CN116584226A - 一种提升稻田土壤质量和降低镉污染的肥料施用与水分管理联合方法 - Google Patents

一种提升稻田土壤质量和降低镉污染的肥料施用与水分管理联合方法 Download PDF

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佘梓健
罗伟林
李林峰
李奇
林晓扬
戴湲
陈勇
王白冰
徐梓盛
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Abstract

本发明涉及农业污染防治技术领域，提供了一种提升稻田土壤质量和降低镉污染的肥料施用与水分管理联合方法，所述方法包括以下步骤：(1)水稻抛秧前3～7d在稻田施用基肥，放水泡田；(2)水稻抛秧前1～2d在稻田施用复合肥，放水泡田；(3)水稻抛秧后淹水灌溉，抛秧后25～30d浅水灌溉，水稻收割前3～7d排水晒田。本发明所述方法不仅有力保障糙米中Cd含量达到国家标准(低于0.2mg/kg)，而且还有效提升土壤环境、肥力和健康质量，确保Cd污染稻田利用的安全性和可持续性。

Description

一种提升稻田土壤质量和降低镉污染的肥料施用与水分管理 联合方法
技术领域
本发明涉及农业污染防治技术领域，尤其涉及一种提升稻田土壤质量和降低镉污染的肥料施用与水分管理联合方法。
背景技术
目前，由于工业化和环保措施不到位导致部分稻田土壤重金属污染，尤其是镉(Cd)污染较为严重。近些年来，研究人员在稻田修复技术研发方面开展了系统研究。当前，对于大面积的Cd污染稻田修复，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Cd的化学形态，从而降低Cd在土壤中的溶解度、迁移能力和生物有效性，最终减少水稻糙米中Cd的累积量。目前应用较多的土壤改良剂很多，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。值得关注的是，这些修复技术在有效降低水稻糙米中Cd累积量的同时，也可能对农田土壤质量产生负面影响。研究表明，改良剂修复技术会降低土壤中养分元素(如铁和锰)的生物有效性、水稻糙米中微量元素(如铁、镁、锰和铜等)和直链淀粉的含量。在土壤学领域，土壤质量是土壤环境(常用土壤中重金属的有效态衡量)、肥力(常用土壤pH、阳离子交换量、有机质、水解性氮、有效磷和速效钾衡量)及健康(常用稻谷产量和糙米中重金属含量衡量)质量三方面的综合量度。土壤质量的改变，会直接或者间接地影响作物的正常生产和生态系统的持续稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提升稻田土壤质量和降低镉污染的肥料施用与水分管理联合方法，采用本发明方法能够保障糙米中Cd含量达到国家标准(低于0.2mg/kg)，而且还能有效提升土壤环境、肥力和健康质量，确保Cd污染稻田利用的安全性和可持续性。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种提升稻田土壤质量和降低镉污染的肥料施用与水分管理联合方法，包括以下步骤：
(1)水稻抛秧前3～7d在稻田施用基肥，放水泡田；
(2)水稻抛秧前1～2d在稻田施用复合肥，放水泡田；
(3)水稻抛秧后淹水灌溉，抛秧后25～30d浅水灌溉，水稻收割前3～7d排水晒田。
优选的，所述稻田的土壤pH为5.5＜pH≤6.5，所述稻田土壤中镉的浓度为0.4～0.8mg/kg。
优选的，步骤(1)中所述基肥包括以下重量份的组分：硅酸钙40～45份、硫酸镁2～7份、氢氧化钙50～55份。
优选的，所述基肥的施用量为40～60kg/亩。
优选的，步骤(1)中所述放水泡田的淹水层厚度为0.5～1.5cm。
优选的，步骤(2)中所述复合肥包括以下重量份的组分：硫酸铵25～35份、过磷酸钙60～70份、硫酸钾1～10份；
或者，所述复合肥包括以下重量份的组分：碳酸氢铵25～35份、钙镁磷肥60～70份、硫酸钾1～10份；
或者，所述复合肥包括以下重量份的组分：硫酸铵25～35份、钙镁磷肥60～70份、硫酸钾1～10份。
优选的，所述复合肥的施用量为80～120kg/亩。
优选的，步骤(2)中所述放水泡田的淹水层厚度为0.5～1.5cm。
优选的，步骤(3)中所述淹水灌溉的淹水层厚度为3～8cm。
优选的，步骤(3)中所述浅水灌溉的淹水层厚度为0.5～1.5cm。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种同步实现Cd污染稻田安全利用和土壤质量提升的肥料施用与水分管理联合的方法，本发明通过肥料施用与水分管理两种常规农艺技术的联合应用，不仅有力保障糙米中Cd含量达到国家标准(低于0.2mg/kg)，实现Cd污染稻田安全利用的目的，而且还有效提升土壤环境、肥力和健康质量，确保Cd污染稻田利用的可持续性。所以，在Cd污染稻田实施本发明的技术，可以同步实现Cd污染稻田安全利用和土壤质量提升的双重目标。
附图说明
图1为各组处理对稻谷产量的影响；
图2为各组处理对糙米中Cd的含量的影响；
图3为各组处理对稻田土壤中氯化钙浸提态Cd的含量的影响；
图4为各组处理对稻田土壤pH值的影响；
图5为各组处理对稻田土壤阳离子交换量的影响；
图6为各组处理对稻田土壤有机质含量的影响；
图7为各组处理对稻田土壤水解性氮的含量的影响；
图8为各组处理对稻田土壤有效磷的含量的影响；
图9为各组处理对稻田土壤速效钾的含量的影响。
具体实施方式
本发明提供了一种提升稻田土壤质量和降低镉污染的肥料施用与水分管理联合方法，包括以下步骤：
(1)水稻抛秧前3～7d在稻田施用基肥，放水泡田；
(2)水稻抛秧前1～2d在稻田施用复合肥，放水泡田；
(3)水稻抛秧后淹水灌溉，抛秧后25～30d浅水灌溉，水稻收割前3～7d排水晒田。
在本发明中，首先，水稻抛秧前3～7d在稻田施用基肥，放水泡田；所述稻田的土壤pH优选为5.5＜pH≤6.5，所述稻田土壤中镉的浓度优选为0.4～0.8mg/kg。
在本发明中，所述基肥包括以下重量份的组分：硅酸钙40～45份、硫酸镁2～7份、氢氧化钙50～55份，优选为硅酸钙41～44份、硫酸镁3～6份、氢氧化钙51～54份，进一步优选为硅酸钙42～43份、硫酸镁4～5份、氢氧化钙52～53份。
在本发明中，所述基肥的施用量为40～60kg/亩，优选为45～55kg/亩，进一步优选为48～52kg/亩。
在本发明中，所述放水泡田的淹水层厚度为0.5～1.5cm，优选为0.7～1.3cm，进一步优选为0.9～1.1cm。
在本发明中，水稻抛秧前1～2d在稻田施用复合肥，放水泡田；所述复合肥包括以下重量份的组分：硫酸铵25～35份、过磷酸钙60～70份、硫酸钾1～10份，优选为硫酸铵27～33份、过磷酸钙62～68份、硫酸钾2～8份，进一步优选为硫酸铵29～31份、过磷酸钙64～66份、硫酸钾4～6份；
或者，所述复合肥包括以下重量份的组分：碳酸氢铵25～35份、钙镁磷肥60～70份、硫酸钾1～10份，优选为碳酸氢铵27～33份、钙镁磷肥62～68份、硫酸钾2～8份，进一步优选为碳酸氢铵29～31份、钙镁磷肥64～66份、硫酸钾4～6份；
或者，所述复合肥包括以下重量份的组分：硫酸铵25～35份、钙镁磷肥60～70份、硫酸钾1～10份，优选为硫酸铵27～33份、钙镁磷肥62～68份、硫酸钾2～8份，进一步优选为硫酸铵29～31份、钙镁磷肥64～66份、硫酸钾4～6份。
在本发明中，所述复合肥的施用量为80～120kg/亩，优选为85～115kg/亩，进一步优选为90～110kg/亩。
在本发明中，所述放水泡田的淹水层厚度为0.5～1.5cm，优选为0.7～1.3cm，进一步优选为0.9～1.1cm。
在本发明中，水稻抛秧后淹水灌溉，抛秧后25～30d浅水灌溉，水稻收割前3～7d排水晒田；所述淹水灌溉的淹水层厚度为3～8cm，优选为4～7cm，进一步优选为5～6cm。
在本发明中，所述浅水灌溉的淹水层厚度为0.5～1.5cm，优选为0.7～1.3cm，进一步优选为0.9～1.1cm。
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。
实施例1
本实施例提供了一种提升稻田土壤质量和降低镉污染的肥料施用与水分管理联合方法，包括以下步骤：
(1)选择土壤pH为5.5＜pH≤6.5，土壤中镉的浓度为0.4～0.8mg/kg的稻田作为试验田。在水稻抛秧前第5d在稻田人工撒施基肥，基肥配方如下(质量百分数)：硅酸钙43％、硫酸镁5％、氢氧化钙52％，施用量为50kg/亩，基肥施用后立即浅水泡田，淹水层厚度为1cm。
(2)水稻抛秧前1d在稻田人工撒施复合肥，复合肥配方如下(质量百分数)：硫酸铵30％、过磷酸钙66％和硫酸钾4％，施用量为100kg/亩，复合肥料施用后继续浅水泡田，淹水层厚度为1cm。
(3)水稻抛秧后实行淹水灌溉，淹水层厚度为6cm；抛秧后第25～30d内实行浅水灌溉，淹水层厚度为1cm；之后继续实行淹水灌溉，淹水层厚度为6cm；水稻收割前第5d实行排水晒田。
实施例2
本实施例提供了一种提升稻田土壤质量和降低镉污染的肥料施用与水分管理联合方法，包括以下步骤：
(1)选择土壤pH为5.5＜pH≤6.5，土壤中镉的浓度为0.4～0.8mg/kg的稻田作为试验田。在水稻抛秧前第4d在稻田人工撒施基肥，基肥配方如下(质量百分数)：硅酸钙40％、硫酸镁6％、氢氧化钙54％，施用量为45kg/亩，基肥施用后立即浅水泡田，淹水层厚度为0.8cm。
(2)水稻抛秧前1d在稻田人工撒施复合肥，复合肥配方如下(质量百分数)：碳酸氢铵30％、钙镁磷肥66％和硫酸钾4％，施用量为110kg/亩，复合肥料施用后继续浅水泡田，淹水层厚度为0.8cm。
(3)水稻抛秧后实行淹水灌溉，淹水层厚度为7cm；抛秧后第25～30d内实行浅水灌溉，淹水层厚度为0.8cm；之后继续实行淹水灌溉，淹水层厚度为7cm；水稻收割前第5d实行排水晒田。
实施例3
本实施例提供了一种提升稻田土壤质量和降低镉污染的肥料施用与水分管理联合方法，包括以下步骤：
(1)选择土壤pH为5.5＜pH≤6.5，土壤中镉的浓度为0.4～0.8mg/kg的稻田作为试验田。在水稻抛秧前第6d在稻田人工撒施基肥，基肥配方如下(质量百分数)：硅酸钙45％、硫酸镁3％、氢氧化钙52％，施用量为55kg/亩，基肥施用后立即浅水泡田，淹水层厚度为1.2cm。
(2)水稻抛秧前2d在稻田人工撒施复合肥，复合肥配方如下(质量百分数)：硫酸铵30％、钙镁磷肥66％和硫酸钾4％，施用量为90kg/亩，复合肥料施用后继续浅水泡田，淹水层厚度为1.2cm。
(3)水稻抛秧后实行淹水灌溉，淹水层厚度为5cm；抛秧后第25～30d内实行浅水灌溉，淹水层厚度为1.2cm；之后继续实行淹水灌溉，淹水层厚度为5cm；水稻收割前第5d实行排水晒田。
实验例
于2022年6月至2022年11月，在广东省镉(Cd)污染水稻田开展野外田间小区试验。试验田包括试验小区、隔离行、排水渠和保护行。每个试验小区实行单排单灌。每个试验小区的面积为30m2(长度为6m，宽度为5m)。各小区之间设置田基作为隔离行(宽度为30cm)，用黑色塑料薄膜铺盖至田面30cm以下。进、排水渠宽度为0.5m。保护行宽度为1m。水稻移栽时，确保株距为0.15m，行距为0.20m。在试验开始前采集试验区域的土壤样品，进行理化性质测定，测定结果为：pH6.5，有机质59.5g/kg，水解性氮180.4mg/kg，有效磷19.1mg/kg，速效钾79.0mg/kg，总Cd 0.8mg/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)，本试验区的土壤中Cd的含量是风险筛选值的2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微Cd污染。
每个小区设置一种处理，每种处理再设置3次重复。试验设置4种处理，分别为：
(i)CK：对照。按照当地农作习惯施用水稻复合肥(N-P2O5-K2O为22-8-10，总养分≥40.0％)，施用量为50kg/亩，施用时间为抛秧前的第1天，施用完毕后立即进行泡田，淹水层厚度为2-3cm。在水稻全生育期内，按照当地农作习惯进行水分管理，具体为：在抛秧后的第25-30天内排水晒田；在水稻成熟收割前的15天内实行排水晒田；在水稻其余生长时期内均实行淹水灌溉，淹水层厚度为2-3cm。
(ii)P1：按照实施例1的方法施用基肥、复合肥料和进行水分管理。
(iii)P2：按照实施例2的方法施用基肥、复合肥料和进行水分管理。
(iv)P3：按照实施例3的方法施用基肥、复合肥料和进行水分管理。
在水稻成熟收割前的第1天，在每个试验小区内，采用“对角线”法布点和采集稻田表层土壤(0-20cm)，自然风干、研磨、过尼龙筛后，依次按照电位法、高温外热重铬酸钾氧化-容量法、碱解扩散法、碳酸氢钠法、乙酸铵提取法、乙酸铵法和氯化钙浸提法测定土壤pH、有机质、水解性氮、有效磷、速效钾、阳离子交换量和氯化钙浸提态Cd的含量；同时，采集稻谷样品，分离出糙米，将其粉碎后消解，用ICP-MS(Agilent Technologies 7800)测定消解液中Cd的含量。在水稻成熟收割的当天，收割每个试验小区的稻谷，称其实际重量，换算出稻谷产量。采用SPSS17.0进行数据统计分析，采用OriginPro 2021作图。结果见图1～图9。
从图1可以看出，与对照相比，P1处理没有显著影响稻谷产量，而P2和P3处理分别使稻谷产量提高9％和12％。这说明，P1、P2和P3处理都不会造成稻谷减产。
从图2可以看出，与对照相比，P1、P2和P3处理分别使糙米中Cd的含量减少55％、62％和50％，并且这三种处理的糙米中Cd的含量均低于《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB2762-2022)中糙米Cd含量限量值0.2mg/kg。这说明，P1、P2和P3处理都能显著减少糙米中Cd的含量，并确保糙米中Cd的含量达到国家标准。
从图3可以看出，与对照相比，P1、P2和P3处理分别使土壤中氯化钙浸提态Cd的含量减少37％、21％和33％。这说明，P1、P2和P3处理都能显著降低土壤中Cd的生物有效性。
从图4可以看出，与对照相比，P1、P2和P3处理分别使土壤pH提高4％、2％和5％。这说明，P1、P2和P3处理都能显著改善稻田土壤酸化现象。
从图5可以看出，与对照相比，P1、P2和P3处理都能使土壤的阳离子交换量增大3％。这说明，P1、P2和P3处理都能显著提高土壤的保肥能力。
从图6可以看出，与对照相比，P1处理没有显著影响土壤有机质的含量，而P2和P3处理分别使土壤有机质含量提高7％和6％。这说明，P1、P2和P3处理都不会造成土壤有机质含量下降。
从图7可以看出，与对照相比，P1处理没有显著影响土壤水解性氮的含量，而P2和P3处理分别使土壤水解性氮含量增大3％和6％。这说明，P1、P2和P3处理都不会造成土壤水解性氮含量减小。
从图8可以看出，与对照相比，P3处理没有显著影响土壤有效磷的含量，而P1和P2处理分别使土壤有效磷含量增大50％和48％。这说明，P1、P2和P3处理都不会造成土壤有效磷含量减小。
从图9可以看出，与对照相比，P1、P2和P3处理分别使土壤速效钾的含量增大30％、33％和29％。这说明，P1、P2和P3处理都能显著增大土壤中速效钾的含量。
结论：利用本发明的方法，可以显著减少糙米中Cd含量，并且使糙米中Cd含量达到国家标准，实现Cd污染稻田安全利用。其次，按照土壤环境(采用氯化钙浸提态Cd衡量)、肥力(采用土壤pH、阳离子交换量、有机质、水解性氮、有效磷和速效钾衡量)及健康(采用稻谷产量和糙米中Cd含量衡量)质量三方面评价土壤质量的变化，可以看出，本发明的方法可以显著降低土壤中Cd的生物有效性，提升土壤环境质量；可以显著改善稻田土壤酸化现象，提高土壤的保肥能力，增大土壤有机质、水解性氮、有效磷和速效钾的含量，提升土壤肥力质量；可以提高稻谷产量、减少糙米中Cd含量并达到国家标准，提升土壤健康质量。
由以上实施例可知，本发明提供了一种提升稻田土壤质量和降低镉污染的肥料施用与水分管理联合方法，采用本发明方法能够保障糙米中Cd含量达到国家标准(低于0.2mg/kg)，而且还有效提升土壤环境、肥力和健康质量，确保Cd污染稻田利用的安全性和可持续性。
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)

1.一种提升稻田土壤质量和降低镉污染的肥料施用与水分管理联合方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)水稻抛秧前3～7d在稻田施用基肥，放水泡田；
(2)水稻抛秧前1～2d在稻田施用复合肥，放水泡田；
(3)水稻抛秧后淹水灌溉，抛秧后25～30d浅水灌溉，水稻收割前3～7d排水晒田。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述稻田的土壤pH为5.5＜pH≤6.5，所述稻田土壤中镉的浓度为0.4～0.8mg/kg。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述基肥包括以下重量份的组分：硅酸钙40～45份、硫酸镁2～7份、氢氧化钙50～55份。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基肥的施用量为40～60kg/亩。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述放水泡田的淹水层厚度为0.5～1.5cm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述复合肥包括以下重量份的组分：硫酸铵25～35份、过磷酸钙60～70份、硫酸钾1～10份；
或者，所述复合肥包括以下重量份的组分：碳酸氢铵25～35份、钙镁磷肥60～70份、硫酸钾1～10份；
或者，所述复合肥包括以下重量份的组分：硫酸铵25～35份、钙镁磷肥60～70份、硫酸钾1～10份。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述复合肥的施用量为80～120kg/亩。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述放水泡田的淹水层厚度为0.5～1.5cm。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述淹水灌溉的淹水层厚度为3～8cm。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述浅水灌溉的淹水层厚度为0.5～1.5cm。
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Non-Patent Citations (1)

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