[发明专利]一种控制水稻重金属镉污染或积累的新型有机肥及其制备、施用方法

说明书

一种控制水稻重金属镉污染或积累的新型有机肥及其制备、施用方法，属于肥料技术领域。该肥料以按含水量15％的100公斤有机物料为基准，添加以铁计的铁盐0.05～5公斤，并以铁计的铁盐：以锰计的锰盐：以锌计的锌盐和以铜计的铜盐的质量比为1：0.2～8:0.08～2:0.001～0.5添加锰盐、锌盐和铜盐。本发明的有机肥是基于重金属镉在稻田土壤中的化学过程、水稻根系吸收过程和植株镉转运过程而研发的，施用方便，使用量低，价格低廉，使用成本低，普遍适用于我国重、中、轻度镉污染的农田，具有广适性。

技术领域

本发明属于肥料技术领域，具体涉及一种控制水稻重金属镉污染或积累的新型有机肥及其制备、施用方法。

背景技术

镉、铅和汞等重金属是植物的非必需元素，而且对植物生长具有毒害作用，是作物生长和食品安全的重要重金属污染物。这些有毒重金属在食品中过量积累，进而进入食物链，严重威胁人体健康。根据农业部稻米及制品质量监督检验测试中心2002年和2003年对我国各地稻米质量安全普查的结果，稻米的质量安全问题之一是镉、铅等重金属超标，超标率均超过10％。工业三废、有色金属矿业和污灌等极易导致土壤有毒重金属含量过高，易导致植株吸收过量，是植株或作物重金属积累的最主要来源。为此，各国都对土壤和食品(或是粮食)的重金属允许含量设有严格的限制标准。比如，我国谷物中镉限制含量为0.2mg/kg，铅为0.2mg/kg和汞0.02mg/kg。

植物性食物，包括稻米、大小麦等，其所含有或积累的镉、铅和汞等主要由根系从土壤中吸收，并经蒸腾流到达地上部，最终在收获部位积累。研究表明，土壤镉、铅和汞的含量，特别是有效态含量(即能够被根系所吸收)是影响根系吸收土壤镉、铅和汞的关键因素。因此，通过各种农艺措施降低和控制土壤有效态镉、铅和汞一直是国内外的研究热点课题。比如，在酸性和偏酸性土壤上，通过施用石灰提高土壤pH值，可显著降低土壤镉、铅和汞的有效性，最终降低根系对这些重金属的吸收。然而，施用石灰同样存在很多副作用，比如施用石灰，土壤pH升高导致这些重金属有效降低的同时，也导致多种微量元素如铁、锰、锌等必需元素含量大幅下降，极易引起作物缺素和生长不良；另一方面，由于不同地区、不同土壤类型的pH值差异和pH缓冲能力差异均很大，石灰施用量难以精确控制。针对水稻而言，通过淹水，促进土壤还原性的增加，通过增加土壤中的二价铁等和促进镉、铅和汞等以硫化物的形式沉淀，一方面降低这些重金属的土壤有效性，另一方面降低根系对这些元素的吸收能力，可明显降低根系对土壤有毒重金属的吸收和积累。但对于水稻而言，长期淹水不利于水稻生长，而且易导致作物砷吸收增加。通过向土壤中添加固化剂或吸附剂，以结合并固定或吸附土壤中的重金属，比如镉、铅和汞等一直是国内外研究的一个重要方向。目前所报道的固化剂或吸附剂主要有沸石、硅藻土、海泡石、膨润土和石灰石，甚至碱性煤渣等，但目前尚未见到大规模生产性应用的土壤重金属固化剂或吸附剂，主要原因在于要么效果不理想，要么对环境并不友好，要么成本过高，不具有推广应用价值。专利200710070666.4已经公开了利用土壤镉可通过水稻根系的铁吸收代谢途径进入植株体内这一途径，发明了通过土施螯合态亚铁肥控制稻米镉积累农艺技术措施。专利号200910097196.X已经公开了利用土壤镉可通过水稻根系的锰吸收代谢途径进入植株体内这一途径，发明了通过土施和叶面喷施螯合态(亚)锰肥控制稻米镉积累农艺技术措施。这两种方法施用的螯合态亚铁肥或螯合态锰肥市售价格高，用量相对偏大，整体成本依然偏高；同时在实际应用中发现两种方法在不同类型土壤上，比如酸性土壤和中性(弱酸性)土壤上、粘性土壤和砂性土壤上控制水稻镉的效果差异极大，主要原因在于酸性土壤上铁锰铜锌等微量元素大幅流失，随不至于导致水稻生长不良，添加单一的螯合态铁肥或锰肥依然无法很有效控制水稻镉积累，而且很容易随着灌溉水流失，失去效果，甚至出现了水稻镉吸收增加的现象。而砂性土由于渗水现象严重，施入的螯合态铁肥或锰肥由于活性极高，极容易随田间渗漏水流失，失去效果。近年来，前人大量研究发现土壤镉不仅可通过铁代谢系统、锰代谢系统被根系所吸收，而且还能通过铜、锌代谢系统所吸收，比如已经克隆出来的铁锰铜锌转运蛋白有OsNRAMP1、OsNRAMP5、OsHMA2、OsHMA3、OsIRT1、OsIRT2、OsMTP9等等，这些蛋白均能转运镉。而且随着科学的进步，进一步发现农作物(水稻)根系对铁锰铜锌的吸收与积累均存在着相互调控、相互制约的动态平衡，这也分子生物学水平正解释了单一使用螯合态的铁肥或锰肥，有可能打破微量元素间的动态平衡，促使镉可能通过其他微量元素途径被根系所吸收。这揭示控制水稻镉的吸收与积累，是一个复杂的微量元素平衡的过程，也是一个如何保持土壤微量元素有效性的问题，整体上就是必须保持高有效态的铁锰铜锌动态平衡。总而言之，当前国内外尚缺乏一种具有广适性的控制水稻镉积累的方法和技术。