调控方法对水稻稻米重金属含量的影响

（3）不同农艺调控方法对水稻收获后土壤有效态重金属含量的影响

试验结果（表2）表明：与R模式（常规种植）相比，其他几种不同农艺调控方法均可在一定程度上降低水稻收获后土壤有效态Cd和有效态Pb的含量，其中，土壤有效态Cd含量的降低幅度为15.7%~28.2%，土壤有效态Pb含量的降低幅度为5.2%~11.5%。其中，A-L-S模式对土壤有效态Cd和Pb含量的降低效果相对最佳，可比R模式（常规种植）分别降低土壤有效态Cd和Pb的含量28.2%和11.5%。而几种不同农艺调控方法对水稻收获后土壤的pH 变化影响不大。

表不同农艺调控方法对水稻收获后土壤有效态重金属含量的影响

综上所述，与水稻常规种植（R模式）相比，使用本发明的一种生产低重金属污染稻米的综合农艺调控方法模式（即A-L-S模式），不仅提高稻米的干物质产量16.74%，还降低稻米的Cd含量52.4%、Pb含量51.9%，并且降低水稻收获后土壤有效态Cd含量28.2%、有效态Pb含量11.5%，取得明显的增产和降污效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种生产低重金属污染稻米的综合农艺调控方法，其特征在于：所述调控方法包括在水稻生育期内综合应用钙硫铝复合重金属钝化剂、葛林美叶面阻控剂和水稻敏感期控水。

2.根据权利要求1所述的一种生产低重金属污染稻米的综合农艺调控方法，其特征在于：所述钙硫铝复合重金属钝化剂，其组份由还原铝粉15 kg/亩、硫磺2 kg/亩和氢氧化钙100 kg/亩，三者充分混匀而成，并与基肥一起结合田间整地一次性施用于耕作层土壤。

3.根据权利要求2所述的一种生产低重金属污染稻米的综合农艺调控方法，其特征在于：所述基肥为钙镁磷肥，基肥用量为750 kg/hm²。

4.根据权利要求1所述的一种生产低重金属污染稻米的综合农艺调控方法，其特征在于：所述葛林美叶面阻控剂，其主要成分是高钾型腐植酸有机叶面肥；其使用方法为在水稻分蘖中期、始穗期和齐穗期分别施用葛林美叶面阻控剂3次，每次用量为150 g/亩，施用方法为用清水稀释200倍后，均匀喷施于水稻植株的叶面。

5.根据权利要求1所述的一种生产低重金属污染稻米的综合农艺调控方法，其特征在于：所述水稻敏感期控水为分别在水稻“分蘖期”和“乳熟期”两个影响水稻吸收重金属的关键敏感期进行田面水分控制，在“分蘖期”和“乳熟期”控制稻田耕作层土壤水势保持在-15~0 KPa之间，其它生育期田面淹水。

6.如权利要求1-5所述的一种生产低重金属污染稻米的综合农艺调控方法应用于南方红黄壤区轻中度重金属污染稻田。