專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用改良劑和農(nóng)藝綜合控制稻米鎘污染的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)稻米鎘污染的控制方法，特別是一種利用改良劑和農(nóng)藝綜合控制稻米鎘污染的方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)化和城市化的不斷推進(jìn)，我國(guó)土壤重金屬污染問(wèn)題越來(lái)越受到人們的高度重視。國(guó)家環(huán)保部截至2000年的調(diào)研數(shù)據(jù)表明，我國(guó)存在耕地人均占有量少，總量逐年減少，用途不穩(wěn)，質(zhì)量不斷下降，局部地區(qū)土壤重金屬污染嚴(yán)重等特點(diǎn)；同時(shí)據(jù)陳滿懷1996年出版的《土壤-植物系統(tǒng)中的重金屬污染》記載，我國(guó)受Cd、As、Pb等重金屬污染的耕地面積近2.0 X 107hm2,約占總耕地面積的20% ;其中工業(yè)“三廢”污染耕地1.0 X 107hm2,污水灌溉的農(nóng)田面積3.3X 106hm2。我國(guó)每年因農(nóng)田重金屬污染致使糧食減產(chǎn)超過(guò)1.0X IO7噸，由此造成的經(jīng)濟(jì)損失合計(jì)至少為200億元，由此可見(jiàn)，當(dāng)前我國(guó)土壤重金屬污染形勢(shì)嚴(yán)峻。具體來(lái)說(shuō)，北方地區(qū)如沈陽(yáng)市張士灌區(qū)重金屬Cd污染農(nóng)田面積約為2533hm2 (土壤Cd含量彡1.0mg/kg)，其中嚴(yán)重污染面積(可能產(chǎn)生稻米Cd含量彡1.0mg/kg的農(nóng)田)占13%[5];常年引用污水灌溉以彌補(bǔ)農(nóng)業(yè)用水不足致使干旱少雨的天津約23萬(wàn)hm2農(nóng)田受到不同程度的重金屬污染，在污灌區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采樣試驗(yàn)，結(jié)果表明小麥籽實(shí)中Cd含量超過(guò)國(guó)家食品安全標(biāo)準(zhǔn)，已受到Cd的污染。南方農(nóng)田土壤也受到了不同程度污染，在185件福建沿海農(nóng)田土壤樣品中，污染較突出的是Hg和Cd，有46%的樣品中Hg高于土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，有13%的樣品中Cd高于土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。近年來(lái),隨著土壤Cd超標(biāo)問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，各地稻米Cd含量超過(guò)國(guó)家大米食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)道也相繼浮出水面。世界各國(guó)均十分重視土壤重金屬污染的物理/化學(xué)等的修復(fù)方法研究，先后探索出了深耕法、排土法、客土法、熱解吸法、熱處理法、電化學(xué)法和化學(xué)沖洗法、化學(xué)原位鈍化法等。鑒于上述方法 都有一定的局限性，沒(méi)能成為理想的修復(fù)措施，也未大面積推廣應(yīng)用。如排土法和客土法，因每畝土壤高達(dá)15萬(wàn)kg，運(yùn)輸量巨大，成本太高，且處置不當(dāng)會(huì)引發(fā)二次污染，從經(jīng)濟(jì)和方法角度來(lái)考慮，不可能成為主流修復(fù)技術(shù)?，F(xiàn)在最常用的物理/化學(xué)修復(fù)方法是土壤重金屬的原位鈍化法，并初步形成了粘土礦物、磷肥類(lèi)物質(zhì)、鐵錳氧化物、硅素類(lèi)物質(zhì)、微量元素肥料、鐵錳氧化物等堿性類(lèi)物質(zhì)、有機(jī)物料和復(fù)合鈍化劑等八大類(lèi)別的土壤重金屬鈍化劑。其原理是通過(guò)改變重金屬在土壤中的存在狀態(tài)，使其由活性態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定態(tài)，從而降低其毒害作用。稻田施用石灰是長(zhǎng)江以南廣泛采用的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)，以湖南省為例，1978年以前，全省常年施用石灰的稻田約在200萬(wàn)公頃以上，每年消耗農(nóng)用石灰250 300萬(wàn)噸。一般認(rèn)為石灰性改良劑(生石灰、堿煤渣、高爐渣等)對(duì)土壤Cd的改良效果與其提高土壤pH值的能力呈顯著正相關(guān)性。大量研究也已證實(shí)，施加石灰能提高土壤PH，降低土壤提取態(tài)Cd含量，達(dá)到鈍化土壤中Cd的效果。這主要有兩個(gè)方面原因:一是施用石灰使得土壤膠體表面負(fù)電荷增加，對(duì)重金屬離子的吸附能力增強(qiáng)；另一方面土壤PH提高可使土壤中的Fe、Mn等離子形成羥基化合物，提供更多的重金屬吸附位點(diǎn)，因此堿性石灰不僅是一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)普遍應(yīng)用的鈣肥和殺蟲(chóng)劑，而且是一種能夠快速調(diào)節(jié)土壤pH，降低重金屬植物有效性的土壤改良劑。尤其在酸性水稻土上施用適量石灰不僅可以改善有益微生物的活動(dòng)條件，提高保肥能力，而且還能增強(qiáng)作物抵御病蟲(chóng)害能力，進(jìn)而成為一種增產(chǎn)措施。丁凌云等探討了石灰、過(guò)磷酸鈣和有機(jī)物等改良劑對(duì)水稻產(chǎn)量和重金屬吸收的影響，結(jié)果表明，石灰+過(guò)磷酸鈣(0.4kg/m2)，對(duì)于降低水稻體內(nèi)的重金屬含量效果最好，與對(duì)照相比，米中Pb、Cd和Zn分別下降了 61.8%,45.1% 和 14.1%。一般認(rèn)為水分管理措施能夠調(diào)節(jié)土壤環(huán)境的氧化還原電位(Eh)是水稻緩解土壤Cd脅迫的重要原因之一，硫和鐵是影響土壤氧化還原的重要元素，水稻根表鐵膜主要由鐵氧化物膠膜形成，該膠膜是一種兩性膠體，能夠通過(guò)吸附和共沉淀等作用影響多種元素在土壤中的化學(xué)行為和生物有效性，從而減少根系對(duì)毒害離子的吸收，維持正常生長(zhǎng)。淹水后土壤處于還原狀態(tài)，土壤中的S042_被還原成S2_，32_與0(1生成CdS沉淀，降低了 Cd的有效性。排水后土壤處于氧化狀態(tài)，S被氧化成SO廣，土壤pH降低而Cd的有效性增加，從而促進(jìn)植物吸收。甲卡拉鐵等人采用淹水培養(yǎng)方式，經(jīng)過(guò)60天的淹水試驗(yàn)表明，土壤淹水初期PH顯著上升，隨后逐漸回落，并趨向中性。土壤有效Cd的變化趨勢(shì)則與pH變化趨勢(shì)相反，兩者間存在顯著的線性負(fù)相關(guān)。另一個(gè)試驗(yàn)，胡坤等采用盆栽試在3種水分管理方式(曬田、濕潤(rùn)灌溉和淹水處理)下種植水稻，研究表明曬田水稻產(chǎn)量最高，其次為淹水，最低為濕潤(rùn)灌溉。淹水處理比濕潤(rùn)灌溉顯著降低了水稻籽粒中的Cd含量，并且還明顯抑制了 Cd從秸桿向籽粒的轉(zhuǎn)移，相反，濕潤(rùn)灌溉處理促進(jìn)了 Cd從秸桿向籽粒的轉(zhuǎn)移。因此，在Cd污染土壤上，水稻栽培應(yīng)盡量采用全生育期淹水的水分管理措施，污染程度較輕的稻田亦可考慮在灌漿期進(jìn)行曬田，但不宜水稻旱作。中國(guó)是世界上最大的稻谷生產(chǎn)國(guó)，年均生產(chǎn)稻谷1.87億噸，約占世界稻谷產(chǎn)量的35%。近年來(lái)我國(guó)稻田土壤和稻米中重金屬污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，其中稻米的鎘(Cd)污染問(wèn)題尤為突出。湖南省是我國(guó)的“魚(yú)米之鄉(xiāng)”，也是“有色金屬之鄉(xiāng)”，由于礦山開(kāi)采和金屬冶煉等活動(dòng)造成了湖南省湘江流域稻米中重金屬含量超標(biāo)問(wèn)題越來(lái)越突出。因此，如何降低稻米中Cd的含量，實(shí)現(xiàn)湖南省水稻安全生產(chǎn)倍受人們的關(guān)注。當(dāng)前有許多關(guān)于添加改良劑來(lái)降低稻米Cd含量的研究，結(jié)果表明，石灰是一種常用的土壤改良劑，施加石灰能夠有效的降低水稻中鎘的含量。另外，田間水分管理措施對(duì)土壤中鎘的有效性也有明顯的影響，如甲卡拉鐵等人的研究表明淹水使土壤有效Cd下降58.2% 84.1%。胡坤等人研究了 Cd污染土壤上不同水分管理方式對(duì)水稻生長(zhǎng)和Cd吸收的影響，結(jié)果表明淹水處理顯著降低了水稻籽粒中的Cd濃度與總量。但這些研究多以水稻全生育期持續(xù)淹水的盆栽試驗(yàn)居多，并且以研究成熟期水稻的Cd污染狀況為主，而利用大田試驗(yàn)來(lái)研究水稻全生育期的Cd遷移積累情況卻報(bào)道較少，尤其將改良劑施加和淹水技術(shù)相結(jié)合的綜合措施更是鮮有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種能降低水稻植株對(duì)鎘的生物有效性，最終使得稻米鎘含量達(dá)到國(guó)家糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的利用改良劑和農(nóng)藝綜合控制稻米鎘污染的方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種利用改良劑和農(nóng)藝綜合控制稻米鎘污染的方法， 其是在水稻孕穗末期對(duì)稻田灌水并保持田面有2 3cm的水層，然后將60kg/畝當(dāng)量的生石灰均勻撒施入水中，田間一直保持淹水狀態(tài)，直到收割前5天自然蒸騰與蒸發(fā)落干或排干。所述的生石灰，是由碳酸鈣經(jīng)酸解、加入碳酸氫鈉反應(yīng)和煅燒等工序生產(chǎn)出的一種強(qiáng)堿性物質(zhì)，主要成分為氧化鈣，化學(xué)式為CaO，它在本發(fā)明中的主要功能是在較短的時(shí)間內(nèi)能較快地提高土壤PH值，鞏固和增強(qiáng)鈍化土壤重金屬的效果，進(jìn)而減少重金屬的植物有效性。同時(shí)，生石灰是一種常用的鈣肥，適當(dāng)?shù)氖┯每梢蕴岣咚井a(chǎn)量。所述水，即所述灌溉水源來(lái)自稻田附近水塘。稻田灌溉水的pH=5.1 6.3，溶解態(tài)Cd含量為0.89 3.46 μ g.L'它在本發(fā)明中的主要功能是在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)盡可能的保持土壤呈厭氧狀態(tài)，改變土壤的Eh值，鞏固和增強(qiáng)鈍化土壤重金屬的效果，同時(shí)進(jìn)一步減少重金屬的植物有效性。本發(fā)明一方面將土壤改良劑施加技術(shù)和稻田水分管理技術(shù)相結(jié)合，起到雙重技術(shù)聯(lián)合控鎘的良好效果；另一方面將石灰改良劑的追施時(shí)間和淹水控制的起始時(shí)間都設(shè)計(jì)在水稻孕穗末期，從而將雙重阻控技術(shù)重點(diǎn)落實(shí)在稻谷發(fā)育的初期，使得土壤中Cd元素更易富集在水稻的根、莖、葉等不可食用部分，從而明顯降低了籽實(shí)部分(穗部)的Cd累積量，有效阻控Cd向稻米中遷移，降低稻米中Cd的含量。為驗(yàn)證本發(fā)明的可行性，在湖南株洲Cd=3.913±0.372mg.kg—1的稻田土壤上進(jìn)行連續(xù)2年的大田試驗(yàn)，研究結(jié)果表明:按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)耕習(xí)慣種植3個(gè)水稻品種(中優(yōu)978、湘早秈45、豐源優(yōu)299)的糙米中Cd的含量分別為0.295,0.542、1.584mg.kg'均超過(guò)國(guó)家糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB2715-2005)，以中優(yōu)978的晚稻糙米Cd含量最低(0.295mg.kg4)。


圖1為水稻各生育期根部中Cd的含量(mg *kg_1)圖，圖中所示為2個(gè)處理的平均值及標(biāo)準(zhǔn)差，不同小寫(xiě)英文字母表示P〈0.05水平上的差異顯著。圖2為水稻各生育期 莖部中Cd的含量(mg.kg—1)圖。圖3為水稻各生育期葉部中Cd的含量(mg.kg—1)圖。圖4為水稻各生育期穗部中Cd的含量(mg.kg—1)圖。圖5為水稻糙米和谷殼中Cd的含量(mg.kg—1)圖。
具體實(shí)施例方式2011 - 2012年期間，在湖南株洲馬家河重金屬污染區(qū)(土壤屬單一鎘污染類(lèi)型)進(jìn)行了田間中試試驗(yàn)，并于2012年開(kāi)展了適度規(guī)模(Ihm2/區(qū))的示范推廣。馬家河重金屬污染區(qū)屬?lài)?guó)家環(huán)保部和湖南省政府掛牌督辦的“土壤重金屬污染緊急治理綜合示范區(qū)”，亦是湖南省農(nóng)業(yè)廳與本發(fā)明申請(qǐng)人一湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院等單位聯(lián)合建立的“稻米鎘污染控制技術(shù)示范區(qū)”。完整技術(shù)方案如下:A、供試水稻:中優(yōu)978 (雜交晚稻)，全生育期112天左右，從株洲中路村農(nóng)技站購(gòu)買(mǎi)。B、供試土壤:湖南株洲市天元區(qū)馬家河鎮(zhèn)中路村Cd污染稻田(N27° 50' 1.3"，E113° 02' 8.4" )，土壤類(lèi)型為第四紀(jì)紅壤。在進(jìn)行大田試驗(yàn)前和水稻收獲后，在實(shí)驗(yàn)區(qū)按照十字交叉法布設(shè)5個(gè)采樣點(diǎn)(包括單元中心、進(jìn)水口、出水口位置)，用土壤取樣器采集0-20cm耕作層土壤Ikg左右，裝入樣品袋，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。樣品經(jīng)自然風(fēng)干，除去石礫、植物根系等異物，混合均勻后用四分法保留至500g，用木錘將樣品錘碎、研磨，過(guò)100目尼龍篩，保存于密封塑料袋中待分析。從下表I可知，實(shí)驗(yàn)區(qū)中的對(duì)照區(qū)(CK)和處理區(qū)(Lime+W)的土壤pH值都〈5.0，屬于酸性紅壤，CK區(qū)和Lime+W區(qū)的土壤的其它基本理化性質(zhì)一致。土壤中Pb、Cu和Zn的含量沒(méi)有超過(guò)國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但土壤中Cd的含量分別超過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)的13.67和
14.3 倍。表1:對(duì)照區(qū)(CK)和處理區(qū)(Lime+W)的土壤參數(shù)表
權(quán)利要求
1.一種利用改良劑和農(nóng)藝綜合控制稻米鎘污染的方法，其特征在于是在水稻孕穗末期對(duì)稻田灌水并保持田面有2 3cm的水層，然后將60kg/畝當(dāng)量的生石灰均勻撒施入水中，田間一直保持淹水狀態(tài)，直到收割前5天自然蒸騰與蒸發(fā)落干或排干。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用改良劑和農(nóng)藝綜合控制稻米鎘污染的方法，其特征在于，所述水的pH=5. 1 6. 3，溶解態(tài)Cd含量為O. 89 3. 46 μ g · L'
全文摘要
一種利用改良劑和農(nóng)藝綜合控制稻米鎘污染的方法，其是在水稻孕穗末期對(duì)稻田灌水并保持田面有2～3cm的水層，然后將60kg/畝當(dāng)量的生石灰均勻撒施入水中，田間一直保持淹水狀態(tài)，直到收割前5天自然蒸騰與蒸發(fā)落干或排干。本發(fā)明使得土壤中Cd元素更易富集在水稻的根、莖、葉等不可食用部分，從而明顯降低了籽實(shí)部分的Cd累積量，實(shí)現(xiàn)了有效阻控Cd向稻米中遷移，降低稻米中Cd的含量。
文檔編號(hào)A01B79/00GK103250485SQ20131022086
公開(kāi)日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年6月5日
發(fā)明者鐵柏清, 陳喆, 雷鳴, 劉孝利, 魏祥東, 周細(xì)紅, 許珂, 袁嘯 申請(qǐng)人:湖南農(nóng)業(yè)大學(xué), 鐵柏清