CN111226715A - 一种抑制稻田土壤有效态镉释放和稻米Cd积累的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抑制稻田土壤有效态镉释放和稻米Cd积累的方法。包括:根据土壤性质中0.1M CaCl2提取有效态重金属Cd和Zn含量,计算需要添加的可溶性Zn含量以调节土壤Zn/Cd摩尔比至50~200之间,在插秧前的耕地阶段添加,并与耕作层土壤混合均匀,采用正常田间水分管理等步骤。本申请建立在前期大量的基础研究工作之上,通过调节土壤中Zn/Cd摩尔比到50~200之间(添加Zn的量为每公顷23~249kg Zn,取决于土壤Cd浓度和本底有效态Zn的含量),可以较显著地抑制稻田排干阶段土壤有效态Cd的释放,阻控水稻籽粒中Cd积累。
Description
技术领域
本发明属于土壤污染防控领域,涉及一种抑制稻田土壤有效态镉释放和稻米Cd积累的方法。
背景技术
我国南方农田土壤Cd污染日益严重,导致部分地区稻米Cd含量过高,其中相当一部分稻米Cd含量超过我国食品卫生标准,威胁农产品安全和人体健康。我国是一个大米食用大国,每天消耗的大米量巨大,长期食用Cd污染稻米会导致包括骨质疏松、肾脏损害、癌症发病率变高等健康问题。现阶段农田Cd污染研究更多关注于农田重金属Cd钝化修复、叶面肥喷施以及增施微生物有机肥等方面,例如把生物炭等修复材料应用到农田土壤中,有可能导致土壤中多环芳烃等有机污染物增加,加大农田环境及稻米二次污染风险;且一般添加生物炭等修复材料的量很大,也会对农田土壤带来许多不确定风险问题;而施用有机肥仅仅能实现产量上一定程度的增加,在降低土壤有效态Cd以及稻米Cd含量方面效果不佳,同时有机肥的成分及成本问题仍需进一步优化。因此,需要有一种对土壤环境不会产生明显的二次污染,降低土壤有效态Cd释放,同时还可以阻控稻米Cd积累的措施,确保Cd污染农田安全利用和稻米安全。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的上述不足,提供了一种抑制稻田土壤有效态Cd释放和稻米Cd积累的方法。
本发明的目的可通过以下技术方案实现:
一种抑制土壤有效态Cd释放和稻米Cd积累的方法,在稻田耕地前,将含可溶性锌(Zn)盐撒入农田土壤与耕层土壤混合均匀,稻田淹水后种植水稻,配合常规的稻田水分管理措施,水稻灌浆后期排水烤田2-3周后收获水稻籽粒;所述的Zn盐添加量为加入可溶性Zn后使土壤中Zn/Cd摩尔比为50~200。假如本底土壤中有效态Cd浓度为1.0mg/kg,有效态Zn浓度为20.0mg/kg,则按耕作层20.0cm深度,土壤平均密度1.3t/m3计算,Zn添加量为每公顷23~249kg Zn(即每亩2~17kg Zn)。
所述针对的是Cd污染的农田土壤,对稻田土壤具有普适性;
所述Zn/Cd摩尔比的调节,是在土壤有效Zn含量的基础之上外源加入一定量的含可溶性Zn盐的物质,如ZnSO4,含ZnSO4的肥料或含有可溶性Zn的农业物料,以调节土壤Zn/Cd摩尔比,调节后土壤中总Zn含量对植物生长状况不产生明显影响,Zn/Cd摩尔比优选为50~200。
所述方法,采用正常的稻田水分管理,即前期稻田淹水,水稻灌浆后期排水烤田。
作为本发明方法的一种优选实施例,所述的含可溶性Zn的物质为ZnSO4或含ZnSO4的肥料。所述ZnSO4肥料为一般农用性质肥料,也可用一般含可溶Zn肥料代替,ZnSO4肥料为最佳优选。
作为本发明方法的一种优选实施例,所述的抑制稻田土壤有效态镉(Cd)释放和稻米Cd积累的方法包括以下步骤:
S1:添加可溶性Zn的量,可根据Zn/Cd比例,控制添加后土壤Zn/Cd摩尔比在50~200左右。具体操作可用0.1M CaCl2提取液提取土壤,测定提取液中Cd和Zn的含量,然后根据这些含量计算土壤中Zn/Cd摩尔比,以及需要添加的可溶性Zn含量,使添加后土壤中Zn/Cd摩尔比达到50~200之间;
S2:添加时期,在农田耕地前,外源撒入这些物料,并与耕作层土壤混合均匀;
S3:稻田水分管理采用正常水分管理方式,即水稻田前期淹水,分蘖后期排水控制无效分蘖,后淹水直至灌浆后期,排水烤田2-3周后收获。
其中,所述的0.1M CaCl2提取态金属Cd含量为土壤中有效态部分,容易被植物通过根系吸收,累积到植物地上部,最终转运到水稻籽粒中。
所述添加时期在耕田时添加,有利于添加的物料能与耕作层土壤混合均匀,使得效果达到最优。
所述水分管理,采用正常水分管理,前期淹水,由于添加可溶性Zn在淹水阶段生成ZnS,但在稻田排干烤田阶段,淹水阶段生成的ZnS能有效抑制稻田排干过程土壤有效态Cd释放从而达到阻控稻米Cd积累的目的。
有益效果:
本发明提供了一种降低稻米Cd含量、提高稻米质量安全的方法。该方法通过向土壤中施加含可溶性Zn盐的物质为ZnSO4,或含ZnSO4的肥料,或含有可溶性Zn的农业物料,调节土壤Zn/Cd摩尔比,可以显著降低稻米Cd含量,并且可以增加稻米中营养元素Zn的含量,提高稻米的质量安全。
附图说明
图1实施例1效果图(盆栽试验I,土壤为采自湖南株洲,土壤镉浓度为2.0mg/kg,pH5.1;设置三个处理:对照,土壤添加了51mg Zn/kg或149mg Zn/kg)
(a)为三组盆栽处理中土壤pH随时间的变化,结果表明调节Zn/Cd比率并未明显影响pH变化;(b)为三组盆栽处理中土壤有效态Cd随时间的变化,结果表明盆栽水稻后期排水阶段,调节Zn/Cd摩尔比从48至100或200,有效态Cd的释放可被抑制45-56%;(c)和(d)表明处理组使水稻籽粒中Cd含量降低了85%左右,籽粒中Zn含量提高了16%左右;(e)表明加入ZnSO4调节土壤Zn/Cd摩尔比并未明显影响籽粒产量。
图2实施例2效果图(盆栽试验II,土壤为采自湖南湘潭,土壤镉浓度为3.0mg/kg,pH 5.5;设置三个处理:对照,土壤添加了89mg Zn/kg或181mg Zn/kg)
(a)为三组盆栽处理中土壤pH随时间的变化,可以看出调节Zn/Cd比率并未明显影响pH变化;(b)为三组盆栽处理中土壤有效态Cd随时间的变化,可以看出盆栽水稻后期排水阶段,调节Zn/Cd摩尔比从4.3至100和200,土壤有效态Cd可被抑制32-45%;(c)和(d)表明处理组使水稻籽粒中Cd含量降低了51%左右,籽粒中Zn含量提高了26%左右;(e)表明加入ZnSO4调节土壤Zn/Cd摩尔比并未明显影响籽粒产量。
图3实施例3效果图(大田试验I,地点为湖南长沙,土壤镉浓度为1.0mg/kg,pH5.2)
(a)和(b)为田间土壤对照和加ZnSO4处理中水稻收获后土壤pH,有效态Cd差异比较,可以看出田间每公顷施加75kg ZnSO4(土壤Zn/Cd=83.4)并未明显影响pH变化,土壤有效态Cd含量下降了22.0%;(c)和(d)为田间土壤对照及加ZnSO4处理籽粒中Zn,Cd含量差异比较,可以看出田间施加ZnSO4抑制籽粒Cd含量达59.7%,籽粒中Zn含量提高了15.2%;(e)表明大田土壤加入ZnSO4调节土壤Zn/Cd摩尔比并未明显影响籽粒产量。
图4实施例4效果图(大田试验II,地点为湖南衡南,土壤镉浓度为2.0mg/kg,pH4.7)
(a)和(b)为田间土壤对照和加ZnSO4处理中水稻收获后土壤pH,有效态Cd差异比较,可以看出田间每公顷施加75kg ZnSO4(土壤Zn/Cd=36.0)并未明显影响pH变化,土壤有效态Cd含量下降了12.1%;(c)和(d)为田间土壤对照及加ZnSO4处理籽粒中Zn,Cd含量差异比较,可以看出田间施加ZnSO4抑制籽粒Cd含量达72.2%,籽粒中Zn含量提高了2.8%;(e)表明大田土壤加入ZnSO4调节土壤Zn/Cd摩尔比并未明显影响籽粒产量。
具体实施方式
实施例1
S1:用0.1M CaCl2提取液提取土壤,提取态金属含量为Cd 1.7mg/kg,Zn 47.2mg/kg,按这一具体数据计算盆栽3.0kg土壤中Zn/Cd摩尔比分别为100和200时所需要的ZnSO4外源添加量分别为0.4g和1.1g;
S2:把需要添加的ZnSO4加入到水中完全溶解后,将溶液加入到土壤中搅匀;
S3:土壤淹水1周后种植水稻苗,配合常规的水稻水分管理措施,水稻灌浆后期排水2周后收获水稻籽粒,检测土壤Cd有效性以及稻米中Cd的含量。
应用效果(图1):通过以上方法采用湖南株洲土壤实施水稻盆栽试验,收获时土壤Zn/Cd=100对应土壤有效Cd降低了44.9%,籽粒Cd浓度降低了85.0%;土壤Zn/Cd=200对应土壤有效Cd降低了56.1%,籽粒Cd浓度降低了85.8%,水稻籽粒产量未受影响。
实施例2
S1:用0.1M CaCl2提取液提取土壤,提取态金属含量为Cd 1.6mg/kg,Zn 4.0mg/kg,按这一具体数据计算盆栽3.0kg土壤中Zn/Cd摩尔比分别为100和200时所需要的ZnSO4外源添加量分别为0.7g和1.3g;
S2:把需要添加的ZnSO4加入到水中完全溶解后,将溶液加入到土壤中搅匀浸泡;
S3:土壤淹水1周后种植水稻苗,配合常规的水稻水分管理措施,水稻灌浆后期排水2周后收获水稻籽粒,检测土壤Cd有效性以及稻米中Cd的含量。
应用效果(图2):通过以上方法采用湖南湘潭土壤实施水稻盆栽试验,收获时土壤Zn/Cd=100对应土壤有效Cd降低了31.7%,籽粒Cd浓度降低了53.7%;土壤Zn/Cd=200对应土壤有效Cd降低了44.8%,籽粒Cd浓度降低了47.4%,水稻籽粒产量未受影响。
实施例3
S1:用0.1M CaCl2提取液提取土壤,土壤提取态金属含量为Cd 0.8mg/kg,Zn4.9mg/kg,每公顷大田施加75kg ZnSO4;施加后检测土壤中0.1M CaCl2提取态金属含量为Cd0.9mg/kg,Zn 43.4mg/kg,土壤中Zn/Cd摩尔比为83.4;
S2:在稻田耕地前,把需要添加的ZnSO4加入到水中完全溶解后,将溶液撒入土壤,并与耕作层土壤混匀;
S3:土壤淹水1周后种植水稻苗,配合常规的水稻水分管理措施,水稻灌浆后期排水2周后收获水稻籽粒,测定土壤Cd有效性以及稻米中Cd的含量。
应用效果(图3):通过以上方法选用湖南长沙县北山镇进行田间试验,设置对照和加Zn处理小区(每个处理设置4个小区,每个小区12m2),通过以上处理种植水稻,处理使土壤有效Cd降低了22.0%,稻米中籽粒Cd浓度降低了59.7%,水稻籽粒产量未受影响。
实施例4
S1:用0.1M CaCl2提取液提取土壤,土壤提取态金属含量为Cd 1.7mg/kg,Zn17.7mg/kg,每公顷大田施加75kg ZnSO4,施加后检测土壤中0.1M CaCl2提取态金属含量为Cd 1.8mg/kg,Zn 37.5mg/kg,土壤中Zn/Cd摩尔比为36.0;
S2:在稻田耕地前,把需要添加的ZnSO4加入到水中完全溶解后,将溶液撒入土壤,并与耕地使添加的物料与耕作层土壤混匀;
S3:土壤淹水1周后种植水稻苗,配合常规的水稻水分管理措施,水稻灌浆后期排水2周后收获水稻籽粒,测定土壤Cd有效性以及稻米中Cd的含量。
应用效果(图4):通过以上方法选用湖南衡南县川口镇进行田间试验,设置对照和加Zn处理小区(每个处理设置4个小区,每个小区12m2),通过以上处理种植水稻,处理使土壤有效Cd降低了12.1%,稻米中籽粒Cd浓度降低了72.2%,水稻籽粒产量未受影响。
实施例3和4中添加的是ZnSO4,但实际生产中可以添加含可溶性Zn盐的物质为ZnSO4,含ZnSO4的肥料或含有可溶性Zn的农业物料等,添加形式不影响本发明的效果。
Claims (4)
1.一种抑制稻田土壤有效态镉释放和稻米Cd积累的方法,其特征在于:在稻田耕地前,将含可溶性锌盐撒入农田表层土壤,并于耕层土壤混合均匀,稻田淹水后种植水稻,配合常规的稻田水分管理措施,水稻灌浆后期排水烤田2-3周后收获水稻籽粒;所述的Zn盐添加量为加入可溶性Zn后使土壤中Zn/Cd摩尔比为50~200。假如本底土壤中有效态Cd浓度为1.0mg/kg,有效态Zn浓度为20.0mg/kg,则按耕作层20.0cm深度,土壤平均密度1.3t/m3计算,Zn添加量为每公顷23~249kg Zn。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述的Zn的添加量为加入后使土壤中Zn/Cd摩尔比为50~200。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述的含可溶性Zn盐的物质为ZnSO4,含ZnSO4的肥料,或含有可溶性Zn的农业物料。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的方法,其特征在于包括以下步骤:
S1:添加可溶性Zn的量,可根据Zn/Cd比例,控制添加后土壤Zn/Cd摩尔比在50-200左右。具体操作可用0.1M CaCl2提取液提取土壤,测定提取液中Cd和Zn的含量,然后根据这些含量计算土壤中Zn/Cd摩尔比,以及需要添加的可溶性Zn含量,使添加后土壤中Zn/Cd摩尔比达到50~200之间;
S2:添加时期,在农田耕地前,外源撒入这些物料,并与耕作层土壤混合均匀;
S3:稻田水分管理采用正常水分管理方式,即,水稻田前期淹水,分蘖后期排水控制无效分蘖,后淹水直至灌浆后期,排水烤田2-3周后收获。
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