CN114342775A

CN114342775A - 一种降低稻米镉含量的水稻育秧基质及其制备方法和应用

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Publication number: CN114342775A
Application number: CN202210087114.9A
Authority: CN
Inventors: 夏文建; 张丽芳; 王萍; 张文学; 刘增兵; 刘佳; 林杉; 孙刚; 李祖章; 杨成春; 刘光荣
Original assignee: Institute of Soil Fertilizer Resources and Environment of Jiangxi Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Institute of Soil Fertilizer Resources and Environment of Jiangxi Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2022-01-25
Filing date: 2022-01-25
Publication date: 2022-04-15

Abstract

本发明属于水稻育秧基质技术领域，本发明提供了一种降低稻米镉含量的水稻育秧基质及其制备方法和应用。本发明提供的降低稻米镉含量的水稻育秧基质由包含如下重量份的组分制备得到：生物炭57～78份，沸石粉45～55份，畜禽粪便30～40份，粉煤灰25～35份，枯草芽孢杆菌1.5～3.5份，营养液8～15份，所述营养液以水为溶剂，包括锌盐、亚铁盐、铵盐和硼酸。本发明提供的水稻育秧基质可以达到改善水稻根际微域条件的效果，在不改变土壤生态环境的前提下，可显著降低稻米中的镉含量。

Description

一种降低稻米镉含量的水稻育秧基质及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及水稻育秧基质技术领域，尤其涉及一种降低稻米镉含量的水稻育秧基质及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业化进程的不断加快，矿产资源的不合理开采及其冶炼排放、长期对土壤进行污水灌溉和污泥施用、人为活动引起的大气沉降、化肥和农药的施用等原因，造成了土壤污染严重。土壤污染物有四种基本类型，分别为化学污染物、物理污染物、生物污染物和放射性污染物。其中，化学污染物包括无机污染物和有机污染物。无机污染物如汞、镉、铅、砷等重金属，过量的氮、磷植物营养元素以及氧化物和硫化物等；有机污染物如各种化学农药、石油及其裂解产物，以及其他各类有机合成产物等。重金属对土壤的污染基本上是一个不可逆转的过程，许多有机化学物质的污染也需要较长的时间才能降解。譬如：被某些重金属污染的土壤可能要100～200年时间才能够恢复。

镉是自然界中存在的一种重金属微量元素，其对动物和植物都是非必需元素，镉与锌具有类似的地球化学特性，常与锌矿伴生。长期摄入被镉严重污染的稻米，会出现慢性中毒的症状，影响人体的神经系统、造血系统、消化系统以及生殖系统，危害人体健康。镉进入土壤后，由于移动性小而很难清除。常用的工程措施或者化学方法治理土壤重金属污染，虽然在一定程度上能够缓解土壤重金属对植物的危害，但其不仅成本昂贵，而且还会破坏土壤结构以及微生物区系，故易在某种程度上对农田耕地造成“二次污染”；且土壤调理剂的投入在一定程度上还会造成土壤中阳离子的大量淋失，打破土壤生态圈原有的阳离子平衡。因此，开发一种既不破坏土壤环境又能有效降低稻米镉含量的育秧基质对于水稻栽培及稻田重金属污染的治理具有重要意义。

发明内容

为克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种降低稻米镉含量的水稻育秧基质及其制备方法和应用。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种降低稻米镉含量的水稻育秧基质，由包含如下重量份的组分制备得到：生物炭57～78份，沸石粉45～55份，畜禽粪便30～40份，粉煤灰25～35份，枯草芽孢杆菌1.5～3.5份，营养液8～15份，所述营养液以水为溶剂，包括锌盐、亚铁盐、铵盐和硼酸。

优选的，所述生物炭、沸石粉的粒径独立为0.08～0.12mm，所述粉煤灰的粒径为0.06～0.1mm。

优选的，所述畜禽粪便包括腐熟鸡粪、腐熟猪粪或腐熟牛粪。

优选的，所述枯草芽孢杆菌的活菌数量为13～23亿个/g。

优选的，所述营养液中，锌盐、亚铁盐、铵盐、硼酸与水的用量比为50～100g:30～60g:15～25g:8～17g:1000～1300mL。

优选的，所述营养液中的锌盐包括硫酸锌或硝酸锌，所述营养液中的亚铁盐包括硫酸亚铁，所述营养液中的铵盐包括碳酸铵或硝酸铵。

本发明还提供了一种降低稻米镉含量的水稻育秧基质的制备方法，包括如下步骤：

(1)将生物炭、沸石粉、畜禽粪便、粉煤灰与枯草芽孢杆菌混合，得混合物料；

(2)将锌盐、亚铁盐、铵盐、硼酸与水混合，得营养液；

(3)将步骤(2)所得营养液淋施于步骤(1)所得混合物料中，用农膜覆盖，进行发酵，得降低稻米镉含量的水稻育秧基质。

优选的，步骤(3)中所述农膜为蓝色膜，所述蓝色膜的厚度为0.03～0.033mm。

优选的，步骤(3)中所述发酵的温度为45～55℃，所述发酵的时间为15～21d。

本发明还提供了一种降低稻米镉含量的水稻育秧基质在培育低镉稻米中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明中的生物炭可通过静电吸附、离子交换、官能团络合和沉淀等作用机制来直接吸附固定土壤重金属，同时还可以通过间接影响土壤理化性质(pH、OM和Eh等)，从而影响土壤中重金属形态；沸石为碱性多孔硅酸盐矿物，比表面积和孔隙大、阳离子交换量大，对土壤具有一定的保水保肥作用，且可通过离子交换、络合吸附和碱化沉淀等作用抑制重金属在土壤中的迁移和降低有效性；粉煤灰可降低土壤中的粘接性，提高土壤温度和含水量，并且有效中和土壤酸碱性，从而促进作物生长发育，为农业作物产量提升创造很好的条件，粉煤灰本身具有多种作物生长需要的营养物质，可以大大改善土壤环境。本发明的营养液以水为溶剂，包括锌盐、亚铁盐、铵盐和硼酸，富含多种营养元素，有利于促进水稻生长。本发明将生物炭、沸石粉、粉煤灰与畜禽粪便、菌剂及营养液联合制备得到一种水稻育秧基质，各组分协同配合，可有效提高土壤的有机质含量，并有效吸附、络合或螯合土壤中的重金属镉，从而达到降低稻米镉含量的目的。

2、本发明提供的水稻育秧基质可以达到改善水稻根际微域条件的效果，在不改变土壤生态环境的前提下，可显著降低稻米中的镉含量。

3、本发明提供的水稻育秧基质原料来源广泛，其制备工艺简便且成本低，应用前景广阔，对于水稻栽培及稻田重金属污染的治理具有重要意义。

具体实施方式

在本发明中，所述的降低稻米镉含量的水稻育秧基质，由包含如下重量份的组分制备得到：生物炭为57～78份，进一步优选为65份；沸石粉为45～55份，进一步优选为50份；畜禽粪便为30～40份，进一步为35份；粉煤灰为25～35份，进一步优选为30份；枯草芽孢杆菌为1.5～3.5份，进一步优选为2.5份；营养液为8～15份，进一步优选为11份。

在本发明中，所述生物炭、沸石粉的粒径独立优选为0.08～0.12mm，进一步优选为0.09mm，所述粉煤灰的粒径优选为0.06～0.1mm，进一步优选为0.08mm。

在本发明中，所述畜禽粪便优选包括腐熟鸡粪、腐熟猪粪或腐熟牛粪，进一步优选为腐熟猪粪。

在本发明中，所述枯草芽孢杆菌的活菌数量优选为13～23亿个/g，进一步优选为17亿个/g。

在本发明中，所述营养液中，锌盐、亚铁盐、铵盐、硼酸与水的用量比优选为50～100g:30～60g:15～25g:8～17g:1000～1300mL，进一步优选为75g:47g:20g:13g:1200mL。

在本发明中，所述营养液中的锌盐优选包括硫酸锌或硝酸锌，进一步优选为硝酸锌，所述营养液中的亚铁盐优选包括硫酸亚铁，所述营养液中的铵盐优选包括碳酸铵或硝酸铵，进一步优选为碳酸铵。

(2)将锌盐、亚铁盐、铵盐、硼酸与水混合，得营养液；

在本发明中，步骤(3)中所述农膜优选为蓝色膜，所述蓝色膜的厚度优选为0.03～0.033mm，进一步优选为0.032mm。

在本发明中，步骤(3)中所述发酵的温度优选为45～55℃，进一步优选为50℃，所述发酵的时间优选为15～21d，进一步优选为17d。

下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

以下实施例中的生物炭购自江西圣牛米业有限公司；沸石粉购自淘宝网杨大爷园艺店；粉煤灰购买自峨眉山泰钙业材料厂；枯草芽孢杆菌购买自济南盛氏生物科技有限公司。

实施例1

(1)将57份生物炭、45份沸石粉、30份腐熟鸡粪、25份粉煤灰与1.5份枯草芽孢杆菌混合，得混合物料，其中，生物炭和沸石粉的粒径均为0.08mm，粉煤灰的粒径为0.06mm；

(2)将硫酸锌、硫酸亚铁、碳酸铵、硼酸与水按照50g:30g:15g:8g:1000mL的用量比混合，得营养液；

(3)将8份步骤(2)所得营养液淋施于步骤(1)所得混合物料中，用蓝色膜(蓝色膜的厚度为0.03mm)覆盖，于45℃的条件下发酵15d，得降低稻米镉含量的水稻育秧基质。

实施例2

(1)将65份生物炭、50份沸石粉、35份腐熟鸡粪、30份粉煤灰与2.5份枯草芽孢杆菌混合，得混合物料，其中，生物炭和沸石粉的粒径均为0.09mm，粉煤灰的粒径为0.08mm；

(2)将硝酸锌、硫酸亚铁、碳酸铵、硼酸与水按照75g:47g:20g:13g:1200mL的用量比混合，得营养液；

(3)将11份步骤(2)所得营养液淋施于步骤(1)所得混合物料中，用蓝色膜(蓝色膜的厚度为0.032mm)覆盖，于50℃的条件下发酵17d，得降低稻米镉含量的水稻育秧基质。

实施例3

(1)将78份生物炭、55份沸石粉、40份腐熟鸡粪、35份粉煤灰与3.5份枯草芽孢杆菌混合，得混合物料，其中，生物炭和沸石粉的粒径均为0.12mm，粉煤灰的粒径为0.1mm；

(2)将硝酸锌、硫酸亚铁、硝酸铵、硼酸与水按照100g:60g:25g:17g:1300mL的用量比混合，得营养液；

(3)将15份步骤(2)所得营养液淋施于步骤(1)所得混合物料中，用蓝色膜(蓝色膜的厚度为0.033mm)覆盖，于55℃的条件下发酵21d，得降低稻米镉含量的水稻育秧基质。

实验例1

本发明中的试验田位于江西省吉安市土壤安全利用实施区，试验水稻品种为隆两优97。将试验田划分为3个试验区，分别记作T1、T2和T3，每个试验4个重复，完全随机排列。其中，T1区不施用基质，为空白对照组；T2区施用本发明实施例2中的水稻育秧基质，为实验组；T3区施用市售水稻育秧基质(所述市售水稻育秧基质的主要成分为腐熟秸秆、蛭石、泥炭，三者的质量比为2:1:1)，为常规对照组。T2区和T3区的基质厚度均为2.5cm。2020年5月20日在各试验小区上播种，播种行距40cm，株距30cm，然后分别将T1区的田土和T2区、T3区的基质盖于各自的稻种上方，覆盖厚度为0.4cm。2020年6月15日进行人工移栽。各试验小区的田间管理(如施肥管理、病虫害管理等)与当地种植习惯保持一致。

种植前，试验田的土壤理化性质及镉含量如表1所示。

表1试验田的土壤理化性质及镉含量

注：pH为无量纲，CEC的单位为cmol·kg^-1，OM(即有机质)的单位为g·kg^-1，碱解氮、速效磷、速效钾、全Cd、有效镉的单位为mg·kg^-1。

水稻成熟后，每个试验小区随机取5蔸水稻，混匀后作为样品，稻谷经自然晾干脱粒去壳后制成糙米，磨碎备用。将磨碎的籽粒样品用浓硝酸-高氯酸消解，电感耦合等离子体质谱ICP-MS进行测定。结果如表2所示。

表2不同育秧基质处理后水稻籽粒的Cd含量

由表2可知，与常规对照组相比，使用本发明实施例2中的水稻育秧基质可显著降低水稻籽粒中的镉含量，符合食品安全国家标准。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种降低稻米镉含量的水稻育秧基质，其特征在于，由包含如下重量份的组分制备得到：生物炭57～78份，沸石粉45～55份，畜禽粪便30～40份，粉煤灰25～35份，枯草芽孢杆菌1.5～3.5份，营养液8～15份，所述营养液以水为溶剂，包括锌盐、亚铁盐、铵盐和硼酸。

2.根据权利要求1所述的一种降低稻米镉含量的水稻育秧基质，其特征在于，所述生物炭、沸石粉的粒径独立为0.08～0.12mm，所述粉煤灰的粒径为0.06～0.1mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种降低稻米镉含量的水稻育秧基质，其特征在于，所述畜禽粪便包括腐熟鸡粪、腐熟猪粪或腐熟牛粪。

4.根据权利要求3所述的一种降低稻米镉含量的水稻育秧基质，其特征在于，所述枯草芽孢杆菌的活菌数量为13～23亿个/g。

5.根据权利要求4所述的一种降低稻米镉含量的水稻育秧基质，其特征在于，所述营养液中，锌盐、亚铁盐、铵盐、硼酸与水的用量比为50～100g:30～60g:15～25g:8～17g:1000～1300mL。

6.根据权利要求5所述的一种降低稻米镉含量的水稻育秧基质，其特征在于，所述营养液中的锌盐包括硫酸锌或硝酸锌，所述营养液中的亚铁盐包括硫酸亚铁，所述营养液中的铵盐包括碳酸铵或硝酸铵。

7.权利要求1～6任意一项所述的降低稻米镉含量的水稻育秧基质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(2)将锌盐、亚铁盐、铵盐、硼酸与水混合，得营养液；

8.根据权利要求7所述的降低稻米镉含量的水稻育秧基质的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述农膜为蓝色膜，所述蓝色膜的厚度为0.03～0.033mm。

9.根据权利要求7所述的降低稻米镉含量的水稻育秧基质的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述发酵的温度为45～55℃，所述发酵的时间为15～21d。

10.权利要求1～6任意一项所述的降低稻米镉含量的水稻育秧基质在培育低镉稻米中的应用。