一种安全种植与秸秆去除修复同步化的种植方法与流程

本发明属于镉污染水稻土的种植与修复领域，具体含义是将镉污染水稻土施加钙多肽，调节水稻不产生黄叶、全部为青绿色（现有方法均不能实现），达到可进行超密种植水稻，并使水稻根系也达到高密度，使每个水稻植株吸收重金属鎘离子的浓度相对降低，同时结合钙多肽的钝化（化学沉淀结合）与竞争性抑制（钙离子）联合阻控，进而达到种子合格，但秸秆仍然含有一定重金属，通过收集秸秆、集中处理（大多数为焚烧）达到去除修复镉污染土壤的目的，也就是实现所种植种子（食用部分）合格，但秸秆仍然含有一定重金属镉，实现利用钙多肽进行安全种植与秸秆去除修复同步化，建立一种镉污染水稻土的新修复模式，具体而言，本发明涉及一种安全种植与秸秆去除修复同步化的种植方法。

背景技术：

镉（cd）是广泛存在于自然界中的一种微量重金属元素。地壳中cd的质量分数约为0.18mg/kg，土壤中占0.01-0.7mg/kg。国际上公认的土壤中镉的本底值是0.3-0.4mg/kg，我国主要农业土壤中cd的背景值在0.01-1.34mg/kg之间，平均值为0.12mg/kg。土壤中镉积累来自于自然和人为两个方面。在自然情况下，矿物的风化是土壤中天然镉的主要来源，土壤矿物风化后通过生物地球化学循环不断释放cd到土壤孔隙水中，继而浸润到土壤耕作层而导致背景浓度升高，这将导致重金属cd在农产品中的富集，最终会通过食物链传递进入人体，严重威胁着人类自身健康。

总体来说，我国稻田镉污染主要来源有如下几个方面：（1）土壤本身重金属本底值过高是稻田重金属污染的主要原因；（2）矿物开采和冶炼造成周边稻田重金属含量超标，金属矿山的开采、冶炼，重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣随意堆放等，都是土壤镉污染的主要来源之一；（3）大气中重金属沉降和酸沉降；（4）不合格农资的使用提高了农产品中重金属的含量，大多数农药和化肥中都含有as、hg、cd等重金属元素，由于长期的不合理施用，导致土壤中重金属含量明显增加，长期积累引起土壤和农作物污染；（5）污水灌溉，我国由于水资源的分布不均，在淡水资源缺乏地区，长期进行污水灌概是造成土壤重金属污染的另一个重要原因。（6）农艺措施的改变提高了水稻对重金属的吸收，影响重金属积累的农艺措施包括农作物品种，水肥管理、耕作制度等。

目前，我国对镉污染土壤的治理方法有化学治理方法、生物治理方法、工程治理方法、农业治理方法。化学治理方法是向污染土壤中投入改良剂、抑制剂，增加土壤有机质、改变ph、eh和电导等理化性质，化学治理方法优点是周期短、效果较明显，但镉容易再度活化；农业治理方法是污染土壤中种植不吸收镉的植物，使镉不进入食物链，该方法优点是容易操作、费用较低，缺点是周期长、效果不显著；而工程治理虽效果彻底、稳定，但实施复杂、治理费用高和容易引起土壤肥力降低等缺点；生物治理则存在镉容易再次进入土壤、效果不稳定等缺点。

“镉大米”的连续出现标志水稻土性质的特殊性和污染的严重性，同时也表明镉污染水稻土治理技术的复杂性和难度性，目前的相关治理技术均取得一定成效，如化学原位钝化、有机肥氧化还原、钙离子竞争性抑制等技术，但均存在一个技术缺陷---重金属隔离子仍然存在土壤中，随时将再产生“镉大米”，因此，上述技术只能算是一种应急技术；针对此情况，相关专家提出秸秆修复技术，但如何实施尚未定论，基于此现状，本发明根据发明人的前期专利技术（201210190271.9）---将含蛋白高、可作优质有机肥的植物饼粕与具有钙离子的生石灰组合，在高温下强制解析为全水溶性的、具有高活性钙离子的蛋白多肽--钙多肽，结合大量研究工作，以期钙多肽具有有机肥特性（蛋白氮）、化学钝化剂的特性（游离巯基、羧基基团）、竞争性抑制特性（有效态钙离子），探索钝化与竞争性抑制联合阻控→高密度水稻种植→安全种子→含镉秸秆去除修复模式，达到安全种植与去除修复同步化，为镉污染水稻土治理形成新的技术。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本申请提供一种利用钙多肽进行安全种植与秸秆去除修复同步化的种植方法，具体是将镉污染水稻土施加钙多肽，调控水稻植株不产生黄叶、全部为青绿色（现有方法均不能实现），进行超密种植水稻，并使水稻根系也达到高密度，使每个水稻植株吸收重金属镉离子的浓度相对降低，同时结合钙多肽的钝化竞争性抑制联合阻控，进而达到种子合格，但秸秆仍然含有一定重金属，通过收集秸秆、集中处理达到去除修复镉污染土壤的目的，也就是实现所种植种子（食用部分）合格，实现利用蛋白肽进行安全种植与秸秆去除修复同步化，建立一种镉污染水稻土的新修复模式

为了实现本发明的上述目的，本发明人通过大量试验研究并不断探索，最终获得了一种安全种植与秸秆去除修复同步化的种植方法，如下技术方案：

对于镉污染的水稻田，水稻实行高密度种植，10-12cm苗期按照常规方法管理，施加尿素进行催苗；

在秧苗达到16-20cm时，第一次使用钙多肽，调控水稻植株不产生黄叶、全部为青绿色；

在水稻加入拔节期后，连续施加同样量的钙多肽，间隔期为5-7天，同时施加常规用量5-8倍的磷钾肥，分5-6次施加，同时保持水稻植株不产生黄叶、全部为青绿色；

优选地，如上所述的一种安全种植与秸秆去除修复同步化的种植方法，所述钙多肽的亩用量为100-200kg/亩；

优选地，如上所述的一种安全种植与秸秆去除修复同步化的种植方法，所述肽钙盐的连续使用次数为：镉轻度污染土壤连续使用3-5次，镉中度污染土壤联系使用5-8次肽钙盐。

优选地，如上所述的一种安全种植与秸秆去除修复同步化的种植方法，所述水稻的高密度种植方法为：镉轻度污染土壤每平方种植600-1000株以上；镉中度污染土壤每平方种植900-1200株以上。

本方法治理镉污染的原理为：钝化与竞争性抑制联合阻控→高密度水稻种植→安全种子→含镉秸秆去除修复模式，达到安全种植与去除修复同步化。

与现有技术相比，本发明具有如下生化根据和突破性创新：

1、施加钙多肽，可达到超密种植水稻无黄花苗，所种植水稻每平方达到900-1200株以上，常规肥料无论如何都不可能达到，因为拔节期将会产生黄花苗、不能进行光合作用、很快枯死。超密种植可提高秸秆产量（包括根茎叶的各个产量）5-8倍，对富集重金属含量也提高5-8倍，可缩短秸秆修复时间相应的也有5-8倍，这是超密种植的核心关键技术。

2、钙多肽与通常的钝化剂不同，构成成分属于植物全营养，钙离子是植物中量元素，多肽是植物优质肥料；而常规钝化剂极易形成新的土壤污染，如高分子材料的钝化、磷酸盐的钝化、纳米材料的包埋等，而且极易受环境影响导致作物种子重金属超标，产生镉大米。因钙多肽对植物吸收隔离子具有竞争性抑制作用，钙离子与镉离子均属于2价金属离子，具有很多相似性，钙离子可竞争性抑制水稻对镉离子的吸收，达到可随时施加钙多肽来控制水稻对镉离子的吸收速率，为秸秆修复建立主要基础。

3、钙多肽无长期使用的负面累计效应，直接当肥料长期使用即可，对于国家标准规定的水稻土壤污染标准（含镉浓度为0.3mg/kg）只需5年左右即可达到去除修复，并且不影响正常安全代大米的种植，否则需20年左右的自然修复，且每年将产生镉大米。

说明书附图

图1为钙多肽（cp）对水稻根系cd含量的变化趋势图（2mg/kgcd-2和5mg/kgcd-5鎘污染土），其中对照组：t:蹄角粉有机肥，ct：水解蹄角多肽，tcp：蹄角粉与钙多肽混合，ck复混肥。

图2钙多肽（cp）对水稻茎中cd含量的影响图（2mg/kgcd-2和5mg/kgcd-5鎘污染土），处理同上。

图3为钙多肽(cp)水稻叶中cd含量的变化趋势图（2mg/kgcd-2和5mg/kgcd-5鎘污染土），处理同上。

图4为钙多肽对稻米和稻壳中cd、ca含量的影响图，处理同上。

图5为钙多肽超密种植与其他处理的对比图，其中a为大田常规种植，b为复合肥超密种植，从为钙多肽超密种植。

图6为钙多肽超密种植水稻抽穗期与其他处理的对比图，左图为钙多肽超密种植，右图为复合肥超密种植。

图7为钙多肽超密种植结实的田间效果图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。

实施例1

选择2mg/kg镉污染水稻田（轻度污染土壤），试验设置5个处理，其中处理一为本申请方法，具体为：实施超密度种植，所种植水稻每平方700株（常规为160株），10-12cm苗期按照常规方法施加尿素催苗（5-7kg/亩），在秧苗达到16-20cm时，施加钙多肽200kg/亩进行叶绿素提高控制，在水稻拔节期进行连续施加钙多肽，施加钙多肽的量为200kg/亩，使秧苗种植第一轮肥效得到满足，在间隔5-7天需再次施加同样量的钙多肽，并且进行4次连续施加，其肥料总用量是常规种植面积的5-8倍，同时配施相应的磷肥与钾肥，常规复合肥也按照含氮量比例施加，施加方式也相同。其他处理组分别为:蹄角粉有机肥（t）100kg/亩，水解蹄角多肽（ct）100kg/亩，蹄角粉50kg与钙多肽50kg混合（tcp）总共100kg/亩，复混肥（ck）80kg/亩。

试验期间，测定水稻不同部位、不同时期的镉含量，参照《食品安全国家标准食品中镉的测定》（gb5009.15-2014），采用湿式消解法测定水稻植株或籽粒中的镉含量。其具体方法为称取0.3000g-0.5000g（精确到0.0001g）烘干的水稻样品，置于100ml具塞锥形瓶中，放入数粒玻璃珠，加10ml（9+1）hno3-hclo4混合溶液，加盖浸泡过夜，加一小漏斗在电热板上消化，若变棕黑色，再加hno3，直至冒白烟，消化液呈无色透明或略带微黄色，放冷后将消化液洗入10ml-25ml容量瓶中，用少量（1%）hno3洗涤锥形瓶3次，洗液合并于容量瓶中，并用（1%）hno3定容至刻度，混合后取一定量的消化液于原子吸收分光度计石墨炉中测试，电热原子化吸收228.8nm共振线，在一定浓度范围内，其吸光度值与镉含量成正比，采用标准曲线法定量，同时做试剂空白实验。其测定结果如图1-4、表1-4所示，水稻生长情况见图5（对照复混肥组水稻中部略有发黄现象，类似烧苗，结实较少，但钙多肽组的水稻生长完全正常，无发黄现象，）。

实施例2

选择5mg/kg镉污染水稻田（中度污染土壤），实施超密度种植，所种植水稻每平方900株以上（常规为160株），实施方法与实例1相同，钙多肽使用连续7次，间隔7天使用一次，亩用量200kg/亩。

试验期间，测定水稻不同部位、不同时期的镉含量，方法同实施例1，其测定结果如图1-4、表1-4所示，水稻生长情况见图5-7，对照复混肥组水稻中部略有发黄现象，类似烧苗，结实较少，但钙多肽组的水稻生长完全正常，无发黄现象。

表1钙多肽（cp）对水稻根系中cd含量的影响

表2钙多肽（cp）对水稻茎中cd含量的影响（2mg/kgcd-2和5mg/kgcd-5鎘污染土）

表3钙多肽(cp)对水稻叶中cd含量的影响（2mg/kgcd-2和5mg/kgcd-5鎘污染土）

表4钙多肽对稻米和稻壳中cd、ca含量的影响（2mg/kgcd-2和5mg/kgcd-5鎘污染土）

从表4的cd-2部分结果表明，钙多肽cp组所种植糙米米含镉量为的0.081mg/k，复混肥组所种植的糙米为0.138mg/kg，糙米含镉量均合格达标（0.2mg/kg，但复混肥组所结种子较少，应用不可行。

从表4的cd-5部分结果表明，钙多肽cp组所种植糙米含镉量为的0.087mg/k，复合肥组为0.165mg/kg，糙米含镉量均合格达标（国标为0.2mg/kg糙米），秸秆重量相似，不同部位吸收镉略高一点，整体表明在20年左右均可到达去除修复，最重要的是，不影响安全大米的种植，这也是本发明究的创新之处。

上述表1-4分别是水稻不同部位（根、茎、叶、糙米）的镉含量测定结果，表明水稻植株对镉离子均具有一定的吸收作用，但钙多肽比复混肥实验组相对较低，并且所种植的糙米（最后加工成大米）均合格达标，这就是利用钙多肽进行超密种植的创新型，因为只有钙多肽能进行超密种植，其他市售肥料均不可行，也就是实现超密种植达到产品合格、秸秆生物量成倍增加、镉富集总量也相应增加，去除修复达到可行，分析其机理是植株较多、根系稠密、局部有效态隔离子被大量根系围绕而吸收，单株吸收量相对减少近5-8倍，这也是多肽的特殊功能所致，经过测定并计算得出每平方根的总干重量为0.48kg，可吸收5.56mgcd，茎的总干重为1.1295kg,可吸收1.9mgcd，叶的总干重为1.49kg，可吸收0.774mgcd，累计所有秸秆可吸收8.238mgcd，以水稻土含水率80%-85%计算，总镉含量为2.0mg/kg，共计含镉160mg左右，可实现安全种植与秸秆修复同步化，并且20年内可实现秸秆去除修复。