阅读说明：本技术 一种能够降低水稻重金属镉污染的肥料及其应用 (Fertilizer capable of reducing heavy metal cadmium pollution of rice and application thereof ) 是由 彭玉林 张兆冬 *** 王永露 钱荣 于 2019-10-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种能够降低水稻重金属镉污染的肥料及其应用,其组分包括按重量份计：作物秸秆粉15-35份,益生菌15-35份,亚硫酸盐10-15份,酸碱平衡剂2～3份,生物吸附剂10-15份。本发明方案的肥料能够有效固化土壤中的重金属镉,抑制水稻对土壤中镉的吸收,从而降低种植水稻的镉含量。(The invention relates to a fertilizer capable of reducing heavy metal cadmium pollution of rice and application thereof, wherein the fertilizer comprises the following components in parts by weight: 15-35 parts of crop straw powder, 15-35 parts of probiotics, 10-15 parts of sulfite, 2-3 parts of acid-base balancing agent and 10-15 parts of biological adsorbent. The fertilizer provided by the invention can effectively solidify heavy metal cadmium in soil, and inhibit the absorption of rice to cadmium in soil, so that the cadmium content of the planted rice is reduced.)

一种能够降低水稻重金属镉污染的肥料及其应用

技术领域

本发明涉及肥料技术领域，具体涉及一种能够降低水稻重金属镉污染的肥料及其应用。

背景技术

土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆转性等特点，在水稻生产中不仅影响水稻产量，还容易在稻米中富集，严重影响稻米的卫生品质和营养品质，对广大群众的健康具有潜在的危害性。因此，水稻作物重金属的防治对农田的可持续利用、作物合理布局和稻米安全具有重大的意义。镉(Cadmium，Cd)是一种生物毒性很强的重金属元素，在自然界中背景值较低，但随着工业的发展，镉不断进入农田生态系统，导致农田土壤中镉的积累。据农业部统计，我国超过10％的耕地受镉污染(大于0.3mg/Kg)，镉污染通过食物链进入人体，长期食用会严重危害人类健康，甚至引发“骨痛病”。湖南是“有色金属之乡”，稻田耕地镉污染严重高于全国。

土壤中镉的生物有效性是水稻吸收镉的最直接的相关因子，容易受土壤酸碱度、氧化还原电位(Eh)和有机质等理化性质的影响。改善土壤理化性质可以调控土壤中镉的生物有效性，影响水稻对镉的吸收和积累。施肥是水稻生长过程中的主要栽培措施，可以有效的影响土壤中重金属含量和存在形态。

目前，修复重金属污染土壤的方法有微生物修复、植物修复和物理化学修复等，物理化学修复又包括化学固化、土壤淋洗和电动修复等。物理化学修复，具有修复速度快、效果好、价格适中和操作简单等优点，但用量大且容易造成二次污染；植物修复生态环保，但周期长、耗费大、操作繁琐；微生物修复相对具有操作简单且生态环保的优点，但目前的微生物修复方法不能满足农田大规模的施用，且效果不佳。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种能够降低水稻重金属镉污染的肥料。

根据本发明的第一方面实施例的能够降低水稻重金属镉污染的肥料，所述肥料按重量份数计包括：

作物秸秆 15-35份；

益生菌 5-10份；

亚硫酸盐 10-15份；

酸碱平衡剂 2～3份；

生物吸附剂 10-15份；

其中，所述益生菌为细黄链霉菌、乳酸菌、硫酸盐还原菌和黑曲霉菌的混合物。

根据本发明实施例的肥料，至少具有如下有益效果：本发明方案的肥料能够有效固化土壤中的重金属镉，抑制水稻对土壤中镉的吸收，从而降低种植水稻的镉含量；黑曲霉菌可产生淀粉酶、酸性蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、葡萄糖氧化酶、柠檬酸、葡萄糖酸和没食子酸，降解土壤中的有机污染物，破坏其与重金属离子络合物的结构，避免其被水稻吸收利用；乳酸菌代谢产生乳酸等有机酸，从而显著降低环境pH值和氧化还原电位，与此同时，亚硫酸盐可与乳酸菌、黑黄霉菌等代谢产生的有机酸复配降低土壤中的氧化还原电位，硫酸盐还原菌将亚硫酸盐转化为硫离子，从而促使土壤中的活性镉向难溶态的硫化镉转化，最终降低镉的生物有效性；益生菌中的细黄链霉菌代谢产生生长素、抗菌素、琥珀酸及细胞***素等作物生长所必须的生长调节成分，能够将土壤中的氮、磷、钾，提高土壤肥力，减少化肥使用量，此外，细黄链霉菌能够协同促进腐植酸的形成，提升土壤本身对重金属污染的修复能力，并提升土壤的透气性。

根据本发明的一些实施例，所述益生菌按重量份百分数计包括：

细黄链霉菌菌粉(15-20)％；

乳酸菌菌粉(20-30)％；

硫酸盐还原菌菌粉(20-30)％；

黑曲霉菌菌粉(25-35)％；

所述益生菌中，各种益粉的质量百分数之和为100％，有效活菌数为(1.5-2.0)×10¹⁰cfu/g。

根据本发明的一些实施例，所述作物秸秆包括麦秸秆、稻秸秆或大豆秸秆中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述肥料还包括稻壳、菜粕、花生粕或豆粕中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述亚硫酸盐包括亚硫酸钠或亚硫酸亚铁中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述酸碱平衡剂为过磷酸钙、磷酸铵、磷酸二氢钾和草木灰中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述生物吸附剂包括虾蟹壳和硅藻的混合物。

根据本发明的一些实施例，所述虾蟹壳和硅藻的质量比为(2～3):1。

根据本发明的第二方面实施例的应用，将上述肥料施用于镉污染土壤中，施用量为350-800kg/hm²。

根据本发明的一些实施例，所述肥料至少在稻田翻耕前、抽穗前或抽穗后5～8天施用一次；优选地，所述肥料在稻田翻耕前、抽穗前或抽穗后5～8天分别施用一次。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。

能够降低水稻重金属镉污染的肥料，所述肥料按重量份数计包括：

作物秸秆 15-35份；

益生菌 5-10份；

亚硫酸盐 10-15份；

酸碱平衡剂 2～3份；

生物吸附剂 10-15份；

其中，所述益生菌为细黄链霉菌、乳酸菌、硫酸盐还原菌和黑曲霉菌的混合物。

添加酸碱平衡剂，调节肥料的酸碱度，避免因乳酸菌代谢产生的有机酸过多导致土壤酸性过强。作物秸秆可向微生物提供碳水化合物及其他营养物质，同时作物秸秆还能促进污染土壤中镉溶出，溶出后的镉通过益生菌等成分的作用被转化为难溶态的硫化镉，从而降低水稻对土壤中镉的吸收利用，同时秸秆中含有大量的纤维素，可对金属镉产生吸附作用。肥料中添加生物吸附剂，利用生物吸附剂对土壤中镉离子的吸附固定，避免其发生迁移，同时，由于生物吸附剂天然存在，避免了化学吸附剂可能产生二次污染的隐患。

根据本发明的一些实施例，所述益生菌按重量份百分数计包括：

细黄链霉菌菌粉(15-20)％；

乳酸菌菌粉(20-30)％；

硫酸盐还原菌菌粉(20-30)％；

黑曲霉菌菌粉(25-35)％；

所述益生菌中，各种益粉的质量百分数之和为100％，有效活菌数为(1.5-2.0)×10¹⁰cfu/g。

根据本发明的一些实施例，所述作物秸秆包括麦秸秆、稻秸秆或大豆秸秆中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述肥料还包括稻壳、菜粕、花生粕或豆粕中的至少一种。稻壳中含有丰富的硅，经益生菌分解利用后，稻壳中的硅被释放可被水稻吸收利用，从而占据镉吸附通道，减少水稻对镉的吸附；此外，稻壳、菜粕、花生粕或豆粕中均含有大量的碳水化合物、微量元素及氨基酸，可为微生物的代谢提供营养物质，同时，微量元素及氨基酸等可最终为水稻提供营养物质；同时，菜粕、豆粕中含有的烟酸、胆碱、抗营养因子等成分，可对水稻抗虫害产生一定的辅助作用，从而降低农药的施用量，使得本发明方案肥料对土壤降低镉污染具有较好的持续性；花生粕还具有促进微生物生长发育和代谢的功能，能够促进乳酸菌、霉菌及其他菌类的增殖。

根据本发明的一些实施例，所述亚硫酸盐包括亚硫酸钠或亚硫酸亚铁中的至少一种。

以亚硫酸钠作为亚硫酸源，可降低生产生成；亚硫酸亚铁提供亚硫酸源的同时，还可为水稻补充铁元素，亚铁离子可与铁的运输蛋白优先结合，从而降低镉与其结合的几率，形成与镉离子的部分吸收，降低水稻对镉的吸收，此外，部分亚铁离子被还原为铁盐，铁盐在稻田中水解形成胶体，辅助增强土壤对镉的吸附作用，进而降低镉的迁移能力。

根据本发明的一些实施例，所述酸碱平衡剂为过磷酸钙、磷酸铵、磷酸二氢钾和草木灰中的至少一种。在调节肥料酸碱度的同时，碱性平衡剂保证了肥料中的N、P和K的平衡，有利于增强肥效，降低重金属污染。

根据本发明的一些实施例，所述生物吸附剂包括虾蟹壳和硅藻的混合物。虾蟹壳和硅藻对重金属均具有较好的吸附作用，硅藻中含有大量的硅元素，在益生菌的分解作用下，硅元素能够更好地被水稻吸收利用，既可降低镉的吸收率，同时，还可防治水稻因缺硅导致的稻瘟病等。除钙元素外，虾蟹壳中还含有大量的锌元素，可避免水稻缺锌导致的稻缩苗等症状，同时还可提升水稻秧苗的抗寒抗冻能力。

根据本发明的一些实施例，所述虾蟹壳和硅藻的质量比为(2～3):1。

根据本发明的第二方面实施例的应用，将上述肥料施用于镉污染土壤中，施用量为350-800kg/hm²。

根据本发明的一些实施例，所述肥料至少在稻田翻耕前、抽穗前或抽穗后5～8天施用一次；优选地，所述肥料在稻田翻耕前、抽穗前或抽穗后5～8天分别施用一次。

本发明的实施例一为：一种能够降低水稻重金属镉污染的肥料，其制备过程如下：

取大豆秸秆粉20份，益生菌5份，亚硫酸钠10份，酸碱平衡剂2份，生物吸附剂15份均匀混合。其中，益生菌由细黄链霉菌菌粉15％，乳酸菌菌粉25％，硫酸盐还原菌菌粉30％，黑曲霉菌菌粉30％均匀混合得到的混合物，该混合物中有效活菌数约为1.5×10¹⁰cfu/g。酸碱平衡剂为质量比为1:1的磷酸钙和草木灰的混合物。生物吸附剂为虾蟹壳和硅藻的混合物。若作为稻田翻耕前和抽穗前的肥料施用，则虾蟹壳和硅藻的质量之比为3:1，否则为2:1。

本发明的实施例二为：一种能够降低水稻重金属镉污染的肥料，其制备过程如下：

取麦秸秆粉15份，益生菌10份，亚硫酸铁15份，酸碱平衡剂3份，生物吸附剂15份均匀混合。其中，益生菌由细黄链霉菌菌粉20％，乳酸菌菌粉20％，硫酸盐还原菌菌粉30％，黑曲霉菌菌粉30％均匀混合得到的混合物，该混合物中有效活菌数约为1.8×10¹⁰cfu/g。酸碱平衡剂为质量比为1:1:1的磷酸钙、磷酸铵、磷酸二氢钾的混合物。生物吸附剂为虾蟹壳和硅藻的混合物。若作为稻田翻耕前和抽穗前的肥料施用，则虾蟹壳和硅藻的质量之比为3:1，否则为2:1。

本发明的实施例三为：一种能够降低水稻重金属镉污染的肥料，其制备过程如下：

取稻秸秆粉35份，益生菌8份，亚硫酸铁12份，酸碱平衡剂3份，生物吸附剂10份均匀混合。其中，益生菌由细黄链霉菌菌粉18％，乳酸菌菌粉28％，硫酸盐还原菌菌粉26％，黑曲霉菌菌粉28％均匀混合得到的混合物，该混合物中有效活菌数约为2.0×10¹⁰cfu/g。酸碱平衡剂为质量比为1:1:1：2的磷酸钙、磷酸铵、磷酸二氢钾和草木灰的混合物。生物吸附剂为虾蟹壳和硅藻的混合物。若作为稻田翻耕前和抽穗前的肥料施用，则虾蟹壳和硅藻的质量之比为3:1，否则为2:1。

本发明的实施例四为：一种能够降低水稻重金属镉污染的肥料，其与实施例一的区别在于：还添加有稻壳5份。

本发明的实施例五为：一种能够降低水稻重金属镉污染的肥料，其与实施例一的区别在于：还添加有花生粕5份。

本发明的实施例六为：一种能够降低水稻重金属镉污染的肥料，其与实施例一的区别在于：还添加有豆粕5份。

本发明的对照例一为：一种肥料，其与实施例一的区别在于：不含黑曲霉菌，其他物质重量份数不变。

本发明的对照例二为：一种肥料，其与实施例一的区别在于：不含硫酸盐还原菌，其他物质重量份数不变。

本发明的对照例三为：一种肥料，其与实施例一的区别在于：不含酸碱平衡剂，其他物质重量份数不变。

本发明的对照例四为：一种肥料，其与实施例一的区别在于：不含益生菌，其他物质重量份数不变。

将上述实施例和对照例中肥料进行水稻种植试验，以盆栽的方法进行水稻种植，具体种植方法与试验过程如下：

一、供试土壤的制备：

供试土壤为红壤土，采自湖南长沙远大路马坡岭附近的稻田，选用0～30cm表层土，自然风干后，除去土壤中的杂质，磨碎后，过30目筛，备用。

模拟土壤重金属污染：称取一定量固体氯化镉添加到供试土壤中，充分混合均匀后，加去离子水使土壤含水率达到最大持水量的60％左右，每天及时补充水分，保持土壤中的含水量，室温条件下培养8周，模拟重金属镉污染土壤。测定(测定方法参照《土壤环境质量标准》(GB15618-2008))8周后，土壤中的镉含量为0.657mg/kg。

二、试验过程：

1、水稻种植：试验共设11组，每组内设有3个重复试验，1～6组分别施用对应实施例组肥料，7～10组施用对照例组肥料，11组为空白对照(施加等量的普通市售氮磷钾复合肥)。各组的其他操作(浇水、病虫害管理等)及管理均一致。每盆分别装入上述操作制得的模拟土壤10kg，其中，1～10组于播种前10天施入肥料6g混合均匀，浇水灌溉，待水自然落干后，播种水稻，每盆播入水稻种子30颗，水稻品种为湘早籼33号。待种子出苗后，每盆定苗8株。

2、生长期施肥：在抽穗前再次施用一次(肥量为每盆5.5g)，抽穗后第8天，再施用一次，(肥量为每盆5g)。

三、结果验证：

水稻收获后，测定水稻的千粒重，并随机提取20粒糙米，按照GB/T5009.15-2003对糙米中镉含量进行测定，取各组试验的平均值作为最终的试验结果，检测指标及结果如下表1所示：

表1

组别	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
												千粒重(g)	21.6	21.9	21.8	22.2	22	22.1	20.5	20.8	20.2	19.9	19.7
镉含量(mg/kg)	0.248	0.237	0.231	0.213	0.235	0.243	0.299	0.297	0.250	0.334	0.391

此外，施用实施例五的水稻抽穗时间及稻谷时间均更早，而施用实施例四的水稻稻谷更饱满且基本无空瘪。将施用上述肥料后的土壤在相等条件下，再进行晚稻种植时，结果发现，施用过实施例六的肥料的土壤种植的晚稻镉含量明显低于其他组别。

将实施例组与空白对照组对比发现，施用本发明方案的肥料不仅能大幅降低稻谷中的镉含量，同时还能提升产量，添加稻壳的实施例组4可提升产量12％以上，镉降低45％；将对照组与空白对照组对比发现，未包含本发明方案(或仅包含部分)的益生菌，产量有所下降，同时，镉含量仍较高；未包含酸碱平衡剂的对照组，仅管镉含量有大幅下降，但其产量也远低于实施例组。

上述实施例中的份数均为重量份数。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。