CN111066608A

CN111066608A - 一种镉砷复合污染水稻田安全利用的方法

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Publication number: CN111066608A
Application number: CN202010017546.3A
Authority: CN
Inventors: 李义纯; 艾绍英; 王艳红; 陈勇; 唐明灯; 李林峰; 林晓扬; 陈鹏
Original assignee: Institute of Agricultural Resources and Environment of Guangdong Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Institute of Agricultural Resources and Environment of Guangdong Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2020-01-08
Filing date: 2020-01-08
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2040-01-08
Also published as: CN111066608B

Abstract

本发明公开了一种镉砷复合污染水稻田安全利用的方法，包括如下步骤：人工向稻田均匀撒施基肥，然后连续旋耕耙田2‑3遍后淹水浸泡3天，淹水层厚度为2‑3cm，此后，再次连续旋耕耙田1‑2遍，维持淹水层厚度为2‑3cm，实行浅水插秧，进行秧苗移栽，水稻移栽后第7天和第20天采用人工撒施的方式各追肥1次，水稻返青期保持淹水层，水层厚度为4‑6cm；分蘖末期不晒田，保持淹水层，水层厚度为2‑3cm；从水稻拔节期到成熟期、直至收割，保持淹水层，水层厚度为4‑6cm。联合肥料和水分管理措施，在确保水稻产量不下降的前提下，显著降低了糙米中Cd的含量，同时确保了糙米中Cd和无机As的含量均显著低于食品安全国家标准，有效实现了镉砷复合污染水稻田安全利用。

Description

一种镉砷复合污染水稻田安全利用的方法

技术领域

本发明涉及农业污染防治技术领域，具体为一种镉砷复合污染水稻田安全利用的方法。

背景技术

水稻是我国最重要的粮食作物，其种植面积占中国谷物播种面积的26.6％，稻谷总产占粮食总产的43.6％。但是，20世纪90年代以来的工业化和环保措施不到位，导致了我国部分地区农田土壤重金属污染呈加剧态势。根据2014年原环保部与原国土资源部联合发布的全国土壤污染公报显示，耕地土壤点位超标率为19.4％，其中轻中度污染占超标点为的94.3％，南方污染程度普遍高于北方。耕地土壤重金属污染常常导致较为严重的农产品重金属污染风险，危害人体健康。在所有粮食作物中，稻米镉(Cd)和无机砷(As)超标率最高。稻田Cd、As单一及其两者复合污染的治理是当前我国农田重金属污染治理中的难点与重点。

目前，在我国华南地区，大部分水稻土呈酸性，重金属Cd和As的活性较强。针对稻田单一Cd污染的修复治理技术有很多，但针对稻田单一As污染修复治理的技术尚少。例如，向土壤中添加石灰等碱性材料以提高土壤pH值，或者生物炭等具有高吸附性能的吸附材料以增大土壤对Cd的吸附容量，从而有效降低土壤中Cd的生物有效性，达到减少Cd在糙米中累积的目的。但是，这些材料的长期使用，会导致土壤理化性质及肥力指标的改变，有可能降低稻田土壤的生产能力。第二，采用分子生物学手段通过育种工程改变水稻基因组以降低Cd在水稻糙米中的累积。然而，这些技术不仅在众多农户和农业生产中受到大面积推广方面的限制，而且，该技术的施用会导致水稻基因组的改变，也会潜在降低糙米中铁、锰、锌等营养元素的累积。第三，采用超级累植物对单一As和单一Cd污染土壤开展植物修复，可能有效减少土壤中Cd和As的含量。已经报道的As超级累植物有蜈蚣草，Cd超级累植物有东南景天和伴矿景天。但是，由于播种、杂草防除、疾病控制、自身生物量小、以及收获后处理处置等面临着一些目前无法较好地加以解决的困难，超级累植物在区域大范围稻田土壤上并不是一种合适的修复治理方法。第四，通过淹水灌溉，尤其是在水稻灌浆结实阶段，显著降低土壤中Cd的有效性和糙米中Cd的含量。但是，水稻淹水层厚度过大会导致水稻根际环境产生较强的还原条件，不仅会抑制根部对营养的吸收，进而导致水稻产量下降，而且会促进水稻根部对土壤中As吸收，加大糙米中无机As超标的风险。因此，针对镉砷复合污染水稻田，亟需一种能同时确保糙米中Cd和As含量达到食品安全国家标准、实现镉砷复合污染水稻田安全利用的方法，为此我们提出一种镉砷复合污染水稻田安全利用的方法用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镉砷复合污染水稻田安全利用的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种镉砷复合污染水稻田安全利用的方法，包括如下步骤：

S1、稻田基肥改造

人工向稻田均匀撒施基肥，然后连续旋耕耙田2-3遍后淹水浸泡3天，淹水层厚度为2-3cm，此后，再次连续旋耕耙田1-2遍，维持淹水层厚度为2-3cm；

S2、秧苗移栽及追肥

维持淹水层厚度为2-3cm，实行浅水插秧，进行秧苗移栽，水稻移栽后第7天和第20天采用人工撒施的方式各追肥1次；

S3、水分管理

水稻返青期保持淹水层，水层厚度为4-6cm；分蘖末期不晒田，保持淹水层，水层厚度为2-3cm；从水稻拔节期到成熟期、直至收割，保持淹水层，水层厚度为4-6cm。

优选的一种实施案例，步骤S1中，所述基肥以质量百分比计，其原料组成包括：碳酸氢铵26.8％、过磷酸钙26.8％、硅酸钙18.6％、硫酸钾3.3％、硫酸镁2.2％和熟石灰22.3％。

优选的一种实施案例，步骤S1中，所述基肥均以粉末状采用人工均匀撒施，粉末粒度小于60目，施肥量为322.8kg/亩。

优选的一种实施案例，步骤S2中，所述追肥肥料为水稻掺混肥和过磷酸钙，且水稻掺混肥中的氮、磷、钾的含量满足N+P₂O₅+K₂O≥35％，每次追肥过程中掺混肥用量为43.2kg/亩，每次追肥过成中过磷酸钙的用量为49.4kg/亩。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本技术在传统水稻种植习惯基础上，针对镉砷复合污染状况，一方面优化了基肥的肥料配比及组成，另一方面也明确了淹水的时间段及淹水层厚度，在基肥和追肥施用的基础上，联合水分管理方法，从这两个方面进行调整和改进，不仅保障了水稻产量，而且还确保了水稻糙米中Cd和无机As的含量达到食品安全国家标准，有效实现了镉砷复合污染水稻田的安全利用；本方法是在常规农艺措施的基础上明确各步骤的技术参数，与现有技术相比，具备材料易获取、成本低廉、操作简便、农民易实施等技术特点及优势，有利于广泛推广。

附图说明

图1为成熟期不同处理根际土壤中有效态Cd含量；

图2为成熟期不同处理中Cd从水稻不同器官运移到糙米的转运系数；

图3为成熟期不同处理糙米中Cd的含量；

图4为成熟期不同处理糙米中无机As的含量；

图5为成熟期不同处理水稻稻谷的产量。

图中不同小写字母表示处理之间差异显著(P<0.05)。

具体实施方式

下面将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它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案：一种镉砷复合污染水稻田安全利用的方法，包括如下步骤：

S1、稻田基肥改造

水稻田近30年来一直种植水稻，土壤pH为5.3，土壤中Cd的含量为1.2mg/kg，As的含量为34.2mg/kg。根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)(水田，pH≤5.5，Cd的风险筛选值为0.3mg/kg，As的风险筛选值为30.0mg/kg)，土壤中Cd的含量超出污染风险筛选值4.0倍、As的含量超出污染风险筛选值1.1倍，因此，该试验区域受中度Cd污染和轻微As污染。

人工向稻田均匀撒施基肥322.8kg/亩，基肥成分及所占比例为：碳酸氢铵(26.8％)、过磷酸钙(26.8％)、硅酸钙(18.6％)、硫酸钾(3.3％)、硫酸镁(2.2％)、熟石灰(22.3％)，然后连续旋耕耙田2-3遍后淹水浸泡3天，淹水层厚度为2-3cm，此后，再次连续旋耕耙田1-2遍，维持淹水层厚度为2-3cm；

S2、秧苗移栽及追肥

维持淹水层厚度为2-3cm，实行浅水插秧，进行秧苗移栽，水稻品种为裕优青占，属于杂交稻水稻品种，水稻移栽后第7天和第20天采用人工撒施的方式各追肥1次，每次追肥所用的肥料包括水稻掺混肥和过磷酸钙，水稻掺混肥(N+P₂O₅+K₂O≥35％)的用量为43.2kg/亩，过磷酸钙的用量为49.4kg/亩；

S3、水分管理

步骤S1中，基肥均以粉末状采用人工均匀撒施，粉末粒度小于60目。

为确定本发明实际效果，现将按上述发明步骤种植的水稻设为处理组，再按当地农民习惯在相同的地区的水稻田内种植同一品种水稻，设为对照组，对照组中，在秧苗移栽前连续旋耕耙田1-2遍后淹水浸泡1天，淹水层厚度为2-3cm，进行秧苗移栽。于水稻移栽后的第7天和第20天，采用人工均匀撒施的方式追肥。每次追肥所用的肥料为水稻掺混肥(N+P₂O₅+K₂O≥35％)，用量为43.2kg/亩。在水稻分蘖末期和水稻收割前3周内，自然排水落干；水稻生长的其它时期，保持田面淹水，淹水层厚度为4-6cm。

于水稻成熟期，在对照组和处理组，采集水稻根际土壤，采用乙酸铵(pH7.0)溶液浸提土壤中有效态Cd，利用原子吸收光谱仪(PE AA800)测定浸提液中Cd含量；采集水稻样品，分离出根系、茎、叶、结节、谷壳和糙米，将根系采用DCB法去除根表铁膜、烘干、粉碎后消解，利用石墨炉原子吸收光谱仪(PE AA600)测定消解液中Cd含量；将茎、叶、结节和谷壳粉碎后消解，利用石墨炉原子吸收光谱仪(PE AA600)测定消解液中Cd含量；将糙米粉碎后消解，用ICP-MS(Agilent Technologies 7800)测定消解液中总Cd和无机As(三价As和五价As之和)含量。进而，根据根系、茎、叶、结节、谷壳和糙米中Cd的含量，计算Cd分别从根系、茎、叶、结节和谷壳运移到糙米的转运系数(TF)。另外，收割对照组和处理组的水稻，称量稻谷实际重量，换算出水稻产量。采用SPSS17.0进行数据统计分析，采用OriginPro8.1作图。

Cd从水稻不同器官运移到糙米的转运系数：TF＝C_糙米/C_器官，其中，TF为转运系数，C_糙米为糙米中Cd含量(mg/kg)，C_器官为水稻不同器官中Cd含量(mg/kg)。

从图1可以看出，处理组根际土壤中有效态Cd含量显著低于对照组。与对照组相比，处理组根际土壤中有效态Cd的含量下降24.0％。

从图2可以看出，与对照组相比，处理组中水稻根系、茎、叶、结节和谷壳对Cd的转运系数分别下降33.7％，28.5％，36.9％，42.7％和51.7％。这一结果说明，与对照组相比，处理组中水稻不同器官对Cd的转运能力显著下降。

从图3可以看出，与对照组相比，处理组糙米中Cd的含量下降83.1％。可见，处理组显著降低糙米中Cd的含量。按照《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB2762-2017)，糙米中Cd的限量值为0.2mg/kg。显然，处理组糙米中Cd的含量0.14mg/kg达到食品安全国家标准。

从图4可以看出，处理组糙米中无机As的含量与对照组相比增大83.9％。但是，按照《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB2762-2017)，糙米中无机As的限量值为0.2mg/kg。目前处理组糙米中无机As的含量为0.15mg/kg，显著低于无机As的限量值。所以，处理组糙米中无机As的含量达到食品安全国家标准。

从图5可以看出，处理组的水稻稻谷产量与对照组无显著差异。这说明，处理组没有显著影响水稻稻谷的产量。

结论：联合肥料和水分管理，减少了成熟期水稻根际土壤中有效态Cd的含量，降低了水稻不同器官对Cd的转运能力，进而降低了糙米中Cd的含量，从而使糙米中Cd的含量达到食品安全国家标准(Cd＜0.2mg/kg)。同时，糙米中无机As的含量尽管有所增大，但其值仍低于0.2mg/kg，也达到食品安全国家标准(无机As＜0.2mg/kg)。并且，水稻稻谷产量没有出现减产的情况。

本发明联合肥料和水分管理措施，在确保水稻产量不下降的前提下，显著降低了糙米中Cd的含量，同时确保了糙米中Cd和无机As的含量均显著低于食品安全国家标准，有效实现了镉砷复合污染水稻田的安全利用。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种镉砷复合污染水稻田安全利用的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、水稻田基肥改造

人工向水稻田均匀撒施基肥，然后连续旋耕耙田2-3遍后淹水浸泡3天，淹水层厚度为2-3cm，此后，再次连续旋耕耙田1-2遍，维持淹水层厚度为2-3cm；

S2、秧苗移栽及追肥

S3、水分管理

2.根据权利要求1所述的一种镉砷复合污染水稻田安全利用的方法，其特征在于：步骤S1中，所述基肥以质量百分比计，其原料组成包括：碳酸氢铵26.8％、过磷酸钙26.8％、硅酸钙18.6％、硫酸钾3.3％、硫酸镁2.2％和熟石灰22.3％。

3.根据权利要求1所述的一种镉砷复合污染水稻田安全利用的方法，其特征在于：步骤S1中，所述基肥均以粉末状采用人工均匀撒施，粉末粒度小于60目，施肥量为322.8kg/亩。

4.根据权利要求1所述的一种镉砷复合污染水稻田安全利用的方法，其特征在于：步骤S2中，所述追肥肥料为水稻掺混肥和过磷酸钙，且水稻掺混肥中的氮、磷、钾的含量满足N+P₂O₅+K₂O≥35％，每次追肥过程中掺混肥用量为43.2kg/亩，每次追肥过成中过磷酸钙的用量为49.4kg/亩。