專利名稱:一種控制水稻重金屬鎘積累的茬口搭配與施肥方法
技術領域：
本發(fā)明屬于水稻種植技術領域：
，具體涉及一種控制水稻重金屬鎘積累的茬口搭配與施肥方法。
背景技術：
鎘作為一種有毒重金屬，其對農(nóng)作物的污染日益嚴重，農(nóng)田污染面積日益擴大，在社會上已經(jīng)引起了廣泛鎘是一種半衰期很長的有毒重金屬和環(huán)境污染物，除了會引起人和動物的急、慢性中毒外，還具有較強的致癌作用。近年來，由于工業(yè)〃三廢〃、污灌以及大量施用農(nóng)藥、肥料等原因，農(nóng)田重金屬污染加劇，稻米重金屬安全問題日益突出。根據(jù)農(nóng)業(yè)部稻米及制品質量監(jiān)督檢驗測試中心2002年和2003年對我國各地稻米質量安全普查的結 果，稻米的質量安全問題之一是鎘、鉛等重金屬超標，超標率均超過10%，一些污染地區(qū)的稻米含鋪量聞達0. 4-1. Omg/kg ,遠超過我國谷物中鋪的最聞許可含量0. 2mg/kg,己威脅到食物安全和人體健康，控制和降低稻米鎘污染亟待解決。通過選用鎘低積累品種和通過農(nóng)藝技術措施降低土壤中有效態(tài)鎘水平是目前控制水稻鎘積累的兩條重要途徑。
針對當前稻田土壤以及稻米重金屬鎘污染日益嚴重的現(xiàn)狀，國內(nèi)外開展了大量有關水稻鎘低積累品種篩選手口農(nóng)藝栽培技術研究。水稻(稻米，下同)鎘積累存在極顯著的品種問差異是水稻鎘低積累品種篩選的本質與基礎。然水稻鎘積累的品種間差異并非穩(wěn)定的持久的差異，這種差異與水稻利用礦質元素的代謝途徑密切相關，甚至是這些代謝途徑?jīng)Q定了這種差異，如水稻對鐵元素的利用途徑就在很大程度上決定了水稻鎘的積累。當前對鎘低積累水稻品種的篩選并沒有把上述因素考慮在內(nèi)，因此篩選出來的鎘低積累品種往往存在明顯的地域差異，甚至年度之間也存在顯著差異。在當前生產(chǎn)上，國內(nèi)外還沒有任何一個水稻品種可用于鎘低積累稻米生產(chǎn)。
土壤中能夠被植物所吸收的鎘(有效態(tài)鎘)是影響水稻鎘吸收與積累的重要因素。因此，通過農(nóng)藝栽培技術措施降低稻田土壤有效態(tài)鎘含量來降低稻米鎘積累是有其理論基礎的。故當前有關通過稻田肥水調(diào)控、士壤PH調(diào)控、土壤氧化還原電位調(diào)控等途徑降低稻米鎘積累的研究己在國內(nèi)外廣泛開展。肥水調(diào)控就是通過合理的施肥和水分灌溉技術來降低稻田有效態(tài)鎘含量，其中長期淹水灌溉是比較有效的一條途徑，然長期淹水灌溉耗費大量灌溉水，這對于水資源日益嚴重的我國北方地域以及一些南方干旱地域是不現(xiàn)實的，也不利于水稻生長，其利用價值十分有限。施用石灰提高土壤PH，降低稻田土壤有效態(tài)鎘含量也是一條比較有效的技術路徑，但是該技術存在極大的弊端。在土壤PH值提高的同時，土壤中有效態(tài)鐵、鋅、錳、銅、鎳等金屬礦質營養(yǎng)元素含量大幅下降，嚴重損害水稻生長和影響稻米產(chǎn)量。鑒于土壤鎘主要通過鐵、錳、銅、鋅等礦質營養(yǎng)元素的吸收途徑而被根系所吸收與利用，通過調(diào)控土壤中的有效態(tài)鐵等元素含量，已是控制水稻重金屬鎘積累重要途徑。公開號為CN101133710A的中國專利已經(jīng)公開了利用土壤鎘可通過水稻根系的鐵吸收代謝途徑進入植株體內(nèi)這一途徑，發(fā)明了通過土施整合態(tài)亞鐵肥控制稻米鎘積累農(nóng)藝技術措施；而公開號為CN101507400A的中國專利則公開利用土壤鎘可通過錳吸收途徑被水稻根系吸收進入植株體內(nèi)和通過錳轉運途徑進入地上部和籽粒的過程，發(fā)明了利用土施螯合態(tài)錳(二價)和噴施錳控制水稻鎘積累的農(nóng)藝技術措施。然而，利用螯合態(tài)二價金屬使用量相對偏大，而且價格較高,導致成本偏高。
發(fā)明內(nèi)容
[0005]針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明根據(jù)土壤有效態(tài)鎘含量(濃度)是水稻根系鎘吸收和積累的最關鍵因素，利用鎘的化學特性及其不同化合物在溶液中的溶解度等，設計提供一種控制水稻重金屬鎘積累的茬口搭配與施肥方法的技術方案。[0006]鎘是一種過渡元素，二價鎘離子屬于路易斯酸(Lewis Acid，LA)，其可與S2+ (或巰基-SH)(路易斯堿)形成非常穩(wěn)定的化合物。植株體內(nèi)的鎘可與多種巰基化合物，比如谷胱甘肽、植物螯合肽(PCs)和半胱氨酸等形成穩(wěn)定的化合物，這一機制已經(jīng)被普遍證實為植株鋪解毒的關鍵機制。[0007]硫是作物所需的中量元素，其在土壤中可分為無機硫和有機硫，無機硫通常以硫酸鹽(氧化性土壤)和硫化物(厭氧性土壤)存在；而有機硫通常存在微生物、有機質和秸桿殘茬中，稻田土壤中有機態(tài)硫可達土壤總硫的80%以上。秸桿還田是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的傳統(tǒng)農(nóng)作措施；施用有機肥也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的常用施肥技術。秸桿還田和有機肥通常作為增加土壤有機質，改善土壤結構的農(nóng)作技術使用。而實際上，研究也表明，秸桿還田和有機肥也是土壤中有機硫的主要來源。研究表明，施有機肥能夠大幅度降低水稻植株鎘積累，通常認為其主要機理可能是土壤有機質增加，進而提高了土壤的陽離子交換量，從而吸附了更多的鎘離子，降低土壤溶液中的有效態(tài)鎘濃度。而我們推測，有機肥中的有機硫含量較高，施有機肥提高了土壤中的有機硫，能夠強烈的與土壤中的鎘離子結合，導致土壤中的鎘離子。從另一角度推測，施用有機肥或者利用含硫高的前茬作為綠肥還田，提高土壤有機硫，對控制后季作物如水稻的鎘積累應該更為有效。而目前生產(chǎn)上已經(jīng)明確的秸桿硫含量較高的作物有十字花科植物，如油菜、甘藍，豆科植物，如大豆等，而通過施用硫肥可進一步明顯提高其硫含量。依據(jù)巰基作為路易斯堿與鎘作為路易斯酸只能能形成非常穩(wěn)定的化合物，通過施用硫肥可顯著提高作物秸桿硫含量，進而增加土壤有機硫這些特性，通過研究和實踐，最終研制出一種控制水稻重金屬鎘積累的茬口搭配與施肥方法。所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的茬口搭配與施肥方法，其特征在于包括以下步驟1)選擇硫含量高的十字花科或豆科作物為前茬；2)前茬種植時施入以硫計為O.25 5. Okg/666. 7 m2的硫基肥，或生育盛期噴施 O. 05 1. 0%的硫酸鹽至少2次；3)于水稻移栽前5 15天，將前茬作為綠肥，粉碎或直接翻耕入地與土壤混勻，并淹水至水稻秧苗移栽；4)年度之間重復步驟I)_3)。[0009]2.如權利要求
1所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的茬口搭配與施肥方法，其特征在于所述的步驟I)中十字花科為油菜、甘藍、芥藍、菜薹、大頭菜、大葉芥菜、多裂葉芥、花椰菜或芥菜，豆科作物為大豆、四季豆、扁豆、苜蓿、紫云英、田菁或苕子。[0010]所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的茬口搭配與施肥方法，其特征在于所述的步驟2)中前茬種植時施入以硫計為0. 5 4. Okg/666. 7 m2的硫基肥；或于生育盛期噴施0.1 0. 75%的硫酸鹽。
所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的茬口搭配與施肥方法，其特征在于所述的步驟2)中前茬種植時施入以硫計為1. 0 2. Okg/666. 7 m2的硫基肥；或于生育盛期噴施0. 25 0. 5%的硫酸鹽。
所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的茬口搭配與施肥方法，其特征在于所述的步驟2)中硫基肥為石膏、硫酸亞鐵、硫酸鐵、硫酸鉀、硫酸鈉、硫酸鈣、硫酸銨和硫酸鎂中的一種或一種以上混合物；硫酸鹽為硫酸亞鐵、硫酸鐵、硫酸鉀、硫酸鈉、硫酸銨和硫酸鎂中的一種或一種以上混合物。所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的茬口搭配與施肥方法，其特征在于所述的步驟2)中硫基肥直接施入土壤中，再與土壤充分混勻。
所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的茬口搭配與施肥方法，其特征在于所述的步驟2)中硫酸鹽先溶解在水中，再以噴霧方式進行施灑。
所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的茬口搭配與施肥方法，其特征在于所述的步驟3)中將前茬秸桿作為綠肥。
本發(fā)明使用的前茬搭配模式來源于農(nóng)民傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，硫肥亦為傳統(tǒng)農(nóng)作措施，操作過程簡單、價格低廉，使用成本低，該方法普遍適用于我國所有重、中、輕度鎘污染的稻田以及農(nóng)作物生產(chǎn)用地，能顯著降低稻米中的鎘含量。同時，該方法還能提高土壤有機質，為水稻生長提供硫素，還能改良稻田土壤，進而促進水稻生長和提高水稻產(chǎn)量。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明完全符合農(nóng)業(yè)的稻田高復種指數(shù)、多種作物搭配輪作制度，操作過程也完全復合農(nóng)民的傳統(tǒng)農(nóng)作過程，也更為環(huán)保、能為廣大農(nóng)民所廣泛接受。
具體實施方式
以下結合實施例來進一步說明本發(fā)明。
實驗例1:1.實驗設計1.1實驗搭配模式搭配模式設置為油菜-水稻、紫云英-水稻，以空閑-水稻模式對照。
1. 2不同硫含量前茬秸桿培育將油菜、紫云英種子播種，于播種后，設置O、
0.01,0. 05 g/kg硫處理(石膏)，于水稻移栽前15天收獲油菜(處于開花盛期)、紫云英，取樣測定植株硫含量；
1.3秸桿還田處理土壤盆栽，裝有9kg干土，Cd含量(全量)為5. 70 mg/kg 10L，上口徑為35 cm。按照等量干重的油菜和紫云英分別作為綠肥翻入土中(翻入量為0.39 g/kg)并淹水，至水稻移栽。每個處理3次重復。
1. 4水稻育苗與移栽以早稻中早22研究材料。種子經(jīng)浸種靈水溶液浸種48小時，并于30-35°C催芽24小時。芽谷播種于經(jīng)稀硫酸洗凈的沙床，帶秧苗長至4葉I心，選取生長一致的秧苗進行移栽盆栽實驗。每盆移栽4穴，每穴3株。
2.測定項目
于水稻收獲期取樣，測定分析；考種植株樣本分為籽粒(精米)和地上部兩部分。[0022]樣品經(jīng)80°C烘干3天至恒重。干樣經(jīng)粉碎，稱取O. 5000g并用濃硝酸和高氯酸按 I 3比例混合液消煮，消煮后用重蒸水定容至50 ml，利用全譜直讀電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)測定鎘含量。[0023]3.結果與分析3.1不同處理下水稻產(chǎn)量特性前茬不論是油菜還是紫云英，秸桿全部還田以后，中早22的總粒數(shù)、實粒數(shù)和千粒重都有所增加，每盆稻谷產(chǎn)量也明顯提高(表1)，這說明秸桿還田作為一種農(nóng)作技術對后季水稻產(chǎn)量的提高具有明顯作用。在前茬作物中，隨著硫處理的提高，相應的前茬秸桿還田以后，中早22的產(chǎn)量性狀也得到了更好的改善，這一方面表明硫肥處理以后的前茬秸桿對后季水稻的生產(chǎn)更為有利；不過這一作用也很可能是由于前茬生產(chǎn)過程施用硫肥的緣故，這從另一方面啟示，本實驗所用的土壤可能有效硫不足。[0024]表1.不同前茬及其硫肥處理對后季水稻中早22的產(chǎn)量影響
權利要求
1.一種控制水稻重金屬鎘積累的茬口搭配與施肥方法，其特征在于包括以下步驟1)選擇硫含量高的十字花科或豆科作物為前茬；2)前茬種植時施入以硫計為O.25 5. Okg/666. 7 m2的硫基肥，或生育盛期噴施 O. 05 1. 0%的硫酸鹽至少1-3次3)于水稻移栽前5 15天，將前茬作為綠肥，粉碎或直接翻耕入地與土壤混勻，并淹水至水稻秧苗移栽；4)年度之間重復步驟I)_3)。
2.如權利要求
1所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的茬口搭配與施肥方法，其特征在于所述的步驟I)中十字花科為油菜、甘藍、芥藍、菜薹、大頭菜、大葉芥菜、多裂葉芥、花椰菜或芥菜，豆科作物為大豆、四季豆、扁豆、苜蓿、紫云英、田菁或苕子。
3.如權利要求
1所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的茬口搭配與施肥方法，其特征在于所述的步驟2)中前茬種植時施入以硫計為O. 5 4. Okg/666. 7 m2的硫基肥；或于生育盛期噴施O.1 O. 75%的硫酸鹽。
4.如權利要求
1所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的茬口搭配與施肥方法，其特征在于所述的步驟2)中前茬種植時施入以硫計為1. O 2. Okg/666. 7 m2的硫基肥；或于生育盛期噴施O. 25 O. 5%的硫酸鹽。
5.如權利要求
1所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的茬口搭配與施肥方法，其特征在于所述的步驟2)中硫基肥為石膏、硫酸亞鐵、硫酸鐵、硫酸鉀、硫酸鈉、硫酸鈣、硫酸銨和硫酸鎂中的一種或一種以上混合物；硫酸鹽為硫酸亞鐵、硫酸鐵、硫酸鉀、硫酸鈉、硫酸銨和硫酸鎂中的一種或一種以上混合物。
6.如權利要求
1所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的茬口搭配與施肥方法，其特征在于所述的步驟2)中硫基肥直接施入土壤中，再與土壤充分混勻。
7.如權利要求
1所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的茬口搭配與施肥方法，其特征在于所述的步驟2)中硫酸鹽先溶解在水中，再以噴霧方式進行施灑。
8.如權利要求
1所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的茬口搭配與施肥方法，其特征在于所述的步驟3)中將前茬秸桿作為綠肥。
專利摘要
一種控制水稻重金屬鎘積累的茬口搭配與施肥方法，屬于水稻種植技術領域：
。其包括以下步驟1)選擇硫含量高的十字花科或豆科作物為前茬；2)前茬種植時施入以硫計為0.25～5.0kg/666.7m2的硫基肥，或生育盛期噴施0.05～1.0%的硫酸鹽至少1-3次3)于水稻移栽前5～15天，將前茬作為綠肥，粉碎或直接翻耕入地與土壤混勻，并淹水至水稻秧苗移栽；4)年度之間重復步驟1)-3)。本發(fā)明使用的前茬搭配模式來源于農(nóng)民傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，硫肥亦為傳統(tǒng)農(nóng)作措施，操作過程簡單、價格低廉，使用成本低，該方法普遍適用于我國所有重、中、輕度鎘污染的稻田以及農(nóng)作物生產(chǎn)用地，能顯著降低稻米中的鎘含量。
文檔編號A01C21/00GKCN102986428SQ201210493989
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月28日
發(fā)明者邵國勝, 沈希宏 申請人:中國水稻研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan