CN111226715A - 一种抑制稻田土壤有效态镉释放和稻米Cd积累的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抑制稻田土壤有效态镉释放和稻米Cd积累的方法。包括：根据土壤性质中0.1M CaCl2提取有效态重金属Cd和Zn含量，计算需要添加的可溶性Zn含量以调节土壤Zn/Cd摩尔比至50～200之间，在插秧前的耕地阶段添加，并与耕作层土壤混合均匀，采用正常田间水分管理等步骤。本申请建立在前期大量的基础研究工作之上，通过调节土壤中Zn/Cd摩尔比到50～200之间(添加Zn的量为每公顷23～249kg Zn，取决于土壤Cd浓度和本底有效态Zn的含量)，可以较显著地抑制稻田排干阶段土壤有效态Cd的释放，阻控水稻籽粒中Cd积累。
Description
技术领域
本发明属于土壤污染防控领域，涉及一种抑制稻田土壤有效态镉释放和稻米Cd积累的方法。
背景技术
我国南方农田土壤Cd污染日益严重，导致部分地区稻米Cd含量过高，其中相当一部分稻米Cd含量超过我国食品卫生标准，威胁农产品安全和人体健康。我国是一个大米食用大国，每天消耗的大米量巨大，长期食用Cd污染稻米会导致包括骨质疏松、肾脏损害、癌症发病率变高等健康问题。现阶段农田Cd污染研究更多关注于农田重金属Cd钝化修复、叶面肥喷施以及增施微生物有机肥等方面，例如把生物炭等修复材料应用到农田土壤中，有可能导致土壤中多环芳烃等有机污染物增加，加大农田环境及稻米二次污染风险；且一般添加生物炭等修复材料的量很大，也会对农田土壤带来许多不确定风险问题；而施用有机肥仅仅能实现产量上一定程度的增加，在降低土壤有效态Cd以及稻米Cd含量方面效果不佳，同时有机肥的成分及成本问题仍需进一步优化。因此，需要有一种对土壤环境不会产生明显的二次污染，降低土壤有效态Cd释放，同时还可以阻控稻米Cd积累的措施，确保Cd污染农田安全利用和稻米安全。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供了一种抑制稻田土壤有效态Cd释放和稻米Cd积累的方法。
本发明的目的可通过以下技术方案实现：
一种抑制土壤有效态Cd释放和稻米Cd积累的方法，在稻田耕地前，将含可溶性锌(Zn)盐撒入农田土壤与耕层土壤混合均匀，稻田淹水后种植水稻，配合常规的稻田水分管理措施，水稻灌浆后期排水烤田2-3周后收获水稻籽粒；所述的Zn盐添加量为加入可溶性Zn后使土壤中Zn/Cd摩尔比为50～200。假如本底土壤中有效态Cd浓度为1.0mg/kg，有效态Zn浓度为20.0mg/kg，则按耕作层20.0cm深度，土壤平均密度1.3t/m3计算，Zn添加量为每公顷23～249kg Zn(即每亩2～17kg Zn)。
所述针对的是Cd污染的农田土壤，对稻田土壤具有普适性；
所述Zn/Cd摩尔比的调节，是在土壤有效Zn含量的基础之上外源加入一定量的含可溶性Zn盐的物质，如ZnSO4，含ZnSO4的肥料或含有可溶性Zn的农业物料，以调节土壤Zn/Cd摩尔比，调节后土壤中总Zn含量对植物生长状况不产生明显影响，Zn/Cd摩尔比优选为50～200。
所述方法，采用正常的稻田水分管理，即前期稻田淹水，水稻灌浆后期排水烤田。
作为本发明方法的一种优选实施例，所述的含可溶性Zn的物质为ZnSO4或含ZnSO4的肥料。所述ZnSO4肥料为一般农用性质肥料，也可用一般含可溶Zn肥料代替，ZnSO4肥料为最佳优选。
作为本发明方法的一种优选实施例，所述的抑制稻田土壤有效态镉(Cd)释放和稻米Cd积累的方法包括以下步骤：
S1：添加可溶性Zn的量，可根据Zn/Cd比例，控制添加后土壤Zn/Cd摩尔比在50～200左右。具体操作可用0.1M CaCl2提取液提取土壤，测定提取液中Cd和Zn的含量，然后根据这些含量计算土壤中Zn/Cd摩尔比，以及需要添加的可溶性Zn含量，使添加后土壤中Zn/Cd摩尔比达到50～200之间；
S2：添加时期，在农田耕地前，外源撒入这些物料，并与耕作层土壤混合均匀；
S3：稻田水分管理采用正常水分管理方式，即水稻田前期淹水，分蘖后期排水控制无效分蘖，后淹水直至灌浆后期，排水烤田2-3周后收获。
其中，所述的0.1M CaCl2提取态金属Cd含量为土壤中有效态部分，容易被植物通过根系吸收，累积到植物地上部，最终转运到水稻籽粒中。
所述添加时期在耕田时添加，有利于添加的物料能与耕作层土壤混合均匀，使得效果达到最优。
所述水分管理，采用正常水分管理，前期淹水，由于添加可溶性Zn在淹水阶段生成ZnS，但在稻田排干烤田阶段，淹水阶段生成的ZnS能有效抑制稻田排干过程土壤有效态Cd释放从而达到阻控稻米Cd积累的目的。
有益效果：
本发明提供了一种降低稻米Cd含量、提高稻米质量安全的方法。该方法通过向土壤中施加含可溶性Zn盐的物质为ZnSO4，或含ZnSO4的肥料，或含有可溶性Zn的农业物料，调节土壤Zn/Cd摩尔比，可以显著降低稻米Cd含量，并且可以增加稻米中营养元素Zn的含量，提高稻米的质量安全。
附图说明
图1实施例1效果图(盆栽试验I，土壤为采自湖南株洲，土壤镉浓度为2.0mg/kg，pH5.1；设置三个处理：对照，土壤添加了51mg Zn/kg或149mg Zn/kg)
(a)为三组盆栽处理中土壤pH随时间的变化，结果表明调节Zn/Cd比率并未明显影响pH变化；(b)为三组盆栽处理中土壤有效态Cd随时间的变化，结果表明盆栽水稻后期排水阶段，调节Zn/Cd摩尔比从48至100或200，有效态Cd的释放可被抑制45-56％；(c)和(d)表明处理组使水稻籽粒中Cd含量降低了85％左右,籽粒中Zn含量提高了16％左右；(e)表明加入ZnSO4调节土壤Zn/Cd摩尔比并未明显影响籽粒产量。
图2实施例2效果图(盆栽试验II，土壤为采自湖南湘潭，土壤镉浓度为3.0mg/kg，pH 5.5；设置三个处理：对照，土壤添加了89mg Zn/kg或181mg Zn/kg)
(a)为三组盆栽处理中土壤pH随时间的变化，可以看出调节Zn/Cd比率并未明显影响pH变化；(b)为三组盆栽处理中土壤有效态Cd随时间的变化，可以看出盆栽水稻后期排水阶段，调节Zn/Cd摩尔比从4.3至100和200，土壤有效态Cd可被抑制32-45％；(c)和(d)表明处理组使水稻籽粒中Cd含量降低了51％左右,籽粒中Zn含量提高了26％左右；(e)表明加入ZnSO4调节土壤Zn/Cd摩尔比并未明显影响籽粒产量。
图3实施例3效果图(大田试验I，地点为湖南长沙，土壤镉浓度为1.0mg/kg，pH5.2)
(a)和(b)为田间土壤对照和加ZnSO4处理中水稻收获后土壤pH，有效态Cd差异比较，可以看出田间每公顷施加75kg ZnSO4(土壤Zn/Cd＝83.4)并未明显影响pH变化，土壤有效态Cd含量下降了22.0％；(c)和(d)为田间土壤对照及加ZnSO4处理籽粒中Zn，Cd含量差异比较，可以看出田间施加ZnSO4抑制籽粒Cd含量达59.7％，籽粒中Zn含量提高了15.2％；(e)表明大田土壤加入ZnSO4调节土壤Zn/Cd摩尔比并未明显影响籽粒产量。
图4实施例4效果图(大田试验II，地点为湖南衡南，土壤镉浓度为2.0mg/kg，pH4.7)
(a)和(b)为田间土壤对照和加ZnSO4处理中水稻收获后土壤pH，有效态Cd差异比较，可以看出田间每公顷施加75kg ZnSO4(土壤Zn/Cd＝36.0)并未明显影响pH变化，土壤有效态Cd含量下降了12.1％；(c)和(d)为田间土壤对照及加ZnSO4处理籽粒中Zn，Cd含量差异比较，可以看出田间施加ZnSO4抑制籽粒Cd含量达72.2％，籽粒中Zn含量提高了2.8％；(e)表明大田土壤加入ZnSO4调节土壤Zn/Cd摩尔比并未明显影响籽粒产量。
具体实施方式
实施例1
S1：用0.1M CaCl2提取液提取土壤，提取态金属含量为Cd 1.7mg/kg，Zn 47.2mg/kg，按这一具体数据计算盆栽3.0kg土壤中Zn/Cd摩尔比分别为100和200时所需要的ZnSO4外源添加量分别为0.4g和1.1g；
S2：把需要添加的ZnSO4加入到水中完全溶解后，将溶液加入到土壤中搅匀；
S3：土壤淹水1周后种植水稻苗，配合常规的水稻水分管理措施，水稻灌浆后期排水2周后收获水稻籽粒，检测土壤Cd有效性以及稻米中Cd的含量。
应用效果(图1)：通过以上方法采用湖南株洲土壤实施水稻盆栽试验，收获时土壤Zn/Cd＝100对应土壤有效Cd降低了44.9％，籽粒Cd浓度降低了85.0％；土壤Zn/Cd＝200对应土壤有效Cd降低了56.1％，籽粒Cd浓度降低了85.8％，水稻籽粒产量未受影响。
实施例2
S1：用0.1M CaCl2提取液提取土壤，提取态金属含量为Cd 1.6mg/kg，Zn 4.0mg/kg，按这一具体数据计算盆栽3.0kg土壤中Zn/Cd摩尔比分别为100和200时所需要的ZnSO4外源添加量分别为0.7g和1.3g；
S2：把需要添加的ZnSO4加入到水中完全溶解后，将溶液加入到土壤中搅匀浸泡；
S3：土壤淹水1周后种植水稻苗，配合常规的水稻水分管理措施，水稻灌浆后期排水2周后收获水稻籽粒，检测土壤Cd有效性以及稻米中Cd的含量。
应用效果(图2)：通过以上方法采用湖南湘潭土壤实施水稻盆栽试验，收获时土壤Zn/Cd＝100对应土壤有效Cd降低了31.7％，籽粒Cd浓度降低了53.7％；土壤Zn/Cd＝200对应土壤有效Cd降低了44.8％，籽粒Cd浓度降低了47.4％，水稻籽粒产量未受影响。
实施例3
S1：用0.1M CaCl2提取液提取土壤，土壤提取态金属含量为Cd 0.8mg/kg，Zn4.9mg/kg，每公顷大田施加75kg ZnSO4；施加后检测土壤中0.1M CaCl2提取态金属含量为Cd0.9mg/kg，Zn 43.4mg/kg，土壤中Zn/Cd摩尔比为83.4；
S2：在稻田耕地前，把需要添加的ZnSO4加入到水中完全溶解后，将溶液撒入土壤，并与耕作层土壤混匀；
S3：土壤淹水1周后种植水稻苗，配合常规的水稻水分管理措施，水稻灌浆后期排水2周后收获水稻籽粒，测定土壤Cd有效性以及稻米中Cd的含量。
应用效果(图3)：通过以上方法选用湖南长沙县北山镇进行田间试验，设置对照和加Zn处理小区(每个处理设置4个小区，每个小区12m2)，通过以上处理种植水稻，处理使土壤有效Cd降低了22.0％，稻米中籽粒Cd浓度降低了59.7％，水稻籽粒产量未受影响。
实施例4
S1：用0.1M CaCl2提取液提取土壤，土壤提取态金属含量为Cd 1.7mg/kg，Zn17.7mg/kg，每公顷大田施加75kg ZnSO4,施加后检测土壤中0.1M CaCl2提取态金属含量为Cd 1.8mg/kg，Zn 37.5mg/kg，土壤中Zn/Cd摩尔比为36.0；
S2：在稻田耕地前，把需要添加的ZnSO4加入到水中完全溶解后，将溶液撒入土壤，并与耕地使添加的物料与耕作层土壤混匀；
S3：土壤淹水1周后种植水稻苗，配合常规的水稻水分管理措施，水稻灌浆后期排水2周后收获水稻籽粒，测定土壤Cd有效性以及稻米中Cd的含量。
应用效果(图4)：通过以上方法选用湖南衡南县川口镇进行田间试验，设置对照和加Zn处理小区(每个处理设置4个小区，每个小区12m2)，通过以上处理种植水稻，处理使土壤有效Cd降低了12.1％，稻米中籽粒Cd浓度降低了72.2％，水稻籽粒产量未受影响。
实施例3和4中添加的是ZnSO4，但实际生产中可以添加含可溶性Zn盐的物质为ZnSO4，含ZnSO4的肥料或含有可溶性Zn的农业物料等，添加形式不影响本发明的效果。
Claims (4)
1.一种抑制稻田土壤有效态镉释放和稻米Cd积累的方法，其特征在于：在稻田耕地前，将含可溶性锌盐撒入农田表层土壤，并于耕层土壤混合均匀，稻田淹水后种植水稻，配合常规的稻田水分管理措施，水稻灌浆后期排水烤田2-3周后收获水稻籽粒；所述的Zn盐添加量为加入可溶性Zn后使土壤中Zn/Cd摩尔比为50～200。假如本底土壤中有效态Cd浓度为1.0mg/kg，有效态Zn浓度为20.0mg/kg，则按耕作层20.0cm深度，土壤平均密度1.3t/m3计算，Zn添加量为每公顷23～249kg Zn。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的Zn的添加量为加入后使土壤中Zn/Cd摩尔比为50～200。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的含可溶性Zn盐的物质为ZnSO4，含ZnSO4的肥料，或含有可溶性Zn的农业物料。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：添加可溶性Zn的量，可根据Zn/Cd比例，控制添加后土壤Zn/Cd摩尔比在50-200左右。具体操作可用0.1M CaCl2提取液提取土壤，测定提取液中Cd和Zn的含量，然后根据这些含量计算土壤中Zn/Cd摩尔比，以及需要添加的可溶性Zn含量，使添加后土壤中Zn/Cd摩尔比达到50～200之间；
S2：添加时期，在农田耕地前，外源撒入这些物料，并与耕作层土壤混合均匀；
S3：稻田水分管理采用正常水分管理方式，即，水稻田前期淹水，分蘖后期排水控制无效分蘖，后淹水直至灌浆后期，排水烤田2-3周后收获。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200605 |
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