一种降低重度砷污染稻田中稻米砷浓度的灌水方法
【专利摘要】本发明公开了一种降低重度砷污染稻田中稻米砷浓度的灌水方法，属于农产品重金属污染防治【技术领域】。在重度砷污染稻田中(土壤砷浓度100mg/kg)，控水时期从水稻分蘖盛期到抽穗期及从抽穗后第21天到成熟期控水，其它时期淹水灌溉，保持水层3-5cm；控水程度为轻度控水，从土壤外观上看，表土开始变硬，但未发白，出现细微裂纹；如测定土壤含水量，保持土壤含水量为最大持水量的80％±5％。与水稻实际生产中常用的全生育期淹水灌溉相比，稻米中As浓度下降58％-69％。
【专利说明】一种降低重度砷污染稻田中稻米砷浓度的灌水方法
【技术领域】
[0001]本发明为一种降低重度砷污染稻田中稻米砷浓度的灌水方法，属于农产品重金属污染防治技术。
【背景技术】
[0002]近三十多年来，由于采矿、冶炼等工业的高速发展以及含砷农药、化肥、生物生长调节剂等的大量使用，世界上很多国家和地区的农田土壤都受到砷的污染。稻田土壤中积累的砷可被水稻根系吸收，然后运转到人类的食用部位一稻米，进而通过食物链进入人体，对人体健康构成严重威胁。另外，我国也是能源大国，且能源结构以煤为主，而煤是污染最严重的能源。一些煤中砷含量可高达35000mg/kg,每年通过燃煤排放的砷约达2500吨，这些砷通过大气干湿沉降的形式回到陆地和水域，最终造成土壤砷污染。
[0003]砷对人体有很强的毒性，世界卫生组织(WHO)、国际癌症研究机构(IARC)、美国环保局(USEPA)等多家权威机构都将砷列为对人类的致癌物质。研究表明，暴露于砷污染的环境中可引起砷中毒，对人体多种器官和系统的功能造成损害，引发疾病，如其临床表现有高血压、心脑血管疾病、神经病变、糖尿病、皮肤色素代谢异常及皮肤角质化等，并最终可发展为皮肤癌、膀胱癌及肾脏、肝脏等多种器官的癌变。
[0004]我国是采矿、冶炼及农业生产大国，砷矿分布于我国中南及西南的多个省市区，由于含砷矿产的开采或冶炼，很多地区的稻田土壤、水稻结果及稻米都受到不同程度的砷污染。如湖南常宁县，土壤砷含量达到92-840mg/kg，其污染已达到重度污染级别。在湖北，有超过8000hm2的稻田受到砷污染，部分稻田水稻籽粒中砷浓度高达0.725mg/kg，也已达到重度污染级别。近年来，由于砷污染及砷中毒事件多发，使得土壤及农产品砷污染问题日益受到环境保护工作者及公众的高度重视。
[0005]水稻是我国最重要的粮食作物，大部分人以稻米为主食，特别在人口稠密长江流域及以南地区。据研究，砷可以通过水稻秸杆和稻米经食物链进入人体，给人体健康带来直接或间接的危害。水稻籽粒中的砷是稻米主食区人体砷的主要来源，其对人体砷暴露的贡献大于饮用水。因此，防治稻田及稻米的砷污染，对保障我国人民的身体健康非常重要。
[0006]研究表明，砷在土壤一水稻体系中的迁移积累受到多种因素的影响，包括土壤的水分状况。在土壤淹水的情况下，土壤胶体吸附的砷会因还原作用而释放到土壤溶液中，且主要以三价态形式存在，其移动性、毒性和生物有效性都会增强。而在土壤控水条件下，砷主要以五价砷的形态存在，五价砷容易被吸附到土壤粘粒、铁锰氧化物、水合物及土壤胶体颗粒上，并且还可与铁反应形成砷酸铁的形式共沉淀，从而降低砷的毒性和生物有效性。但对于稻田土壤控水对水稻吸收砷的影响还缺乏研究，特别是关于控水时间(水稻不同生育时期)、控水程度(土壤干旱程度)对稻米砷含量的影响还很不清楚。而且，由于水稻是喜水作物，不适宜的控水时间或控水程度会造成水稻产量下降。在实际水稻生产中，农民由于各种原因(节约灌溉水、灌溉水供应不足、农事活动需要、调节水稻生长状况等)，会在水稻生育期间的某些时段进行不同程度的控水。但这些水分管理措施往往缺乏科学性，如果灌水方法不当，不但会造成水稻产量下降，而且会促进稻田土壤中有毒有害物质的释放、增加水稻对这些物质的吸收，结果导致稻米中对人体有毒、有害物质的含量超标。
[0007]本发明在 申请人:多年研究的基础上，公开一种在重度砷污染稻田中，既保证水稻产量不会明显下降，又能大幅度降低稻米砷浓度的稻田灌水方法。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是:提供一种降低重度砷污染稻田中稻米砷浓度的灌水方法，在保证水稻产量不明显下降的基础上，可以大幅度降低重度砷污染稻田中稻米的砷浓度。
[0009]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种降低重度砷污染稻田中稻米镉浓度的灌水方法，其特征是:在重度砷污染稻田中(土壤砷浓度100mg/kg)，(I)控水时期。分蘖盛期到抽穗期及抽穗后第21天到成熟期轻度控水，其它时期淹水灌溉，保持水层3-5cm ； (2)控水程度。轻度控水，从土壤外观上看，表土开始变硬，但未发白，出现细微裂纹。如测定土壤含水量，保持土壤含水量为最大持水量的80% ±5%。
[0010]当水稻生长进入分蘖盛期(一般在移栽后40天左右，秧苗已封行，站在田边基本看不到水面)时排干水层，让土壤自然干燥到轻度缺水。从土壤外观上看，表土开始变硬，但未发白，出现细微裂纹。如测定土壤含水量，保持土壤含水量为最大持水量的80%±5%。达到该控水标准后，再灌水到饱和(未出现明显水层)，然后让其自然干燥，如此重复进行，直到水稻开始抽穗时恢复3-5cm水层灌溉。再从抽穗后第21天开始排干水层，按上述方法控水，直到水稻成熟。
[0011]本发明的有益效果是:在稻田重度砷污染地区实施后，可以大幅度降低稻米的砷浓度，但不会对水稻产量产生明显影响。与水稻实际生产中常用的全生育期淹水灌溉相比，稻米砷浓度下降58% -69% (见图1、图2)。在稻田重度度砷污染地区(土壤砷浓度10mg/kg)，通过该申请专利技术方案的实施，可以控制稻米砷浓度符合国家卫生标准(稻米砷浓度〈0.2mg/kg, GB2762-2012)。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1 土壤砷浓度为100mg/kg时不同灌水方法下籼稻稻米砷浓度；
[0013]图2 土壤砷浓度为100mg/kg时不同灌水方法下粳稻稻米砷浓度。
[0014]图1-图2中，注释如下:稻田灌水方法代码:
[0015]A-全生育期保持水层3_5cm
[0016]B-移栽活棵后全生育期轻度控水
[0017]C-分蘖盛期到抽穗期轻度控水，其它时期保持水层
[0018]D-抽穗到成熟期轻度控水，其它时期保持水层
[0019]E-分蘖盛期到抽穗期及抽穗后第21天到成熟期轻度控水，其它时期保持水层
【具体实施方式】
[0020]实施例1:一种降低重度砷污染稻田中稻米砷浓度的灌水方法，在水稻生产中，从分蘖盛期到抽穗期及抽穗后第21天到成熟期轻度控水，其它时期淹水灌溉，保持水层3-5cm ;控水程度为轻度控水，从土壤外观上看，表土开始变硬，但未发白，出现细微裂纹。如测定土壤含水量，保持土壤含水量为最大持水量的80% ±5%。与生产中常用的水稻全生育期淹水灌溉比较，水稻产量没有明显下降(下降幅度低于3% )，但稻米的砷浓度下降58% -69% (见图1、图 2)。
[0021]水稻生长到分蘖盛期(一般在移栽后40天左右，秧苗已封行，站在田边基本看不到水面)排干水层，让土壤自然干燥到轻度缺水。从土壤外观上看，表土开始变硬，但未发白，出现细微裂纹。如测定土壤含水量，保持土壤含水量为最大持水量的80% ±5%。达到该控水标准后，再灌水到饱和(未出现明显水层)，然后让其自然干燥，如此重复进行，直到水稻开始抽穗时恢复3-5cm水层灌溉。再从抽穗后第21天开始排干水层，按上述方法控水，直到水稻成熟。
[0022]在水稻品种的选择上，宜选择对土壤中As吸收能力较弱的粳稻品种，不宜选择对As吸收能力较强的籼稻品种。
[0023]附图1和附图2证明本实施例可以大幅度降低稻米的As浓度。图中数据是在土壤As浓度为100mg/kg(重度污染程度)条件下获得的，其氮、磷、钾肥施肥为中等施肥水平，其它管理措施按水稻生产常规进行。
[0024]如果仅在分蘖盛期到抽穗期或仅在抽穗到成熟期控水，稻米As浓度下降幅度小，稻米As浓度容易超过国家卫生标准；如果在移栽活棵后全生育期控水控水，虽然稻米As浓度的下降幅度也很大，但水稻产量也会大幅度下降(产量下降14% -26% )。如果控水程度过轻，降低稻米As浓度的效果较差；控水程度过重，水稻产量会显著下降。
【权利要求】
1.一种降低重度砷污染稻田中稻米砷浓度的灌水方法，其特征是:在重度砷污染稻田中(土壤砷浓度100mg/kg)，控水时期从水稻分蘖盛期到抽穗期及从抽穗后第21天到成熟期控水，其它时期淹水灌溉，保持水层3-5cm ;控水程度为轻度控水，从土壤外观上看，表土开始变硬，但未发白，出现细微裂纹，测定土壤含水量，保持土壤含水量为最大持水量的80% ±5%。
【文档编号】A01G16/00GK104255392SQ201410461813
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2014年9月11日
【发明者】刘建国, 张雯, 王明新 申请人:常州大学