一种小麦-玉米轮作体系高效防控镉污染的方法

本发明涉及环境治理方法领域，具体涉及一种小麦-玉米轮作体系高效防控镉污染的方法。

背景技术：

镉是危害性最强的金属元素之一，一旦进入作物就会通过食物链则会严重危害人体健康。随着工业的发展，小麦、玉米等作物镉污染现象日益突出。越来越多的研究发现，大气镉沉降已成为大田作物镉累积的重要来源，尤其是在城市近郊与冶炼厂矿周边。研究表明，小麦和玉米不仅可以通过根系吸收土壤中镉，还可以通过叶片、穗部等地上部直接吸收大气降尘中镉。同时，谷类作物的通过叶片和穗部能够直接从大气中吸收镉并将其从叶片转移到籽粒中，大气降尘中镉对小麦和玉米籽粒的贡献率接近40-65％。因此，与土壤一样，大气沉降也是小麦-玉米轮作体系中镉污染的主要来源之一。

然而，目前关于小麦、玉米的镉污染控制技术的研究，如镉污染土壤修复，小麦和玉米镉低积累品种筛选等，主要集中于对土壤中镉的吸收的防控，而忽视大气降尘对小麦-玉米籽粒镉贡献，也没有根据作物根系和地上部叶片及穗部镉吸收的关键时期和关键部位进行又针对性的防控，造成作物镉污染现象频发。同时，现有的防控技术和产品一般针对单一作物如小麦、水稻、玉米等，没有考虑在小麦-玉米轮作体系下的作物镉污染的防控需求，造成重复投资、防控成本高、防控效率偏低的后果。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种小麦-玉米轮作体系高效防控镉污染的方法，通过在苗期防控根吸收土壤中镉、拔节期防控控叶片吸收大气降尘中镉、小麦灌浆期和玉米花粒期防控穗部吸收大气降尘中镉进行镉污染防控。

本发明提供了一种小麦-玉米轮作体系高效防控镉污染的方法，包括如下步骤：

s1，种植小麦和玉米；

s2，3月份春季小麦返青后，土壤中施加肥料a作为追肥，所述肥料a施用量为8-10kg/亩，用于防控土壤镉对小麦的污染；

所述肥料a由以下质量百分比的原料组成：

磷酸钙5.5-7.5％、fe3o4@c-nh22.5-4.5％、硫酸锰0.4-0.6％、硫酸锌0.4-0.6％、硫酸镁0.4-0.6％，余量为尿素；

s3，小麦收获后玉米苗期，继续施加肥料a，施用量为4-5kg/亩，用于防控土壤镉对玉米的污染；

s4，在小麦和玉米拔节期，分别在小麦和玉米的叶面喷施肥料b，用于防控大气降尘镉对小麦和玉米叶片的污染，所述肥料b由以下质量百分比的原料组成：

纳米硫酸镁0.6-1.4％，腐殖酸2-4％，fe3o4@c-nh20.4-0.6％，烷基萘磺酸盐0.5-1.5％，余量为水；

s5，在小麦灌浆期和玉米花粒期后，在小麦和玉米的穗部喷施肥料c，用于防控大气降尘镉对小麦和玉米穗部的污染，所述肥料c由以下质量百分比的原料组成：

纳米硫酸锰0.2-0.4％、纳米硫酸锌0.2-0.4％，腐殖酸2-4％，fe3o4@c-nh20.15-0.25％，烷基萘磺酸盐0.8-1.2％，余量为水。

进一步地，所述肥料a由以下质量百分比的原料组成：

磷酸钙6.5％、fe3o4@c-nh23.5％、硫酸锰0.5％、硫酸锌0.5％、硫酸镁0.5％，余量为尿素。

进一步地，所述肥料a的制备过程具体为：分别按照质量百分比称取各原料，然后混合均匀后获得肥料a。

进一步地，所述肥料b由以下质量百分比的原料组成：

纳米硫酸镁1％，腐殖酸3％，fe3o4@c-nh20.5％，烷基萘磺酸盐1％，余量为水。

进一步地，所述肥料b的制备过程具体为：分别按照质量百分比称取各原料，然后将纳米硫酸镁在水中超声，制得第一分散液，在第一分散液中加入腐殖酸进行超声分散，制得第二分散液，在第二分散液中加入fe3o4@c-nh2进行超声分散，制得第三分散液，在第三分散液中加入烷基萘磺酸盐进行超声分散，获得肥料b。

进一步地，所述肥料b叶片喷施的具体过程为：首先用水稀释肥料b，肥料b与水按照质量比1：50稀释后喷施，小麦每隔20天喷施一次，玉米每隔10-15天喷施一次，玉米每隔10-15天喷施一次，小麦和玉米分别叶面喷施四次。

进一步地，小麦每次喷施肥料b的用量为0.5-0.8kg/亩，玉米每次喷施肥料b用量为0.8-1kg/亩。

进一步地，所述肥料c由以下质量百分比的原料组成：

纳米硫酸锰0.3％、纳米硫酸锌0.3％，腐殖酸3％，fe3o4@c-nh20.2％，烷基萘磺酸盐1％，余量为水。

进一步地，所述肥料c的制备过程具体为：分别按照质量百分比称取各原料，然后将纳米硫酸锰在水中于20-30℃下超声，制得第一分散液，在第一分散液中加入纳米硫酸锌进行超声分散，制得第二分散液，在第二分散液中加入腐殖酸进行超声分散，制得第三分散液，在第三分散液中加入fe3o4@c-nh2进行超声分散，制得第四分散液，在第四分散液中加入烷基萘磺酸盐进行超声分散，获得肥料c。

进一步地，所述肥料c穗部喷施具体过程为：首先用水稀释肥料c，肥料c与水按质量比1：50稀释后喷施，在小麦灌浆期和玉米花粒期将肥料c喷洒于小麦和玉米穗部，小麦每次喷施肥料c0.2-0.4kg/亩，玉米每次喷施肥料c0.4-0.5kg/亩，每次隔5-7天喷洒一次，共喷洒3次。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的一种小麦-玉米轮作体系高效防控镉污染的方法，在于苗期控根吸收土壤中镉、拔节期控叶吸收大气降尘中镉、小麦灌浆期和玉米花粒期阻穗吸收大气降尘中镉，达到生长期接力防控与轮作体系防控，降低防控成本的目的。

2、本发明通过阻控剂中的纳米硫酸锰和纳米硫酸锌进入小麦和玉米体内与根部和叶片吸收的镉进行络合螯合及竞争转运通道，进而降低镉向籽粒的效率和转用量，最终显著降低籽粒含量的。

3、通过肥料b的活性成分与叶片组织上吸附的大气降尘中重金属镉发生吸附、络合及螯合反应，降低大气降尘中镉活性，直接在小麦和玉米体外切断叶片对大气降尘镉的吸收途径，进而抑制叶片对大气降尘中重金属镉的吸收。同时，通过b组分的纳米硫酸镁进入小麦和玉米体内与根部和叶片吸收的镉进行络合螯合进而将镉固化到液泡中，降低其活性和迁移性；

本发明中的硫酸镁通过叶片气孔进入小麦、玉米体内各组织，与小麦体内组织的镉离子螯合形成无毒化合物，降低镉在小麦和玉米体内向穗部的迁移。

4、本发明通过在穗部喷施肥料c，通过肥料c的活性成分与穗部组织上吸附的大气降尘中重金属镉发生吸附、络合及螯合反应，降低大气降尘中镉活性，直接在小麦和玉米体外切断穗部组织对大气降尘镉的吸收途径，进而抑制穗部对大气降尘中重金属镉的吸收，可降低穗部组织表面吸附的大气降尘中镉的生物有效性，直接切断穗部对大气降尘中重金属镉的吸收，同时，硫酸锰、硫酸锌通过穗部气孔进入小麦穗部各组织，与根部吸收转运到穗部组织的镉竞争吸收和转运通道，进而高效、显著的降低小麦和玉米籽粒镉含量。

5、本发明在拔节期通过叶片喷施组分b可有效防控大气降尘对小麦和玉米的污染，在开花后的灌浆期通过穗部喷施组分c可重点防控小麦和玉米穗部组织对大气降尘中镉的吸收，最终通过小麦和玉米生长关键期高效的控镉手段，达到小麦和玉米籽粒同时防控大气降尘-土壤两端镉污染的目的。

6、本发明的方法协同小麦-玉米轮作体系防控，具有施用次数和施用量少，无毒副作用，不影响小麦和玉米的正常生长发育，对人体安全无毒，最终实现增产保质、环境保护与维护生态平衡三者的有机统一。为控制小麦-玉米轮作体系镉污染防控提供系统解决方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1表示本发明中小麦的根部在不同时期中的镉含量变化；

图2表示本发明中小麦的叶片组织不同时期中的镉含量变化；

图3表示本发明中小麦的籽粒在不同时期中的镉含量变化；

图4表示本发明中玉米根部在不同时期中的镉含量变化；

图5表示本发明中玉米叶片组织不同时期中的镉含量变化；

图6表示本发明中玉米籽粒在不同时期中的镉含量变化。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明各实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

实施例1

本实施例提供了一种小麦-玉米轮作体系防控大气降尘中镉污染的方法，具体包括如下步骤：

s1，首先将小麦和玉米进行轮作：

试验于每年10月-次年9月冬小麦-夏玉米种植模式轮作；于每年10月-次年6月进行小麦季试验，冬小麦分别每年10月播种，品种为：矮抗58(aikang58)，种植密度112.5kg·hm^-2，于次年6月收获；

于次年6-9月进行玉米季试验，次年6月播种玉米，品种为：先玉335(xianyu335)，种植密度为52500株·hm^-2，次年9月收获后将秸秆机械还田混入土壤；

s2，3月份春季小麦返青后，在每亩土壤中施加10kg肥料a作为追肥，固化土壤中重金属镉，并通过硫酸锰、硫酸锌、硫酸镁的竞争吸收，减少跟根系对土壤中镉的吸收，所述肥料a由以下质量百分比的原料组成：

磷酸钙7.5％、fe3o4@c-nh24.5％、硫酸锰0.6％、硫酸锌0.6％、硫酸镁0.6％，余量为尿素；

所述肥料a的制备过程具体为：分别称取上述质量百分比的原料，然后混合均匀获得肥料a；

s3，在小麦收获后玉米苗期，继续施加肥料a，施用量为5kg/亩，防控玉米苗期根系对土壤镉的吸收；

s4，在小麦和玉米拔节期，在小麦和玉米的叶面喷施肥料b，所述肥料b由以下质量百分比的原料组成：

纳米硫酸镁1.4％，腐殖酸4％，fe3o4@c-nh20.6％，烷基萘磺酸盐1.5％，余量的水；

所述肥料b的制备过程具体为：分别称取以以上质量百分比的原料，将纳米硫酸镁在水中超声，制得第一分散液，在第一分散液中加入腐殖酸进行超声分散，制得第二分散液，在第二分散液中加入fe3o4@c-nh2进行超声分散，制得第三分散液，在第三分散液中加入烷基萘磺酸盐进行超声分散，获得肥料b；

叶面喷施肥料b时，首先用水稀释肥料b，肥料b与清水按照质量比1：50稀释后喷施，在小麦和玉米拔节期开始将肥料b喷洒于小麦和玉米叶片，具体为：小麦每隔20天喷施一次，每次喷施肥料b的用量为0.8kg/亩，玉米每隔15天喷施一次，每次喷施肥料b用量为1kg/亩，小麦和玉米均进行叶面喷施四次，具体喷施时间为清晨6-8点，如果喷施后遇见下雨，雨后要及时补喷一次，叶面喷施肥料b可降低叶片等组织表面吸附的大气降尘中镉的生物有效性，直接切断叶片对大气降尘中重金属镉的吸收，同时，纳米硫酸镁通过叶片气孔进入小麦和玉米体内各组织，与小麦体内组织的镉离子螯合形成无毒化合物，降低镉在小麦-玉米体内的迁移活性；

s5，在小麦灌浆期和玉米花粒期后，在小麦和玉米的穗部喷施肥料c，所述肥料c由以下质量百分比的原料组成：

纳米硫酸锰0.4％、纳米硫酸锌0.4％，腐殖酸4％，fe3o4@c-nh20.25％，烷基萘磺酸盐1.2％，余量为水；

所述肥料c的制备过程具体为：分别称取以上质量百分比的原料，将纳米硫酸锰在水中于30℃下超声，制得第一分散液，在第一分散液中加入纳米硫酸锌进行超声分散，制得第二分散液，在第二分散液中加入腐殖酸进行超声分散，制得第三分散液，在第三分散液中加入fe3o4@c-nh2进行超声分散，制得第四分散液，在第四分散液中加入烷基萘磺酸盐进行超声分散，获得肥料c；

穗部喷施肥料c时，首先用水稀释肥料c，肥料c与清水按质量比1：50稀释后喷施，在小麦灌浆期和玉米花粒期将肥料c喷洒于小麦和玉米穗部，具体为：小麦每次喷施肥料c0.4kg/亩，玉米每次喷施肥料c0.5kg/亩，每次隔7天喷洒一次，共喷洒3次，喷洒时间为清晨6-8点，喷施后遇见下雨，雨后要及时补喷一次，肥料c的喷施可降低穗部组织表面吸附的大气降尘中镉的生物有效性，直接切断穗部对大气降尘中重金属镉的吸收，同时，纳米硫酸锰、纳米硫酸锌通过穗部气孔进入小麦和玉米穗部各组织，与根部吸收转运到穗部组织的镉竞争吸收和转运通道，进而高效、显著的降低籽粒镉含量。

实施例2

本实施例提供了一种小麦-玉米轮作体系高效防控镉污染的方法，与实施例1基本相同，区别在于：

s2中，春季小麦返青后，肥料a施加量为9kg/亩；

所述肥料a由以下质量百分比的原料组成：

磷酸钙6.5％、fe3o4@c-nh23.5％、硫酸锰0.5％、硫酸锌0.5％、硫酸镁0.5％，余量为尿素；

s3中，在小麦收获后玉米苗期，肥料a施用量为4.5kg/亩；

s4中，叶面喷施肥料b时，小麦每次喷施肥料b的用量为0.65kg/亩，玉米每隔13天喷施一次，且每次喷施肥料b用量为0.9kg/亩；

所述肥料b由以下质量百分比的原料组成：

纳米硫酸镁1％，腐殖酸3％，fe3o4@c-nh20.5％，烷基萘磺酸盐1％，余量的水；

s5中，所述肥料c由以下质量百分比的原料组成：

纳米硫酸锰0.3％、纳米硫酸锌0.3％，腐殖酸3％，fe3o4@c-nh20.2％，烷基萘磺酸盐1％，余量为水；

所述纳米硫酸锰在水中超声温度为25℃；

穗部喷施肥料c时，小麦每次喷施肥料c0.3kg/亩，玉米每次喷施肥料c0.45kg/亩，每次隔6天喷洒一次。

实施例3

本实施例提供了一种小麦-玉米轮作体系高效防控镉污染的方法，与实施例1基本相同，区别在于：

s2中，春季小麦返青后，肥料a施加量为8kg/亩；

所述肥料a由以下质量百分比的原料组成：

磷酸钙5.5％、fe3o4@c-nh22.5％、硫酸锰0.4％、硫酸锌0.4％、硫酸镁0.4％，余量为尿素；

s3中，在小麦收获后玉米苗期，肥料a施用量为4kg/亩；

s4中，叶面喷施肥料b时，小麦每次喷施肥料b的用量为0.5kg/亩，玉米每隔10天喷施一次，且每次喷施肥料b用量为0.8kg/亩；

所述肥料b由以下质量百分比的原料组成：

纳米硫酸镁0.6％，腐殖酸2％，fe3o4@c-nh20.4％，烷基萘磺酸盐0.5％，余量为水；

s5中，所述肥料c由以下质量百分比的原料组成：

纳米硫酸锰0.2％、纳米硫酸锌0.2％，腐殖酸2％，fe3o4@c-nh20.15％，烷基萘磺酸盐0.8％，余量为水；

所述纳米硫酸锰在水中超声温度为20℃；

穗部喷施肥料c时，小麦每次喷施肥料c0.2kg/亩，玉米每次喷施肥料c0.4kg/亩，每次隔5天喷洒一次。

应用实施例1

按照实施例1中的技术方案在郑州镉降尘典型区域进行应用，郑州大气降尘镉含量在1.2-4.6mg/kg波动；

应用实施例2

按照实施例1中的技术方案在济源镉降尘典型区域进行应用，济源大气降尘镉含量在7.8-18.9mg/kg间波动；

结果发现，小麦收获期可见，如图1所示，郑州地区的小麦的根在苗期、拔节期、灌浆期、成熟期cd含量分别降低了62.17％、5.82％、66.42％、69.13％；济源地区的小麦的根在苗期、拔节期、灌浆期、成熟期cd含量分别降低了53.31％、56.83％、53.59％、58.72％；

如图2所示，郑州地区小麦的叶片在苗期、拔节期、灌浆期、成熟期cd含量分别降低了23.29％、63.51％、72.92％、78.95％；济源地区的小麦叶片在苗期、拔节期、灌浆期、成熟期cd含量分别降低了25.14％、59.65％、67.29％、73.34％；

如图3所示，郑州地区的小麦籽粒在灌浆期、成熟期cd含量分别降低了82.29％、88.15％；济源地区的小麦籽粒在灌浆期、成熟期cd含量分别降低了75.38％、83.41％；

玉米收获期可见，如图4所示，郑州地区的玉米根在苗期、拔节期、花粒期、成熟期cd含量分别降低了32.62％、33.91％、36.74％、39.53％；济源地区的玉米根在苗期、拔节期、花粒期、成熟期cd含量分别降低了41.27％、41.98％、43.62％、47.28％；

如图5所示，郑州地区的玉米叶片在苗期、拔节期、花粒期、成熟期cd含量分别降低了19.43％、52.15％、77.31％、72.15％；济源地区的玉米叶片在苗期、拔节期、花粒期、成熟期cd含量分别降低了24.17％、59.91％、78.53％、79.98％；

如图6所示，郑州地区的玉米籽粒在花粒期、成熟期cd含量分别降低了72.51％、84.32％；济源地区的玉米籽粒在花粒期、成熟期cd含量分别降低了75.37％、86.29％。

综上所述，通过本发明的方法，有效降低了小麦-玉米轮作体系小麦和玉米组织及籽粒镉含量，实现了大气降尘-土壤两端对小麦籽粒镉污染的有效防控。

需要说明的是，本发明中fe3o4@c-nh2的制备方法具体请参见专利《一种磁性氨基化空心微球土壤修复剂、其制备方法及应用》(zl201810251815.5)。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。