CN111362741A - 一种降低水稻糙米中镉含量的肥料及其施用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低水稻糙米中镉(Cd)含量的肥料及其施用方法，包括34％熟石灰，30％九水硝酸铁，28％硅酸钙，5％硫酸钾和3％硫酸镁在常温常压下均匀混合制成，对需要种植水稻的稻田均匀撒施水稻复合肥并翻耕均匀，然后再播撒成品降Cd肥料，再进行耙田，最后对稻田淹水闲置5天后，进行水稻秧苗浅水移栽，水稻移栽后第7天和第20天采用人工撒施水稻复合肥的方式各追肥1次；水稻生长时期均保持淹水层2‑3cm，收割的前一周将稻田内淹水层排干、晒田。本发明制得的肥料成本低、农民容易获取，肥料在土壤呈弱酸性(土壤5.5＜pH≤6.5)、且存在中、轻度Cd污染的水稻田中施用，能显著降低水稻糙米中Cd的含量，使其达到国家标准，保障粮食安全。

Description

一种降低水稻糙米中镉含量的肥料及其施用方法

技术领域

本发明涉及水稻种植技术领域，具体为一种降低水稻糙米中Cd含量的肥料及其施用方法。

背景技术

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状况调查公报显示，耕地土壤点位超标率为19.4％，其中轻、中度污染占超标点位的94.3％，南方污染程度普遍高于北方。稻田土壤Cd污染经常会导致稻米Cd超标，严重危害人体健康。稻田Cd污染治理是当前我国农田重金属污染治理中的重点与难点。

在我国华南地区，大部分水稻田土壤呈酸性，Cd的活性较强。目前，针对受中、轻度Cd污染稻田的修复，使用较多的技术是改良剂的施用。这一技术的特点在于向土壤中添加碱性材料以提高土壤pH值，或者具有高吸附性能的吸附材料以增大土壤对Cd的吸附容量，进而有效降低土壤中Cd的生物有效性，达到降低Cd在糙米中的累积量的目的。目前已有相关报道的改良剂有近百种，但都还没有得到大规模的应用和推广。其中一个重要原因就是，这些被施用到农田中的改良剂在降低水稻糙米中Cd含量的同时，还会影响土壤的理化性质及肥力状况，存在降低稻田土壤生产能力的风险。另外，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，也是近些年来实现Cd污染水稻田安全利用的有效技术。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，该技术的使用不仅会导致水稻基因组的改变，而且会潜在减少糙米中铁、锰、锌等营养元素的累积量，从而降低水稻品质。第三，种植东南景天和伴矿景天，可以有效降低土壤中Cd的含量，进而减小水稻糙米中Cd的累积量。但是，由于播种、抗涝、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系列目前无法克服的困难，东南景天和伴矿景天在区域大范围Cd污染稻田修复方面并不是一种合适的修复治理材料。为此，我们提出一种降低水稻糙米中Cd含量的肥料及其施用方法用于解决上述问题，主旨在于不仅充分提供水稻生长所需的营养成分，而且还有效降低水稻糙米中Cd的累积量，保障稻米食品安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低水稻糙米中Cd含量的肥料及其施用方法，以解决上述背景技术中存在的困难和问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种降低水稻糙米中Cd含量的肥料，以质量百分比计，其原料组成包括：30％-35％熟石灰，28％-32％九水硝酸铁，25％-30％硅酸钙，4％-7％硫酸钾和2％-5％硫酸镁。

优选的一种实施案例，以质量百分比计，其原料组成包括：34％熟石灰，30％九水硝酸铁，28％硅酸钙，5％硫酸钾和3％硫酸镁。

优选的一种实施案例，所述肥料的制作方法为：将熟石灰、九水硝酸铁、硅酸钙、硫酸钾和硫酸镁在常温常压条件下、按质量百分比均匀混合，得到成品降Cd肥料。

一种降低水稻糙米中Cd含量的肥料的施用方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)稻田前处理

对需要种植水稻的稻田均匀撒施水稻复合肥并翻耕均匀，然后再播撒成品降Cd肥料，再进行耙田，最后对稻田淹水闲置，淹水层厚度为2-3cm；

(2)水稻移栽

稻田淹水闲置5天后，进行水稻秧苗浅水移栽，水稻移栽后第7天和第20天采用人工撒施水稻复合肥的方式各追肥1次；

(3)水分管理

水稻生长时期均保持淹水层3cm，收割的前一周将稻田内淹水层排干、晒田。

优选的一种实施案例，步骤(1)中，所述降Cd肥料采用人工或者机械均匀撒施，肥料的施用量为214kg/亩。

优选的一种实施案例，步骤(1)和(2)中，所述水稻复合肥的养分的含量满足N+P₂O₅+K₂O≥31％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明中制得的肥料在土壤呈弱酸性(土壤5.5＜pH≤6.5)、且存在中、轻度Cd污染的水稻田中施用，能显著降低水稻糙米中Cd的含量，使其达到国家标准(《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB2762-2017))，保障粮食安全；

(2)本发明中制得的肥料是由我国水稻种植过程中较为常见的5种肥料在常温常压条件下按照一定质量比例均匀混合而成，成本低、农民容易获取，便于推广；

(3)本发明中制得的肥料仅仅是在水稻秧苗移栽的前5天一次性施用，在水稻生长的整个生育期内不再重复施用，减少肥料施用频次和劳动力投入，农民容易接受；

(4)本发明中制得的肥料的施用可以通过人工和机械两种撒施方式实现，操作方式灵活，农民方便实施。

附图说明

图1为本发明成熟期不同处理根际土壤中有效态Cd的含量图；

图2为本发明成熟期不同处理中Cd在水稻体内的累积量图；

图3为本发明成熟期不同处理水稻体内Cd的分布图；

图4为本发明成熟期不同处理中Cd从水稻不同器官运移到糙米的转运系数；

图5为本发明成熟期不同处理水稻糙米中Cd的含量；

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

下面将结合本发明实施例中的附图，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种降低水稻糙米中Cd含量的肥料，以质量百分比计，其原料组成包括：34％熟石灰，30％九水硝酸铁，28％硅酸钙，5％硫酸钾和3％硫酸镁，将熟石灰、九水硝酸铁、硅酸钙、硫酸钾和硫酸镁在常温常压条件下、按质量百分比均匀混合，得到成品降Cd肥料。

一种降低水稻糙米中Cd含量的肥料的施用方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)稻田前处理

对需要种植水稻的稻田均匀撒施水稻复合肥并翻耕均匀，然后再播撒成品降Cd肥料，肥料的施用量为214kg/亩，再进行耙田，最后对稻田淹水闲置，淹水层厚度为2-3cm；

(2)水稻移栽

稻田淹水闲置5天后，进行水稻秧苗浅水移栽，水稻移栽后第7天和第20天采用人工撒施水稻复合肥的方式各追肥1次；

(3)水分管理

水稻生长时期均保持淹水层2-3cm，收割的前一周将稻田内淹水层排干、晒田。

进一步的，步骤(1)和(2)中，水稻复合肥的养分的含量满足N+P₂O₅+K₂O≥31％。

为体现本发明肥料及施用方法的效果，进行处理组和对照组两组盆栽试验进行比对。采集水稻土，将其风干、研磨、过2cm尼龙筛后，作为盆栽试验的供试土壤备用，土壤的理化性质为：pH6.0，有机质37.2g/kg，阳离子交换量(CEC)6.8cmol(+)/kg，黏粒(＜0.002mm)8.0％，粉粒(0.05-0.002mm)32.4％，砂粒(2-0.05mm)59.6％，碱解氮179.2mg/kg，有效磷51.6mg/kg，速效钾155.5mg/kg，总Cd1.4mg/kg。在《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)中，当水田的pH值为5.5＜pH≤6.5时，土壤中Cd的风险筛选值为0.4mg/kg。根据此标准，本试验供试土壤中Cd的含量超出污染风险筛选值3.5倍，说明受中度Cd污染，在温室开展盆栽试验，处理组施用本发明中的降Cd肥料，对照组不施用本发明中的降Cd肥料，每种处理重复3次，试验中所用到的水稻品种为马坝油粘，属于我国南方大面积种植的常规稻水稻品种；

事先在温室中用育秧盆进行水稻育秧，待秧苗生长到三叶一心时，立即进行秧苗移栽，每个试验盆中移栽的秧苗数为1棵；试验中所用到的试验盆为PVC管材质，大小尺寸为高25cm、直径15cm，装土4.0kg；试验中所用到的根际袋为尼龙网材质，孔径为20μm，大小尺寸为高15cm、直径8cm，装土1.0kg；根际袋置于试验盆的中央位置，袋里面土壤的质量为1.0kg，袋外面土壤的质量为3.0kg；

在对照组，事先将4.0kg水稻土与0.7g水稻复合肥混合均匀，然后将其缓慢倒入一个试验盆中，随即向盆中缓慢加入自来水，保持淹水层厚度为2-3cm、闲置5天后进行水稻秧苗移栽。用另外两个试验盆进行同样的操作。在试验过程中，分别于秧苗移栽后的第7天和第20天，分别向每个试验盆的淹水层中投加0.7g水稻复合肥。在水稻的整个生育期内，除收割的前一周内倒出淹水层模拟野外晒田以外，其余生长时期均保持淹水层2-3cm；

在处理组，事先将4.0kg水稻土与0.7g水稻复合肥混合均匀后，随即再均匀拌入5.7g本发明中所述的肥料，然后将其缓慢倒入一个试验盆中。此后的操作步骤及方法与对照组完全相同。

于水稻收割的当天，分别在对照组和处理组中采集水稻根际土壤和植株样品。对于根际土壤，采用乙酸铵浸提法测定土壤中有效态Cd的含量。对于植株样品，仔细分离出根系，采用DCB法去除根表铁膜后，称其鲜重，然后依次进行杀青、烘干、粉碎和消解，利用石墨炉原子吸收光谱仪(PEAA600)测定消解液中Cd的含量；其次，从植株样品中分离出茎、叶、结节和谷壳样品，称其鲜重，然后依次进行杀青、烘干、粉碎和消解，利用石墨炉原子吸收光谱仪(PEAA600)测定消解液中Cd的含量；最后，对分离出的糙米样品，先依次进行粉碎和消解，然后再利用ICP-MS(AgilentTechnologies7800)测定消解液中Cd的含量。

根据根际土壤中有效态Cd含量的测定数据，分析对照组与处理组之间根际土壤中有效态Cd含量的差异；另外，根据根、茎、叶、结节、谷壳和糙米中Cd含量的测定数据，分析Cd在水稻体内的分布特征，并且计算Cd分别从水稻不同组织部位运移到糙米的转运系数(TF)。采用SPSS17.0进行数据统计分析，采用OriginPro8.1作图。

转运系数的计算：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_器官为水稻不同组织部位中Cd含量(mg/kg)。

从图1可以看出，处理组显著减少了成熟期根际土壤中有效态Cd的含量。与对照组相比，处理组根际土壤中有效态Cd的含量减少92.8％。

从图2可以看出，处理组显著减少了成熟期Cd在水稻体内的累积量。与对照组相比，处理组中Cd在水稻体内的累积量减少69.8％。

从图3可以看出，处理组显著改变了Cd在水稻体内的分布规律：在对照组中，Cd的分布规律为茎＞根＞糙米＞壳＞叶＞结节；然而，在处理组中，Cd的分布规律为根＞茎＞糙米＞叶＞壳＞结节。另外，与对照组相比，处理组显著增大了Cd在根、叶和糙米中的分布比例，但显著减小了Cd在茎、结节和壳中的分布比例。

从图4可以看出，处理组显著增强了茎和壳对Cd的转运能力，但显著减弱了叶对Cd的转运能力。并且，根和结节对Cd的转运能力在对照组合处理组之间无显著差异。

从图5可以看出，处理组显著降低了水稻成熟期糙米中Cd的含量。与对照组相比，处理组水稻糙米中Cd的含量降低67.4％。并且，处理组水稻糙米中Cd的含量为0.09mg/kg，显著低于《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(0.2mg/kg)，达到食品安全国家标准。

结论：本发明所述的肥料的施用，有效降低了水稻根际土壤中有效态Cd的含量；有效降低了Cd在水稻体内的累积量；增大了Cd在根和叶中的分布比例，但减小了Cd在茎、结节和壳中的分布比例；增强了茎和壳向糙米转运Cd的能力，但减弱了叶向糙米转运Cd的能力，而对根和结节向糙米转运Cd的能力无显著影响。以上四个方面的差异综合作用的结果，则显著降低了糙米中Cd的累积量，使糙米中Cd的含量达到食品安全国家标准(Cd＜0.2mg/kg)。

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 (6)

1.一种降低水稻糙米中Cd含量的肥料，以质量百分比计，其原料组成包括：30％-35％熟石灰，28％-32％九水硝酸铁，25％-30％硅酸钙，4％-7％硫酸钾和2％-5％硫酸镁。

2.根据权利要求1所述的一种降低水稻糙米中Cd含量的肥料，以质量百分比计，其原料组成包括：34％熟石灰，30％九水硝酸铁，28％硅酸钙，5％硫酸钾和3％硫酸镁。

3.根据权利要求1所述的一种降低水稻糙米中Cd含量的肥料，其特征在于：所述肥料的制作方法为：将熟石灰、九水硝酸铁、硅酸钙、硫酸钾和硫酸镁在常温常压条件下、按质量百分比均匀混合，得到成品降Cd肥料。

4.根据权利要求1至3所述的一种降低水稻糙米中Cd含量的肥料的施用方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)稻田前处理

对需要种植水稻的稻田均匀撒施水稻复合肥并翻耕均匀，然后再播撒成品降Cd肥料，再进行耙田，最后对稻田淹水闲置，淹水层厚度为2-3cm；

(2)水稻移栽

稻田淹水闲置5天后，进行水稻秧苗浅水移栽，水稻移栽后第7天和第20天采用人工撒施水稻复合肥的方式各追肥1次；

(3)水分管理

水稻生长时期均保持淹水层2-3cm，收割的前一周将稻田内淹水层排干、晒田。

5.根据权利要求4所述的一种降低水稻糙米中Cd含量的肥料的施用方法，其特征在于：步骤(1)中，所述降Cd肥料采用人工或者机械均匀撒施，肥料的施用量为214kg/亩。

6.根据权利要求4所述的一种降低水稻糙米中Cd含量的肥料的施用方法，其特征在于：步骤(1)和(2)中，所述水稻复合肥的养分的含量满足N+P₂O₅+K₂O≥31％。

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