一种降低农作物吸收砷的方法
【专利摘要】本发明披露了一种降低农作物吸收砷的方法，包括：选取长度为50～55cm，宽度为25～30cm的穴盘作为育苗盘，育苗盘含有28～34穴，穴径为5～7cm，深度为9～10cm；按重量百分比将草炭60％～65％、蛭石25％～30％、镁铝双金属氧化物5％～7％以及水铁矿3％～5％混合；在每100kg混合料中加入氮磷钾三元复合肥1～2kg并均匀混合形成育苗基质；将育苗基质按重量百分比喷撒入35％～40％水，然后在阴凉处晾放2～3天；将育苗基质置于选取的穴盘中，平整每个孔穴内的育苗基质；在每个孔穴内播入种子的上面覆盖少量育苗基质，然后喷透水，至孔穴底部小孔中渗出水。将本发明的方法在砷超标农田中应用后，可显著减少砷在作物体内的累积。
【专利说明】一种降低农作物吸收砷的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及重金属砷污染农田土壤的治理方法，尤其涉及降低农作物吸收砷的方法。
【背景技术】
[0002]砷是一种自然界广泛存在的具有致癌作用的类金属元素，其对人体健康的危害甚至比镉更严重。我国是砷矿大国，也是全球受砷污染事件危害较多并较严重的国家之一。近年来，我国一些地区砷污染事件时有发生，如发生于2008年的云南阳宗海砷污染事件等。专家认为砷的治理可能需要花费很长时间，要根治的难度更大。针对农田土壤而言，由于农田周边的矿山开采以及含砷农药和杀虫剂的使用，以及含砷污水或地下水随灌溉等途径进入土壤，从而导致超标乃至污染。在砷超标的农田种植农作物，会导致砷在农产品中的累积，使农产品的含砷量超过国家标准，并可能对食用者的身体健康带来危害。
[0003]目前，农田土壤中的砷超标问题已经引起了我国党和政府及相关学者的广泛关注。一些有助于砷超标农田风险调控或降低作物低吸收砷的方法相继被研究与应用。总体而言，减少作物砷吸收量的主要途径是:在土壤中添加钝化剂以降低其有效性；种植对砷吸收能力弱的作物；或将砷超富集植物与作物间种等。从客观上讲，基于土壤重金属污染的隐蔽性及难治理性等特点，目前的相关方法虽然取得了一定的效果，但仍然具有很大的局限性。例如，直接施用钝化剂的方法确实在一定程度上有利于降低土壤中砷的有效性，但由于钝化剂大多是些化学混合物，它可能会影响土壤原有的理化性质，而且因钝化剂撒播的不均匀性及无法准确调控作物根际区域等，也会在很大程度上影响对砷钝化的效果及其推广应用。基于不同作物品种间对砷敏感性的差异，可以通过筛选低吸收作物的方式来有效降低作物体内砷的吸收量，从而降低其累积风险。但由于低吸收作物在不同砷超标区域种植的差异性，农民难以识别，以及作物品种(特别是蔬菜类)更迭频繁等，均明显限制了该技术的大面积推广与应用。此外，通过与砷超富集植物的间种，对降低作物砷的吸收和累积的效果具有不稳定性等问题，也无法保证农产品的产量与品质。再有，这些措施实施的成本太高，劳动强度较大，不利于我国农业的可持续发展。
[0004]因此，对土壤砷含量可能超标的高风险地区，需要寻求一种成本较低、劳动强度较轻且简单易行、降低农作物砷吸收效果好的方法，使收获物中的砷含量能控制在“食品安全国家标准-食品中污染物限量(GB2762-2012)”的安全范围内，由此对促进农产品安全生产、保障居民身体健康等作用十分巨大。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种降低农作物吸收砷的方法，能够有效地降低农作物体内砷的累积及其含量。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种降低农作物吸收砷的方法，包括:
[0007]选取长度为50?55cm，宽度为25?30cm的穴盘作为育苗盘，其中每个育苗盘含有28?34穴，平均每穴的直径为5?7cm，深度为9?1cm ；
[0008]按重量百分比将草炭60%?65%、蛭石25%?30%、镁铝双金属氧化物5%?7%以及水铁矿3%?5%进行混合形成混合料；在每10kg混合料中加入氮磷钾三元复合肥I?2kg并均匀混合形成育苗基质；
[0009]将育苗基质按重量百分比喷撒入35%?40%水量至能用手握成团但不形成水滴，然后将喷撒水的育苗基质在阴凉处晾放2?3天；
[0010]将育苗基质放置于选取的穴盘中，平整每个孔穴内的育苗基质，使各个孔穴清晰可见；每个孔穴内播入种子后，在上面覆盖少量蛭石或育苗基质；最后喷透水，至穴盘孔穴底部小孔中渗出水。
[0011]优选地,镁招双金属氧化物系将水滑石在500。C下煅烧3h后获得。
[0012]优选地，水铁矿的获得是将40g Fe(NO3)3.9Η20溶于500mL蒸馏水中，再加入330mLlmol.T1KOH,调节pH至7?8，剧烈搅拌后迅速离心洗涤，透析后烘干过200目筛。
[0013]本发明针对采取基质育苗以及带基质移栽的农作物，通过调节基质的组成、添加相应化学调控物质有效地改变作物育苗期的根际生长环境、作物营养状况以及大田生长期的根际环境等，从而能够大大减少作物对砷的吸收量。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为采用本发明降低农作物吸收砷的育苗基质方法与采用常规育苗基质对三种作物出苗率的影响示意图；
[0015]图2为分别用本发明降低农作物吸收砷的育苗基质方法与常规育苗基质方法育苗后不同作物地上部的生物量；
[0016]图3为分别用本发明降低农作物吸收砷的育苗基质方法与常规育苗基质方法育苗后不同作物地上部的砷含量mg/kg。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图和优选实施例对本发明的技术方案进行详细地阐述。应该理解，以下列举的实施例仅用于说明和解释本发明，而不构成对本发明技术方案的限制。
[0018]本发明的基本思想是在作物育苗中通过调整育苗基质的组成并添加化学调控剂的方法，达到调控作物根际状况，以降低作物对土壤中砷的吸收，从而促进砷超标农田中作物安全生产，保障农产品质量安全。
[0019]本发明提供了一种降低农作物吸收砷的方法，在育苗基质中加入一定量对砷具有强络合能力的物质，使作物幼苗的根际环境因砷的有效性大幅度降低而发生相应变化；当作物幼苗连同基质一起移栽到大田后，这种对砷的强络合能力并使其有效性降低的性能得以继续保持。通过该物质在作物根际对砷向作物根系运移的阻控作用，可有效地减少作物对砷的吸收量，从而保证农产品安全生产。
[0020]本发明的降低作物吸收砷的方法具体操作为:
[0021]选取长度为50?55cm，宽度为25?30cm的穴盘(塑料穴盘)作为育苗盘，其中每个育苗盘含有28?34穴,平均每穴的直径为5?7cm,深度为9?1cm ；
[0022]按重量百分比将草炭60%?65%、蛭石25%?30%、镁铝双金属氧化物5%?7%以及水铁矿3%?5%进行混合，在每10kg混合料中加入氮磷钾三元复合肥I?2kg并均匀混合形成育苗基质；
[0023]将育苗基质按重量百分比喷撒入35%?40%水量至能用手握成团但不形成水滴，然后将喷撒水的育苗基质在阴凉处晾放2?3天；
[0024]将育苗基质放置于选取的穴盘中，平整每个孔穴内的育苗基质，使各个孔穴清晰可见；每个孔穴内播入种子后，在上面覆盖少量蛭石或育苗基质；最后喷透水，以穴盘孔穴底部小孔中渗出水为宜。
[0025]在上述方法实施例中，镁铝双金属氧化物系将水滑石在500°C下煅烧3h后获得；水铁矿是将40g Fe (NO3) 3.9H20溶于500mL蒸馏水中，再加入330mLlmol.T1KOH,调节pH至7?8，剧烈搅拌后迅速离心洗涤，透析后烘干过200目筛后获得的。
[0026]利用上述育苗基质进行育苗，可以保证作物，特别是需要育苗移栽的蔬菜类作物的出苗率保持在95 %以上。通过该育苗基质连同蔬菜苗一块移栽在砷超标农田中，使其体内的砷含量相对于未利用上述育苗基质育苗的蔬菜降低了约35%?42%。
[0027]本发明提供的降低作物吸收砷的方法，通过在育苗基质中加入对砷具有强络合能力的物质，利用育苗基质中相关物质在作物根际对砷向作物根系运移的阻控作用，并将这种作用在大田中得以继续保持，可保证在不降低作物出苗率的前提下，在砷超标农田中应用后可显著减少砷在作物体内的累积，降低其食用的风险。
[0028]本发明设计了一套富含铁、镁与铝的作物育苗基质。通过作物在该基质中进行育苗，可以保证该作物较高的出苗率，且该育苗基质的各项指标如大肠菌值，重金属镉、汞、铅、砷，有机质与氮、磷、钾等的含量均符合《城镇垃圾农用控制标准-GB8172-87》。将该育苗基质连同作物幼苗一块移栽至砷超标农田后，通过该基质附着在作物的根际区域，其含有的水铁矿及Mg/Al-LDO可以有效络合土壤中的砷、阻控土壤溶液中的砷向作物根系中的运移。其主要原理是镁铝双金属氧化物和水铁矿这两种物质可有效地络合土壤溶液中的砷，将其相对“钝化”在该两种物质的表面，阻碍其向作物根系移动，从而减少农作物根对砷的吸收及其在作物体内的累积量。目前还未见有国内外对该项技术有相关报道。
[0029]本发明的降低作物吸收砷的方法中使用的材料出处:
[0030]制作水铁矿的原料Fe (NO3) 3.9H20和Κ0Η，购买自北京化学试剂公司；
[0031]水滑石，购自爱丽汶森(北京)科技有限公司。
[0032]为了验证采用本发明的降低作物吸收砷的方法对砷向作物根系运移的阻控作用所产生的有益效果，进行了以下试验来加以说明。
[0033](I)本发明的降低作物吸收砷的方法所配制的育苗基质对不同作物出苗率的影响
[0034]选择从中国农业科学院蔬菜花卉研究所购买的油菜花、芹菜、红菜苔3种类型的种子；
[0035]将所购买的种子经30% H2O2浸泡消毒10?15min后用去离子水洗净，放置于备好的且已湿润的本发明的育苗基质中，该育苗基质包括草炭62 %、蛭石28 %、Mg/Al-LDO6%、水铁矿4%;所使用的育苗穴盘长度为54cm，宽度为28cm(河北省文安县圣基塑料制品厂生产)，每个育苗穴盘含有32穴，平均每穴的直径为6-7cm，深度为10cm，穴底有小孔可以排除多余的水分；待每个孔穴内播入种子后，在上面覆盖少量蛭石或基质，之后喷透水至穴盘底部小孔有水渗出；育苗盘于约25°C下培养，期间保证其一定的含水量。同时，用普通不添加Mg/Al-LDO、水铁矿的基质作为对照，按同样方法进行操作并观测相关指标。
[0036]培养过程中记录每盆中的不同作物的出苗情况。在本试验过程中，按照常规育苗方法进行相同的育苗操作，以便分析常规方法与本发明的方法分别施用于育苗基质对不同作物出苗率的影响。
[0037]试验结果如图1所示。从图1可以看出，相对于常规方法育苗，使用本发明的方法育苗后并没有影响油菜花，芹菜和红菜苔的出苗率。将本发明的方法施用于育苗基质后，三种作物的出苗率分别为97.3%、95.3%和95.5%。
[0038](2)本发明的降低作物吸收砷的方法对作物地上部分生物量的影响
[0039]分别将本发明的降低作物吸收砷的方法和常规方法育苗基质获得的各种作物整体移栽至砷超标土壤中。该土壤中砷含量为181ppm。
[0040]移栽作物后的土壤-植物体系于25 °C下培养，保证土壤含水量一致。培养50天后，取地上部生物量进行分析，其中地上部生物量经杀青，烘干至恒重后，称量各作物地上部干重。
[0041]试验结果如图2所示。从图2可以看出，本发明的方法与常规育苗基质方法相比，使用本发明的方法所做的育苗基质并没有影响三种作物地上部生物量干重，说明可保证三种作物的正常生长。图中油菜花，芹菜和红菜苔的地上部生物量干重量分别为2.18g 1.1Og和 1.04g。
[0042](3)本发明的降低作物吸收砷的方法对不同作物地上部砷含量的影响
[0043]将油菜花，芹菜和红菜苔的地上部称干重后，利用研磨器对收获的植物样进行处理后，利用浓硝酸消解，再利用氢化物发生-原子荧光对消解液中的砷含量进行分析。
[0044]分析结果如图3所示。从图3可以看出，与常规方法育苗基质相比，使用本发明的育苗基质方法可有效地减少三种作物对砷的吸收，保证三种作物的健康生长，降低其对人体健康的风险。使用本发明的育苗基质后，油菜花，芹菜和红菜苔的地上部砷含量分别为
0.44mg/kg、0.67mg/kg和0.33mg/kg。与常规的育苗后同等条件下栽培的作物体内砷含量相比，本发明的育苗并移栽方法降低了约37%、40%和49%。
[0045]总体来看，通过本发明的育苗方法育苗后,可以保证各作物较高的出苗率,达95%以上。将本发明的育苗基质连同幼苗一并移栽后，可以保障各作物地上部生物量不变，保证其正常生长。同时，还可有效地降低各作物对砷超标土壤中砷的吸收量，降低其对人体健康的风险。本发明所报道的这种育苗基质可以在砷超标农田区域进行应用，在一定程度上缓解砷对农产品安全的影响，保障该区域农户身体的健康。
【权利要求】
1.一种降低农作物吸收砷的方法，包括: 选取长度为50?55cm，宽度为25?30cm的穴盘作为育苗盘，其中每个育苗盘含有28?34穴,平均每穴的直径为5?7cm,深度为9?1cm ； 按重量百分比将草炭60%?65%、蛭石25%?30%、镁铝双金属氧化物5%?7%以及水铁矿3%?5%进行混合形成混合料；在每10kg混合料中加入氮磷钾三元复合肥I?2kg并均匀混合形成育苗基质； 将育苗基质按重量百分比喷撒入35%?40%水量至能用手握成团但不形成水滴，然后将喷撒水的育苗基质在阴凉处晾放2?3天； 将育苗基质放置于选取的穴盘中，平整每个孔穴内的育苗基质，使各个孔穴清晰可见；每个孔穴内播入种子后，在上面覆盖少量蛭石或育苗基质；最后喷透水，至穴盘孔穴底部小孔中渗出水。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镁铝双金属氧化物系将水滑石在500°C下煅烧3h后获得。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述水铁矿的获得是将40gFe(NO3)3.9Η20溶于500mL蒸馏水中，再加入330mL Imol.T1KOH,调节pH至7?8，剧烈搅拌后迅速离心洗涤，透析后烘干过200目筛。
【文档编号】A01G9/10GK104429527SQ201410717319
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月1日 优先权日:2014年12月1日
【发明者】曾希柏 申请人:中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所