改善砷污染稻田中水稻生长和降低砷吸收的水肥调控方法

摘要

本发明公开了一种改善砷污染稻田中水稻生长和降低砷吸收的水肥调控方法，属于土壤污染处理技术领域。在重度砷污染稻田土壤中(土壤砷浓度达到320mg/kg，为土壤环境质量二级标准的8倍)，水稻淹水种植植株无法成活，本方法向重度砷污染土壤中添加固体硫酸亚铁和石灰，硫酸亚铁的加入量为0.25％～1％，石灰的加入量为硫酸亚铁的一半，并在全生育期保持土壤含水量为田间持水量的100％(未出现明显水层)，水稻成活并且长势良好，水稻生物量提高了334％～355％，水稻地上部中的砷浓度降低了31％～50％，同时水稻稻谷从不灌浆增加至690～914粒/棵，产量明显增加。

说明书

技术领域

本发明属于稻田重度砷污染处理技术，具体公开了一种改善砷污染稻田中水稻生长和降低砷吸收的水肥调控方法。

背景技术

砷被世界卫生组织和美国环境保护署认定为“已知的人类致癌物质”，使用被污染的饮用水水源或长期食用含砷大米均会导致砷慢性中毒，从而引起一系列的健康问题，包括皮肤病变、呼吸系统疾病、肺癌和神经系统疾病等。

稻田是我国典型的农田生态系统，具有悠久历史和重要地位。我国水稻耕作史长达7000年，水稻产量居世界第一，约占全国粮食总产50％，水稻土面积约占全国耕地总面积25％，是具有重大经济意义的土壤资源，对我国粮食安全具有举足轻重的作用。而砷是我国浙江、湖南、广东和广西等南方地区面积广大的稻田土壤中典型的污染物之一。有研究对浙江上虞某矿区周边稻田土壤及农产品中砷进行污染调查，距离矿区1km外的农田中砷浓度的峰值达到460mg/kg，远超过土壤标准值，水稻籽粒和蔬菜中砷的浓度也均超标。

土壤中的砷经水稻吸收、稻米食用进入人体已成为典型的一种砷暴露途径。针对砷污染水稻土，常用的物理化学治理方法成本高、二次污染风险大，并不适用于大面积污染土壤的修复，较为经济的植物修复方法也会因面临修复植物难处理或影响大面积水稻种植等问题而降低可行性，因此，降低砷的生物可利用性、减少水稻砷吸收从而原位调控水稻土砷污染是当前国内外研究的热点。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种改善砷污染稻田中水稻生长和降低砷吸收的水肥调控方法。

为实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：

改善砷污染稻田中水稻生长和降低砷吸收的水肥调控方法，具体为：在水稻移栽前，向砷污染稻田土壤中施加硫酸亚铁和石灰，同时在水稻全生育期保持土壤含水量为田间持水量的100％，且土壤表面没有明显田面水层。但本领域技术人员应当知道，实际的田间管理过程中，并不能绝对的控制土壤含水量始终保持在田间持水量的100％状态，因此少量时间的超过或低于该水平也属于本发明保护范围之内。硫酸亚铁和石灰的用量可根据土壤实际情况调整。该调控方法同时包括了水稻施肥和田间水分管理，能够有效的降低砷的生物有效态含量并改善重度砷污染稻田中水稻生长。该方法处理下的水稻成活并且长势良好，水稻生物量提高，水稻地上部中的砷浓度降低，产量明显增加。

作为优选，所述的砷污染土壤中最大砷浓度达320mg/kg，为土壤环境质量二级标准的8倍。

作为优选，所述的硫酸亚铁的施用量为砷污染土壤干重的0.25％～1％，石灰施用量为硫酸亚铁施用量的一半。硫酸亚铁作为常用的铁肥，能够促进作物对氮磷钾的吸收，改善作物根、茎、叶的生长发育，然而，硫酸亚铁的添加易造成土壤的酸化，从而影响作物的生长；石灰的添加平衡了由硫酸亚铁引起的土壤酸化，使土壤pH保持在5.5～6.5。该比例状态下，能够保证砷污染土壤的改善程度最佳。

作为优选，在水稻全生育期保持土壤表层湿润，表面有细微裂纹。

作为优选，硫酸亚铁和石灰随底肥施用于稻田中，并将其与土壤充分混合均匀。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：在重度砷污染稻田(土壤砷浓度320mg/kg)采用实际生产中常用的淹水培养并未添加硫酸亚铁和石灰的条件下，水稻在分蘖期时均死亡。而添加硫酸亚铁和石灰并保持不淹水条件下，水稻土中砷的生物有效态含量有一定程度的降低，水稻分蘖数提高了215％～275％，水稻生物量提高了334％～355％，同时水稻地上部中的砷浓度降低了31％～50％。此外，全生育期淹水处理下，无论是否添加硫酸亚铁和石灰，水稻均无稻谷；而添加硫酸亚铁和石灰并保持不淹水处理条件下，每棵水稻颗粒数显著上升，从不灌浆增加至690～914粒/棵，提高了重度砷污染稻田(土壤砷浓度320mg/kg)环境中水稻的产量。此外，硫酸亚铁和石灰的来源广泛，且价格低廉。

附图说明

图1土壤砷浓度为320mg/kg时硫酸亚铁和石灰添加及不同水分处理下水稻土砷生物有效态含量；

图2土壤砷浓度为320mg/kg时硫酸亚铁和石灰添加及不同水分处理下水稻分蘖数；

图3土壤砷浓度为320mg/kg时硫酸亚铁和石灰添加及不同水分处理下水稻生物量干重；

图4土壤砷浓度为320mg/kg时硫酸亚铁和石灰添加及不同水分处理下水稻地上部对砷的吸收；

图5土壤砷浓度为320mg/kg时硫酸亚铁和石灰添加、不淹水处理下每棵水稻的稻谷数。

图1-图5中，X轴图例的注释如下：硫酸亚铁和石灰添加处理代码：

A-不添加硫酸亚铁和石灰

B-添加0.25％的硫酸亚铁和0.125％的石灰

C-添加1％的硫酸亚铁和0.5％的石灰。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

本实施例中改善重度砷污染稻田中水稻生长和降低砷吸收的水肥调控方法具体步骤如下：首先在重度砷污染土壤(土壤砷浓度320mg/kg)中添加底肥，底肥中氮磷钾的施入量分别为P₂O₅(CaH₂PO₄·H₂O)0.15g/kg，N(CO(NH₂)₂)和K₂O(KCl)各0.2g/kg。然后添加0.25％的固体硫酸亚铁和0.125％的石灰(B组)、1％的硫酸亚铁和0.5％的石灰(C组)将其与土壤充分混合均匀后，加水至土壤饱和，但未见明显水层，稳定2～3周后，移栽水稻秧苗(中早39号)，在整个水稻生育期内保持土壤含水量为田间持水量的100％(但未出现明显水层)，从土壤外观上看，土壤湿润，表面有细微裂纹。同时设置不加硫酸亚铁和石灰的处理作为对照组(A组)，其余均与B和C一致。上述施用量中的百分比均代表相应物质占砷污染土壤干重的百分比。稻田中砷污染土壤干重可事先进行估算。

各组均设置淹水处理进行对照，土壤淹水5cm，除添加水分不同外，其他处理均相同。将不淹水的水肥调控方法与常用的全生育期淹水培养进行比较。

不淹水处理中，水稻生长到分蘖期时，水稻吸收和水分蒸腾作用较大，土壤开始开裂，需要每天补充一定的水分，以保持土壤含水量为田间持水量的100％。

在水稻的生长过程中观察不同处理对水稻生长状况的影响，不淹水处理中，添加硫酸亚铁和石灰的处理与对照相比，分蘖数明显增加，同时水稻植株更加粗壮，稻穗饱满。对照处理的茎、叶在成熟期后期开始变黄，稻穗不饱满。淹水处理的对照组水稻在分蘖期死亡，添加硫酸亚铁和石灰的处理水稻植株也较小，颜色偏黄，稻穗不饱满。

考察不同处理条件下水稻生长状况，包括分蘖数、水稻干重、稻谷颗粒数等。

水稻地上部中的砷含量分析，将水稻茎、叶用植物研磨机研磨后，采用微波消解进行消解，样品采用原子荧光光谱法测定样品砷含量。

如图1-5所示，在重度砷污染稻田采用淹水培养并未添加硫酸亚铁和石灰的条件下，水稻在分蘖期时死亡。而添加硫酸亚铁和石灰并保持不淹水处理条件下，水稻土中砷的生物有效态含量有一定程度的降低，水稻分蘖数提高了215％～275％，水稻生物量提高了334％～355％，同时水稻地上部中的砷浓度降低了31％～50％。此外，全生育期淹水处理下，无论是否添加硫酸亚铁和石灰，水稻均无稻谷；而添加硫酸亚铁和石灰并保持不淹水处理条件下，每棵水稻颗粒数显著上升，从不灌浆增加至690～914粒/棵，提高了重度砷污染稻田(土壤砷浓度320mg/kg)环境中水稻的产量。由此可见，本发明的方法能够改善重度砷污染稻田中水稻生长和降低砷吸收。

当然，本领域技术人员应当知道，本发明对砷浓度320mg/kg的土壤适用的情况下，对其余土壤也能够产生改善效果，但硫酸亚铁和石灰的用量需要根据实际情况进行调整。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。