專利名稱:一種控制水稻重金屬鎘積累的施肥方法
一種控制水稻重金屬鎘積累的施肥方法技術(shù)領(lǐng)域：
[0001]本發(fā)明屬于水稻種植技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種控制水稻重金屬鎘積累的施肥方法。
背景技術(shù)：
[0002]鎘作為一種有毒重金屬，其對(duì)農(nóng)作物的污染日益嚴(yán)重，農(nóng)田污染面積日益擴(kuò)大，在社會(huì)上已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注。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(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心2002年和2003年對(duì)我國各地稻米質(zhì)量安全普查的結(jié)果，稻米的質(zhì)量安全問題之一是鎘、鉛等重金屬超標(biāo)，超標(biāo)率均超過10%，一些污染地區(qū)的稻米含鎘量高達(dá)O.4-1. O mg/kg ,遠(yuǎn)超過我國谷物中鎘的最高許可含量O. 2 mg/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(shù)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。[0003]針對(duì)當(dāng)前稻田土壤以及稻米重金屬鎘污染日益嚴(yán)重的現(xiàn)狀，國內(nèi)外開展了大量有關(guān)水稻鎘低積累品種篩選手口農(nóng)藝栽培技術(shù)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(zhì)與基礎(chǔ)。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(zhì)元素的代謝途徑密切相關(guān)，甚至是這些代謝途徑?jīng)Q定了這種差異，如水稻對(duì)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(dāng)前對(duì)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(dāng)前生產(chǎn)上，國內(nèi)外還沒有任何一個(gè)水稻品種可用于鎘低積累稻米生產(chǎn)。[0004]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(shù)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(chǔ)的。故當(dāng)前有關(guān)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(shù)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(fèi)大量灌溉水，這對(duì)于水資源日益嚴(yán)重的我國北方地域以及一些南方干旱地域是不現(xiàn)實(shí)的，也不利于水稻生長，其利用價(jià)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(shù)路徑，但是該技術(shù)存在極大的弊端。在土壤PH值提高的同時(shí)，土壤中有效態(tài)鐵、鋅、錳、銅、鎳等金屬礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量大幅下降，嚴(yán)重?fù)p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(zhì)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(hào)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(jìn)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(shù)措施；而公開號(hào)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(jìn)入植株體內(nèi)和通過錳轉(zhuǎn)運(yùn)途徑進(jìn)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(jià))和噴施錳控制水稻鎘積累的農(nóng)藝技術(shù)措施。然而，利用螯合態(tài)二價(jià)金屬使用量相對(duì)偏大，而且價(jià)格較高,導(dǎo)致成本偏高。
發(fā)明內(nèi)容
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)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(guān)鍵因素，利用鎘的化學(xué)特性及其不同化合物在溶液中的溶解度等，設(shè)計(jì)提供了一種控制水稻重金屬鎘積累的施肥方法的技術(shù)方案。[0006]鎘是一種過渡元素，二價(jià)鎘離子屬于路易斯酸(Lewis Acid, LA)，依據(jù)其“軟硬酸理論”，其作為“軟酸”，可與S2+ (或巰基-SH)(路易斯堿，“軟堿”)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(jī)制已經(jīng)被普遍證實(shí)為植株鎘解毒的關(guān)鍵機(jī)制。在土壤等環(huán)境當(dāng)中，Cd可以硫化物形成難溶性CdS，其解離常數(shù)僅為8. OX 10_27，甚至遠(yuǎn)低于FeS (為6. 3X 10_18)。[0007]硫是作物所需的中量元素，其在土壤中主要以有機(jī)態(tài)存在，稻田土壤中有機(jī)態(tài)硫可達(dá)土壤總硫的80%以上。在氧化性(好氣)土壤中，無機(jī)態(tài)硫主要以硫酸鹽的形式存在； 在淹水土壤中，硫酸鹽被還原形成硫化物。研究表明，如果土壤中硫過量，在長期淹水過程中，有可能導(dǎo)致硫化氫的產(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致水稻硫化氫中毒(>0. 03 mg/L)。但由于土壤有大量的鐵存在(淹水土壤中以還原態(tài)二價(jià)鐵存在)，二價(jià)鐵離子可以與硫化物形成難溶性硫化亞鐵，大幅降低硫化氫濃度。所以通常情況下，除了硫酸鹽土壤，稻田不會(huì)發(fā)生硫化氫中毒。 而實(shí)際上，包括我國在內(nèi)的許多水稻生產(chǎn)國，如有孟加拉國，中國，印度，印度尼西亞等國常有水稻缺硫癥狀的發(fā)生，因此，硫肥也常作為肥料使用。[0008]利用化學(xué)反應(yīng)平衡原理，雖然FeS和CdS均為難溶性化合物，但是FeS的解離常數(shù)遠(yuǎn)高于CdS，因此在土壤中FeS也很容易被Cd置換而形成更難溶的CdS ;大多數(shù)時(shí)間稻田都處于淹水和還原性較強(qiáng)的狀態(tài)，土壤中的硫酸鹽態(tài)無機(jī)硫基本都以被還原為硫化物這一特點(diǎn)，通過研究和實(shí)踐，最終研制出了控制水稻重金屬鎘積累的施肥方法。[0009]所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的方法，其特征在于采用土施硫化物、硫磺和石膏等含硫化合物，通過適度提高和改善稻田土壤硫化物含量，利用硫化物與鎘形成難溶性硫化鎘，降低土壤中有效鎘水平，進(jìn)而降低水稻根系對(duì)鎘的吸收，降低和控制稻米鋪積累，具體包括所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的施肥方法，其特征在于包括以下步驟O于秧苗移栽前整地時(shí)，在土壤中施入以硫計(jì)O. 25 5. O kg/666. 7m2的硫化物， 并與土壤充分混勻；或于秧苗移栽至少15天前整地，在土壤中施入以硫計(jì)O. 25 5. O kg/666. 7m2的硫酸鹽，并與土壤充分混勻，保持稻田處于淹水狀態(tài)；2)于水稻生產(chǎn)中的第一次追肥時(shí)，撒施以硫計(jì)O.25 5. O kg/666. 7m2的硫化物，并保持土壤淹水狀態(tài)；3)第一年和第二年每次進(jìn)行水稻種植時(shí)按照步驟I)和2)施硫化物或硫酸鹽，第二年之后施硫化物或硫酸鹽的方法與步驟I)和2)相同，但施用量減半或減少3/4，或者第二年之后隔年按照步驟I)和2)施硫化物或硫酸鹽。[0010]所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的施肥方法，其特征在于所述的硫化物為硫化鈉、硫化鉀、硫化鈣、黃鐵礦、白鐵礦、磁黃鐵礦和硫磺中的一種或一種以上混合物，所述的硫酸鹽為石膏、硫酸銨、硫酸亞鐵、硫酸鐵、硫酸鉀、硫酸鈉、硫酸鈣和硫酸鎂中的一種或一種以上混合物。[0011]所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的施肥方法，其特征在于所述的步驟I)中于秧苗移栽前整地時(shí)，在土壤中施入以硫計(jì)O. 5 2. 5 kg/666. 7m2的硫化物。[0012]所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的施肥方法，其特征在于所述的步驟I)中于秧苗移栽至少15天前整地，在土壤中施入以硫計(jì)O. 5 2. 5 kg/666. 7m2的硫酸鹽。[0013]所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的施肥方法，其特征在于所述的步驟2)中于水稻生產(chǎn)中的第一次追肥時(shí)，撒施以硫計(jì)O. 5 2. 5 kg/666. 7m2的硫化物。[0014]上述的一種控制水稻重金屬鎘積累的施肥方法，設(shè)計(jì)合理，本發(fā)明使用來源廣泛硫肥，使用量低，價(jià)格低廉，使用成本低，普遍適用于我國非硫酸鹽土壤的重、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(shí)，本發(fā)明還能作為水稻生長提供充足(但不過量)的硫營養(yǎng)，促進(jìn)水稻生長和提高水稻產(chǎn)量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明更為經(jīng)濟(jì)有效，而且能與傳統(tǒng)上的硫肥施用技術(shù)想結(jié)合，更能為廣大農(nóng)民所接受，操作步驟更為簡(jiǎn)單。
具體實(shí)施方式
[0015]以下結(jié)合實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明。[0016]實(shí)驗(yàn)例I :1.實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備(I)鎘污染土壤準(zhǔn)備以2004年在中國水稻研究所富陽實(shí)驗(yàn)基地利用紫色水稻土培育、并經(jīng)過長期水稻種植的鎘污染土壤為本研究實(shí)驗(yàn)土壤。[0017]土壤主要理化性狀有機(jī)質(zhì)含量36. 9 g/kg、全氮2.73 g/kg、全磷O. 6 g/kg、全鉀 20. I g/kg、堿解氮 232 mg/kg、銨態(tài)氮 9. 7 mg/kg、速效磷 25. 2 mg/kg、速效鉀 65 mg/kg、 pH 7. 3，總鎘含量為5. 70 mg/kg，DTPA提取態(tài)鎘含量為I. 76 mg/kg.鎘污染土壤經(jīng)曬干、 粉碎后過60目篩備用。[0018](2)秧苗培養(yǎng)以早秈稻中早22和中嘉早02為研究材料.種子用浸種靈浸種48 h,經(jīng)30 35°C催芽24 h，播種于經(jīng)稀硫酸洗凈的砂床，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)用秧苗。[0019]2.實(shí)驗(yàn)處理水稻幼苗種植于裝有9 kg鎘污染干土的10 L黑色塑料桶。設(shè)置0、0. 01、0. 05 g/kg 的三個(gè)硫處理(以硫計(jì))，以硫化鈉作為硫源，在水稻移栽前將硫肥混入鎘污染土，并混勻， 裝盆。裝盆以后，立即灌水，以保證土處于一個(gè)無氧環(huán)境。每盆移栽一致的水稻幼苗4穴， 每穴3株，每處理重復(fù)3次。氮、磷、鉀以復(fù)合肥施入，每盆施入復(fù)合肥5 g。水分管理，除移栽期7天內(nèi)保持淹水，其它時(shí)期采用常規(guī)傳統(tǒng)管理模式。[0020]3.測(cè)定項(xiàng)目于水稻收獲期取樣，測(cè)定分析；考種植株樣本分為籽粒(精米)和地上部?jī)刹糠帧0021]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50ml，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(cè)定鎘含量。[0022]4.結(jié)果與分析4.I不同處理下水稻產(chǎn)量特性不論是中早22或是中嘉早02，施用硫肥對(duì)產(chǎn)量結(jié)構(gòu)都有所改善(表I)，這主要表現(xiàn)在每穗總粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)。但施用O. 05 mg/kg硫化鈉導(dǎo)致中嘉早02的千粒重有所下降，但不顯著。從產(chǎn)量上來看，施用硫肥提高了中早22和中嘉早02的產(chǎn)量。從硫肥增加水稻產(chǎn)量這一角度來看，本實(shí)驗(yàn)中的土壤很可能有效硫是不足的。[0023]表I不同硫處理下水稻的產(chǎn)量表現(xiàn)
權(quán)利要求
1.一種控制水稻重金屬鎘積累的施肥方法，其特征在于包括以下步驟 1)于秧苗移栽前整地時(shí)，在土壤中施入以硫計(jì)0.25 5. 0 kg/666. 7m2的硫化物，并與土壤充分混勻；或于秧苗移栽至少15天前整地，在土壤中施入以硫計(jì)0. 25 5. 0kg/666. 7m2的硫酸鹽，并與土壤充分混勻，保持稻田處于淹水狀態(tài)； 2)于水稻生產(chǎn)中的第一次追肥時(shí)，撒施以硫計(jì)0.25 5. 0 kg/666. 7m2的硫化物，并保持土壤淹水狀態(tài)； 3)第一年和第二年每次進(jìn)行水稻種植時(shí)按照步驟I)和2)施硫化物或硫酸鹽，第二年之后施硫化物或硫酸鹽的方法與步驟I)和2)相同，但施用量減半或減少3/4，或者第二年之后隔年按照步驟I)和2)施硫化物或硫酸鹽。
2.如權(quán)利要求
I所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的施肥方法，其特征在于所述的硫化物為硫化鈉、硫化鉀、硫化鈣、黃鐵礦、白鐵礦、磁黃鐵礦和硫磺中的一種或一種以上混合物，所述的硫酸鹽為石膏、硫酸銨、硫酸亞鐵、硫酸鐵、硫酸鉀、硫酸鈉、硫酸鈣和硫酸鎂中的一種或一種以上混合物。
3.如權(quán)利要求
I所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的施肥方法，其特征在于所述的步驟I)中于秧苗移栽前整地時(shí)，在土壤中施入以硫計(jì)0. 5 2. 5 kg/666. 7m2的硫化物。
4.如權(quán)利要求
I所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的施肥方法，其特征在于所述的步驟I)中于秧苗移栽至少15天前整地，在土壤中施入以硫計(jì)0. 5 2. 5 kg/666. 7m2的硫酸鹽。
5.如權(quán)利要求
I所述的一種控制水稻重金屬鎘積累的施肥方法，其特征在于所述的步驟2)中于水稻生產(chǎn)中的第一次追肥時(shí)，撒施以硫計(jì)0. 5 2. 5 kg/666. 7m2的硫化物。
專利摘要
一種控制水稻重金屬鎘積累的施肥方法，屬于水稻種植技術(shù)領(lǐng)域：
。其包括以下步驟1)于秧苗移栽前整地時(shí)，在土壤中施入硫化物，并與土壤充分混勻；或于秧苗移栽至少15天前整地，在土壤中施入硫酸鹽，并與土壤充分混勻，保持稻田處于淹水狀態(tài)；2)于水稻生產(chǎn)中的第一次追肥時(shí)，撒施硫化物，并保持土壤淹水狀態(tài)；3)第一年和第二年每次進(jìn)行水稻種植時(shí)按照步驟1)和2)施硫化物或硫酸鹽，第二年之后施硫化物或硫酸鹽的方法與步驟1)和2)相同，但施用量減半或減少3/4，或者第二年之后隔年按照步驟1)和2)施硫化物或硫酸鹽。本發(fā)明使用來源廣泛硫肥，使用量低，價(jià)格低廉，使用成本低，能顯著降低稻米中的鎘含量。
文檔編號(hào)A01C21/00GKCN102972114SQ201210494137
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月28日
發(fā)明者邵國勝, 沈希宏 申請(qǐng)人:中國水稻研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan