CN112335662A - 一种小白菜重金属镉的阻隔剂及其使用方法 - Google Patents

一种小白菜重金属镉的阻隔剂及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种小白菜重金属阻隔剂及一种降低小白菜中重金属镉含量的方法，本发明小白菜重金属阻隔剂，其有效成分为褪黑素和天冬氨酸。本发明降低小白菜中重金属镉含量的方法，待小白菜生长至三叶一心时，采用前述的小白菜重金属阻隔剂，采用喷雾喷施形式，对小白菜进行喷施，将阻隔剂均匀喷施于叶片表面，每次喷施保证阻隔剂可以均匀沾在叶片上又不滴落的状态，第一次喷施先喷A液，A液喷施完成后第二天再进行B液的喷施，B液喷施方法同A液，A液和B液喷施间隔时间少于72小时，即完成阻隔剂的喷施。在重金属镉污染的土壤上种植的小白菜上使用，能够显著降低小白菜可食用部分重金属镉的积累量。

Description

一种小白菜重金属镉的阻隔剂及其使用方法
技术领域
本发明属于重金属污染农田防治领域，具体涉及一种小白菜重金属镉吸收的的阻隔剂及其使用方法。
背景技术
近年来随着我国工业化进程的加快，人类活动的加剧，城市化建设领域的不断发展，生活的废弃物以及工厂“三废”排放日益增多，我国城市郊区土壤受到了严重的污染，重金属及其他有毒有机物等污染物可以对人体造成严重的伤害，土壤污染问题目前受到广泛关注。
重金属因具有持久性和难降解性，被称为化学定时炸弹，可以在城市土壤和植物中形成明显的累积效应，随着我国经济的快速发展，人民的生活质量也在原有的基础上得到了显著提升，人们对于蔬菜产品的摄入量也在不断增长，蔬菜提供了人体所必需的多种，如矿物质和维生素等，是人们日常饮食中必不可少的食物之一。并且，在1990年国际物质粮农组织发现人体必需的维生素C(vitamin C，VC)的90％、维生素A(vitamin A，VA)的60％来自蔬菜。日益严重的土壤Cd污染势必会引起蔬菜农产品的食品安全问题。蔬菜的食用成为重金属物质进入人体的主要渠道，我国人民的生命健康因此受到了严重的威胁。有研究显示，对包括Pb、Zn、Cd等在内的重金属过度暴露会导致儿童认知不全、轻度痴呆和中枢神经系统紊乱等症状。
近30年来，有大量蔬菜产品重金属污染情况的报道，其重金属超标率最低为12％，有些高达90％以上。Pan等[34]分析了从浙江省11个城市农贸市场采集的28个品种5785个蔬菜样本中重金属含量，发现As、Cr、镍(Ni)未超标，而Cd和Pb超标率分别为0.25％和1.56％，表明该地区人群有一定的通过消费蔬菜摄取重金属的风险。南方部分地区如贵州、云南、湖南、广东、湖北等省份和北方辽宁省因食用蔬菜有一定的公众健康风险。不同种类蔬菜对土壤重金属的吸收积累作用有明显差异，普遍表现为叶菜类>根菜类>果菜类，且各种蔬菜作物中，叶菜类是Cd和Pb暴露的主要来源。
我国《土壤污染防治行动计划》确定了农用地分类管理的思路，对于中轻度污染农田重在安全利用。因此，可以采用农艺调控技术进行边生产边修复，以保障重金属污染蔬菜地的安全生产。由于土壤重金属不能被微生物降解，具有移动性差、积累性强等特点，其治理和修复难度很大。为了实现土壤的可持续利用，许多科学家从环保的角度入手，探索新的方法来进行土壤重金属污染的修复，提出了植物修复的概念。但用植物吸收的方法净化污染土壤中的Cd所需时间周期较长。即使吸Cd能力较强的红麻，将土壤Cd浓度从100mg/kg降至1mg/kg水平需要近千年的时间；从5mg/kg降至1mg/kg也需83年之久。化学措施操作简便，在污染不太严重的地区能获得良好的改良效果，用有机肥改良污染土壤的机理主要是利用有机质络合土壤Cd2+，老化的腐殖物质确有固定Cd的作用，然而新生的活性腐殖物质并不能有效固定Cd，有时反而会促进土壤Cd活化，增加作物对Cd的吸收。在Cd污染地区，施用有机肥也是导致土壤Cd二次污染的主要原因。物理措施主要有排土、客土和深耕翻土等采用排土、客土法治理Cd污染至少存在两个问题:一是工程费用高；二是恢复土壤结构和肥力所需时间长。
而之前的研究表明喷施叶面阻隔剂能够有效降低小白菜可食部分的重金属含量，朱正波研究表明叶面喷施10μM/L氯化血红素可有效降低小白菜根对于镉的吸收从而降低小白菜可食部分的镉含量；黄一凡研究表明叶面喷施谷胱甘肽可明显降低小白菜地上部的Cd含量，但以上实验基于水培的基础上进行的，我们对于喷施阻隔剂降低大田小白菜地上部镉含量的研究甚少。
该专利主要概述了一种降低小白菜地上部重金属镉(Cd)的对人体无毒无害的阻隔剂及其应用于生产的最佳使用方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种对小白菜针对性强的，能够有效抑制小白菜对镉吸收或抑制镉向可食用部分转运，能够显著降低小白菜可食用部分镉含量的阻隔剂及其降低小白菜可食用部分镉含量的方法，在重金属镉污染的土壤上种植的小白菜上使用，能够显著降低小白菜可食用部分重金属镉的积累量。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：
本发明的第一个目的是提供一种小白菜重金属阻隔剂，所述小白菜重金属阻隔剂阻隔剂包含A液和B液；所述A液为褪黑素溶液，所述B液为天冬氨酸溶液。
进一步的，所述A液的浓度为80～120μM/L，所述B液的浓度为15～25mg/L。
进一步的，所述A液的浓度为100μM/L，所述B液的浓度为20mg/L。
进一步的，所述A液的溶剂为质量百分比为10％的NaOH溶液；所述B液的溶剂为去离子水。
进一步的，所述小白菜重金属阻隔剂为小白菜重金属镉阻隔剂。
本发明的第二个目的是提供一种降低小白菜中重金属镉含量的方法，待小白菜生长至三叶一心时，采用前述的小白菜重金属阻隔剂，采用喷雾喷施形式，对小白菜进行喷施，将阻隔剂均匀喷施于叶片表面，每次喷施保证阻隔剂可以均匀沾在叶片上又不滴落的状态，第一次喷施先喷A液，A液喷施完成后第二天再进行B液的喷施，B液喷施方法同A液，A液和B液喷施间隔时间少于72小时，即完成阻隔剂的喷施。
在某个特定的实施方式中，A液和B液喷施间隔时间不少于24小时，且间隔时间少于72小时。
进一步的，所述A液和B液每周分别喷施一次，连续喷施4-5周。
进一步的，所述A液或B液的喷施量为每株小白菜喷施3～5ml。
进一步的，所述阻隔剂的喷施与灌溉不能在同一天进行。
进一步的，所述小白菜重金属阻隔剂的喷施时间为下午4点之后。
本发明的第二个目的是提供前述的小白菜重金属阻隔剂或前述的降低小白菜中重金属镉含量用方法在降低小白菜中重金属镉含量中的应用，特别是降低小白菜可食用部分中重金属镉含量中的应用。
优选的，所述小白菜重金属阻隔剂为应用于镉污染土壤的重金属镉阻隔剂。
在某个特定的实施例，所述蔬菜为小白菜的品种为矮脚黄或上海青。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的小白菜可食用部分重金属镉阻隔剂的成分中，褪黑素作为一种从动物血液中提纯出来的物质，天冬氨酸作为一种植物自身生理生化过程中存在的物质，对蔬菜和人并无伤害。
本发明将两种有效的Cd生理阻隔剂组合在一起，克服了单一成分阻隔剂可能会产生不良反应、效果有限等缺点。可以有效降低小白菜地上部Cd含量。通过筛选阻隔剂喷施方法，找到一种方便、简洁、可以适用于实际生产实践的喷施方法。
本发明的小白菜镉重金属阻隔剂应用效果显著，在土壤镉污染程度为中度或轻度的菜地小白菜上应用，在小白菜的生长期喷施4-5次，可使小白菜可食用部分金属镉含量与对照相比最高降低了38.69％，可实现镉中轻度污染菜地生产出食用安全的蔬菜，消除重金属镉对人类健康的威胁。
本发明的小白菜金属镉阻隔剂具有用量少、成本低的特点。
与阻隔剂相配套的喷施技术简便，可以很大程度上节省人力物力，经济适用。
本发明涉及的英文缩写含义如下：
Figure BDA0002738227730000031
Figure BDA0002738227730000041
附图说明
图1为大田单独喷施褪黑素或Asp对小白菜植株的Cd含量的影响；
图2为褪黑素与Asp复配喷施，先喷施褪黑素，褪黑素喷施完成，第二天喷施Asp，对小白菜植株的Cd含量的影响(济源)；
图3为褪黑素与Asp复配喷施，先喷施褪黑素，褪黑素喷施完成，第二天喷施Asp，对小白菜植株的Cd含量的影响(济源)；
图4为褪黑素与Asp复配喷施，先喷施褪黑素，褪黑素喷施完成，第四天喷施Asp，对小白菜植株的Cd含量的影响(济源)。
具体实施方式
本发明要解决的技术问题是提供一种能够有效抑制小白菜对镉吸收或抑制镉向可食用部分转运，能够显著降低小白菜可食用部分镉含量的阻隔剂及其降低小白菜可食用部分镉含量的方法，在重金属镉污染的土壤上种植的小白菜上使用，能够显著降低小白菜可食用部分重金属镉的积累量。
以下实施例中，本发明的小白菜镉吸收的阻隔剂的配置方法为：将褪黑素直接称重0.0232g用质量百分比10％NaOH溶解后，在容量瓶中定容至1L，配制成100μM/L褪黑素溶液(即A液)；将天冬氨酸(Asp)取20mg沸水溶解后，定容于1L容量瓶，配制成20mg/L Asp溶液(即B液)。对镉污染土地上种植的小白菜采用喷雾的方法将配好的阻隔剂喷施于小白菜叶片上。
本实验所述的阻隔剂对于各污染蔬菜田在蔬菜发芽10-15天后(即小白菜长至三叶一心时期)进行叶面喷施，每次喷施保证阻隔剂可以均匀沾在叶片上又不滴落的状态，第一次喷施先喷A液，A液喷施完成后第二天再进行B液的喷施，B液喷施方法同A液，所述A液和B液每周分别喷施一次，可喷施4～5周。
本实验所述的使用方法，每株小白菜喷施3～5ml，每亩的喷施量为25L～35L。
先进行褪黑素溶液的喷施，次日同一时间点进行天冬氨酸溶液的喷施，避免正午强烈的蒸腾作用，喷施时间下午四点以后最佳。蔬菜灌溉可能会稀释阻隔剂的浓度，所以喷施时间应与蔬菜灌溉时间错开。
为避免不良反应，不要与杀虫或者除草剂混合使用。
本实验目的是通过研制能够有效降低小白菜地上部分Cd元素含量阻隔剂，并找到与之相配的最佳喷施方法，具体步骤如下：
将两种小白菜品种(矮脚黄与上海青)均匀播种于Cd污染土壤中，将试验小白菜分为对照组和实验组，实验组按照上述阻隔剂喷施方法喷施阻隔剂，对照组喷施等量的去离子水。
两种阻隔剂尽量存置阴凉处，避免高温。
实施例1：单独使用褪黑素、单独使用Asp大田验证试验
试验材料：上海青、矮脚黄
试验地点：河南省济源市，土壤PH 6.4，土壤Cd含量有效态为1.68/kg。
试验设计：实施地设个处理见表，每处理设个5小区，每小区面积10m2，小区随机排列，各小区间设定的保护行。各处理施肥、移栽时间和田间日常管理相同。单独使用褪黑素、单独使用Asp大田验证试验中，各单独使用的相应试剂均为每周喷施1次，每次喷施量为每株小白菜喷施3～5ml，喷施四周后统一收获。各处理同时间收获并分别测定小白菜地上部中重金属镉。
阻隔剂的配制方案
如下表1所示。
表1阻隔剂在小白菜上的应用大田小区试验方案
Figure BDA0002738227730000051
根据最终Cd元素含量测定结果，我们可以得知，与对照处理相比单喷褪黑素有显著差异，分别降低矮脚黄与上海青的Cd元素含量21.45％和13.92％；与对照处理相比单喷Asp有差异，分别降低矮脚黄与上海青的Cd元素含量17.3％和8.91％，但无显著性差异。由结果可知，单喷褪黑素可明显降低小白菜的镉含量，但单喷Asp的效果并不理想(图1)。
实施例2：大田验证试验
试验季节：春季
试验材料：上海青、矮脚黄
试验地点：河南省济源市，土壤PH 6.4，土壤Cd含量有效态为1.68/kg。
试验设计：实施地设个处理见表,每处理设个5小区，每小区面积10m2，小区随机排列,各小区间设定的保护行。各处理施肥、移栽时间和田间日常管理相同,统一收获。各处理同时间收获并分别测定小白菜地上部中重金属镉。
阻隔剂的配制方案
如下表2所示。
表2阻隔剂在小白菜上的应用大田小区试验方案
Figure BDA0002738227730000061
试验结果与分析：根据试验最终Cd元素含量的测定，可以看出大田试验结果表明第一天喷施褪黑素(每株小白菜喷施3～5ml)，第二天喷施Asp(每株小白菜喷施3～5ml)，其后每周同第一周，连续喷施四周，与对照相比，复配喷施后小白菜Cd含量降低了38.69％(矮脚黄组)和26.75％(上海青组)，具有显著性差异(图2)。
实施例3：大田验证试验
试验季节：秋季
试验材料：上海青、矮脚黄
试验地点：河南省济源市，土壤PH 6.4，土壤Cd含量有效态为1.68/kg。
试验设计：实施地设个处理见表,每处理设个5小区，每小区面积10m2，小区随机排列，各小区间设定的保护行。各处理施肥、移栽时间和田间日常管理相同，移栽后统一收获。各处理同时间收获并分别测定小白菜地上部中重金属镉。
阻隔剂的配制方案
表3阻隔剂在小白菜上的应用大田小区试验方案
Figure BDA0002738227730000071
试验结果与分析：根据试验最终Cd元素含量的测定，可以看出大田试验结果表明第一天喷施褪黑素第一天喷施A液，第二天喷施B液(间隔24小时)，A液和B液每周分别喷施一次，连续喷施四周，第二天喷施Asp(每株小白菜喷施3～5ml)，其后每周同第一周，连续喷施四周，与对照相比，复配喷施后小白菜Cd含量降低了30.48％(矮脚黄组)和30.77％(上海青组)，具有显著性差异(图3)。
实施例4：A液和B液喷施间隔时间72小时大田验证试验
试验材料：上海青、矮脚黄
试验地点：河南省济源市，土壤PH 6.4，土壤Cd含量有效态为1.68/kg。
试验设计：实施地设个处理见表，每处理设个5小区，每小区面积10m2，小区随机排列，各小区间设定的保护行。各处理施肥、移栽时间和田间日常管理相同，移栽后统一收获。各处理同时间收获并分别测定小白菜地上部中重金属镉。
阻隔剂的配制方案
表4阻隔剂在小白菜上的应用大田小区试验方案
Figure BDA0002738227730000072
试验结果与分析：根据试验最终Cd元素含量的测定，可以看出大田试验结果表明褪黑素与Asp复配喷施，先喷施褪黑素(每株小白菜喷施3～5ml)，褪黑素喷施完成后，第四天喷施Asp(每株小白菜喷施3～5ml)，实验结束后，上海青和矮脚黄的Cd元素含量与对照组相比均无显著差异，并不能降低小白菜可食部分的重金属含量(图4)，可见并非任意间隔时长均能够有效降低小白菜可食部分的Cd元素含量。

Claims (10)

1.一种小白菜重金属阻隔剂，其特征在于，所述小白菜重金属阻隔剂包含A液和B液；所述A液为褪黑素溶液，所述B液为天冬氨酸溶液。
2.根据权利要求1所述的小白菜重金属阻隔剂，其特征在于，所述A液的浓度为80～120μM/L，所述B液的浓度为15～25mg/L。
3.根据权利要求2所述的小白菜重金属阻隔剂，其特征在于，所述A液的浓度为100μM/L，所述B液的浓度为20mg/L。
4.根据权利要求1所述的小白菜重金属阻隔剂，其特征在于，所述A液的溶剂为质量百分比为10％的NaOH溶液；所述B液的溶剂为去离子水。
5.一种降低小白菜中重金属镉含量的方法，其特征在于，待小白菜生长至三叶一心时，采用权利要求1所述的小白菜重金属阻隔剂，采用喷雾喷施形式，对小白菜进行喷施，将阻隔剂均匀喷施于叶片表面，每次喷施保证阻隔剂可以均匀沾在叶片上又不滴落的状态，第一次喷施先喷A液，A液喷施完成后第二天再进行B液的喷施，B液喷施方法同A液，A液和B液喷施间隔时间少于72小时，即完成阻隔剂的喷施。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述A液和B液每周分别喷施一次，连续喷施4-5周。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述A液或B液的喷施量为每株小白菜喷施3～5ml。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述阻隔剂的喷施与灌溉不能在同一天进行。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述小白菜重金属阻隔剂的喷施时间为下午4点之后。
10.权利要求1所述的小白菜重金属阻隔剂或权利要求5所述的降低小白菜中重金属镉含量用方法在降低小白菜中重金属镉含量中的应用，优选的，所述阻隔剂应用于镉污染土壤。
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