一种高效降低籼稻和粳稻镉累积的叶面阻隔剂的合成与应用方法

本发明涉及籼稻和粳稻镉污染防治的技术领域，尤其涉及一种高效降低籼稻和粳稻籽粒镉含量的叶面阻隔剂的合成与应用方法。

背景技术：

水稻对镉具有较强的吸收累积能力，导致稻米镉含量极易超标，其健康危害性已经引起全社会的广泛关注。因此，积极探索防治稻米镉污染的方法原理具有重要的社会效益、经济效益和环境效益。近年来，利用叶面生理阻隔剂阻控有毒金属或类金属向农作物和食物链的迁移累积已成为中国农田重金属污染防治研究的一个新方向。叶面生理阻隔剂就是调节与稻米镉积累相关的生理过程，抑制水稻对镉等有害元素的吸收、转运、积累，提高水稻自身的解毒能力，从而降低稻米镉含量。硅、锌对降低稻米镉累积具有重要作用，但硅酸盐与锌盐混合后极易形成沉淀，不易被水稻叶面吸收。本发明首先合成fena2edta，再应用该络合物溶解硫酸锌，然后加入偏硅酸钠和琥珀酸，提高了该混合溶液的溶解度及其对水稻叶面的附着力。盆栽和大田实验结果证明，添加适量琥珀酸可明显增强该叶面肥对稻米镉累积的抑制作用。这种叶面肥适用于低、中度镉污染稻田的面源污染防治，同时还能够促进水稻增产。本技术参数来自盆栽实验和镉污染稻田的实验结果。该叶面肥的合成与喷施方法简单，适用于降低籼稻和粳稻种子中的镉含量，价格低廉，效应明显，易于大面积推广。

技术实现要素：

本发明是基于当前在低、中度镉污染稻田种植食品安全达标稻米过程中遇到的技术难题而提出的一种高效降低籼稻和粳稻镉累积的叶面阻隔剂的合成与应用方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高效降低籼稻和粳稻镉累积的叶面阻隔剂的合成方法，其特征包括以下步骤：

步骤1：乙二胺四乙酸铁钠盐溶液的合成：称取2.00g四水硫酸亚铁和2.00g乙二胺四乙酸二钠，分别溶解于200mlddh2o后混匀。

步骤2：加入3.00g七水硫酸锌，60℃水浴助溶。

步骤3：加入3.00g九水偏硅酸钠，60℃水浴助溶。

步骤4：加入3.00g琥珀酸，60℃水浴助溶后定容至1000ml。

优选地，一种高效降低籼稻和粳稻镉累积的叶面阻隔剂的合成与应用方法，上述溶液稀释20倍后每亩水稻喷洒30升。

优选地，一种高效降低籼稻和粳稻镉累积的叶面阻隔剂的合成与应用方法，四水硫酸亚铁和2.00g乙二胺四乙酸二钠，分别溶解于200mlddh2o，60℃水浴助溶5小时以上。

优选地，一种高效降低籼稻和粳稻镉累积的叶面阻隔剂的合成与应用方法，步骤2进行60℃水浴助溶，搅拌30分钟以上。

优选地，一种高效降低籼稻和粳稻镉累积的叶面阻隔剂的合成与应用方法，步骤3进行60℃水浴助溶，搅拌30分钟以上。

优选地，一种高效降低籼稻和粳稻镉累积的叶面阻隔剂的合成与应用方法，步骤3进行2次以上渗析，直至该络合溶液中各重金属离子含量低于0.05mg/kg，获得镉叶面阻隔剂。

优选地，上述权利要求1中得到的叶面阻隔剂具有阻控稻米镉累积的作用。

优选地，一种高效降低籼稻和粳稻镉累积的叶面阻隔剂的应用方法，包括以下步骤：

步骤1：上述权利要求1中叶面阻隔剂的稀释液，每间隔1周喷施1次，连续喷洒3次。

步骤2：在镉污染土壤中种植水稻，设置对照组和实验组，实验组按照权利要求1喷施叶面阻隔剂，对照组喷施等量的去离子水。

步骤3：水稻成熟后，分别采集种子、稻壳、旗叶、中位叶、下位叶、第一节间、第二节间、第三节间。

步骤4：将上述样品分别用hno3：hclo4＝87:13(v:v)进行消解，应用icp-ms测定其镉含量。

步骤5：分析镉在水稻植株不同组织器官中分布的变化，得出叶面阻隔剂阻控镉向稻米迁移累积的效应。

相比现有技术，本发明的有益效果为：

1、在水稻拔节末期向水稻茎叶喷施“锌-铁-edta-硅-琥珀酸”络合物的稀释溶液，能够增强水稻自身的解毒能力，抑制镉由茎叶向籽粒的迁移累积，降低稻米镉污染。

2、本技术规避了籼稻和粳稻品种差异对叶面阻隔剂制备的限制条件，可为降低籼稻或粳稻籽粒中镉的含量提供一种便捷高效的技术，适用于稻田镉面源污染的大面积防治。

3、乙二胺四乙酸铁钠盐能够解决硫酸锌与硫酸钠混合后易形成沉淀的难题，显著提高该混合溶液的溶解度；琥珀酸能够在灌浆期明显增强该叶面肥阻控茎叶中累积的镉向稻米的迁移累积且能够加速水稻叶片组织细胞的三羧酸循环，增强水稻自身的解毒能力，有利于水稻增产。

附图说明

图1为本发明提出的一种高效降低籼稻和粳稻镉累积的叶面阻隔剂的合成与应用方法实施例1的盆栽实验中籼稻和粳稻籽粒镉含量的变化。

图2为本发明提出的一种高效降低籼稻和粳稻镉累积的叶面阻隔剂的合成与应用方法大田试验中籼稻和粳稻籽粒镉含量的变化。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地解析。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分而不是全部的实施例。

参照图1-2，一种高效降低籼稻和粳稻镉累积的叶面阻隔剂的合成方法，其特征包括以下步骤：

步骤1：乙二胺四乙酸铁钠盐溶液的合成：称取2.00g四水硫酸亚铁和2.00g乙二胺四乙酸二钠，分别溶解于200mlddh2o后混匀。

步骤2：加入3.00g七水硫酸锌，60℃水浴助溶。

步骤3：加入3.00g九水偏硅酸钠，60℃水浴助溶。

步骤4：加入3.00g琥珀酸，60℃水浴助溶后定容至1000ml。

一种高效降低籼稻和粳稻镉累积的叶面阻隔剂的合成与应用方法，上述溶液稀释20倍后每亩水稻喷洒30升。

一种高效降低籼稻和粳稻镉累积的叶面阻隔剂的合成与应用方法，四水硫酸亚铁和2.00g乙二胺四乙酸二钠，分别溶解于200mlddh2o，60℃水浴加热5小时以上。

一种高效降低籼稻和粳稻镉累积的叶面阻隔剂的合成与应用方法，步骤2进行60℃水浴助溶，搅拌30分钟以上。

一种高效降低籼稻和粳稻镉累积的叶面阻隔剂的合成与应用方法，步骤3进行60℃水浴助溶，搅拌30分钟以上。

一种高效降低籼稻和粳稻镉累积的叶面阻隔剂的合成与应用方法，步骤3进行2次以上渗析，直至该络合溶液中各重金属离子含量低于0.05mg/kg，获得镉叶面阻隔剂。

优选地，上述权利要求1中得到的叶面阻隔剂具有阻控稻米镉累积的作用。

优选地，一种高效降低籼稻和粳稻镉累积的叶面阻隔剂的应用方法，包括以下步骤：

步骤1：上述权利要求1中叶面阻隔剂的稀释液，每间隔1周喷施1次，连续喷洒3次。

步骤2：在镉污染土壤中种植水稻，设置对照组和实验组，实验组按照权利要求1喷施叶面阻隔剂，对照组喷施等量的去离子水。

步骤3：水稻成熟后，分别采集种子、稻壳、旗叶、中位叶、下位叶、第一节间、第二节间、第三节间。

步骤4：将上述样品分别用hno3：hclo4＝87:13(v:v)进行消解，应用icp-ms测定其镉含量。

步骤5：分析镉在水稻植株不同组织器官中分布的变化，得出叶面阻隔剂阻控镉向稻米迁移累积的效应。

实施例1：实验土壤中镉的本底值为0.23mg/kg，ph值为7.2，阳离子交换量为17.01±3.08cmol/kg。实验分组如下：

(a)未添加外源cd土壤+只喷施ddh2o；

(b)3.0mg/kgcd污染土壤+只喷施ddh2o；

(c)3.0mg/kgcd污染土壤+喷施叶面肥稀释液(40×)；

(d)3.0mg/kgcd污染土壤+喷施叶面肥稀释液(20×)；

(e)3.0mg/kgcd污染土壤+喷施叶面肥稀释液(10×)。各处理组从拔节末期开始喷施稀释液，每间隔1周喷施1次，连续喷施3次。每处理组种植3盆籼稻(隆晶优570)和3盆粳稻(南粳9108)。生长期从2019年5月中旬至2019年10月上旬，露天培养，直至稻谷成熟。应用石墨炉原子吸收光谱仪测定糙米镉含量。盆栽实验的检测结果如图1所示。与镉污染土壤+喷施水处理组比较，随着叶面肥稀释液浓度的递增，籼稻或粳稻糙米中的镉含量呈现递减趋势，而且喷施20×和10×叶面肥稀释液后这两种糙米镉含量均显著降低(p<0.05)。

实施例2：稻田土壤ph值为7.1，总镉含量为2.27±0.41mg/kg。选择4块面积相近的稻田开展如下实验：

试验区a：种植籼稻，不喷施任何试剂；

试验区b：种植籼稻，喷施镉叶面阻隔剂稀释溶液(20×)；

试验区c：种植粳稻，不喷施任何试剂；

试验区d：种植粳稻，喷施镉叶面阻隔剂稀释溶液(20×)。

各试验区从拔节末期开始喷施稀释液，每间隔1周喷施1次，连续喷施3次。生长期从2020年5月下旬至2020年10月下旬。应用icp-ms测定糙米镉含量，大田实验结果如图2所示。与相同品种的未喷施组比较，在拔节末期开始喷施镉叶面阻隔剂的20×稀释液后，籼稻和粳稻糙米中的镉含量显著降低(p<0.05)。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，而非本发明的全部保护范围。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭示的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖于本发明的保护范畴之内。