CN112913851A

CN112913851A - 一种阻隔大气降尘铅污染的小麦叶面阻控剂及其使用方法

Info

Publication number: CN112913851A
Application number: CN202110135816.5A
Authority: CN
Inventors: 马闯; 金凯; 张肖静; 马永鹏; 刘楠; 张珂; 张宏忠; 赵继红; 刘福勇; 解潘; 虞鑫飞
Original assignee: Zhengzhou University of Light Industry
Current assignee: Zhengzhou University of Light Industry
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2021-02-01
Publication date: 2021-06-08
Anticipated expiration: 2041-02-01
Also published as: CN112913851B

Abstract

本发明公开了一种阻隔大气降尘铅污染的小麦叶面阻控剂及其使用方法，属于环境污染治理技术领域，由以下质量百分比的原料制成：腐殖酸3‑5％，Fe₃O₄@C‑COOH空心微球0.5％，烷基萘磺酸盐1‑2％，高效氯氟氰菊酯0.5‑1％，水91.5‑95％；在小麦的灌浆期将该叶面阻控剂喷洒于小麦叶片，可高效、显著的阻隔小麦叶片对大气降尘中重金属Pb的吸收，进而降低小麦籽粒中铅含量，同时，兼具施用次数和施用量少，同时防控小麦病虫害，提升作物产量的特点，为控制大气降尘中铅对小麦籽粒的铅污染问题提供了新的解决途径。

Description

一种阻隔大气降尘铅污染的小麦叶面阻控剂及其使用方法

技术领域

本发明属于环境污染治理技术领域，具体涉及一种阻隔大气降尘铅污染的小麦叶面阻控剂及其使用方法。

背景技术

小麦是仅次于水稻和玉米的世界第三大粮食作物，是我国居民的主要膳食成分，是人体能量的主要来源。随着工业化进程的发展以及大量冶炼厂、电厂等工业厂区的建设运行，导致大气沉降中铅(Pb)含量远高于土壤背景值。土壤是大气降尘的最终归宿，大气降尘已经成为土壤重金属的重要输入途径之一，其中Pb在土壤中的污染现象较为普遍，也是土壤中累积率最高的重金属。土壤和大气降尘均会对小麦造成Pb污染，并通过食物链进入人体，危害居民身体健康，因此小麦也被认为是人体Pb摄入的主要来源之一。

土壤是小麦生长的介质和养分来源，也是小麦Pb吸收的来源之一。肖冰等研究发现污染严重地块中小麦籽粒Pb超标率比污染较轻区域的小麦籽粒Pb超标率高出47.1％，说明小麦籽粒Pb含量与土壤中Pb的含量具有相关性，也表明土壤中的Pb是小麦体系中Pb的重要来源。但同时需要注意的是，籽粒Pb含量并不随土壤Pb含量的增加而增加。这是由于大气降尘中Pb也存在显著的富集现象，其对小麦Pb的污染不可忽视。Zhao等发现谷类作物的叶片能够直接从大气中吸收Pb并将其从叶片转移到籽粒中。李晓明等发现水稻叶片中的Pb更容易向籽粒中转移积累。周影等采用叶面喷施Pb溶液的方式模拟了大气Pb污染对玉米籽粒的贡献率，结果表明大气Pb对玉米籽粒的贡献率为53.7％，说明大气Pb通过叶面传输是玉米籽粒吸收Pb的重要途径。因此，小麦不仅可以通过根系吸收土壤中的Pb，也通过叶片等地上部吸收大气降尘中的Pb。植物叶片对大气降尘中Pb的吸收可能是亲水性和固态吸收途径的综合结果，这取决于大气颗粒物中Pb的溶解度和粒径大小、植物表面可用的化学物质以及天气条件，特别是当超细降尘颗粒与植物叶片相互作用时，纳米级(1-100nm)大气降尘颗粒物中Pb以固体的形式通过质外体运输渗透到叶片。赵多勇等利用Pb同位素技术在中国西北某工业区研究发现大气降尘和土壤对小麦籽粒Pb的贡献率分别为90％-99％和1％-10％。谷超在浙江嘉兴利用Pb同位素技术研究发现大气颗粒物对小麦籽粒中Pb的贡献率为80.82％。马闯等在中国小麦粮食主产区-河南省选择了两个典型的大气Pb高降尘区(济源某铅锌冶炼厂周边污染农田修复基地)和Pb低沉降区(郑州西北郊区农田实验站)，采用Pb同位素技术进行了小麦组织Pb来源解析的大田试验，发现大气Pb降尘高、低沉降区小麦籽粒中Pb均主要来源于大气降尘，并且叶片吸收大气中Pb后通过茎向地下部转运，与Yang等在北京西南灌区小麦Pb污染源解析的研究结果相似。同时，对大田小麦进行大气降尘低暴露处理后，可以显著降低小麦组织的Pb含量和来源于大气降尘的Pb的占比，其中，大气沉降对小麦茎中Pb的贡献率从84.04％降至42.01％，对小麦叶片Pb的贡献率从92.79％降至59.04％，对小麦籽粒Pb的贡献率从79.89％降至54.68％。直接证明了大气降尘是小麦组织Pb的主要来源。这可能是由于小麦根系吸收Pb后向地上部迁移受到抑制，当Pb被根部吸收时，细胞壁是阻止重金属破坏植物细胞的第一道屏障，其中包含的果胶酸、多糖和蛋白质提供了丰富的重金属离子交换位点，使其可以固定Pb离子，限制他们的迁移，同时细胞壁结构中凯氏带的屏障功能也会对重金属元素的迁移起阻止作用，使其难以被运输至中柱。进入共质体的少量重金属将会被限制在细胞壁内壁、液泡以及内质网囊泡等亚细胞中，剩余游离重金属被转运蛋白排出细胞外，因此最终到达根中柱的重金属极少，致使重金属很难从根部向上迁移。Tong等研究小麦生长期间Pb从土壤中被吸收和富集试验中发现，Pb主要集中在小麦根系，且在小麦地上部的富集量随土壤Pb含量的增加而降低，这一趋势并没有受到土壤中Pb含量的影响，与李晓明等研究土壤Pb污染水平对水稻植株体内Pb分布规律的结论一致，即根系对Pb向地上部的迁移起到了屏障作用。而地上部吸收大气降尘中Pb可以直接转运到籽粒中，这也是小麦籽粒Pb主要来源于大气降尘的原因之一。

由此可见，大气沉降也是小麦体系中Pb污染的来源之一，尤其是籽粒中Pb的主要来源。然而，检索到的技术和文献记录均主要关注小麦根系对土壤Pb的吸收而忽略叶片对大气降尘中Pb的吸收，针对小麦籽粒Pb污染的防控技术和相关产品仍然侧重于防控土壤中Pb污染对小麦的影响，即使是已有的叶片重金属阻控剂的出发点也是通过喷施相关的元素，进入作物体内，与根部吸收的重金属进行螯合，进而降低重金属向籽粒等可食部分的转移，而没有统筹考虑大气降尘-土壤两个污染来源对小麦籽粒的影响，尤其是小麦籽粒中Pb主要来源于大气降尘的现实，也就尚缺乏针对性的控制手段和阻控剂产品，造成小麦籽粒Pb含量时常超标，籽粒Pb污染防治效果不稳定、效率低和成本高的问题，成为科学防控小麦籽粒Pb污染的瓶颈。

因此，对于大气降尘对小麦叶片和籽粒Pb污染的控制技术尚是空白，需要开发直接阻隔小麦叶片对大气降尘中Pb吸收的叶面阻控剂，进而降低籽粒中Pb含量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种阻隔大气降尘铅污染的小麦叶面阻控剂及其使用方法，通过阻控剂与叶片上吸附的大气降尘中重金属Pb发生吸附、络合及螯合反应，降低大气降尘中Pb活性，直接在小麦体外切断叶片对大气降尘Pb的吸收途径，进而抑制叶片对大气降尘中重金属Pb的吸收，进而降低籽粒Pb含量。

本发明是通过如下技术方案来实现的。

本发明的第一个目的是提供一种阻隔大气降尘铅污染的小麦叶面阻控剂，由以下质量百分比的原料制成：腐殖酸3-5％，Fe₃O₄@C-COOH空心微球0.5％，烷基萘磺酸盐1-2％，高效氯氟氰菊酯0.5-1％，水91.5-95％；

通过阻控剂活性成分(腐殖酸、Fe₃O₄@C-COOH空心微球)与叶片上吸附的大气降尘中的重金属Pb发生吸附、络合及螯合反应，降低大气降尘中Pb活性，直接在小麦体外切断叶片对大气降尘Pb的吸收途径，显著进而抑制叶片对大气降尘中重金属Pb的吸收，进而降低籽粒Pb含量。

本发明的第二个目的是提供上述阻隔大气降尘铅污染的小麦叶面阻控剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、分别称取以下质量百分比的原料：腐殖酸3-5％，Fe₃O₄@C-COOH空心微球0.5％，烷基萘磺酸盐1-2％，高效氯氟氰菊酯0.5-1％，水91.5-95％。

S2、将S1称取的各原料混合均匀，制得叶面阻控剂。

优选地，将腐殖酸在水中分散，制得第一分散液；在第一分散液中加入Fe₃O₄@C-COOH空心微球，分散均匀，制得第二分散液；在第二分散液中加入烷基萘磺酸盐，分散均匀，制得第三分散液；在第三分散液中加入高效氯氟氰菊酯，分散均匀，制得叶面阻控剂。

本发明的第三个目的是提供上述阻隔大气降尘铅污染的小麦叶面阻控剂的使用方法，包括以下步骤：

用水稀释所述叶面阻控剂，于小麦的灌浆期喷洒于小麦叶片，所述叶面阻控剂与水按体积比为1：50稀释。

优选地，所述灌浆期共喷洒三次，每隔5-7天喷洒一次，每次叶面阻控剂用量为0.5g/亩。

优选地，喷洒时间为清晨6-8点，喷施后遇见下雨，雨后要及时补喷一次。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果:

(1)本发明提供了一种阻隔大气降尘铅污染的小麦叶面阻控剂，其由腐殖酸、Fe₃O₄@C-COOH空心微球、烷基萘磺酸盐、高效氯氟氰菊酯和水组成，腐殖酸既可以吸附重金属元素又能利用其内部基团与重金属元素发生络合作用形成有机结合形态，进而影响Pb迁移转化及生物可利用度；Fe₃O₄@C-COOH纳米粒子比表面积大、吸附容量大以及其表面官能团对重金属Pb具有钝化作用，表面及中空结构内侧有大量-COOH官能团，可特异性吸附Pb(通过配位络合、静电引力和离子交换等作用)，随着修复剂投加量的增加，其活性点位增多，修复剂吸附的重金属含量也随之增加，进而通过与金属Pb离子发生络合、螯合反应使弱酸态的重金属含量降低，残渣态含量升高；高效氯氟氰菊酯可杀灭小麦中的病虫害，且具有低毒性、高效率及在环境中容易被分解的特点；烷基萘磺酸盐有助于腐殖酸、Fe₃O₄@C-COOH空心微球和高效氯氟氰菊酯在水中的分散，确保能够使阻隔剂均匀覆盖整个叶片，进而保证较好的喷施效果；

(2)将上述叶面阻控剂在小麦开花后的灌浆期喷施于的小麦叶片上，通过腐殖酸、Fe₃O₄@C-COOH空心微球等活性成分与大气降尘中重金属Pb的吸附、络合和螯合反应，直接固定大气降尘中Pb，降低其生物有效性，显著抑制叶片气孔、韧皮部等对降尘中Pb的吸收，进而降低小麦籽粒中Pb的转运过程，降低籽粒Pb含量；同时，施用次数和施用量少，无毒副作用，不影响小麦的正常生长发育，对人体安全无毒，并通过高效氯氟氰菊酯达到同时防治病虫害的目的，最终实现增产保质、环境保护与维护生态平衡三者的有机统一，为控制大气降尘对小麦籽粒的Pb污染问题提供了新的解决途径。

附图说明

图1为本发明提供的阻隔大气降尘铅污染的小麦叶面阻控剂喷施示意图；

图2为喷施实施例1叶面阻控剂后郑州地区小麦叶片Pb含量；

图3为喷施实施例1叶面阻控剂后郑州地区小麦籽粒Pb含量；

图4为喷施实施例1叶面阻控剂后济源地区小麦叶片Pb含量；

图5为喷施实施例1叶面阻控剂后济源地区小麦籽粒Pb含量。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。

下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。

本发明提供了一种阻隔大气降尘铅污染的小麦叶面阻控剂，由以下质量百分比的原料制成：腐殖酸3-5％，Fe₃O₄@C-COOH空心微球0.5％，烷基萘磺酸盐1-2％，高效氯氟氰菊酯0.5-1％，水91.5-95％；

Fe₃O₄@C-COOH空心微球的制备方法具体请参见专利《一种磁性羧基化空心微球土壤修复剂、其制备方法及应用》(CN 108456530B)

下面通过以下实施例来具体说明。

实施例1

一种阻隔大气降尘铅污染的小麦叶面阻控剂，由以下质量百分比的原料制成：腐殖酸3％，Fe₃O₄@C-COOH空心微球0.5％，烷基萘磺酸盐1％，高效氯氟氰菊酯0.5％，水95％；

上述阻隔大气降尘铅污染的小麦叶面阻控剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、分别称取以下质量百分比的原料：腐殖酸3％，Fe₃O₄@C-COOH空心微球0.5％，烷基萘磺酸盐1％，高效氯氟氰菊酯0.5％，水95％；

S2、将腐殖酸在水中超声30分钟，温度20℃，制得第一分散液；在第一分散液中加入Fe₃O₄@C-COOH空心微球进行超声分散30分钟，制得第二分散液；在第二分散液中加入烷基萘磺酸盐进行超声分散30分钟，制得第三分散液；在第三分散液中加入高效氯氟氰菊酯进行超声分散30分钟，制得叶面阻控剂。

实施例2

一种阻隔大气降尘铅污染的小麦叶面阻控剂，由以下质量百分比的原料制成：腐殖酸5％，Fe₃O₄@C-COOH空心微球0.5％，烷基萘磺酸盐2％，高效氯氟氰菊酯1％，水91.5％；

S1、分别称取以下质量百分比的原料：腐殖酸5％，Fe₃O₄@C-COOH空心微球0.5％，烷基萘磺酸盐2％，高效氯氟氰菊酯1％，水91.5％；

实施例1和实施例2制得的叶面阻控剂近似，仅以实施例1为例，说明其性能。将实施例1制得的叶面阻控剂用于喷洒小麦叶片，在郑州和济源两个Pb降尘典型区域，济源大气降尘Pb含量在280-1200mg/kg间波动，郑州大气降尘Pb含量在20-80mg/kg波动，分别代表了大气Pb降尘高低的典型区域。开花后随机选取郑州和济源的野外大田小麦，在小麦的开花后的灌浆期喷洒于小麦叶片，每次阻控剂用量为0.5kg/亩，与清水按1：50体积比例稀释后喷施，分别设置三个处理，分别为：处理1(喷洒一次)、处理2(喷洒二次)、处理3(喷洒三次)，其中，处理2和处理3每隔5-7天喷洒下一次，喷洒时间为清晨6-8点。若在喷施后8小时内遇到降雨，则需第二天重新补施(如图1所示)。

喷施叶面阻控剂后可见郑州地区和济源地区三个处理的小麦病虫害情况均有明显降低，小麦叶片上蚜虫的空口减退率减少了80-95％，而小麦产量提高了1.8-2.2％。同时，郑州地区处理3(喷施阻控剂三次)的小麦叶片在灌浆前期、灌浆中期、成熟期Pb含量分别降低了30.77％、32.00％、42.32％(图2)，小麦籽粒在灌浆前期、灌浆中期、成熟期Pb含量分别减少22.20％、21.06％、21.06％(图3)。济源地区处理3(喷施阻控剂三次)的小麦叶片在灌浆前期、灌浆中期、成熟期Pb含量分别减少10.12％、11.22％、34.56％(图4)。小麦籽粒在灌浆前期、灌浆中期、成熟期Pb含量分别减少37.02％、27.56％、30.11％(图5)。可见，通过施用该阻控剂不仅能够有效阻控小麦叶片对大气降尘中重金属Pb的吸收，显著降低籽粒Pb含量，而且还能够同时防控小麦病虫害，提升作物产量。原因在于：腐殖酸既可以吸附重金属元素又能利用其内部基团与重金属元素发生络合作用形成有机结合形态，进而影响Pb迁移转化及生物可利用度；Fe₃O₄@C-COOH纳米粒子比表面积大、吸附容量大以及其表面官能团对重金属Pb具有钝化作用，表面有-COOH等官能团，随着修复剂投加量的增加，其活性点位增多，修复剂吸附的重金属含量也随之增加，进而通过与金属离子发生络合、螯合反应使弱酸态的重金属含量降低，残渣态含量升高；高效氯氟氰菊酯可杀灭小麦中的病虫害，且具有低毒性、高效率及在环境中容易被分解的特点；烷基萘磺酸盐为表面活性剂(分散剂)，其有助于腐殖酸、Fe₃O₄@C-COOH和高效氯氟氰菊酯在水中的分散，确保能够使阻隔剂均匀覆盖整个叶片，进而保证较好的喷施效果；上述叶面阻控剂在小麦开花后的灌浆期每隔5-7天喷施于的小麦叶片上，通过腐殖酸、Fe₃O₄@C-COOH等活性成分与大气降尘中重金属Pb的吸附、络合和螯合反应，直接固定大气降尘中Pb，降低其生物有效性，显著抑制叶片气孔、韧皮部等对降尘中Pb的吸收，进而降低小麦籽粒中Pb的转运过程，降低籽粒Pb含量；同时，施用次数和施用量少，无毒副作用，不影响小麦的正常生长发育，对人体安全无毒，并通过高效氯氟氰菊酯达到同时防治病虫害的目的，最终实现增产保质、环境保护与维护生态平衡三者的有机统一，为控制大气降尘对小麦籽粒的Pb污染问题提供了良好的解决途径。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种阻隔大气降尘铅污染的小麦叶面阻控剂，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：腐殖酸3-5％，Fe₃O₄@C-COOH空心微球0.5％，烷基萘磺酸盐1-2％，高效氯氟氰菊酯0.5-1％，水91.5-95％；在小麦的灌浆期将所述叶面阻控剂喷洒于小麦叶片，可高效、显著的阻隔小麦叶片对大气降尘中重金属Pb的吸收，进而降低小麦籽粒中铅含量。

2.根据权利要求1所述的阻隔大气降尘铅污染的小麦叶面阻控剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、分别称取以下质量百分比的原料：腐殖酸3-5％，Fe₃O₄@C-COOH空心微球0.5％，烷基萘磺酸盐1-2％，高效氯氟氰菊酯0.5-1％，水91.5-95％；

S2、将S1称取的各原料混合均匀，制得叶面阻控剂。

3.根据权利要求2所述的阻隔大气降尘铅污染的小麦叶面阻控剂的制备方法，其特征在于，将称取的腐殖酸在水中分散，制得第一分散液；在第一分散液中加入Fe₃O₄@C-COOH空心微球，分散均匀，制得第二分散液；在第二分散液中加入烷基萘磺酸盐，分散均匀，制得第三分散液；在第三分散液中加入高效氯氟氰菊酯，分散均匀，制得叶面阻控剂。

4.根据权利要求1所述的阻隔大气降尘铅污染的小麦叶面阻控剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的阻隔大气降尘铅污染的小麦叶面阻控剂的使用方法，其特征在于，所述灌浆期共喷洒三次，每隔5-7天喷洒一次，每次叶面阻控剂用量为0.5kg/亩。

6.根据权利要求4所述的阻隔大气降尘铅污染的小麦叶面阻控剂的使用方法，其特征在于，喷洒时间为清晨6-8点，喷施后如遇下雨，雨后要及时补喷一次。