CN116393502A - 通过氨基酸废母液提高根密度阻控单株水稻吸收镉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过氨基酸废母液提高根密度阻控单株水稻吸收镉的方法，属于重金属镉污染土壤的安全种植领域。本方法通过使用氨基酸废母液实现水稻密植以增加根密度从而降低单株水稻对镉的吸收量，实现水稻的安全种植，本方法不影响水稻产量，最后通过水稻秸秆的集中处理，实现秸秆去除修复速度，并且具有实现安全种植与去除修复同步化的应用前景。

Description

通过氨基酸废母液提高根密度阻控单株水稻吸收镉的方法

技术领域

本发明属于重金属镉污染土壤的治理领域，具体涉及氨基酸废母液在镉污染土壤的水稻安全种植中的应用。

背景技术

镉（Cd）是广泛存在于自然界中的一种微量重金属元素,土壤中镉积累来自于自然和人为两个方面。在自然情况下，矿物的风化是土壤中天然镉的主要来源，矿物风化不断释放的Cd进入到土壤孔隙水中，继而浸润到土壤耕作层从而导致耕地中镉浓度升高。重金属Cd在农产品中的富集，最终会通过食物链传递进入人体，严重威胁着人类自身健康。

“镉大米”的反复出现表明镉污染土壤治理技术的复杂性和难度性，镉污染土壤的治理也需要创新技术。目前，治理镉污染土壤常用的方法为原位钝化，常规的原位钝化处理技术包括磷酸盐的沉淀钝化、高分子材料的原位钝化、有机肥的氧化还原、淋洗法以及植物提取法等，虽以上方法都具有一定作用，但存在以下的缺点：（1）使用成本高且治理时间长（10年左右）；（2）经过治理后虽重金属离子浓度降低，但未达到沉淀钝化的极限浓度，同时部分原位钝化剂长期施用存在新的污染风险。

发明人在研究、市场调研过程中发现，很多镉污染土壤治理的结果是重金属（镉）仍然残留在土壤中，这些技术方案实际上都是一种应急技术。因此，针对镉污染土壤的治理，目前还缺乏切实可行的方案。发明人及所在课题，近年一直在开展镉污染土壤的治理工作，取得了一定的进展。如中国申请“一种安全种植与秸秆去除修复同步化的种植方法，2020106773

49 .4”，该申请公开通过施加钙多肽达到超密种植水稻苗，从而降低土壤中的镉含量，其机理是水稻高密度种植时，根系稠密，局部有效态隔离子被大量根系围绕而吸收，但单株水稻吸收量相对减少近5-8倍，实现水稻安全种植。该方法的优点是根密度较大，单株水稻吸收镉的量大幅度减少，但存在几方面的缺点，一方面，钙多肽生产成本较高，需将蛋白废弃物经过添加生石灰，再经过高温转化而成，并且钙离子较多时，水稻生长变缓慢，另一方面，超密种植的结实率相对较低、空壳较多，因此尚未得到大面积的推广应用。因此，基于此技术现状，发明人以动物毛发水解制备氨基酸生产厂家的氨基酸废母液作为肥料和原位钝化剂，应用于镉污染土壤实现水稻的安全种植。通过文献检索，未发现有将氨基酸废母液作为肥料和镉元素原位钝化剂的报道。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种通过氨基酸废母液提高根密度阻控单株水稻吸收镉的方法，实现水稻安全种植。本方法首次实现水稻产量相比常规种植略有增加；由于秸秆量是常规种植的2-3倍，秸秆经过集中处理、水泥固化实现安全处置，达到去除土壤中镉元素。该方法对镉治理的速度为常规种植的2-3倍，且治理过程中产生的水稻符合国家大米镉含量安全标准。

本申请的作用机理有两点：第一、氨基酸废母液含有沉淀或结合重金属的羧基和巯基，以及能提高土壤微生物种群，两者的结合可降低土壤中镉离子的有效态含量，从而减少水稻等作物对镉离子的吸收；第二、通过水稻密植模式以增加根密度（降低单株吸量），单纵行密植可提高单位体积污染土壤的根密度接近1倍，联两纵行密植（26666穴左右，宽窄行加密）可提高单位体积污染土壤的根密度接近2倍；联三纵行密植（28570穴左右，幅式加密）可提高单位体积污染土壤的根密近2.5倍。上述过程的根密度提高1倍可导致单株水稻吸收镉总量近乎减少1倍，而根密度增加2倍，单株水稻吸收镉的总量几乎减少2倍，而根密度增加接近2.5倍，单株水稻吸收镉总量减少2倍以上，从而实现镉污染土壤水稻的安全种植，所种水稻的稻米镉含量达到国家合格标准，可安全食用。

为了实现本发明的上述目的，发明人通过大量试验研究并不断探索，最终获得了一种通过氨基酸废母液提高根密度阻控单株水稻吸收镉的方法，该方法通过使用氨基酸废母液实现水稻密植的种植模式，以此增加根密度降低单株水稻对镉的吸收量；其中水稻密植的种植模式为单纵行密植、联双纵行密植（宽窄行加密）、联三纵行密植（幅式加密）中的任一种，水稻密植的种植模式具体如附图1所示。

优选地，如上所述的一种通过氨基酸废母液提高根密度阻控单株水稻吸收镉的方法，所述氨基酸废母液为以动物毛发水解制备氨基酸所得的氨基酸废母液，其中氮含量12-18%。

优选地，如上所述的一种通过氨基酸废母液提高根密度阻控单株水稻吸收镉的方法，使用氨基酸废母液时可配合磷肥、钾肥一起使用，氮、磷、钾比例为1:0.8:1；其中磷肥为过磷酸钙，钾肥为硫酸钾。

优选地，如上所述的一种通过氨基酸废母液提高根密度阻控单株水稻吸收镉的方法，所述氨基酸废母液配合磷肥、钾肥可作为水稻移栽时的底肥或移栽后25-35天的追肥使用。

优选地，如上所述的一种通过氨基酸废母液提高根密度阻控单株水稻吸收镉的方法，所述氨基酸废母液配合磷肥、钾肥的具体使用方法为：采用单纵行密植水稻时，氨基酸废母液100kg/亩、过磷酸氢钙60kg/亩和硫酸钾40kg/亩作为底肥同施；所述单纵行种植相对常规种植可加密水稻种植株数一倍，单纵行密植水稻苗22222穴左右；

或：

采用联双纵行密植水稻时，氨基酸废母液100kg/亩、过磷酸氢钙60kg/亩和硫酸钾40kg/亩作为底肥同施；种植后25-35天，氨基酸废母液100kg/亩、过磷酸氢钙60kg/亩和硫酸钾40kg/亩作为追肥使用；所述联双纵行加密种植相对常规种植可加密水稻种植株数两倍，联双纵行密植水稻苗26666穴左右；

或：

采用联三纵行密植水稻时，氨基酸废母液100kg/亩、过磷酸氢钙60kg/亩和硫酸钾40kg/亩作为底肥同施；种植后25-35天，氨基酸废母液150kg/亩、过磷酸氢钙90kg/亩和硫酸钾60kg/亩作为追肥使用，所述联三纵行加密种植相对常规种植可加密水稻种植株数三倍，联三纵行密植水稻苗达28570穴左右。

一种如上所述的通过氨基酸废母液提高根密度阻控单株水稻吸收镉的方法，该方法适合镉含量0.3-0.8mg/kg之间的土壤使用。

与现有技术相比，本发明具有如下的突破性创新：

1、氨基酸废母液中的蛋白质全部转化为氨基酸，并且由于蛋白原料全部来源于动物毛发，含硫较高，其中的二硫键全部转化为氨基酸的巯基，由于巯基可结合低浓度重金属，且结合十分紧密，因此可降低土壤中有效镉的含量，减少水稻对镉离子的吸收（植物蛋白难以达到）并且成本低，属于废弃物再利用。

2、氨基酸废母液不同于尿素、碳铵等铵态氮的特性，所含氮素均为氨基酸氮，形成的代谢产物比例均衡，作物生长比例协调，可导致水稻叶形小、叶片挺直、基部不黄叶的特性；本申请第一次提出利用水稻密植模式以增加根密度（降低单株吸量），进一步降低水稻对镉的吸收，而化肥无法实现该效果，单纯使用化肥水稻出现黄叶、空壳。

3、使用氨基酸废母液，可快速促进土壤微生物繁殖，前期研究表明，氨基酸废母液对土壤微生物种群、数量的增加快于有机肥、无机肥等，尤其优于尿素（最低）、碳铵等化肥（铵态氮）由于微生物对重金属离子具有吸附、结合等功能，土壤中微生物丰度增加，可减少植物对重金属的吸收。

4、氨基酸废母液含有沉淀或结合重金属的羧基和巯基，以及能提高土壤微生物种群，两者的结合可降低土壤中镉离子的有效态含量，从而减少水稻等作物对镉离子的吸收，具有实现农产品（尤其是种子部分）安全种植的可能性。首次建立“施肥就是修复的全新自治模式”，改变污染土壤治理由国家负责的模式。

5、基于氨基酸废母液具有减小叶形大小（长、宽），因此可提高水稻作物的种植密度，提高单位体积镉污染土壤的根密度，相对降低单株水稻根系对污染土壤镉的吸收，达到进一步降低水稻对镉的吸收，并且不影响产量，同时可提高单位面积的生物量（秸秆），通过秸秆的集中处理，实现秸秆去除修复速度，并且具有实现安全种植与去除修复同步化的应用前景。

说明书附图

图1：本申请水稻加密种植的种植模式。

图2：采用单纵行密植模式时，不同生育期水稻的表现，其中a为单纵行密植种植水稻的插秧图，b、c为单纵行密植种植水稻的苗期图，d为单纵行密植种植水稻的收获期图。

图3：采用双纵行密植模式时，不同生育期水稻的表现，其中a为双纵行密植种植水稻的苗期图，b为双纵行密植种植水稻的收获期图。

图4：采用三纵行密植模式时，不同生育期水稻的表现，其中a为三纵行密植种植水稻的苗期图，b为三纵行密植种植水稻的收获期图。

图5：常规种植水稻图。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

实施例1 土壤含镉0.3-0.5mg/kg范围的水稻种植实例

按照常规模式育秧苗，5月初种植秧苗，施加氨基酸废母液100kg/亩，添加过磷酸氢钙60kg/亩，钾肥（硫酸钾）40kg/亩作为底肥，采用单纵行密植22222穴水稻苗左右；试验设置钙多肽处理区（申请202010677349 .4中实施例1记载的方法）和常规种植处理区（图5所示）。

10月中下即可收获稻谷，所收获稻谷经过加工后的精米即镉含量在0.2mg/kg大米以下，产量达到600-680kg/亩，达到国家大米镉含量安全标准，合格可食用；钙多肽处理区大米镉含量为0.2mg/kg以下,但产量（340-450kg/亩）显著低于氨基酸废母液产区；而常规种植不合格（560kg/亩），大米精米镉含量大于02.mg/kg以上，试验过程如图2所示（试验地点：湖北省利川市王营镇石坝村）。

本试验所用的氨基酸废母液来自湖北省联投生物科技股份有限公司，其中氮含量为12-18kg%。

实施例2 土壤含镉0.51-0.8mg/kg范围的水稻种植实例

按照常规模式育秧苗，当地气候5月初种植秧苗，施加氨基酸废母液100kg/亩，添加过磷酸氢钙60kg/亩，钾肥（硫酸钾）40kg/亩作为底肥，采用双纵行密植26666穴水稻苗左右，并在即将拔节期追施100kg/亩氨基酸废母液肥、过磷酸氢钙60kg/亩和硫酸钾40kg/亩作为追肥。使用此种植模式的单位体积镉污染土壤根密度为常规种植（11111株/亩）的1.7-2倍，单株水稻吸收镉的总量将下降近乎1.7-2倍，试验设置钙多肽处理区（申请202010677349 .4中实施例1记载的方法）和常规种植处理区。

10月中下即可收获稻谷，所收获稻谷经过加工后的精米即镉含量在02.mg/kg大米以下，且产量较高（700kg/亩左右），达到国家大米镉含量安全标准，合格可食用，钙多肽处理区大米镉含量0.2mg/kg以下，产量低（380kg/亩）；而常规种植（573kg/亩）不合格，大米精米镉含量大于02.mg/kg以上，试验过程如图3所示（湖北省利川市王营镇石坝村）。

本试验所用的氨基酸废母液同实施例1。

实施例3 土壤含镉0.81-1.0mg/kg范围的水稻种植实例

按照常规模式育秧苗，5月初种植秧苗，施加氨基酸废母液100kg/亩，添加过磷酸氢钙60kg/亩，钾肥（硫酸钾）40kg/亩作为底肥，采用三纵行密植28570穴水稻苗左右，拔节期前追施氨基酸废母液150kg/亩、过磷酸氢钙90kg/亩和硫酸钾60kg/亩作为追肥。此种植模式的单位体积镉污染土壤根密度为常规种植（11111株/亩）的2.2-2.5倍，单株水稻吸收镉的总量将下降近乎2-2.5倍，水稻稻米镉含量量将下降2倍以上，试验设置钙多肽处理区（申请202010677349 .4中实施例1记载的方法）和常规种植处理区。

10月中下即可收获稻谷，所收获稻谷经过加工后的精米即镉含量在02.mg/kg大米以下，产量达到800kg左右/亩，达到国家大米镉含量安全标准，合格可食用，钙多肽处理区大米镉含量0.2mg/kg以下，产量300-400kg，空壳较多；而常规种植不合格（584kg/亩），大米精米镉含量大于02.mg/kg以上，种植场地如图4所示（湖北省利川市王营镇石坝村）。

本试验所用的氨基酸废母液同实施例1。

Claims (6)

1.一种通过氨基酸废母液提高根密度阻控单株水稻吸收镉的方法，其

特征在于：通过使用氨基酸废母液实现水稻密植的种植模式，以此增加根密度降低单株水稻对镉的吸收量；

所述水稻密植的种植模式为单纵行密植、联双纵行密植、联三纵行密植中的任一种。

2.如权利要求1所述的一种通过氨基酸废母液提高根密度阻控单株水稻吸收镉的方法，其特征在于：所述氨基酸废母液为以动物毛发水解制备氨基酸所得的氨基酸废母液，其中氮含量12-18%。

3.如权利要求2所述的一种通过氨基酸废母液提高根密度阻控单株水稻吸收镉的方法，其特征在于：使用氨基酸废母液时可配合磷肥、钾肥一起使用，氮、磷、钾比例为1:0.8:1；

所述磷肥为过磷酸钙；

所述钾肥为硫酸钾。

4.如权利要求3所述的一种通过氨基酸废母液提高根密度阻控单株水稻吸收镉的方法，其特征在于：所述氨基酸废母液配合磷肥、钾肥可作为水稻移栽时的底肥或移栽后25-35天的追肥使用。

5.如权利要求4所述的一种通过氨基酸废母液提高根密度阻控单株水稻吸收镉的方法，其特征在于：所述氨基酸废母液配合磷肥、钾肥的具体使用方法为：采用单纵行密植水稻时，氨基酸废母液100kg/亩、过磷酸氢钙60kg/亩和硫酸钾40kg/亩作为底肥同施；

或：

采用联双纵行密植水稻时，氨基酸废母液100kg/亩、过磷酸氢钙60kg/亩和硫酸钾40kg/亩作为底肥同施；种植后25-35天，氨基酸废母液100kg/亩、过磷酸氢钙60kg/亩和硫酸钾40kg/亩作为追肥使用；

或：

采用联三纵行密植水稻时，氨基酸废母液100kg/亩、过磷酸氢钙60kg/亩和硫酸钾40kg/亩作为底肥同施；种植后25-35天，氨基酸废母液150kg/亩、过磷酸氢钙90kg/亩和硫酸钾60kg/亩作为追肥使用。

6.一种如上所述的通过氨基酸废母液提高根密度阻控单株水稻吸收镉的方法，其特征在于：该方法适合镉含量0.3-0.8mg/kg之间的土壤使用。

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