CN113133396A - 一种降低稻米中镉含量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低稻米中镉含量的方法，所述方法为：针对不同镉含量的耕层土壤，调整耕层土壤中有机质含量，使耕层土壤中有机质含量随着土壤中镉含量的增加而增加；同时水稻整个生育期始终处于淹水状态下。本发明方法通过添加有机质协同水分调控有效降低了稻米中镉含量，既解决了固体废弃物资源化处理问题，又解决了粮食安全生产的问题，经过本发明方法处理后得到的稻米其中的镉含量低于国家标准限值0.2mg/kg。
Description
技术领域
本发明涉及一种降低稻米中镉含量的方法。
背景技术
当前，我国约有2000万hm2的耕地受到不同程度的镉、砷、铬、铅等重金属污染，受污染耕地面积约占耕地总面积的1/5。在所有重金属污染物中，镉超标率排在首位。水稻是我国重要的粮食作物，全国很多地区均存在水稻镉污染问题。现有降低稻米中镉含量的措施包括物理法、化学法、生物法及农艺调控措施等方法，但物理法、化学法、生物法存在处理费用高、修复时间长的问题，不能经济、有效地解决镉污染土壤中稻米镉超标(超标是指稻米镉含量不小于0.2mg/kg)的问题，而现有的农艺调控措施更多的是指导性建议，还未形成具体的实施方法。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术中降低稻米中镉含量的措施存在处理费用高、修复时间长的问题，提供一种降低稻米中镉含量的方法。
技术方案：本发明所述的降低稻米中镉含量的方法，所述方法为：针对不同镉含量的耕层土壤，调整耕层土壤中有机质含量，使耕层土壤中有机质含量随着土壤中镉含量的增加而增加；同时使水稻整个生育期均处于淹水状态下。
上述耕层土壤是指土壤表面至深度为15cm处的土壤。
其中，土壤耕层中有机质含量与土壤中镉含量的关系为：每亩耕层土壤的重量为108吨，108吨耕层土壤实测的有机质重量为X吨；(X为土壤未添加外源有机物料时15cm土层108吨土壤实测的有机质重量)
当土壤镉含量≤1.5mg/kg，每亩耕层土壤本身有机质含量≤25g/kg时，每亩耕层土壤添加外源有机物料的重量为：(3.78-X)吨，使耕层土壤中有机质含量为耕层土壤重量的3.5％；
当土壤镉含量(1.5＜Cd≤3.0mg/kg)，每亩耕层土壤本身有机质含量≤25g/kg时，每亩耕层土壤添加外源有机物料的重量为：(3.78-X)～(4.32-X)吨，使耕层土壤中有机质含量为耕层土壤重量的3.5～4％；
当土壤镉含量(3.0＜Cd≤5.0mg/kg)，每亩耕层土壤本身有机质含量≤25g/kg时，每亩耕层土壤添加外源有机物料的重量为：(4.32-X)～(4.86-X)吨，使耕层土壤中有机质含量为耕层土壤重量的4～4.5％。
其中，所述有机物料的添加方式：水稻种植前，将有机物料均匀撒施于耕地表面，旋耕15cm深，将土壤和有机物料均匀混合。
其中，所述有机物料包括动物性有机物料和植物性有机物料；当添加的有机物料为动物性有机物料或以动物性有机物料为主时，有机物料的添加量取上限值，当添加的有机物料为植物性有机物料或以植物性有机物料为主时，有机物料的添加量取下限值。
其中，水稻整个生育期始终保持淹水状态，稻田中水深为5～6cm，水稻收获前14～16天将稻田水排光。
其中，具体为：秧苗移栽后，稻田水深保持5～6cm直至水稻进入分蘖期；分蘖期稻田水深不低于5cm，分蘖末期不排水晒田，提高田面水深至7cm控制水稻无效分蘖；灌浆期推迟7～14天排水；水稻进入蜡熟期后在收获前14～16天排水晒田，以保证田面硬度以利水稻收割。
其中，待处理的耕层土壤为土壤pH＞6.5，土壤镉含量≤5.0mg/kg，土壤有机质含量5～25g/kg。
本发明降低稻米中镉含量的方法的机理是：通过添加有机质协同水分调控能够有效降低稻米中镉含量，土壤中镉的活性和有效性主要受氧化还原电位(Eh)和pH值影响，当还原条件下，Eh降低，Cd主要以CdS(硫化镉)的形式存在，Cd的活性和有效性会降低，不利于植物的吸收；在淹水条件下，通过添加有机质，同时产生厌氧和还原条件，Eh持续降低，Cd的活性和有效性将会大幅降低。针对不同的镉含量，土壤有机质含量对应是3.5％、3.5～4％和4～4.5％；当土壤有机质含量太高，虽然能够降低镉含量，但是也会抑制水稻生长，降低水稻产量。
有益效果：本发明方法通过添加有机质协同水分调控有效降低了稻米中镉含量，既解决了固体废弃物资源化处理问题，又解决了粮食安全生产的问题，并且还能保证粮食的产率，经过本发明方法处理后得到的稻米其中的镉含量低于国家标准限值0.2mg/kg。
具体实施方式
实施例1
采用动物源(蚓粪)有机物料和水分调控降低稻米镉含量：
污染土壤采自江苏扬州某地，土壤理化性质分别为：pH 7.13、土壤本身有机质含量为23.1g/kg、土壤中全镉(包括有效态和非有效态)含量为4.87mg/kg。有机物料选用奶牛粪经蚯蚓堆肥后的产物蚓粪，蚓粪的理化性质为：pH6.31、有机质含量为285.1g/kg、全镉含量为0.13mg/kg。
用三组作为对比：对照组为不添加外源有机质蚓粪；低添加量组为蚓粪作为基肥施入土壤，蚓粪添加量使土壤有机质含量为3％，施用后旋耕15cm混合；高添加量组为蚓粪作为基肥施入土壤，蚓粪添加量使土壤有机质含量为4.5％，施用后旋耕15cm混合；
当年6月下旬移栽秧苗，水稻品种为“南粳5505”，水稻整个生育期始终保持淹水状态，水深5～6cm，水稻收获前14～16天将稻田水排光。10月下旬，水稻收割，分析测定三组试验中糙米镉的含量。水稻各部位镉含量如表1所示。
从表1可以看出，施加蚓粪后，低添加量处理组糙米中Cd的含量为对照组的56.25％，高添加量处理组糙米中Cd的含量为对照组的34.37％，且高低添加量组糙米中Cd的含量均低于国家标准限值0.2mg/kg。
表1为在淹水状态下添加蚓粪对水稻积累镉的影响(mg/kg)
| 处理 | 地上部(茎叶) | 籽粒(糙米) |
| 对照组 | 3.57 | 0.32 |
| 低添加量(3％) | 1.73 | 0.18 |
| 高添加量(4.5％) | 0.65 | 0.11 |
实施例2
采用植物源(豆饼)有机物料和水分调控降低稻米镉含量：
污染土壤采自江苏扬州某地，土壤理化性质分别为：pH 6.52、土壤本身有机质含量为15.3g/kg、土壤中全镉含量为2.47mg/kg。
豆饼购自郑州农富康生物科技有限责任公司，为堆肥后的产物，豆饼的理化性质为：pH 7.84，有机质含量为622g/kg、全镉含量为0.51mg/kg。
用三组作为对比：对照组为不添加外源有机质豆饼；低添加量组为豆饼作为基肥施入土壤，豆饼低添加量为使土壤有机质含量为2％，施用后旋耕混合；高添加量组为豆饼作为基肥施入土壤，豆饼高添加量为使土壤有机质含量为3.5％，施用后旋耕混合。
当年6月下旬移栽秧苗，水稻品种为“南粳5505”，水稻整个生育期始终保持淹水状态，水深5～6cm，水稻收获前14～16天将稻田水排光。10月下旬，水稻收割，分析测定三组试验中糙米镉的含量。水稻各部位镉含量如表2所示。
从表2可以看出，施加豆饼后，低添加量处理组糙米中Cd的含量为对照组的37.21％，高添加量处理组糙米中Cd的含量为对照组的27.91％，且高低添加量组糙米中Cd的含量均低于国家标准限值0.2mg/kg。
表2为在淹水状态下添加豆饼对水稻积累镉的影响(mg/kg)
| 处理 | 地上部(茎叶) | 籽粒(糙米) |
| 对照 | 2.12 | 0.43 |
| 低添加量(2％) | 1.56 | 0.16 |
| 高添加量(3.5％) | 0.94 | 0.12 |
对比例1
添加动物源(蚓粪)有机物料对稻米镉含量的影响：
污染土壤采自江苏扬州某地，土壤理化性质分别为：pH 7.13、土壤本身有机质含量为23.1g/kg、土壤中全镉含量为4.87mg/kg。有机物料选用奶牛粪经蚯蚓堆肥后的产物蚓粪，蚓粪的理化性质为：pH6.31、有机质含量为285.1g/kg、全镉含量为0.13mg/kg。
用两组作为对比：低添加量组为蚓粪作为基肥施入土壤，蚓粪添加量使土壤有机质含量为3％，施用后旋耕15cm混合；高添加量组为蚓粪作为基肥施入土壤，蚓粪添加量使土壤有机质含量为4.5％，施用后旋耕15cm混合；
当年6月下旬移栽秧苗，水稻品种为“南粳5505”，生长过程中水分管理为干湿交替(灌溉水至水深5～6cm，待水分自然蒸发至土壤表面出现细小干裂纹，补水至水深5～6cm)，水稻收获前14～16天将稻田水排光。10月下旬，水稻收割，分析测定两组试验中水稻地上部(茎叶)及籽粒(糙米)中镉的含量。水稻各部位镉含量如表3所示。
表3为采用干湿交替水分管理时添加蚓粪对水稻积累镉的影响(mg/kg)
| 处理 | 地上部(茎叶) | 籽粒(糙米) |
| 低添加量(3％) | 2.87 | 0.29 |
| 高添加量(4.5％) | 2.85 | 0.26 |
对比例2
添加植物源(豆饼)有机物料对稻米镉含量的影响：
污染土壤采自江苏扬州某地，土壤理化性质分别为：pH 6.52、土壤本身有机质含量为15.3g/kg、土壤中全镉含量为2.47mg/kg。
豆饼购自郑州农富康生物科技有限责任公司，为堆肥后的产物，豆饼的理化性质为：pH 7.84，有机质含量为622g/kg、全镉含量为0.51mg/kg。
用两组作为对比：低添加量组为豆饼作为基肥施入土壤，豆饼低添加量为使土壤有机质含量为2％，施用后旋耕混合；高添加量组为豆饼作为基肥施入土壤，豆饼高添加量为使土壤有机质含量为3.5％，施用后旋耕混合。
当年6月下旬移栽秧苗，水稻品种为“南粳5505”，水稻生长过程中水分管理为干湿交替(灌溉水至水深5～6cm，待水分自然蒸发至土壤表面出现细小干裂纹，补水至水深5～6cm)，水稻收获前14～16天将稻田水排光。10月下旬，水稻收割，分析测定两组试验中水稻地上部(茎叶)及籽粒(糙米)中镉的含量。水稻各部位镉含量如表4所示。
表4为采用干湿交替水分管理时添加蚓粪对水稻积累镉的影响(mg/kg)
| 处理 | 地上部(茎叶) | 籽粒(糙米) |
| 低添加量(2％) | 2.16 | 0.39 |
| 高添加量(3.5％) | 2.06 | 0.28 |
。
Claims (7)
1.一种降低稻米中镉含量的方法，其特征在于：所述方法为：针对不同镉含量的耕层土壤，调整耕层土壤中有机质含量，使耕层土壤中有机质含量随着土壤中镉含量的增加而增加；同时水稻整个生育期始终处于淹水状态下。
2.根据权利要求1所述的降低稻米中镉含量的方法，其特征在于：土壤耕层中有机质含量与土壤中镉含量的关系为：每亩耕层土壤的重量为108吨，108吨耕层土壤实测的有机质重量为X吨；
当土壤镉含量≤1.5mg/kg，每亩耕层土壤本身有机质含量≤25g/kg时，每亩耕层土壤添加外源有机物料的重量为：(3.78-X)吨，使耕层土壤中有机质含量为耕层土壤重量的3.5％；
当土壤镉含量(1.5＜Cd≤3.0mg/kg)，每亩耕层土壤本身有机质含量≤25g/kg时，每亩耕层土壤添加外源有机物料的重量为：(3.78-X)～(4.32-X)吨，使耕层土壤中有机质含量为耕层土壤重量的3.5～4％；
当土壤镉含量(3.0＜Cd≤5.0mg/kg)，每亩耕层土壤本身有机质含量≤25g/kg时，每亩耕层土壤添加外源有机物料的重量为：(4.32-X)～(4.86-X)吨，使耕层土壤中有机质含量为耕层土壤重量的4～4.5％。
3.根据权利要求2所述的降低稻米中镉含量的方法，其特征在于：所述有机物料的添加方式：水稻种植前，将有机物料均匀撒施于耕地表面，旋耕15cm深，将土壤和有机物料均匀混合。
4.根据权利要求2所述的降低稻米中镉含量的方法，其特征在于：所述有机物料包括动物性有机物料和植物性有机物料；当添加的有机物料为动物性有机物料或以动物性有机物料为主时，有机物料的添加量取上限值，当添加的有机物料为植物性有机物料或以植物性有机物料为主时，有机物料的添加量取下限值。
5.根据权利要求1所述的降低稻米中镉含量的方法，其特征在于：水稻整个生育期始终保持淹水状态，稻田中水深为5～6cm，水稻收获前14～16天将稻田水排光。
6.根据权利要求5所述的降低稻米中镉含量的方法，其特征在于，具体为：秧苗移栽后，稻田水深保持5～6cm直至水稻进入分蘖期；分蘖期稻田水深不低于5cm，分蘖末期不排水晒田，提高田面水深至7cm控制水稻无效分蘖；灌浆期推迟7～14天排水；水稻进入蜡熟期后在收获前14～16天排水晒田，以保证田面硬度以利水稻收割。
7.根据权利要求1所述的降低稻米中镉含量的方法，其特征在于：待处理的耕层土壤为土壤pH＞6.5，土壤镉含量≤5.0mg/kg，土壤有机质含量5～25g/kg。
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| CN113826523B (zh) * | 2021-11-16 | 2022-12-20 | 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 | 一种基于蜡熟期土壤水势的水稻降镉方法 |
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