叶面喷施剂、其制备方法以及控制稻米中镉含量的方法

摘要

本发明公开了叶面喷施剂、其制备方法以及控制稻米中镉含量的方法，叶面喷施剂包括1-50质量份的硅微粉、0.5-20质量份的(3-巯基丙基)-三甲氧基硅烷、0.01-0.1质量份的硫氢酸盐、0.5-20质量份的助溶剂、0.05-1质量份的表面活性剂、1000质量份的水；所述叶面喷施剂中硅微粉可以抑制镉向稻米转移；(3-巯基丙基)-三甲氧基硅烷可以减少SiO

说明书

技术领域

本发明涉及重金属污染控制技术领域，尤其涉及叶面喷施剂、其制备方法以 及控制稻米中镉含量的方法。

背景技术

镉是一种毒性很强的重金属，其化合物也大多属毒性物质。由于金属矿的开 采和冶炼，污水灌溉、工业废渣、污泥、城市垃圾的利用，化肥、农药的施用， 造成我国农田镉污染日益严重。土壤镉污染对人体造成的伤害是间接性的，它是 通过食物链富集进入到人体，给人体的健康造成严重的伤害。镉被人体吸收后主 要储存于肝与肾中，造成肾脏功能的损害和肺部的损伤，导致肾皮质坏死、肾小 管损害、肺气肿和肺水肿，还可以引起心脏扩张和高血压，长期摄入镉将会导致 骨质疏松、脆化、腰病和脊柱畸形。此外，镉还可以导致男性生殖系统损害，雄 性激素增高的发生率，随接触水平的升高而增加，前列腺特殊抗体的发生率也同 时增加。

土壤镉污染对植物是直接影响其生长发育和降低其产量。以水稻为例，如果 在水稻的生长发育过程中，镉元素超标，会导致水稻的光合强度降低，叶绿素含 量下降，导致返青分蘖推迟，根系短少。有研究表明：当土壤镉可溶态含量为 0.43mg/kg时，水稻产量将减产10％；当土壤镉可溶态含量达到8.1mg/kg时，水 稻将减产25％。镉污染还会极大的影响农作物的使用和加工品质，土壤中镉含量 超标不仅会影响稻米的氨基酸及淀粉中的支链淀粉和直链淀粉比例改变，使其品 质变差，还会使稻米的镉含量增加成为“镉米”。土壤中的镉被水稻根系吸收并最 终在稻米中累积主要经历三个阶段：(1)根系吸收和在木质部进行加载，完成根 系对镉的吸收和由根系到地上部的转运；(2)茎节中微管间的定向转运分配，完 成镉在地上部运输的定向转运；(3)叶片中的镉通过韧皮部的再转移。由木质部 介导的镉由根系向地上部的转运能力是决定水稻茎秆和谷粒镉积累量的关键，而 非根系对镉的吸收能力。镉由根转运到地上部后，通过韧皮部运输将镉转运至谷 粒中，韧皮部镉运输能力决定了谷粒中的镉积累水平。

农业上常用镉污染修复治理的方法有很多，如工程修复法、排土客地法、清 洗法、电泳法和生物修复法等。但都面临着修复成本过高或修复周期较长等问题， 寻找一种方式直接控制作物本身对Cd离子转运和累积的能力，开发一种能够阻 控水稻吸收镉且能直接降低稻米中镉含量的水稻叶面喷施剂具有非常重要的意 义，而且具有十分好的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供叶面喷施剂、其制备方法以及控制稻米中 镉含量的方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种叶面喷施剂，包括1-50质量份的硅微粉、0.5-20质量份的(3-巯基丙基)- 三甲氧基硅烷、0.01-0.1质量份的硫氢酸盐、0.5-20质量份的助溶剂、0.05-1质 量份的表面活性剂、1000质量份的水。

优选地，所述硅微粉的粒径≤23μm。

优选地，所述助溶剂为醇类或酮类。

优选地，所述表面活性剂为吐温20、吐温80、TX-10、Silwet408中的任一 种。

优选地，所述硫氢酸盐为硫氢化钠或硫氢化钙。

本发明还提供了如上所述的叶面喷施剂的制备方法，包括以下步骤：

S1：取1-50质量份的硅微粉倒入1000量份的水中，超声分散；

S2：向S1所得悬浮液中加入0.5-20质量份的(3-巯基丙基)-三甲氧基硅烷， 超声分散；

S3：搅拌加热；

S4：冷却，并向得到的悬浮液中加入0.5-20质量份的助溶剂、0.05-1质量份 的表面活性剂和0.01-0.1质量份的硫氢酸盐，搅拌均匀，得到水稻叶面喷施剂。

优选地，所述硅微粉的粒径≤23μm。

优选地，所述助溶剂为醇类或酮类。

优选地，所述表面活性剂为吐温20、吐温80、TX-10、Silwet408中的任一 种。

此外，本发明还提供了一种控制稻米中镉含量的方法，包括以下步骤：在水 稻孕穗拔节期、抽穗开花期及灌浆结实期各喷施一次如上所述的叶面喷施剂，每 次喷施量≥20L/亩。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种叶面喷施剂，包括1-50质量份的硅微粉、0.5-20质量份 的(3-巯基丙基)-三甲氧基硅烷、0.01-0.1质量份的硫氢酸盐、0.5-20质量份的助 溶剂、0.05-1质量份的表面活性剂、1000质量份的水；所述叶面喷施剂中硅微粉 可以抑制镉向稻米转移；(3-巯基丙基)-三甲氧基硅烷可以减少SiO₂在水中团聚 以增加其比表面积，同时其所含的巯基等活性基团亦有利于络合重金属，减少水 稻对重金属的吸收；硫氢酸盐可以释放出H₂S，外源H₂S信号对植物的生理过程 具有调控作用，能够降低镉对水稻的胁迫作用，减少水稻对镉的吸收，将硅微粉、 (3-巯基丙基)-三甲氧基硅烷和硫氢酸盐结合使用于叶面喷施剂，能够显著降低稻 米中的镉含量，而且使用方便、成本低廉，便于推广应用。

具体实施方式

实施例1：

称取20g硅微粉，研磨过600目筛，即所述硅微粉的粒径≤23μm；将硅微粉 加入装有1000mL超纯水的烧杯中，将烧杯置于恒温超声波仪器内，于30℃水 浴超声30min；然后加入5.0g(3-巯基丙基)-三甲氧基硅烷，继续水浴超声5min； 取出，将烧杯置于恒温磁力搅拌器上，加入搅拌子，于60℃恒温搅拌2h；冷却 后，加入5.0g乙醇、0.5g吐温80及50mg硫氢化钠，搅拌均匀后即得叶面喷施 剂。

实施例2：

称取50g硅微粉，研磨过600目筛，即所述硅微粉的粒径≤23μm；将硅微粉 加入装有1000mL超纯水的烧杯中，将烧杯置于恒温超声波仪器内，于30℃水 浴超声1h；然后加入20.0g(3-巯基丙基)-三甲氧基硅烷，继续水浴超声10min； 取出，将烧杯置于恒温磁力搅拌器上，加入搅拌子，于60℃恒温搅拌2.5h；冷 却后，加入20g丙酮、1gSilwet408及100mg硫氢化钠，搅拌均匀后即得叶面 喷施剂。

实施例3：

称取1g硅微粉，研磨过600目筛，即所述硅微粉的粒径≤23μm；将硅微粉 加入装有1000mL超纯水的烧杯中，将烧杯置于恒温超声波仪器内，于30℃水 浴超声30min；然后加入0.5g(3-巯基丙基)-三甲氧基硅烷，继续水浴超声10min； 取出，将烧杯置于恒温磁力搅拌器上，加入搅拌子，于60℃恒温搅拌2.5h；冷 却后，加入0.5g丙二醇、0.05g吐温20及10mg硫氢化钠，搅拌均匀后即得叶 面喷施剂。

实施例4：

称取10g硅微粉，研磨过600目筛，即所述硅微粉的粒径≤23μm；将硅微粉 加入装有1000mL超纯水的烧杯中，将烧杯置于恒温超声波仪器内，于30℃水 浴超声30min；然后加入5g(3-巯基丙基)-三甲氧基硅烷，继续水浴超声10min； 取出，将烧杯置于恒温磁力搅拌器上，加入搅拌子，于60℃恒温搅拌2.5h；冷 却后，加入4g聚乙二醇、0.35gTX-10及40mg硫氢化钠，搅拌均匀后即得叶面 喷施剂。

一、盆栽实验

采集湖南某地镉污染农田0-20cm表层土，该表层土中Cd含量为 0.7787mg/kg，选取湘早籼32号水稻品种进行盆栽实验。分别称取7.5kg风干土 样于12个50×35cm圆形种植盆中，淹水15天后移栽25天苗龄的湘早籼32号 水稻秧苗，每盆定苗4株，整个生育期内保持水层2-5cm。分为三组，对照组、 液体硅肥组和实验组进行实验，每四盆一组，在栽培期间，分别对对照组、液体 硅肥组和实验组喷施蒸馏水、某市售销量较好的液体硅肥和实施例1制备得到的 叶面喷施剂，分别在水稻孕穗拔节期、抽穗开花期及灌浆结实期各喷施一次，喷 施量为40mL/盆，待水稻完全成熟后，分析每盆水稻产量并按GB/T5009.15- 2003测定稻米中镉含量。

经分析得到，对照组中稻米中镉平均含量为0.3002mg/kg，液体硅肥组中稻 米中镉平均含量为0.2133mg/kg，实验组中稻米中镉平均含量为0.1327mg/kg， 其中，实验组稻米符合国标要求，实验组稻米镉含量分别比对照组、液体硅肥组 低55.8％、37.8％，而单株产量分别比对照组、液体硅肥组高12.6％及3.4％。结 果证明，采用本发明所述的叶面喷施剂对降低稻米中镉含量具有非常好的效果， 同时能增加稻米的产量。本发明所述的叶面喷施剂能够降低镉对水稻的胁迫作 用，减少水稻对镉的吸收，减少稻米中镉含量，可以广泛应用于水稻种植。

二、田间实验

田间试验于2015年7-11月在湖南长沙春华镇某镉污染农田进行，试验所种 的水稻品种为湘晚籼9号。土壤的基本性质及重金属含量见表1和表2。分成对 照组和试验组两组进行试验，对照组分别在水稻孕穗拔节期、抽穗开花期及灌浆 结实期各喷施喷施一次某市售销量较好的液体硅肥，试验组分别在水稻孕穗拔节 期、抽穗开花期及灌浆结实期各喷施一次实施例1制备得到的叶面喷施剂，每亩 喷施量均为20L。其余田间管理聘请当地农民按经验进行。待水稻完全成熟后， 收获测定生物量、稻米产量并分析测定稻米中Cd含量。

表1湖南镉污染农田土基本性质

表2湖南镉污染农田土中Pb、Zn、Cu、Cd总量

喷施本发明的叶面喷施剂后，对照组稻米的镉含量为0.2806mg/Kg，试验组稻米 的镉含量为0.1685mg/kg，下降了39.95％，符合0.2mg/kg的国家标准。同时， 与对照组相比，水稻生物量提高了8.7％，稻米产量增加了5.2％。结果表明，本 发明的叶面喷施剂能够在实际应用中大幅降低稻米中Cd含量，而且能小幅提高 水稻产量。