CN107459423A

CN107459423A - 一种抑镉植物营养剂及其制备方法和施用方法

Info

Publication number: CN107459423A
Application number: CN201710662258.1A
Authority: CN
Inventors: 李荣喜; 雷敏; 罗杰; 张志元; 罗春林; 杨珊; 宋勇; 唐建洲
Original assignee: Changsha University
Current assignee: Changsha University
Priority date: 2017-08-04
Filing date: 2017-08-04
Publication date: 2017-12-12

Abstract

一种抑镉植物营养剂及其制备方法和施用方法，所述营养剂包括：氮肥、过磷酸钙、钾肥、植物营养剂、改性秸秆、膨润土和铁碳。所述制备方法即将各原料混合均匀，风干或烘干，磨碎，即成。所述施用方法是翻耕时，以200～340kg/亩施用，再翻耕；淹水后抛秧前，施用后保证其水中质量浓度为0.5～1.0%；孕穗末期和齐穗期，将营养剂水溶液进行叶面喷施，营养剂的用量为40～70kg/亩。本发明营养剂使秸秆根部、稻穗、稻米中的镉含量分别低至0.40mg/kg、0.35mg/kg、0.15mg/kg，降镉率分别高达64.3%、58.3%和77.3%；本发明制备方法简单，成本低；本发明施用方法抑镉效率高，效果好。

Description

一种抑镉植物营养剂及其制备方法和施用方法

技术领域

本发明涉及一种植物营养剂及其制备方法和施用方法，具体涉及一种抑镉植物营养剂及其制备方法和施用方法。

背景技术

环保部和国土资源部2014年4月发布的全国土壤污染状况调查公报显示，随着农田土壤、大气、灌溉水、工业废弃物等多方面的重金属污染，全国近五分之一的耕地遭到污染。据不完全统计，目前全国受污染的耕地已达1000万 hm²，约占耕地总面积 20%以上，每年因为土壤污染造成的经济损失达200亿元，其中每年因重金属污染的粮食达1200万t。特别是湖南、广东、湖北、浙江、贵州、四川等多地都发生了大米被污染的事件，并被报道出来，镉米俨然已成为危害人体健康的重要因素。作为重金属污染耕地修复治理的试点省份，湖南成为中国整治“毒地”的突破口。

镉是毒性最大的重金属之一，长期大量摄入，会引起肾、肝、神经等方面的疾病。曾经轰动一时的日本骨痛病便是由镉污染水体和农田土壤，经食物链进入人体引起的。刘志彦等在广东大宝山矿区周围重金属污染土壤中进行的大田试验结果发现，水稻 Cd、Pb、Cu、As 的超标率分别达到 100%、71.43%、4.76%、14.29%。由此可知，造成镉米产生的重要原因在于受重金属污染的土壤，因重金属的危害性大、难修复，易迁移的特性，土壤的危害会长期存在，目前关于土壤修复的方法主要有物理、化学方法及生物措施，但这些方法在有效性、持久性及经济性方面难以达到预期效果。鉴于粮食的经济效益性，在中、轻度污染地区，通过一些特殊的方法与手段，如何缓解重金属从土壤向水稻迁移的概念被提出，大米镉控制在可食用的重金属浓度范围内成为新的研究方向。

CN102180734A公开了一种降低镉超标稻田米镉含量的复混肥及制备方法，使镉超标稻田（Cd＜0.6mg/kg）的土壤活性态镉下降了31.9～58.5%、米镉降低了28.7～51.7%（其含量＜0.2mg/kg）。但是，该方法主要是针对土壤镉含量较低时的抑镉方法，且复混肥中含有13种物质，种类繁多，对土壤的性质改变存在复杂性。

CN106069429A公开了一种降低中稻稻米镉含量的方法，通过植物萃取、土壤钝化、叶面阻控、水分管理的共同作用实现降低稻田土壤镉和稻米镉含量的双重目标。虽然该方法方式多样，但是，弱化了土壤重金属钝化剂的制备及施用方式对镉稻米的抑镉作用。

CN105594529A公开了一种降低稻米中镉含量的方法，该方法通过生物质炭与土壤重金属钝化剂、水溶性叶面硅肥的共同作用使得镉在稻米中的含量降低；生物质炭作为可降低稻米中的镉含量的有效组分，其原料易得，成本低；使用烟草秸秆制得的生物质炭与淹水管理进一步地降低稻米中的镉含量。但是，该方法中种植的烟草存在镉含量超标的问题，且土壤重金属钝化剂施用量大，对农田土壤性质造成的影响大。

CN106069427A公开了一种降低水稻糙米镉含量的方法，采用生物质炭和钙镁磷肥撒施土壤翻耕时，施用量为600～1000 kg/hm²，孕穗期和灌浆期施用的石灰水中含石灰的量为150～325 kg/hm²。由于石灰施用量大，石灰对土壤虽有一定的抑镉效果，但是，改变了土壤的理化性质，对植物具有一定的危害，治标不治本。

CN106631520A公开了一种水稻富硒降镉叶面肥，具有良好的抑镉性能，叶面肥的富硒降镉效率高、效果稳定，水稻的产量好。但是，叶面肥只能局部抑制镉的迁移，此方法对高浓度镉污染土壤的效果具有一定的局限性，效果大打折扣。

CN104402606A公开了一种水稻抑镉营养剂及其制备、使用方法，该营养剂侧重于水稻必需氨基酸和富硒的研究，稻米中镉的降低幅度仅在40%左右，降镉效果一般。

综上所述，现有技术在保证稻米的营养条件下，在镉污染较为严重的农田土壤进行抑镉处理，存在效果不明显、施用方式单一、施用量大及钝化剂成分复杂易于造成二次污染等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种可抑制镉从污染较为严重的土壤向稻米迁移，降低稻米中镉含量，钝化剂简单易得，成本低，二次污染少的抑镉植物营养剂。

本发明进一步要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种工艺简单，成本低，适用于工业化生产的抑镉植物营养剂的制备方法。

本发明更进一步要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种抑镉效率高，抑镉效果好，施用方式多样、施用量少的抑镉植物营养剂的施用方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种抑镉植物营养剂，包括以下组分：氮肥、过磷酸钙、钾肥、植物营养剂、改性秸秆、膨润土和铁碳。本发明抑镉植物营养剂中，氮肥、过磷酸钙和钾肥作为基肥，改性秸秆、膨润土和铁碳作为钝化剂。本发明抑镉植物营养剂中的钝化剂可以改变土壤中镉的存在形态或土壤的理化性质，通过对农田土壤中使用钝化剂，可将镉的水溶态、可交换的离子态和氧化态转变成为稳定态，降低镉在土壤中的迁移性和生物可利用性。

优选地，所述抑镉植物营养剂各原料的重量份数为：氮肥5～15份、过磷酸钙7～20份、钾肥6～20份、植物营养剂5～12份、改性秸秆20～30份、膨润土2～6份和铁碳15～38份。上述各原料在补给植物营养的同时，以水稻为例，可有效的降低活性态镉从土壤-秸秆-稻米中转移含量，土壤中镉的活性态含量可以降低70～80%，大米中的镉含量可降低50～70%，极大程度上降低了大米中的镉含量。

更优选地，所述抑镉植物营养剂各原料的重量份数为：氮肥8～12份、过磷酸钙10～16份、钾肥9～15份、植物营养剂7～10份、改性秸秆20～30份、膨润土2～6份和铁碳17～30份。

更进一步优选地，所述抑镉植物营养剂各原料的重量份数为：氮肥10份、过磷酸钙13份、钾肥12份、植物营养剂9.5份、改性秸秆23.5份、膨润土4份和铁碳28份。

优选地，所述氮肥为人粪尿、猪粪便、硫酸氨、硝酸氨或尿素等中的一种或几种。更优选，硝酸铵:尿素=1:4的混合氮肥或硫酸氨、硝酸氨或尿素=1:1:3的混合氮肥。

优选地，所述钾肥为氯化钾、硫酸钾、碳酸钾或硝酸钾等中的一种或几种。更优选，氯化钾:硫酸钾:碳酸钾=2:2:1的混合钾肥或氯化钾:硫酸钾:硝酸钾=1:1:2的混合钾肥。

优选地，所述植物营养剂为蜂蜜和糖蜜的混合物，其中，蜂蜜的质量含量为0.08～2.0%（更优选0.5～1.5%）。所述蜂蜜包括所有种类的蜂蜜，如油菜花蜂蜜、槐花蜂蜜、桂花蜂蜜、野菊花蜂蜜或红枣花蜂蜜等。蜂蜜具有抗菌消炎，促进消化提高免疫力，延年益寿的作用，而糖蜜中硒的含量达0.217mg/kg，属于天然有机硒。该植物营养剂对农作物具有增产增收的作用，且硒对镉具有一定的抑制作用。

优选地，所述改性秸秆的制备方法为：将秸秆晒干后，切碎，过筛，炭化，得炭化秸秆；再在炭化秸秆中加入乙二胺四乙酸溶液，搅拌改性后，洗涤至中性，干燥，即成。改性后的秸秆具有孔隙多，比表面积大，吸附能力强的特点。

优选地，所述改性秸秆的制备方法中，所述过筛的目数为10～50目。该粒径的秸秆经过改性后对镉的吸附效果好。

优选地，所述改性秸秆的制备方法中，所述炭化的温度为500～600℃，炭化的时间为20～40min。在所述温度和时间下，秸秆的炭化效果最好。

优选地，所述改性秸秆的制备方法中，所述炭化秸秆与乙二胺四乙酸溶液的质量体积比（g/mL）为1:40～60，所述乙二胺四乙酸溶液的质量浓度为0.5～1.5%。在所述改性剂的用量下，改性后秸秆对镉的吸收更为敏感，若用量过少，则吸收镉的效果较差。

优选地，所述改性秸秆的制备方法中，所述搅拌改性的温度为20～40℃，搅拌改性的转速为100～200r/min，搅拌改性的时间为10～15h。在所述条件下，秸秆能充分与改性剂发生反应，并附着于秸秆之上。

优选地，所述改性秸秆的制备方法中，所述干燥的温度为50～80℃，干燥的时间为20～30h。

优选地，所述铁碳为铁粉和活性炭的质量比为1:0.5～4.0（更优选1:1～3）的混合物。所述比例下的铁碳粉对于重金属镉的吸附具有高效的能力。

本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种抑镉植物营养剂的制备方法，将氮肥、过磷酸钙、钾肥、植物营养剂、改性秸秆、膨润土和铁碳混合均匀，置于阴凉处风干或是于烘箱中30～50℃烘干，磨碎，即成。

本发明更进一步解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种抑镉植物营养剂的施用方法，在水稻田中，按以下顺序施用抑镉植物营养剂：耕种前，第1次土壤翻耕时，以200～340kg/亩在土壤行间施用，再翻耕1～2次使土壤与抑镉植物营养剂混合均匀；土壤淹水后，抛秧前，根据淹水量施用抑镉植物营养剂，保证水中抑镉植物营养剂的质量浓度为0.5～1.0%；孕穗末期和齐穗期，将抑镉植物营养剂配置成质量浓度2～8%的水溶液进行叶面喷施，均匀的喷施在叶的表面，至叶面滴液为止，抑镉植物营养剂的用量为40～70kg/亩。本发明采用多层次施用，其降低大米中镉含量的效果要明显优于单次施加。在土壤翻耕时施用，本发明抑镉植物营养剂可直接作用于耕作层的里面，可实现深层次抑镉作用，且用量较大；而在抛秧前施用，此时本发明抑镉植物营养剂可直接作用于耕作层表面，用量虽小，但可快速被水稻所吸收；而叶面施肥的方式可以使水稻叶片快速吸收本发明抑镉植物营养剂，提高其利用率，同时亦可使叶面的空隙被抑镉植物营养剂中的抑镉成分和营养元素所占据，从而降低有效态镉从土壤向植株迁移的含量。综上，通过这三种不同层次的施用，既可以减少钝化剂的用量，又可以抑制重金属镉的迁移速率。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明抑镉植物营养剂在保证稻米中含有必需氨基酸的前提下，可抑制土壤中的镉向水稻中迁移，秸秆根部、稻穗、稻米中的镉含量可低至0.40mg/kg、0.35mg/kg、0.15mg/kg，降镉率分别可高达64.3%、58.3%、77.3%，抑制镉从污染较为严重的土壤向稻米迁移，大大降低了大米中镉的含量，符合我国食品安全标准中大米镉含量要求，从而缓解大米中镉污染严重的问题，且成本低，二次污染少，为农产品和食品安全提供了有力保障；

（2）本发明制备方法工艺简单，成本低，适用于工业化生产；

（3）本发明施用方法抑镉效率高，抑镉效果好，施用方式多样、施用量少。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

本发明实施例所使用的原料或化学试剂，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。

参考例1

改性秸秆的制备方法：将秸秆晒干后，切碎，过20目筛，置于马弗炉中，在550℃下，炭化30min，得炭化秸秆；再在1g炭化秸秆中加入50mL质量浓度1%的乙二胺四乙酸溶液，在30℃，转速150r/min下，搅拌改性12h后，用超纯水洗涤至中性，在60℃下，干燥24h，即成。

一种抑镉植物营养剂实施例1～8

各原料的重量份如表1所示：

表1 本发明实施例1～8抑镉植物营养剂的重量份表

注：表中“-”表示未添加。

一种抑镉植物营养剂的制备方法实施例1～8

按照表1所述各原料重量份，将氮肥、过磷酸钙、钾肥、植物营养剂、参考例1改性秸秆、膨润土和铁碳混合均匀，于烘箱中40℃烘干，磨碎，即成。

施用抑镉性能测试：

试验田设置于望城区某块受污染的水稻田，通过前期的调查与监测发现，该水稻田受镉污染严重，水稻田中有效态镉的平均浓度为1.44mg/kg，为土壤中度污染区。

试验设计：试验采用随机区组设计，设11个区处理，每区处理重复3次，小区面积（每重复）1.67m宽*13m长=21.71m²，约合0.033亩，均用0.3m宽的厚塑料农膜田埂（深埋0.3m）隔开；1～10试验区的营养剂由本发明抑镉植物营养剂实施例1～8提供，其中，1～8试验区为实施例，9、10试验区为对比例；11试验区为空白对照，由市场的常规复合肥提供；供试水稻品种：湘早籼45号。

一种抑镉植物营养剂的施用方法实施例1～8

1～8试验区抑镉植物营养剂的施用方法为：在水稻田1～8试验区中，分别按以下顺序施用抑镉植物营养剂实施例1～8：耕种前，第1次土壤翻耕时，以200～340kg/亩在土壤行间施用，再翻耕2次使土壤与抑镉植物营养剂混合均匀；土壤淹水后，抛秧前，根据淹水量施用抑镉植物营养剂，保证水中抑镉植物营养剂的质量浓度为0.5～1.0%；孕穗末期和齐穗期，将抑镉植物营养剂配置成质量浓度2～8%的水溶液进行叶面喷施，均匀的喷施在叶的表面，至叶面滴液为止，抑镉植物营养剂的用量为40～70kg/亩。

具体的，1～8试验区所施用的营养剂用量、施用方法如表2所示：

表2 1～8试验区所施用的营养剂用量、浓度及施用方法表

对比例1

9试验区抑镉植物营养剂同实施例7。

9试验区抑镉植物营养剂的施用方法与实施例7的区别仅在于：耕种前，土壤翻耕时，不施用抑镉植物营养剂。余同实施例7。

对比例2

10试验区抑镉植物营养剂同实施例8。

10试验区抑镉植物营养剂的施用方法与实施例8的区别仅在于：孕穗末期和齐穗期，不进行叶面喷施抑镉植物营养剂。余同实施例8。

1～11试验区的镉含量及种植的水稻中各部位镉含量如表3所示：

表3 1～11试验区的镉含量及种植的水稻中各部位镉含量表

由表3可知，相对于空白对照11试验区来说，实施例1～8在农田中施用了抑镉植物营养剂后，土壤活性态镉的含量有明显下降，镉在水稻各部位的迁移含量也随之下降，特别是，秸秆根部、稻穗和稻米中含镉量都有不同程度的降低，降镉率分别可高达64.3%、58.3%、77.3%；其中，实施例1、实施例7和实施例8的降镉率最高，特别是，其稻米镉含量分别为0.15mg/kg、0.17mg/kg、0.17mg/kg，该镉含量符合大米中镉含量≤0.2mg/kg的国家标准。由对比例1、2可知，当改变施用方式后，抑制镉在水稻各部位迁移的效果降低，特别是稻米的降镉率大幅降低，甚至低至22.7%。

Claims

1.一种抑镉植物营养剂，其特征在于，包括以下组分：氮肥、过磷酸钙、钾肥、植物营养剂、改性秸秆、膨润土和铁碳。

2.根据权利要求1所述抑镉植物营养剂，其特征在于，所述各原料的重量份数为：氮肥5～15份、过磷酸钙7～20份、钾肥6～20份、植物营养剂5～12份、改性秸秆20～30份、膨润土2～6份和铁碳15～38份。

3.根据权利要求1所述抑镉植物营养剂，其特征在于，所述各原料的重量份数为：氮肥8～12份、过磷酸钙10～16份、钾肥9～15份、植物营养剂7～10份、改性秸秆20～30份、膨润土2～6份和铁碳17～30份。

4.根据权利要求1～3之一所述抑镉植物营养剂，其特征在于：所述氮肥为人粪尿、猪粪便、硫酸氨、硝酸氨或尿素中的一种或几种；所述钾肥为氯化钾、硫酸钾、碳酸钾或硝酸钾中的一种或几种；所述植物营养剂为蜂蜜和糖蜜的混合物，其中，蜂蜜的质量含量为0.08～2.0%。

5.根据权利要求1～4之一所述抑镉植物营养剂，其特征在于，所述改性秸秆的制备方法为：将秸秆晒干后，切碎，过筛，炭化，得炭化秸秆；再在炭化秸秆中加入乙二胺四乙酸溶液，搅拌改性后，洗涤至中性，干燥，即成。

6.根据权利要求5所述抑镉植物营养剂，其特征在于：所述过筛的目数为10～50目；所述炭化的温度为500～600℃，炭化的时间为20～40min；所述炭化秸秆与乙二胺四乙酸溶液的质量体积比为1:40～60，所述乙二胺四乙酸溶液的质量浓度为0.5～1.5%；所述搅拌改性的温度为20～40℃，搅拌改性的转速为100～200r/min，搅拌改性的时间为10～15h；所述干燥的温度为50～80℃，干燥的时间为20～30h。

7.根据权利要求1～6之一所述抑镉植物营养剂，其特征在于：所述铁碳为铁粉和活性炭的质量比为1:0.5～4.0的混合物。

8.一种如权利要求1～7之一所述抑镉植物营养剂的制备方法，其特征在于：将氮肥、过磷酸钙、钾肥、植物营养剂、改性秸秆、膨润土和铁碳混合均匀，置于阴凉处风干或是于烘箱中30～50℃烘干，磨碎，即成。

9.一种如权利要求1～7之一所述抑镉植物营养剂的施用方法，其特征在于，在水稻田中，按以下顺序施用抑镉植物营养剂：耕种前，第1次土壤翻耕时，以200～340kg/亩在土壤行间施用，再翻耕1～2次使土壤与抑镉植物营养剂混合均匀；土壤淹水后，抛秧前，根据淹水量施用抑镉植物营养剂，保证水中抑镉植物营养剂的质量浓度为0.5～1.0%；孕穗末期和齐穗期，将抑镉植物营养剂配置成质量浓度2～8%的水溶液进行叶面喷施，均匀的喷施在叶的表面，至叶面滴液为止，抑镉植物营养剂的用量为40～70kg/亩。