CN113261483A - 一种稻油轮作实现镉污染稻区水稻安全生产的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水稻生产技术领域，且公开了一种稻油轮作实现镉污染稻区水稻安全生产的方法，包括以下几个步骤：(1)镉超积累油菜品种的筛选；(2)籽粒镉低积累水稻品种的筛选；(3)待修复土壤的整地与施肥；(4)镉超积累油菜的栽培；(5)油菜籽的收获与油菜秸秆的移除；(6)整地，施用石灰；(7)低镉水稻的种植与淹水灌溉；(8)低镉稻米的收获与水稻秸秆的移除。本发明利用油菜对镉的超积累特征，移除油菜秸秆，减少中轻度镉污染稻区土壤部分镉离子，并在水稻栽培时配合施用石灰，在穗期保持田间浅水灌溉，灌浆期保持田间干湿交替，能实现中轻度镉污染稻区的水稻与油菜的安全生产，具有经济、安全、高效、简单易实现的特点。
Description
技术领域
本发明涉及水稻生产技术领域，具体为一种稻油轮作实现镉污染稻区水稻安全生产的方法。
背景技术
镉迁移率高、毒性大，易通过食物链富集于人体，镉在人体内的生物半衰期为10-30年，会造成人体肝脏、肾脏功能障碍，破坏人体的免疫系统，造成骨骼软化和恶性肿瘤的产生，早在1993就被国际癌症研究机构列为Ⅰ级致癌物，上世纪以来，农田土壤中镉污染日益严重，根据国家环境保护部和国土资源部2014年发布的《全国土壤污染状况调查公报》，我国7％的土壤存在镉污染，其中0.5％的土壤存在重度污染，上世纪50年代，日本富山县神通川流域居民出现了肾小管功能障碍和骨骼软化等疾病，研究发现该疾病主要是由于长期食用镉含量超标的大米造成的，调查表明，在以大米为主食的地区，人均每天从大米中摄入20-40μg镉，对人类健康系统造成了极大威胁，雷鸣等测定了湖南市场上112份大米的镉含量，其平均镉含量为0.28mg/Kg，超过国家标准(0.20mg/Kg GB 2762-2017)，而其中21％的大米镉含量超过平均值，减少稻米镉含量与土壤镉含量对于稻谷食用安全和人类健康具有重要意义，现有水稻镉污染治理方案多耗时耗力，增加种植成本，且降镉效果不稳定。
油菜是重要油料作物，具有镉超积累植物的部分特征：地上部镉富集能力强、耐镉能力强、生物量大，具有镉修复的潜力，且油菜籽镉含量低，可以实现菜籽油的安全生产的同时实现土壤镉污染治理，而稻油轮作也是我国南方地区的主要耕作制度，但随着农业机械化的持续发展，稻油轮作这一耕作制度下大多伴随着秸秆还田，地上部积累的大量镉随着秸秆回归农田，造成了农田的持续镉污染，故而提出一种稻油轮作配合回收作物秸秆实现镉污染稻区水稻安全生产的方法来解决上述提出的问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种稻油轮作实现镉污染稻区水稻安全生产的方法，具备保障水稻安全生产等优点，解决了农田土壤中镉污染日益严重的问题。
(二)技术方案
为实现上述保障水稻安全生产目的，本发明提供如下技术方案：一种稻油轮作实现镉污染稻区水稻安全生产的方法，包括以下步骤：
1)将不同油菜品种种植于同一镉污染土壤，待其成熟后分别测定秸秆、籽粒的镉含量与生物量，计算各品种秸秆与籽粒的镉总量、富集系数及各品种的决定系数(DF)，选择决定系数最小的品种作为种植品种。
2)将不同品种水稻种植于同一镉污染土壤，待其成熟后分别测定秸秆、籽粒的镉含量与生物量，计算各品种秸秆与籽粒的镉总量、富集系数及各品种的决定系数(DF)，选择籽粒镉含量、决定系数低的品种作为种植品种。
3)在中轻度镉污染农田施足基肥后进行翻整，将苗龄30d左右的油菜幼苗移栽至镉污染农田，移栽密度为13万株/hm2。
4)在油菜4叶-6叶期追施45％的复合肥(15-15-15)，在花蕾期追施尿素。
5)油菜成熟后，收获油菜籽并移除油菜秸秆。
6)在中轻度镉污染农田施用石灰(2t/hm2)和基肥后进行深耕。
7)进行低镉水稻品种的移栽，在分蘖期与穗期追施氮肥与钾肥，在穗期和灌浆期保持淹水灌溉。
8)待水稻成熟后，收获稻谷，移除水稻秸秆。
9)重复步骤3)-8)。
优选的，所述步骤1)和步骤2)中的计算公式为：镉总量(SCd)＝该器官Cd含量*该器官生物量；富集系数(BCF)＝该器官Cd含量/土壤全Cd含量；决定系数(DF)＝籽粒富集系数/秸秆镉总量。
优选的，所述步骤3)中氮肥用量为175Kg/hm2，氮、磷、钾比为1.0： 0.3：0.4，有机肥占基肥用量的30％，每公顷增施硼肥15kg。
优选的，所述步骤4)中复合肥量为200Kg/hm2，尿素量为125Kg/hm2。
优选的，所述步骤6)中氮肥用量为70Kg/hm2，氮、磷、钾比为1.0：1.5： 1.1，有机肥占基肥用量的20％。
优选的，所述步骤7)中分蘖期氮肥80Kg/hm2、钾肥40Kg/hm2，穗期氮肥 50Kg/hm2、钾肥80Kg/hm2。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种稻油轮作实现镉污染稻区水稻安全生产的方法，具备以下有益效果：
该稻油轮作实现镉污染稻区水稻安全生产的方法，通过油菜对镉的超积累特征，移除油菜秸秆，减少中轻度镉污染稻区土壤部分镉离子，并在水稻栽培时配合施用石灰，在穗期保持田间浅水灌溉，灌浆期保持田间干湿交替，能实现中轻度镉污染稻区的水稻与油菜的安全生产，具有经济、安全、高效、简单易实现的特点，对环境无二次破坏，有广阔的应用前景。
附图说明
图1为水稻籽粒与油菜籽粒镉含量。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，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。
实施例：
实施地点：湖南省永州市祁阳县，黄棕壤，土壤总镉含量为0.594mg/kg， 2018年10月-2019年9月进行第一次稻油轮作，2019年10月-2020年9月进行第二次稻油轮作，空白对照为水稻油菜的秸秆还田处理，且水稻栽培过程中不施加石灰不进行淹水处理。
(1)超积累油菜品种的筛选，方法如下：
(A)湘杂油631、湘杂油763、湘杂5号、华骏、浙油50、浙双72、中油589、中油821、华湘油16号、郑杂一号和希望106共11个品种为待选品种。
(B)各品种筛选出饱满、完好的种子在5％高锰酸钾溶液中浸泡后晾干，将种子均匀播种于苗床，待各品种油菜苗生长至30d左右时进行移栽至镉污染农田(2017年，湖南长沙，土壤总镉含量：0.504mg/kg)。
(C)待其成熟后进行取样，分别测定秸秆与籽粒的镉含量与生物量(结果见表1)。
(D)计算各品种秸秆、籽粒镉总量、富集系数和决定系数(结果见表2)，选择决定系数最小的品种：希望106作为种植品种。
(2)籽粒镉低积累水稻品种的筛选，方法如下：
(A)深两优867、Y两优911、C两优87、隆两优1212、泸优9803、和两优1号、C两优华占、C两优396、荃优粤农丝苗、隆晶优1212、晶两优1468、深两优5814和泰优390共13个品种为待选品种。
(B)各品种挑选出适量饱满健康的种子，置于50℃烘箱中2d，打破种子休眠，34℃催芽后，均匀撒播于苗床，待秧苗生长至5-6叶龄时将各品种秧苗移栽至镉污染农田(2018年，湖南长沙，土壤总镉含量：0.672mg/kg)。
(C)待其成熟后进行取样，分别测定秸秆、籽粒的镉含量与生物量(结果见表2)。
(D)计算各品种秸秆、籽粒镉总量、富集系数、决定系数(结果见表2)，选择决定系数与籽粒镉含量均较小的品种：Y两优911作为种植品种。
(3)基肥的施用：按氮肥用量为175Kg/hm2，氮、磷、钾比为1.0：0.3： 0.4，有机肥占基肥用量的30％的用量将肥料撒施于镉污染土壤，每公顷另增施15kg硼肥，撒施完成后翻耕土壤。
(4)将饱满、完好的希望106种子在5％高锰酸钾溶液中浸泡后晾干后均匀播种于苗床，待油菜苗生长至30d左右时进行移栽，参照技术方案进行油菜品种希望106的追肥。
(5)油菜成熟后，收获油菜籽并移除油菜秸秆。
(6)测定油菜籽粒镉含量。
(7)石灰、基肥的撒施：将石灰(2t/hm2)和基肥(氮肥用量为70Kg/hm2，氮、磷、钾比为1.0：1.5：1.1，有机肥占基肥用量的20％)均匀撒施于实施地块后进行土壤的翻耕。
(8)挑选出适量饱满健康的Y两优911种子，置于50℃烘箱中2d，打破种子休眠，34℃催芽后，均匀撒播于苗床，待秧苗生长至5-6叶龄时进行移栽。
(9)在穗期、灌浆期保持浅水灌溉，并按照技术方案的方法进行追肥。
(10)待水稻成熟后，收获稻谷，移除水稻秸秆。
(11)稻谷烘干至恒重后测定籽粒镉含量。
(12)重复步骤(3)-(11)。
植物组织镉含量的测定方法：
(1)洗净植株，将其分为地下部、秸秆、籽粒三部分，经110℃杀青20mi n 后，在70℃烘干至恒重，磨碎，过60目筛待测镉含量。
(2)称取试样0.2g(精确至0.0001g)，置于聚四氟乙烯内罐中，加入 6mL硝酸浸泡20mi n，再加入2mL过氧化氢，放置10mi n，盖上内盖，安装好保护套，将消解罐放入微波消解仪内，190℃消解20mi n，消解完全结束后，取出内罐，将内罐中的消解液用水少量多次洗涤并转移至50mL容量瓶中，定容，混匀，同时做试剂空自测定。
土壤全镉含量的测定方法：
(1)除去土壤样品中的枝棒、叶片和石子等异物后自然风干，磨细后过 100目筛待测镉元素。
(2)称取待测样品0.1g(精确至0.0001g)，置于聚四氟乙烯密闭消解罐中，加入6ml王水(盐酸-硝酸溶液:3+1)，将消解罐安置于消解罐支架，放入微波消解仪中，185℃消解40mi n，消解结束后冷却至室温，打开密闭消解罐将提取液过滤收集于50ml容量瓶中，用少量硝酸溶液清洗聚四氟乙烯消解罐的盖子内壁、罐体内壁和滤渣至少3次，洗液一并收集于容量瓶中，定容至刻度。
生物量测定方法：
将植物组织置于110℃杀青20mi n后，在70℃烘干至恒重，用1％的天平称重。
品种筛选的结果如下：
表1不同油菜品种秸秆与籽粒的生物量、镉含量、镉总量、富集系数与决定系数
由表1可知，11个油菜品种的生物量及镉吸附积累能力差异比较大，其中希望106的籽粒富集系数较小，但其秸秆生物量大、镉富集系数较大。综合来看，该品种决定系数最小，说明该品种生物量大、耐镉能力强、镉吸附能力强，是适宜的镉修复油菜品种。
表2不同水稻品种秸秆与籽粒的生物量、镉含量、镉总量、富集系数与决定系数
由表2可知，13个水稻品种秸秆、籽粒富集能力存在差异，在该镉污染土壤下，深优867的籽粒镉富集最少，Y两优911、C两优华占、C两优396 的籽粒镉富集也较少，但综合考虑水稻秸秆富集清除土壤镉离子的能力，Y两优911决定系数较小，能在水稻安全生产前提下实现土壤镉离子的部分移除，是最适宜的水稻品种。
2018至2020年水稻、油菜籽粒镉含量的结果如下：
如图1所示，在稻油轮作配合降镉农艺措施后，2019和2020年水稻籽粒镉含量分别比对照降低了43.57％和65.44％，稻谷镉含量低于食品中镉限量指标：0.2mg/kg(GB 2762-2017)，实现了水稻的安全生产，2019和2020年油菜籽粒镉含量分别比对照降低了28.14％和47.78％，且油菜籽粒镉含量低于 0.2mg/kg。
本发明的有益效果是：通过油菜对镉的超积累特征，移除油菜秸秆，减少中轻度镉污染稻区土壤部分镉离子，并在水稻栽培时配合施用石灰，在穗期保持田间浅水灌溉，灌浆期保持田间干湿交替，能实现中轻度镉污染稻区的水稻与油菜的安全生产，具有经济、安全、高效、简单易实现的特点，对环境无二次破坏，有广阔的应用前景。
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)
1.一种稻油轮作实现镉污染稻区水稻安全生产的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将不同油菜品种种植于同一镉污染土壤，待其成熟后分别测定秸秆、籽粒的镉含量与生物量，计算各品种秸秆与籽粒的镉总量、富集系数及各品种的决定系数(DF)，选择决定系数最小的品种作为种植品种。
2)将不同品种水稻种植于同一镉污染土壤，待其成熟后分别测定秸秆、籽粒的镉含量与生物量，计算各品种秸秆与籽粒的镉总量、富集系数及各品种的决定系数(DF)，选择籽粒镉含量、决定系数低的品种作为种植品种。
3)在中轻度镉污染农田施足基肥后进行翻整，将苗龄30d左右的油菜幼苗移栽至镉污染农田，移栽密度为13万株/hm2。
4)在油菜4叶-6叶期追施45％的复合肥(15-15-15)，在花蕾期追施尿素。
5)油菜成熟后，收获油菜籽并移除油菜秸秆。
6)在中轻度镉污染农田施用石灰(2t/hm2)和基肥后进行深耕。
7)进行低镉水稻品种的移栽，在分蘖期与穗期追施氮肥与钾肥，在穗期和灌浆期保持淹水灌溉。
8)待水稻成熟后，收获稻谷，移除水稻秸秆。
9)重复步骤3)-8)。
2.根据权利要求1所述的一种稻油轮作实现镉污染稻区水稻安全生产的方法，其特征在于，所述步骤1)和步骤2)中的计算公式为：镉总量(SCd)＝该器官Cd含量*该器官生物量；富集系数(BCF)＝该器官Cd含量/土壤全Cd含量；决定系数(DF)＝籽粒富集系数/秸秆镉总量。
3.根据权利要求1所述的一种稻油轮作实现镉污染稻区水稻安全生产的方法，其特征在于，所述步骤3)中氮肥用量为175Kg/hm2，氮、磷、钾比为1.0：0.3：0.4，有机肥占基肥用量的30％，每公顷增施硼肥15kg。
4.根据权利要求1所述的一种稻油轮作实现镉污染稻区水稻安全生产的方法，其特征在于，所述步骤4)中复合肥量为200Kg/hm2，尿素量为125Kg/hm2。
5.根据权利要求1所述的一种稻油轮作实现镉污染稻区水稻安全生产的方法，其特征在于，所述步骤6)中氮肥用量为70Kg/hm2，氮、磷、钾比为1.0：1.5：1.1，有机肥占基肥用量的20％。
6.根据权利要求1所述的一种稻油轮作实现镉污染稻区水稻安全生产的方法，其特征在于，所述步骤7)中分蘖期氮肥80Kg/hm2、钾肥40Kg/hm2，穗期氮肥50Kg/hm2、钾肥80Kg/hm2。
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