CN113317020A - 复合微生物肥料在降低水稻籽粒重金属含量中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了复合微生物肥料在降低水稻籽粒重金属含量中的应用。一种降低水稻籽粒重金属含量的方法，在插秧前，即6月上旬，按照50‑60kg/亩施“杺丰元牌”液体生态酶肥作为基肥；7月上旬，按照40‑50kg/亩施“杺丰元牌”液体生态酶肥作为分蘖肥；两周后，7月中下旬，鸡粪200‑300kg/亩施用，作为第二次分蘖肥。在8月底，液体生态酶肥按照15‑20kg/亩施用，作为穗肥。“杺丰元牌”液体生态酶肥有效地降低了水稻糙米中的重金属含量，主要体现在液态生物酶肥显著降低重金属Pb、Co、Cr、V在糙米中的积累，尤其是对Pb的调控，使水稻籽粒食用符合国家食品安全标准。

Description

复合微生物肥料在降低水稻籽粒重金属含量中的应用

技术领域

本发明属于生物肥料领域，涉及复合微生物肥料在降低水稻籽粒重金属含量中的应用。

背景技术

稻米仍然是世界范围内的主要食物，超过一半的世界人口将稻米作为主要食物，其为亚洲约5.57亿人口提供了食物，养活了全球数十亿人。稻米在维护粮食安全上有举足轻重的作用(Wu et al.,2021)。中国是世界稻米主要生产国家之一，2019年世界稻谷总产量7.14亿吨，其中中国稻谷总产量为1.99亿吨，占比27.87％。亚洲的稻谷产量占全球70％以上。但自二十一世纪初以来，亚洲稻米产量的增长已逐步放缓，如何提高稻米产量以紧跟甚至超越人口增长速率已成为迫在眉睫的问题。

水稻的生长条件极为广泛，从旱地到深水，都可以种植水稻。世界上灌溉稻、旱稻、雨灌稻和深水稻分别占水稻面积的51％、11％、34％和4％。在这四种水稻类型中，灌溉稻的平均单产高于其他的水稻种植类型。在这种类型中，施用肥料及使用农药是提高产量的有效手段。世界在不断发展的同时也面临着耕地减少及人口增长的尖锐问题，在诸多影响粮食产量的因素中，施用化肥是见效最短成效最为显著的方法。自1980年起，中国化肥施用量在以年均4％的速度增长，并已经成为世界上最大的化肥生产国和消费国(房丽萍和孟军,2013)。随着资源的不断消耗，燃料价格也随之上涨，这就意味着化肥价格的上涨以及生产和运输成本提高。许多研究已经提出了在农业领域中使用有机肥料替代化肥，例如农家肥料和农作物残留物，以减少对化肥的依赖并应对土壤肥力退化。

生物有机肥是以多种有益微生物如具有固氮功能的固氮菌、具有发酵功能的芽孢杆菌等，加入到一些粪污、农副产品、中草药残渣中，并以特殊工艺加工制成的有机肥料。该肥料综合了有机肥和微生物肥料的优点，能够有效地提高肥料利用率，降低农药的使用，减少环境污染，改善土壤质量，增加作物产量。

水稻生长过程中易从土壤中吸收累积重金属，导致谷粒重金属含量超标。研究发现，与其它谷类作物相比，水稻易从土壤中吸收Cd、Pb、As等元素，而水稻植株累积Cd的同时会抑制营养元素锌(Zn)、铁(Fe)、镁(Mg)等的吸收。与吸入和皮肤接触等方式相比，食物摄入是人类暴露潜在污染物的主要途径。例如，食用Cd污染大米导致的慢性Cd中毒极端事件(痛痛病)。此外，As及其化合物已被国际癌症组织确认为致癌物，关于大米As污染亦有大量报道，而在大米中As以有机和无机2种形式存在，其中无机砷(Asi)毒性远大于有机砷。Lee等(2008)研究表明，食用受污染土壤种植的水稻是废弃矿区周边居民暴露As的主要途径。近年来，湖南、贵州、广东和江苏等地均发现“问题大米”(张慧娟等,2020)。重金属一旦被体内消化、吸收代谢后，可在人体内持续存在，排泄期长达数十年，因此被归类为潜在有毒元素。此外，由于亚洲、拉丁美洲等部分地区以大米为主食，且以大米为原料的食品制成品消费率极高，导致其食品安全问题尤为突出。由此，水稻重金属的吸收累积特征及其潜在食品安全风险和人体健康风险分析值得重点关注。

大米作为主食被广泛食用，长期食用重金属污染大米具有潜在的人体健康风险。目前，中国市售大米基本符合国家安全标准。但矿产开发过程中随着淋溶作用、污水灌溉等进入土壤环境中的重金属，通过土壤吸附等作用过程被土壤颗粒固定。如孟加拉国、印度等部分地区由于使用As污染地下水灌溉，导致农业土壤As浓度升高。土壤中重金属富集及重金属污灌可导致当地谷物、蔬菜和其他农产品中的重金属浓度升高，给周边农田土壤和作物带来极大的生态环境风险和食品安全风险。中国南方个别地区大米Cd含量超过食品安全污染物限量标准(0.2mg/kg)。例如，Williams等(2009)对湖南不同地区水稻重金属状况的调查研究发现，稻田土壤Cd对水稻影响最大的是常宁市(衡阳)，其次为清水塘区(株洲)>月塘区(湘潭)>冷水江市(娄底)，从常宁市采集的全谷Cd含量中值为2.27mg/kg，谷粒Cd浓度介于0.05～0.33mg/kg；而郴州地区的As浓度最高可达0.72mg/kg；平均浓度最低的是湘北地区；Pb含量普遍较低(<0.1mg/kg)。湖南矿区谷物As平均浓度为0.3mg/kg，是当地土壤背景值(0.16mg/kg)的2倍(Huang等,2006)。湖南北部某县60％大米样品As含量>0.2mg/kg，11％样品>1.0mg/kg(Du等,2013)；湖南中部地区76％大米样品Cd含量超过标准限值，最高可达4.8mg/kg(Zhu等,2016)。在韩国Dongjeong矿周边耕地中也发现类似结果，即谷物Cd平均含量为0.2mg/kg，为当地土壤背景值(0.09mg/kg)的2倍(Chung等,2005)。同样在贵州铊-汞-砷矿周边水稻与无污染对照地区相比，其籽粒Cd浓度增加2～3倍(Xiao等,2004)。因此，为了食品安全生产，迫切需要减少重金属在水稻籽粒中的积累。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供“杺丰元牌”液体生态酶肥在降低水稻籽粒重金属含量以及提高水稻产量中的应用。

本发明的另一目的是提供一种降低水稻籽粒重金属含量的方法。

本发明的目的可通过以下技术方案实现：

“杺丰元牌”液体生态酶肥在降低水稻籽粒重金属含量以及提高水稻产量中的应用。

本发明所述的“杺丰元牌”液体生态酶肥购自山东恒外生物化肥有限公司，登记证号:微生物肥(2018)准字(5019)号。

作为本发明的一种优选，“杺丰元牌”液体生态酶肥在降低水稻籽粒铅含量以及提高水稻产量中的应用。

一种降低水稻籽粒重金属含量的方法，在插秧前，施“杺丰元牌”液体生态酶肥作为基肥，插秧后，施“杺丰元牌”液体生态酶肥作为分蘖肥。

作为本发明的进一步优选，所述的方法，在插秧前，即6月上旬，按照50-60kg/亩施“杺丰元牌”液体生态酶肥作为基肥；7月上旬，按照40-50kg/亩施“杺丰元牌”液体生态酶肥作为分蘖肥；两周后，7月中下旬，鸡粪200-300kg/亩施用，作为第二次分蘖肥。在8月底，液体生态酶肥按照15-20kg/亩施用，作为穗肥。

作为本发明的进一步优选，所述的方法，在插秧前，即6月上旬，按照60kg/亩施“杺丰元牌”复合微生物液态酶肥作为基肥；7月上旬，按照40kg/亩施“杺丰元牌”复合微生物液态酶肥作为分蘖肥；两周后，7月中下旬，鸡粪200kg/亩施用，作为第二次分蘖肥。八月底追加化肥15kg/亩，作为穗肥。

有益效果：

(1)“杺丰元牌”复合微生物液态酶肥有效地降低了水稻糙米中的重金属含量，主要体现在液态生物酶肥显著降低重金属Pb、Co、Cr、V在糙米中的积累，尤其是对Pb的调控，使水稻籽粒食用符合国家食品安全标准。

(2)“杺丰元牌”复合微生物液态酶肥的施用通过提高收获期水稻的穗粒数来提高水稻的产量，同时使水稻籽粒的糙米率、精米率和整精米率上升。

具体实施方式

实施例1

1、材料

试验所选水稻品种为当地常规种植品种“南粳3908”。供试肥料基本性质：“杺丰元牌”复合微生物肥料(简称为生态酶肥)总养分(N+P₂O₅+K₂O)＝10.00％，有效活菌数≥5.0亿/ml。

2、方法

大田试验在江苏省泰州市姜堰区进行。为了保证实验结果的科学性，于泰州市姜堰区蒋垛镇陆港村(E 120.13.56，N 32.23.40)进行了多年稻麦轮作地块进行试验。试验分为常规施肥田块(对照Control)和生态酶肥替代化肥施用田块(EF)。每个处理设置4个小区，每个试验小区面积为5亩，为了保证每个小区单独排灌，处理间间距100m以上。试验于2020年5月中旬进行育苗，6月上旬移栽，10月底收获水稻，采用机插秧，种植时行距为25cm，播种密度为28万株·hm^-2。本实验根据当地施肥习惯对每个小区具体的施肥方式做出安排，其他农事操作均遵循当地管理措施。该地区土壤的理化性状比较均匀，全氮0.97g/kg、有效磷19.84mg/kg、速效钾50.65mg/kg、有机质29.72mg/g、pH7.21。常规施肥(Control)方案：化肥选用当地汉枫牌肥料。六月上旬施用三元复合肥(N-P₂O₅-K₂O：28-10-12)30kg/亩，插秧活棵加肥尿素(N-P₂O₅-K₂O：46-0-0)5kg/亩。7月中旬施用复合肥(N-P₂O₅-K₂O：30-0-5)20kg/亩，七月下旬追加复合肥(N-P₂O₅-K₂O：30-0-5)20kg/亩，8月中下旬追加复合肥(N-P₂O₅-K₂O：30-0-5)15kg/亩。后期再喷施KH₂PO₄叶面肥0.1kg/亩。

生物酶肥施用体系替代化肥施用(EF)方案：在插秧前，即6月上旬，液态生物酶肥按照60kg/亩施肥，作为基肥；7月上旬，液态生物酶肥按照40kg/亩施肥，作为分蘖肥；两周后，7月中下旬，鸡粪200-300kg/亩施用，作为第二次分蘖肥。在8月底，液体生态酶肥按照15-20kg/亩施用，作为穗肥。

水稻收获时，每个小区实收3m²作物进行测产，收获的籽粒脱壳后，得到糙米。使用20cm土钻在每个小区的耕作层进行5点取样，采集足量的土壤样品后于采样袋中密封保存，带回实验室。将土壤样品分为3份，一份放入无菌离心管于-20℃冰箱中保存，一份保存在-80℃冰箱中，其余土壤自然风干，研磨过20目和100目筛，用于土壤理化性质测定。

3.测试指标及方法

3.1水稻产量测定

计算水稻产量时，需先测定水稻每平方米有效穗数、穗粒数、千粒重、结实率。每公顷水稻产量可以通过以下公式计算：水稻理论产量(kg/hm²)＝每平方米有效穗数(穗/m²)×每穗粒数(粒/穗)×千粒重(g/1000粒)×结实率(％)/100。

3.2水稻籽粒品质测定

水稻籽粒收获后置于阴凉干燥处保存3个月对其稻米品质进行测定，其中出糙率、精米率、整精米率、垩白粒率、垩白度、直链淀粉含量的测定方法参照《GB/T17891－2017优质稻谷》(国家粮食局标准质量中心等,2018)，用大米食味计(JSWL200)、近红外测定稻米的蛋白质含量、光泽、碱消值和胶稠度。依照GB/T 17891-1999的标准测定稻米的透明度等指标。直链淀粉含量测定采用双波长比色法(马会珍等,2021)；总淀粉含量采用酸解法-DNS测定(王学奎等,2006)；元素的测定方法参照《GB 5009.268-2016食品安全国家标准食品中多元素的测定》(国家粮食局标准质量中心等,2018)。

3.3数据处理及统计分析

利用Microsoft Excel 2016、SPSS 25.0软件进行数据的处理、统计分析，数据均为“平均数±标准差”格式，采用邓肯(Duncan)新复极差测验法(P<0.05)进行显著性分析。

4.结果与分析

4.1有机肥和生物酶肥施用对收获期水稻产量和品质的影响

各施肥处理对水稻产量及其产量构成因素的影响如表1所示。与对照相比，EF处理能显著提高穗粒数和结实率，产量也显著高于对照。表2所示，EF处理下，水稻籽粒的糙米率和整精米率显著上升，精米率与对照没有显著差异。表明液态生物酶肥施用可以提高稻米的加工品质。垩白率和垩白度作为稻米的外观品质，在液态生物酶肥施用处理下，与对照五显著差异(表2)。

表1不同施肥方式对水稻产量构成的影响

注：*、**分别表示t测验下同列处理间差异达到显著(p<0.05)和极显著(p<0.01)，下同。

表2不同施肥方式对水稻外观及加工品质构成的影响

大米是一种营养价值很高的食物。中国传统医学认为，口感甘甜、性情温和的大米具有补气、养胃健脾、止渴泄泻、活血化瘀等多种功能。本研究发现两种处理下稻米直链淀粉含量变化均不显著。但在EF处理处理下，稻米蛋白质含量均显著高于对照处理(表3)。

表3不同施肥方式对水稻籽粒蛋白质含量和淀粉含量的影响

对陆港村田块水稻籽粒中的重金属进行测定，在对照中除了Cr外其他重金属元素的含量都是最高水平，EF处理能显著降低水稻糙米中的V、Cr、Co和Pb的含量(表4)。表5显示的是陆港村的田块，液态生物酶肥对水稻糙米中Pb的含量有明显的降低作用。

表4陆港村不同处理下水稻糙米重金属含量(mg·kg^-1DW)

Claims (6)

1.“杺丰元牌”液体生态酶肥在降低水稻籽粒重金属含量以及提高水稻产量中的应用。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于“杺丰元牌”液体生态酶肥在降低水稻籽粒铅、钴、铬、钒含量以及提高水稻产量中的应用。

3.一种降低水稻籽粒重金属含量的方法，其特征在于在插秧前，施“杺丰元牌”液体生态酶肥作为基肥，插秧后，施“杺丰元牌”液体生态酶肥作为分蘖肥。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于在插秧前，按照50-60kg/亩施“杺丰元牌”液体生态酶肥作为基肥；7月上旬，按照40-50kg/亩施“杺丰元牌”液体生态酶肥作为分蘖肥；两周后，鸡粪200-300kg/亩施用，作为第二次分蘖肥，在8月底，液体生态酶肥按照15-20kg/亩施用，作为穗肥。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于6月上旬按照50-60kg/亩施“杺丰元牌”液体生态酶肥作为基肥。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的方法，其特征在于在6月上旬插秧前，按照60kg/亩施“杺丰元牌”复合微生物液态酶肥作为基肥；7月上旬，按照40kg/亩施“杺丰元牌”复合微生物液态酶肥作为分蘖肥；两周后，7月中下旬，鸡粪200kg/亩施用，作为第二次分蘖肥，八月底追加化肥15kg/亩，作为穗肥。