一種降低水稻糙米鎘含量的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種降低水稻糙米鎘含量的方法，包括以下步驟：（1）在水稻秧苗移栽前7~14天，將重量比為4~12:1的生物質(zhì)炭和鈣鎂磷肥混勻后按600~1000 kg/hm2的總用量均勻撒施在土壤表層，翻耕，3天后再施基肥，并淹水至水稻秧苗移栽；（2）移栽水稻秧苗，當水稻秧苗生長至孕穗期和灌漿期時，分別施用一次石灰水，兩次施用的時間間隔為15~20天；每次施用的石灰水中含石灰的量為150~325 kg/hm2；所述石灰水的質(zhì)量濃度為8~15%。該方法可以有效地降低水稻糙米中Cd含量的方法，同時可以為水稻提供各種營養(yǎng)元素，還可以使得水稻的增產(chǎn)。
【專利說明】
一種降低水稻糙米鎘含量的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種降低水稻糙米鎘含量的方法，屬于農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染防治技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] Cd是人體和植物的非必需元素，也是毒性最強的重金屬元素之一，同時Cd也被公 認為稻田主要的重金屬污染元素。隨著工業(yè)發(fā)展和城市化進程的日益加快，工業(yè)"三廢"和 城市生活污水垃圾的隨意排放，以及含有重金屬Cd的農(nóng)藥、化肥的不合理使用，使得環(huán)境中 Cd的釋放不斷加劇，土壤中Cd的積累不斷增加，將造成土壤生產(chǎn)力下降、農(nóng)產(chǎn)品污染和生態(tài) 環(huán)境破壞等生態(tài)環(huán)境問題。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國耕地總面積的1/5左右受到了重金屬污染， 其面積約為2000萬hm 2;2014年4月環(huán)境保護部公布的第二次全國土地調(diào)查結(jié)果表明，我國 受污染的農(nóng)業(yè)用地占19.4%，其中輕微污染、輕度污染、中度污染、嚴重污染所占比例分別 為13.7%、2.8%、1.8%、1.1%;同時，重金屬0(1、？13、附^8農(nóng)田污染最為嚴重。
[0003] 水稻作為我國第一大糧食作物，稻米是我國約65%以上的人口的主食。近幾年我 國關(guān)于鎘大米的報道越來越多，如廣東、廣西、湖南等多地被報道出現(xiàn)大米鎘超標事件;水 稻作為對Cd吸收較強的大宗谷類作物，更易受Cd污染。一旦農(nóng)田土壤受到Cd的污染，Cd容易 被水稻根系吸收而進入植物體內(nèi)，這不僅會影響水稻的生長發(fā)育，Cd還能通過食物鏈富集 在糙米中，對人體健康造成嚴重的危害。大量研究表明，Cd易于在水稻籽粒中累積，尤其在 土壤低Cd污染情況下，水稻籽粒中的Cd也容易超過國家食品中污染物限量標準(GB 2762-2012，Cd彡 0.2mg · kg-〇。
[0004] 稻米中的Cd含量不但會受到土壤污染狀況及水稻品種的影響，還會受到栽培技術(shù) 的影響。在水稻生長過程中，施肥、水分管理等農(nóng)藝措施會改變土壤的理化狀況和水稻的生 長狀況，因而會改變土壤中Cd的存在形態(tài)和對植物的有效性，影響水稻對Cd的吸收及分配。 有研究表明，生物質(zhì)炭一方面能有效地改善土壤狀況，另一方面還會減少水稻對Cd的吸收； 鈣鎂磷肥中的硅酸根、磷酸根等能和重金屬Cd發(fā)生沉淀反應，進而降低土壤自由態(tài)Cd的含 量，達到降低土壤中Cd有效性的效果。石灰的撒施能通過提高土壤pH值，降低土壤Cd的生物 有效性，從而降低糙米中Cd的含量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是，提供一種在中輕度鎘污染稻田中，資源化利用稻草秸 桿還田，降低水稻糙米鎘含量的方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是，提供一種降低水稻糙米鎘含量的方法，包括以下步驟：
[0007] (1)在水稻秧苗移栽前7~14天，將重量比為4~12:1的生物質(zhì)炭和鈣鎂磷肥混勻 后按600~1000kg/hm 2的總用量均勻撒施在土壤表層，翻耕，3天后再施基肥，并淹水至水稻 秩苗移栽；
[0008] 所述生物質(zhì)炭是將水稻秸桿置于炭化爐中在缺氧條件下經(jīng)300~500°C炭化后得 到的固體產(chǎn)物，再經(jīng)粉碎、過1mm的篩網(wǎng)得到的篩下料；
[0009] (2)移栽水稻秧苗，當水稻秧苗生長至孕穗期和灌漿期時，分別施用一次石灰水， 兩次施用的時間間隔為15~20天;每次施用的石灰水中含石灰的量為150~325kg/hm 2;所 述石灰水的質(zhì)量濃度為8~15%。
[0010] 進一步地，所述鈣鎂磷肥的主要成分為12%~14%的P205、25%~30%的Ca0、30% ~40% 的 Si〇2、4% ~6% 的 MgO。
[0011 ] 進一步地，所述土壤中鎘含量為〇 · 3~1 · 5mg/kg。
[0012] 進一步地，所述水稻秸桿的用量為5000~6000kg/hm2。
[0013]進一步地，施基肥后、水稻秧苗移栽前采用淹水0.5~lcm的淺水灌溉。
[0014] 進一步地，在噴施石灰水前先將稻田灌水至水深2~3cm，再將石灰水均勻噴施到 稻田中。
[0015] 進一步地，水稻生長至分蘗期之前采用濕潤灌溉，分蘗期采用淹水0.5~lcm的淺 水灌溉，孕穗期至成熟期采用淹水2~4cm的深水灌溉，完熟期保持土壤濕潤。
[0016] 進一步地，炭化后粉末用0. lmol/L HC1溶液清洗，再用水清洗至pH呈中性，干燥。 可以除去堿性的灰分，提高生物質(zhì)炭的吸附性能。
[0017] 本發(fā)明通過施加稻草秸桿生物質(zhì)炭+鈣鎂磷肥，孕穗期和灌漿期土壤各噴施一次 石灰水，并配合淹水管理措施，對資源化利用稻草秸桿，降低糙米中重金屬Cd含量具有很好 的防治效果。與單獨施加生物質(zhì)炭或鈣鎂磷肥相比，降鎘效果明顯增強，體現(xiàn)出了生物質(zhì)炭 +鈣鎂磷肥在降鎘方面的協(xié)同作用。進一步地結(jié)合石灰水的灌溉，意外地發(fā)現(xiàn)降鎘程度也非 常明顯。
[0018] 本發(fā)明生物質(zhì)炭具有較高的pH和較大的表面積，施入土壤后對Cd有較強的吸附能 力和較高的吸附容量，其表面的含氧官能團還可與Cd 2+形成絡合物，從而降低土壤中Cd的生 物有效性。
[0019] 鈣鎂磷肥是一種含有磷酸根的硅鋁酸鹽玻璃體，也是一種多元素肥料，水溶液呈 堿性。鈣鎂磷肥中的硅酸根、磷酸根等能和重金屬Cd發(fā)生沉淀反應，進而降低土壤自由態(tài)Cd 的含量，達到降低土壤中Cd有效性的效果。
[0020] 石灰呈強堿性，灌漿期前后是水稻糙米吸收累積Cd的關(guān)鍵時期，石灰水的施加能 通過提高土壤pH值，降低土壤Cd的生物有效性，從而達到抑制稻米對Cd的吸收累積的作用。
[0021] 本發(fā)明除了降低重金屬Cd的生物有效性外，生物質(zhì)炭和鈣鎂磷肥的施加還可以提 高稻田土壤肥效，為水稻提高養(yǎng)分成分。另外，對同塊農(nóng)田上季稻草進行炭化，這是對稻草 的資源化和減量化利用的一種方式。
[0022]本發(fā)明水稻在長期淹水的還原條件下生長，土壤中Fe2+等金屬離子和Cd2+的競爭 吸附作用以及S2-和Cd2+的共沉淀作用均得到增強，通過水分調(diào)控管理能改變農(nóng)田土壤氧化 還原電位，降低土壤Cd活性，最終達到降低水稻中Cd含量的目的。
[0023] 本發(fā)明還意外的發(fā)現(xiàn)使用，使用上述方法降鎘的同時，稻米的產(chǎn)量非但沒有降低， 反而產(chǎn)量有10%左右的增加。
[0024] 本發(fā)明的有益效果是，該方法可以有效地降低水稻糙米中Cd含量的方法，同時可 以為水稻提供各種營養(yǎng)元素，還可以使得水稻的增產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此。
[0026] 下述實施例以湖南省低鎘累積水稻品種湘晚秈12號為試驗品種，在湖南長沙市某 縣Cd污染二級以上水平土壤中種植，試驗土壤的基本理化性質(zhì)見表1，表1中0M表示土壤中 有機質(zhì)含量，CEC表示土壤中陽離子交換量。
[0027]表1試驗田Cd污染土壤的基本性質(zhì)
[0028]
[0029]實施例實驗設計：
[0030]同塊稻田土壤上，設置5個處理，每個處理設置3個重復，每個實驗樣方面積為25m2 (5mX5m)，總計15塊小區(qū)，所有樣方隨機區(qū)組排列。
[0031]本實施例各處理具體操作管理包括以下步驟，同塊稻田土壤上季水稻收獲時，將 全量稻草秸桿統(tǒng)一回收，用粉碎機或球磨機粉碎，過1_的篩網(wǎng)獲得的即為本發(fā)明所施用的 生物質(zhì)炭。生物質(zhì)炭、鈣鎂磷肥均在水稻種植前7天，均勻撒施在土壤表層，翻耕將其與表層 20cm 土壤充分混勻，3天后再施基肥，并淹水至水稻秧苗移栽，生物質(zhì)炭的施加量為720kg/ hm2,鈣鎂磷肥的施加量為150kg/hm2。石灰水在水稻孕穗期(從種子萌發(fā)開始計算，約80d)和 灌漿期（約l〇〇d)各噴施一次，每次噴施用量為300kg/hm 2，石灰水噴施方式為在噴施石灰水 前先將稻田灌薄水層(約3cm)，將溶解混勻后的石灰水均勻噴施到稻田中，讓水層自然落干 后在灌水。實驗各處理如表2。
[0032] 表2試驗田水稻各處理方式
[0033]
[0034] 其中，CK處理水稻種植與農(nóng)民正常耕作生產(chǎn)保持一致，A、B、C、D處理水分管理方式 均按照本發(fā)明的步驟進行管理，即水稻生長至分蘗期之前采用濕潤灌溉，分蘗期采用淹水 0.5~1.5cm的淺水灌溉，孕穗期至成熟期采用淹水2~4cm深水灌溉，完熟期保持土壤濕潤。 [0035]以上各處理田的化肥、農(nóng)藥施用均保持一致。水稻成熟期時，測定各處理水稻的基 本農(nóng)藝性狀，水稻糙米Cd含量采用硝酸-高氯酸混合消解后用ICP-AES進行測定。結(jié)果如表3 所示，表3中同列數(shù)據(jù)后字母不同（即a、b、ab之間）表示差異具有統(tǒng)計學意義(P〈0.05)，即字 母不同說明了處理間存在顯著差異性。
[0036] 表3各處理試驗田水稻農(nóng)藝性狀及糙米Cd含量
[0037]
[0038] 由表3可知，從農(nóng)業(yè)性狀分析，與對照CK相比，A、B、D處理均能顯著增加水稻每株平 均干重，但對水稻株高和千粒重并未產(chǎn)生顯著影響；C處理水稻的平均株高、每株平均干重 以及千粒重與對照A處理相比均物無顯著差異。從水稻產(chǎn)量分析，與對照CK相比，B、D處理均 能增加稻米產(chǎn)量，分別達9.08%、8.46%。
[0039]從水稻糙米中Cd含量分析，A、B、C、D處理均能降低水稻糙米中Cd含量，其降Cd率分 別為27.7%、39.3%、20.8%、50.9%。由此可知，水稻種植前生物質(zhì)炭和鈣鎂磷肥混合施用 對降低糙米中Cd含量的效果顯著高于單獨施加生物質(zhì)炭;石灰水的噴施對降低糙米中Cel·# 量有較好的效果。然而，所有處理中，以使用本發(fā)明方法(施加生物質(zhì)炭和鈣鎂磷肥+噴施石 灰水）的水稻糙米鎘含量最低，達到國家食品中污染物限量標準(GB 2762-2012)?？梢姡?發(fā)明的降Cd方法在資源化利用秸桿的同時，對降低水稻糙米中Cd含量有明顯的效果，具有 良好的推廣應用前景，能為水稻秸桿還田下安全生產(chǎn)提供有效的科學理論和技術(shù)支持。
【主權(quán)項】
1. 一種降低水稻糙米鎘含量的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 在水稻秧苗移栽前7~14天，將重量比為4~12:1的生物質(zhì)炭和鈣鎂磷肥混勻后按600 ~1000 kg/hm2的總用量均勻撒施在土壤表層，翻耕，3天后再施基肥，并淹水至水稻秧苗移 栽； 所述生物質(zhì)炭是將水稻秸桿置于炭化爐中在缺氧條件下經(jīng)300~500°C炭化后得到的固 體產(chǎn)物，再經(jīng)粉碎、過1 _的篩網(wǎng)得到的篩下料； (2) 移栽水稻秧苗，當水稻秧苗生長至孕穗期和灌漿期時，分別施用一次石灰水，兩次 施用的時間間隔為15~20天;每次施用的石灰水中含石灰的量為150~325 kg/hm2;所述石灰 水的質(zhì)量濃度為8~15%。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鈣鎂磷肥的主要成分為12%~14%的P2〇5、 25%~30%的 CaO、30%~40%的 S i〇2、4%~6% 的MgO。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述土壤中鎘含量為0.3~1.5 mg/kg。4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述水稻秸桿的用量為5000~6000 kg/hm2。5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，施基肥后、水稻秧苗移栽前采用淹水0.5~lcm 的淺水灌溉。6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在噴施石灰水前先將稻田灌水至水深2~3cm， 再將石灰水均勻噴施到稻田中。7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，水稻生長至分蘗期之前采用濕潤灌溉，分蘗 期采用淹水0.5~lcm的淺水灌溉，孕穗期至成熟期采用淹水2~4cm的深水灌溉，完熟期保持 土壤濕潤。8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，炭化后粉末用O.lmol/L HC1溶液清洗，再用 水清洗至pH呈中性，干燥。
【文檔編號】A01G16/00GK106069427SQ201610404487
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】賀前鋒, 朱維, 劉代歡, 李學釗, 卜雪婷, 熊殷俊
【申請人】湖南永清環(huán)保研究院有限責任公司