CN115637152A - 一种镉污染农田改良剂以及一种镉污染水稻田改良方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种镉污染农田改良剂以及一种镉污染水稻田改良方法,属于作物种植技术领域,本发明提供的镉污染农田改良剂以及相应方法克服了现有技术中土壤改良剂难以被大面积推广与应用、化肥减量与经济效益不能兼顾等多重技术问题。本发明提供的镉污染农田改良剂以及镉污染水稻田改良方法可以显著减少糙米中的Cd含量,使其达到国家标准,并在此过程中不会导致稻谷减产的情况发生。本发明能够同时实现保证稻谷产量、糙米中Cd含量降至国家标准以下和化肥减量三个方面的改进,能够有效降低农民的人力和经济成本投入,不仅能够减少因氮肥利用率低和氮素损失导致的环境问题,而且还有效实现了对轻度镉污染水稻田的安全利用。
Description
技术领域
本发明涉及作物种植技术领域,尤其涉及一种镉污染农田改良剂以及一种镉污染水稻田改良方法。
背景技术
随着快速的工业发展、耕作地区典型的土壤酸性特征和独特的耕作制度造成农田重金属污染防治一系列技术难题。目前对于大面积的重金属污染农田安全利用,主要运用的是化学钝化修复技术。这种技术是通过向土壤添加改良剂调节pH、氧化还原电位等理化性质来改变土壤中重金属的化学形态,从而降低重金属在土壤中的溶解度、迁移能力和生物有效性,使重金属固定和稳定化,减少作物富集量,最终减少农产品中重金属的累积量。目前应用的土壤改良剂很多,其种类主要集中在污泥、生物质炭、赤泥、堆肥、磷酸盐、石灰、废弃物等,关注的重金属主要有Cd、Pb、Cu、Zn、As等。然而,现有的改良剂施用在农业生产中会额外增加农民的人力和经济投入,在一定程度上会影响农民接受并实施化学钝化修复技术的积极性,从而制约改良剂在大面积重金属污染稻田安全利用过程中的推广与应用。
化肥作为农业生产的基础,在促进粮食增产和农业发展过程中起到了不可替代的作用。施肥过量是目前氮肥利用率低的最主要原因,氮肥利用率低和大量的氮素损失带来了水体硝酸盐超标和富营养化、大气氮沉降量升高、氧化亚氮排放增加、土壤酸化和重金属的生物有效性增强等一系列环境问题。因此,我国的化肥减量势在必行,但是化肥减量通常会造成部分作物产量的牺牲,有损经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镉污染农田改良剂以及一种镉污染水稻田改良方法,用以解决现有技术中土壤改良剂难以被大面积推广与应用、化肥减量与经济效益不能兼顾等多重技术问题。
为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
本发明提供了一种镉污染农田改良剂,包含以下重量份数的组分:
硝酸铁25~35份、硅酸钠25~30份、硫酸钾3~8份、硫酸镁1~5份、氢氧化钙30~36份。
本发明还提供了上述镉污染农田改良剂在修复镉污染水稻田中的应用。
本发明还提供了一种镉污染水稻田改良方法,包括以下步骤:
在水稻田中施用上述镉污染农田改良剂,在镉污染农田改良剂施用后进行整地,整地结束后进行泡田3~5天;
泡田后进行秧苗移栽;
在秧苗移栽的前0~24h施用氮磷钾水稻复合肥,所述氮磷钾水稻复合肥的施用量为常规施用量的50~90%。
优选的,所述镉污染农田改良剂的施用量为120~180kg/亩。
优选的,所述镉污染农田改良剂的施用时间为整地前0~24h。
优选的,所述氮磷钾水稻复合肥中N:P2O5:K2O的重量比为20~24:6~10:8~12。
优选的,所述氮磷钾水稻复合肥中N、P2O5和K2O的总重量为氮磷钾水稻复合肥总重量的40%以上。
优选的,所述水稻复合肥的施用方式为撒施;
所述整地的方法为翻耕和/或耙田;
所述泡田的淹水层厚度为1~3cm。
优选的,所述水稻田的pH为5.5~6.5;
所述水稻田的土壤中镉含量为0.8~1.2mg/kg。
优选的,所述镉污染水稻田改良方法还包括淹水管理,所述淹水管理为:在水稻分蘖末期和成熟收割的前一周内排水晒田,其余时期均淹水灌溉,所述淹水灌溉的淹水层厚度为3~5cm。
本发明的技术效果和优点:
本发明提供的镉污染农田改良剂以及镉污染水稻田改良方法可以显著减少糙米中的Cd含量,使其达到国家标准,并在此过程中不会导致稻谷减产的情况发生。本发明能够同时实现保证稻谷产量、糙米中Cd含量降至国家标准以下和化肥减量三个方面的改进,能够有效降低农民的人力和经济成本投入,不仅能够减少因氮肥利用率低和氮素损失导致的环境问题,而且还有效实现了对轻度镉污染水稻田的安全利用。
附图说明
图1为成熟期不同处理糙米中Cd含量;
图2为成熟期不同处理水稻根际土壤pH;
图3为成熟期不同处理水稻根系铁膜中Cd含量;
图4为成熟期不同处理水稻根系铁膜中Fe含量;
图5为成熟期不同处理稻谷产量。
具体实施方式
本发明提供了一种镉污染农田改良剂,包含以下重量份数的组分:
硝酸铁25~35份、硅酸钠25~30份、硫酸钾3~8份、硫酸镁1~5份、氢氧化钙30~36份。
在本发明中,所述镉污染农田改良剂包含硝酸铁25~35份,进一步优选为28~32份,所述镉污染农田改良剂包含硅酸钠25~30份,进一步优选为26~28份,所述镉污染农田改良剂包含硫酸钾3~8份,进一步优选为4~6份,所述镉污染农田改良剂包含硫酸镁1~5份,进一步优选为2~4份,所述镉污染农田改良剂包含氢氧化钙30~36份,进一步优选为32~34份。
本发明还提供了上述镉污染农田改良剂在修复镉污染水稻田中的应用,所述镉污染农田改良剂的施用量优选为120~180kg/亩,进一步优选为140~160kg/亩,所述镉污染农田改良剂的施用时间优选为水稻田第一次翻耕前0~24h,进一步优选为水稻田第一次翻耕前6~12h,所述镉污染农田改良剂的施用方式优选为撒施至田中,所述撒施可以是人工撒施,也可以是机械撒施。
本发明还提供了一种镉污染水稻田改良方法,包括以下步骤:在水稻田中施用上述镉污染农田改良剂,所述镉污染农田改良剂的施用量为120~180kg/亩;在镉污染农田改良剂施用后的0~24h进行整地,整地结束后进行泡田3~5天;泡田后进行秧苗移栽;在秧苗移栽的前0~24h施用氮磷钾水稻复合肥,所述氮磷钾水稻复合肥的施用量为常规施用量的50~90%。
在本发明中,所述镉污染水稻田改良方法中的整地优选为翻耕和/或耙田,所述整地结束后进行泡田3~5天,进一步优选为泡田3.5~4.5天,所述泡田的淹水层厚度为1~3cm,进一步优选为1.5~2.5cm;本发明在秧苗移栽的前0~24h施用氮磷钾水稻复合肥,所述施用氮磷钾水稻复合肥进一步优选为在秧苗移栽的前6~12h,所述氮磷钾水稻复合肥中优选包括N、P2O5和K2O,所述氮磷钾水稻复合肥中N:P2O5:K2O的重量比优选为20~24:6~10:8~12,进一步优选为21~22:7~9:9~11,所述氮磷钾水稻复合肥中N、P2O5和K2O的总重量优选为氮磷钾水稻复合肥总重量的40%以上,进一步优选为50%以上;所述氮磷钾水稻复合肥的施用方式优选为撒施至田中,所述撒施可以是人工撒施,也可以是机械撒施。
在本发明中,所述镉污染水稻田改良方法还优选包括淹水管理,所述淹水管理指的是:在水稻分蘖末期和成熟收割的前一周内排水晒田,其余时期均淹水灌溉,所述淹水灌溉的淹水层厚度为3~5cm,所述淹水层厚度还优选为3.5~4.5cm。
在本发明中,所述镉污染水稻田的pH优选为5.5~6.5,进一步优选为5.8~6.2,所述水稻田的土壤中镉含量优选为0.8~1.2mg/kg,进一步优选为0.6~1.0mg/kg,在此范围内的土壤条件下本申请中的镉污染水稻田改良方法能够实现最好效果。
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。
下列实施例是于2022年3月至2022年7月,在广东省兴宁市镉(Cd)污染水稻田开展的野外田间小区试验。
水稻品种为当地当季主栽品种茂香一号。
试验田土壤的理化性质为:pH6.2,有机质61.1g/kg,碱解氮202.0mg/kg,有效磷27.6mg/kg,速效钾150.5mg/kg,总Cd0.9mg/kg。根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)(水田,5.5<pH<6.5,Cd的风险筛选值为0.4mg/kg),土壤中Cd的含量超出风险筛选值2.3倍;根据2014年原环境保护部和原国土资源部发布的《全国土壤污染状况调查公报》中对土壤污染程度的划分方法,可以判定该水稻田受轻度Cd污染。
实施例1
将硝酸铁、硅酸钠、硫酸钾、硫酸镁和氢氧化钙按照质量百分比在常温常压条件下均匀混合而成,各成分的质量百分比分别为:硝酸铁30%、硅酸钠28%、硫酸钾5%、硫酸镁3%、氢氧化钙34%。在水稻田第一次翻耕的前1天内施用,施用量为150kg/亩,通过机械方式均匀撒施,然后进行翻耕和耙田,随即对水稻田进行浅水泡田(淹水层厚度为2cm)4天后再进行秧苗移栽,秧苗移栽的前1天内施用水稻复合肥,水稻复合肥中N:P2O5:K2O的质量比为22:8:10,且N+P2O5+K2O≥40.0%,施用量为45kg/亩,采用机械均匀撒施。
在水稻整个生育期内进行精准的淹水管理,分别在分蘖末期和成熟收割的前一周内排水晒田,在其余生育期均淹水灌溉,淹水层厚度为4cm。
实施例2
将硝酸铁、硅酸钠、硫酸钾、硫酸镁和氢氧化钙按照质量百分比在常温常压条件下均匀混合而成,各成分的质量百分比分别为:硝酸铁30%、硅酸钠28%、硫酸钾5%、硫酸镁3%、氢氧化钙34%。在水稻田第一次翻耕的前1天内施用,施用量为150kg/亩,通过机械方式均匀撒施,然后进行翻耕和耙田,随即对水稻田进行浅水泡田(淹水层厚度为2cm)4天后再进行秧苗移栽,秧苗移栽的前1天内施用水稻复合肥,水稻复合肥中N:P2O5:K2O的质量比为22:8:10,且N+P2O5+K2O≥40.0%,施用量为35kg/亩,采用机械均匀撒施。
在水稻整个生育期内进行精准的淹水管理,分别在分蘖末期和成熟收割的前一周内排水晒田,在其余生育期均淹水灌溉,淹水层厚度为4cm。
实施例3
将硝酸铁、硅酸钠、硫酸钾、硫酸镁和氢氧化钙按照质量百分比在常温常压条件下均匀混合而成,各成分的质量百分比分别为:硝酸铁30%、硅酸钠28%、硫酸钾5%、硫酸镁3%、氢氧化钙34%。在水稻田第一次翻耕的前1天内施用,施用量为150kg/亩,通过机械方式均匀撒施,然后进行翻耕和耙田,随即对水稻田进行浅水泡田(淹水层厚度为2cm)4天后再进行秧苗移栽,秧苗移栽的前1天内施用水稻复合肥,水稻复合肥中N:P2O5:K2O的质量比为22:8:10,且N+P2O5+K2O≥40.0%,施用量为25kg/亩,采用机械均匀撒施。
在水稻整个生育期内进行精准的淹水管理,分别在分蘖末期和成熟收割的前一周内排水晒田,在其余生育期均淹水灌溉,淹水层厚度为4cm。
实施例4
将硝酸铁、硅酸钠、硫酸钾、硫酸镁和氢氧化钙按照质量百分比在常温常压条件下均匀混合而成,各成分的质量百分比分别为:硝酸铁25%、硅酸钠30%、硫酸钾6%、硫酸镁4%、氢氧化钙35%。在水稻田第一次翻耕的前1天内施用,施用量为140kg/亩,通过机械方式均匀撒施,然后进行翻耕和耙田,随即对水稻田进行浅水泡田(淹水层厚度为3cm)3天后再进行秧苗移栽,秧苗移栽的前1天内施用水稻复合肥,水稻复合肥中N:P2O5:K2O的质量比为20:9:10,且N+P2O5+K2O≥40.0%,施用量为38kg/亩,采用机械均匀撒施。
在水稻整个生育期内进行精准的淹水管理,分别在分蘖末期和成熟收割的前一周内排水晒田,在其余生育期均淹水灌溉,淹水层厚度为3cm。
实施例5
将硝酸铁、硅酸钠、硫酸钾、硫酸镁和氢氧化钙按照质量百分比在常温常压条件下均匀混合而成,各成分的质量百分比分别为:硝酸铁35%、硅酸钠26%、硫酸钾4%、硫酸镁3%、氢氧化钙32%。在水稻田第一次翻耕的前1天内施用,施用量为160kg/亩,通过机械方式均匀撒施,然后进行翻耕和耙田,随即对水稻田进行浅水泡田(淹水层厚度为2cm)5天后再进行秧苗移栽,秧苗移栽的前1天内施用水稻复合肥,水稻复合肥中N:P2O5:K2O的质量比为22:8:8,且N+P2O5+K2O≥40.0%,施用量为40kg/亩,采用机械均匀撒施。
在水稻整个生育期内进行精准的淹水管理,分别在分蘖末期和成熟收割的前一周内排水晒田,在其余生育期均淹水灌溉,淹水层厚度为5cm。
对比例1
对水稻田进行常规翻耕和耙田,随即对水稻田进行浅水泡田(淹水层厚度为2cm)4天后再进行秧苗移栽,秧苗移栽的前1天内施用水稻复合肥,水稻复合肥中N:P2O5:K2O的质量比为22:8:10,且N+P2O5+K2O≥40.0%,施用量为50kg/亩,采用机械均匀撒施。
在水稻整个生育期内进行精准的淹水管理,分别在分蘖末期和成熟收割的前一周内排水晒田,在其余生育期均淹水灌溉,淹水层厚度为4cm。
实验例1
将对比例1、实施例1~3分别记为实验组CK、T1、T2和T3。
于水稻成熟期,在不同处理的试验田内采集水稻根际土壤,按照土水比1:2.5测定土壤pH;采集水稻样品,分离出根系和糙米,将根系采用DCB法浸提根表铁膜,利用石墨炉原子吸收光谱仪(PEAA600)测定浸提液中Fe和Cd含量;将糙米粉碎后消解,用ICP-MS(AgilentTechnologies 7800)测定消解液中Cd含量。同时,收割不同处理的稻谷,称其实际重量,换算出稻谷产量。采用SPSS 17.0进行数据统计分析,采用OriginPro 2021作图,结果分别如图1~5所示。
由图1可知,与CK相比,T1、T2和T3分别使糙米中Cd含量减少37.6%、68.4%和70.7%。并且,T1、T2和T3的糙米中Cd含量均低于国家标准0.2mg/kg。这说明,本发明的技术可以显著减少糙米中Cd含量,并且达到国家标准。
由图2可知,与CK相比,T1没有显著增大根际土壤pH,而T2和T3显著增大根际土壤pH,增幅分别为12.9%和10.7%。
由图3可知,随着化肥减量的程度逐渐增大,根表铁膜中Cd的含量也逐渐增大。
由图4可知,与CK相比,T1、T2和T3分别使根表铁膜中Fe含量增大29.5%、66.7%和67.3%。
由图5可知,与CK相比,T1、T2和T3都没有显著影响稻谷产量。这说明,本发明的技术不会显著影响稻谷产量。
相关分析的结果表明,糙米中Cd含量分别与根际土壤pH(皮尔森相关系数为-0.76,P<0.01,n=12)和根表铁膜中Fe含量(皮尔森相关系数为-0.94,P<0.01,n=12)均呈极显著负相关关系,说明本发明降低糙米中Cd含量的机理可能在于:提高根际土壤的pH和增大根表铁膜中铁矿物对Cd的吸附量,从而实现糙米中Cd含量的降低。根表铁膜中Cd含量尽管随着化肥减量的程度逐渐增大也呈明显的增大态势,但其与糙米中Cd含量没有表现出显著相关性,其原因可能与水稻根系对Cd的吸收有关。
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 (10)
1.一种镉污染农田改良剂,其特征在于,包含以下重量份数的组分:
硝酸铁25~35份、硅酸钠25~30份、硫酸钾3~8份、硫酸镁1~5份、氢氧化钙30~36份。
2.权利要求1所述的镉污染农田改良剂在修复镉污染水稻田中的应用。
3.一种镉污染水稻田改良方法,其特征在于,包括以下步骤:
在水稻田中施用权利要求1所述的镉污染农田改良剂,在镉污染农田改良剂施用后进行整地,整地结束后进行泡田3~5天;
泡田后进行秧苗移栽;
在秧苗移栽的前0~24h施用氮磷钾水稻复合肥,所述氮磷钾水稻复合肥的施用量为常规施用量的50~90%。
4.根据权利要求3所述的镉污染水稻田改良方法,其特征在于,所述镉污染农田改良剂的施用量为120~180kg/亩。
5.根据权利要求4所述的镉污染水稻田改良方法,其特征在于,所述镉污染农田改良剂的施用时间为整地前0~24h。
6.根据权利要求5所述的镉污染水稻田改良方法,其特征在于,所述氮磷钾水稻复合肥中N:P2O5:K2O的重量比为20~24:6~10:8~12。
7.根据权利要求6所述的镉污染水稻田改良方法,其特征在于,所述氮磷钾水稻复合肥中N、P2O5和K2O的总重量为氮磷钾水稻复合肥总重量的40%以上。
8.根据权利要求7所述的镉污染水稻田改良方法,其特征在于,所述水稻复合肥的施用方式为撒施;
所述整地的方法为翻耕和/或耙田;
所述泡田的淹水层厚度为1~3cm。
9.根据权利要求5~8任一项所述的镉污染水稻田改良方法,其特征在于,所述水稻田的pH为5.5~6.5;
所述水稻田的土壤中镉含量为0.8~1.2mg/kg。
10.根据权利要求9所述的镉污染水稻田改良方法,其特征在于,所述镉污染水稻田改良方法还包括淹水管理,所述淹水管理为:在水稻分蘖末期和成熟收割的前一周内排水晒田,其余时期均淹水灌溉,所述淹水灌溉的淹水层厚度为3~5cm。
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