一种抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料及制备方法

摘要

一种抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料及制备方法，所述水溶肥料，按重量百分比计算，包括甘氨酸2％～3％、丙氨酸2％～2.5％、复合糖醇3％～4％、磷酸二氢钾22％～24％、EDTA‑Zn10％～12％、EDTA‑Fe6％～8％、EDTA‑Mn0.3％～0.5％、EDTA‑Cu0.2％～0.3％、四水八硼酸二钠1％～1.2％、螯合剂0.8％～1％、表面活性剂1.5％～2％、pH调节剂0.6％～1％和余量为水；本发明提出的抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料，其能够减少水稻对重金属镉的吸收累积，保障稻米食用安全以及提高水稻品质，促进水稻增产。

权利要求

1.一种抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料，其特征在于：按重量百分比计算，包括甘氨酸2％～3％、丙氨酸2％～2.5％、复合糖醇3％～4％、磷酸二氢钾22％～24％、EDTA-Zn10％～12％、EDTA-Fe6％～8％、EDTA-Mn0.3％～0.5％、EDTA-Cu0.2％～0.3％、四水八硼酸二钠1％～1.2％、螯合剂0.8％～1％、表面活性剂1.5％～2％、pH调节剂0.6％～1％和余量为水；所述螯合剂为乙二胺四乙酸、二乙烯三胺五乙酸或N-β-羟基乙基乙二胺三乙酸中的一种或多种组合。

2.根据权利要求1所述的一种抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料，其特征在于：所述表面活性剂为有机硅表面活性剂、JFC或吐温80中的一种或多种组合。

3.根据权利要求1所述的一种抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料，其特征在于：所述pH调节剂为柠檬酸、柠檬酸钾或柠檬酸钠的一种或多种组合。

4.一种如权利要求1～3中任意一项所述的水溶肥料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)将所述甘氨酸、丙氨酸、复合糖醇和磷酸二氢钾分别加入水中加热，并搅拌至完全溶解，得到母液A；

(2)将所述EDTA-Zn、EDTA-Fe、EDTA-Mn、EDTA-Cu、四水八硼酸二钠和螯合剂分别加入至所述母液A中进行螯合并搅拌至完全溶解，得到母液B；

(3)将所述表面活性剂加入至所述母液B，继续加热并搅拌一段时间后，加入所述pH调节剂调节pH值，搅拌至完全溶解后得到抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料。

5.根据权利要求4所述的一种水溶肥料的制备方法，其特征在于：加入所述pH调节剂调节所述水溶肥料的pH值为3～7。

6.根据权利要求4所述的一种水溶肥料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述加热的温度为50℃～60℃。

7.根据权利要求4所述的一种水溶肥料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述母液A在50℃～60℃的温度条件，加入所述EDTA-Zn、EDTA-Fe、EDTA-Mn、EDTA-Cu、四水八硼酸二钠和螯合剂进行螯合。

8.根据权利要求4所述的一种水溶肥料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述母液B在50℃～60℃的温度条件下，加入所述表面活性剂。

说明书

一种抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及农业肥料技术领域，尤其涉及一种抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料及制备方法。

背景技术

[0002] 水稻作为世界五大粮食作物之一，由于受重金属污染的严重威胁，其安全生产问题备受关注。随着工农业的快速发展，我国农田重金属污染状况日渐堪忧，尤其是重金属镉的污染。镉容易被水稻等禾本科作物吸收并向籽粒富集和积累，从而影响籽粒的食用安全。据调查统计，我国受重金属污染的耕地面积已达2000万公顷，占全国总耕地面积的1/6。我国平均每年被重金属污染的粮食达1200万吨，造成直接经济损失超过200亿元。根据近几年统计，我国镉污染农田面积达到28万公顷，年产镉超标农产品数量超过150万吨(罗琼，王昆，许靖波，陈光辉：“我国稻田镉污染现状、危害、来源及其生产措施”，《安徽农业科学》
2014[30])。镉是毒性最强的重金属之一，镉不仅影响水稻的生长发育，导致水稻产量和品质下降，而且能够在植物体内积累并进入食物链，或通过污染空气进入人的呼吸道，危害人类健康。因此，抑制水稻重金属镉吸收和富集成为迫切需要解决的问题。

[0003] 目前，减少重金属污染土壤环境中水稻对镉的吸收和富集，采取的措施主要有三种：一是将镉从土壤中直接去除，如采用工程措施“换土法”、种植超累积作物。二是改变土壤中重金属的赋存形态，使其从有效态转变成难以迁移的稳定态，如施用钝化剂。三是喷施叶面阻控剂，减少水稻对重金属的吸收和富集。第一种措施因工程修复所需资金较大，难以进行大面积推广；第二种措施对土壤破坏较重，土壤中必须的微量元素也发生沉淀，从而导致营养元素缺乏；第三种喷施叶面阻控剂往往会对水稻的品质和产量产生一定影响，因此，开发一种能够有效抑制重金属镉的环保型水溶肥料，对于本领域人员来说，则更具现实意义。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提出一种抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料，其能够减少水稻对重金属镉的吸收累积，保障稻米食用安全以及提高水稻品质，促进水稻增产。

[0005] 本发明的另一个目的在于提出一种可抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料的制备方法。

[0006] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：

[0007] 一种抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料，按重量百分比计算，包括甘氨酸2％～3％、丙氨酸2％～2.5％、复合糖醇3％～4％、磷酸二氢钾22％～24％、EDTA-Zn10％～
12％、EDTA-Fe6％～8％、EDTA-Mn0.3％～0.5％、EDTA-Cu0.2％～0.3％、四水八硼酸二钠
1％～1.2％、螯合剂0.8％～1％、表面活性剂1.5％～2％、pH调节剂0.6％～1％和余量为水。

[0008] 进一步说明，所述螯合剂为乙二胺四乙酸、二乙烯三胺五乙酸或N-β-羟基乙基乙二胺三乙酸中的一种或多种组合。

[0009] 进一步说明，所述表面活性剂为有机硅表面活性剂、JFC或吐温80中的一种或多种组合。

[0010] 进一步说明，所述pH调节剂为柠檬酸、柠檬酸钾或柠檬酸钠的一种或多种组合。

[0011] 一种水溶肥料的制备方法，包括如下步骤：

[0012] (1)将所述甘氨酸、丙氨酸、复合糖醇和磷酸二氢钾分别加入水中加热，并搅拌至完全溶解，得到母液A；

[0013] (2)将所述EDTA-Zn、EDTA-Fe、EDTA-Mn、EDTA-Cu、四水八硼酸二钠和螯合剂分别加入至所述母液A中进行螯合并搅拌至完全溶解，得到母液B；

[0014] (3)将所述表面活性剂加入至所述母液B，继续加热并搅拌一段时间后，加入所述pH调节剂调节pH值，搅拌至完全溶解后得到抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料。

[0015] 进一步说明，加入所述pH调节剂调节所述水溶肥料的pH值为3～7。

[0016] 进一步说明，步骤(1)中所述加热的温度为50℃～60℃。

[0017] 进一步说明，步骤(2)中所述母液A在50℃～60℃的温度条件，加入所述EDTA-Zn、EDTA-Fe、EDTA-Mn、EDTA-Cu、四水八硼酸二钠和螯合剂进行螯合。

[0018] 进一步说明，步骤(3)中所述母液B在50℃～60℃的温度条件下，加入所述表面活性剂。

[0019] 本发明的有益效果：所述抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料，可以达到更好地减少水稻重金属镉吸收和富集；将其喷施于水稻，不仅对于水稻吸收、转运和富集重金属镉具有更好的抑制作用，减少水稻对重金属镉的吸收累积；而且可以作为肥料能够促进水稻的生长和分蘖，在一定程度上提高了水稻叶片SPAD值和提高水稻叶绿素的含量，提高水稻的结实率；从而实现提高水稻品质，促进水稻增产和保障稻米食用安全的目的。

具体实施方式

[0020] 下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

[0021] 一种抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料，按重量百分比计算，包括甘氨酸2％～3％、丙氨酸2％～2.5％、复合糖醇3％～4％、磷酸二氢钾22％～24％、EDTA-Zn10％～
12％、EDTA-Fe6％～8％、EDTA-Mn0.3％～0.5％、EDTA-Cu0.2％～0.3％、四水八硼酸二钠
1％～1.2％、螯合剂0.8％～1％、表面活性剂1.5％～2％、pH调节剂0.6％～1％和余量为水。本发明主要采用了所述EDTA-Zn、EDTA-Fe为原料，其成分容易被水稻吸收；其中由于锌与镉在元素周期表中属于同族元素，具有相似的化学特征；当锌大量存在时，则锌与镉在水稻根系细胞质膜中的转运存在着全面竞争关系，因此稻对镉的吸收量可显著减少；而通过
2+
叶面喷施Fe ，则能显著增加根表铁膜的含量，从而进一步抑制了水稻根和茎叶对镉的吸收。并且本发明还采用了所述甘氨酸和丙氨酸来作为Fe2+、Zn2+的载体，其可以有效促进水稻秸秆和籽粒对Fe2+、Zn2+的吸收和运转，增强竞争性的阳离子Fe2+、Zn2+与Cd2+的拮抗效应，从而有效阻遏Cd2+的吸收和向水稻可食部位中富集；同时，通过所述磷酸盐来对镉的吸附沉淀的作用，所形成的磷酸镉难以被水稻吸收，从而进一步降低了水稻可食部位中的重金属镉的含量。

[0022] 因此，通过实验证明，由上述成分所获得的水溶肥料，可以达到更好地减少水稻重金属镉吸收和富集。将其喷施于水稻，不仅对于水稻吸收、转运和富集重金属镉具有更好的抑制作用，减少水稻对重金属镉的吸收累积；而且可以作为肥料能够促进水稻的生长和分蘖，在一定程度上提高了水稻叶片SPAD值和提高水稻叶绿素的含量，提高水稻的结实率，从而实现提高水稻品质，促进水稻增产和保障稻米食用安全的目的。

[0023] 进一步说明，所述螯合剂为乙二胺四乙酸、二乙烯三胺五乙酸或N-β-羟基乙基乙二胺三乙酸中的一种或多种组合。

[0024] 进一步说明，所述表面活性剂为有机硅表面活性剂、JFC或吐温80中的一种或多种组合。

[0025] 所述JFC为脂肪醇聚氧乙烯醚，所述JFC和吐温80均为非离子型表面活性剂；通过所述有机硅表面活性剂、JFC或吐温80来降低水溶肥料的表面张力，提高其渗透性、润湿性和铺展性，从而促进对水稻叶面的渗透，增强水稻对水溶肥料的吸收效果。

[0026] 进一步说明，所述pH调节剂为柠檬酸、柠檬酸钾或柠檬酸钠的一种或多种组合。

[0027] 一种水溶肥料的制备方法，包括如下步骤：

[0028] (1)将所述甘氨酸、丙氨酸、复合糖醇和磷酸二氢钾分别加入水中加热，并搅拌至完全溶解，得到母液A；

[0029] (2)将所述EDTA-Zn、EDTA-Fe、EDTA-Mn、EDTA-Cu、四水八硼酸二钠和螯合剂分别加入至所述母液A中进行螯合并搅拌至完全溶解，得到母液B；

[0030] (3)将所述表面活性剂加入至所述母液B，继续加热并搅拌一段时间后，加入所述pH调节剂调节pH值，搅拌至完全溶解后得到抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料。本发明不需要使用特制的工具与设备，即可制得所述抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料，其制备方法简单，操作步骤简便，可直接作为肥料和阻镉剂来用于进行田间水稻的喷施，来减少水稻对重金属镉的吸收和积累，提高水稻的产量和质量，方便快捷且作用效果明显，减少人工的工作量，节约劳动成本。

[0031] 进一步说明，加入所述pH调节剂调节所述水溶肥料的pH值为3～7。

[0032] 进一步说明，步骤(1)中所述加热的温度为50℃～60℃。

[0033] 进一步说明，步骤(2)中所述母液A在50℃～60℃的温度条件，加入所述EDTA-Zn、EDTA-Fe、EDTA-Mn、EDTA-Cu、四水八硼酸二钠和螯合剂进行螯合。

[0034] 进一步说明，步骤(3)中所述母液B在50℃～60℃的温度条件下，加入所述表面活性剂。

[0035] 实施例1

[0036] 1、制备水溶肥料：

[0037] (1)将3％甘氨酸、2.5％丙氨酸、4％复合糖醇和24％磷酸二氢钾分别加入41.9％水中加热至50℃，并充分搅拌至完全溶解，得到母液A；

[0038] (2)在55℃下，将12％EDTA-Zn、8％EDTA-Fe、0.3％EDTA-Mn、0.2％EDTA-Cu、1％四水八硼酸二钠、0.4％乙二胺四乙酸和0.4％二乙烯三胺五乙酸分别加入至母液A中螯合并搅拌至完全溶解，得到母液B；

[0039] (3)在60℃下，将1.5％有机硅表面活性剂加入至母液B，继续加热并搅拌一段时间后，加入0.8％柠檬酸钾，搅拌至完全溶解后得到所述抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料，pH值为5。

[0040] 2、田间试验

[0041] (1)本实施例1制备的所述抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料在湖南省长沙县北山镇蒿塘村进行试验。试验点为双季稻种植，土壤为花岗岩发育水稻土。土壤养分状况：有机质43.8g/kg，全氮3.02g/kg，碱解氮205.1mg/kg，有效磷29.7mg/kg，速效钾162mg/kg，pH值5.2。土壤镉污染情况为轻度污染，土壤全镉含量0.46mg/kg，土壤有效镉含量0.17mg/kg，污染原因是农田灌溉长期使用周边化工厂的排污水。供试水稻品种为湘晚籼12号。

[0042] (2)试验共设2个处理，重复三次，小区面积20m2。

[0043] 处理1：为常规施肥对照，所述常规施肥为：移栽前施用复合肥(20-10-10)40kg/亩作基肥，返青后施用尿素7kg/亩作追肥；处理2：为常规施肥+喷施本实施例1制备的水溶肥料，喷施浓度为1:500倍，亩用量为100ml，于返青期、孕穗期各喷施1次。水稻成熟后各小区单打单收，测产，并取样分析大米及植株中重金属含量，大米及植株样品采用微波消解后用ICP-MS进行重金属含量的测定。

[0044] 3、试验结果分析

[0045] 表1不同处理水稻农艺性状和产量比较

[0046]

[0047] 由表1可知，处理2的株高、分蘖数、叶片SPAD值和千粒重比常规对照处理1分别增加1.3cm、1.1、0.3和0.5g，说明喷施本实施例的水溶肥料能促进水稻生长和分蘖，还在一定程度上提高了水稻叶片SPAD值，提高水稻叶绿素含量。处理2比处理1增产38.55kg/亩，增产率为7.81％，处理间产量差异均达极显著水平。说明喷施本实施例的水溶肥料对水稻具有显著增产作用。

[0048] 表2不同处理降低稻米和稻草重金属含量的效果

[0049]

[0050] 由表2可知，处理2能显著降低稻米镉和稻草镉含量，比处理1分别降低46.4％和25.5％，说明喷施本实施例的水溶肥料对水稻吸收、转运和富集重金属镉有一定的抑制作用。处理2的稻米镉含量为0.15mg/kg，达到食品安全国家标准(镉含量≤0.2mg/kg)。

[0051] 实施例2

[0052] 1、制备水溶肥料：

[0053] (1)将2％甘氨酸、2％丙氨酸、4％复合糖醇和22％磷酸二氢钾分别加入48％水中加热至60℃，并充分搅拌至完全溶解，得到母液A；

[0054] (2)在50℃下，将10％EDTA-Zn、6％EDTA-Fe、0.5％EDTA-Mn、0.3％EDTA-Cu、1.2％四水八硼酸二钠、0.5％乙二胺四乙酸和0.5％二乙烯三胺五乙酸分别加入至母液A中螯合并搅拌至完全溶解，得到母液B；

[0055] (3)在55℃下，将1％有机硅表面活性剂和1％JFC加入至母液B，继续加热并搅拌一段时间后，加入1％柠檬酸钾，搅拌至完全溶解后得到所述抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料，pH值为3。

[0056] 2、田间试验

[0057] (1)本实施例2制备的所述抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料在湖南省湘潭县湘潭县梅林桥镇梅林村进行试验。试验点为双季稻种植，土壤为第四纪红壤发育水稻土。土壤养分状况：有机质46.1g/kg，全氮2.98g/kg，碱解氮275mg/kg，有效磷3.5mg/kg，速效钾82mg/kg，pH值6.4。土壤镉污染情况为中度污染，土壤全镉含量0.86mg/kg，土壤有效镉含量0.29mg/kg，污染原因是工业废气经过大气沉降所致。供试水稻品种为湘晚籼13号。

[0058] (2)试验共设2个处理，重复三次，小区面积20m2。

[0059] 处理1：为常规施肥对照，所述常规施肥为：移栽前施用复合肥(20-10-10)40kg/亩作基肥，返青后施用尿素7kg/亩作追肥；处理2：为常规施肥+喷施本实施例2制备的水溶肥料，喷施浓度为1:500倍，亩用量为100ml，于返青期、孕穗期各喷施1次。水稻成熟后各小区单打单收，测产，并取样分析大米及植株中重金属含量，大米及植株样品采用微波消解后用ICP-MS进行重金属含量的测定。

[0060] 3、试验结果分析

[0061] 表3不同处理水稻农艺性状和产量比较

[0062]

[0063] 由表3可知，处理2株高、分蘖数、叶片SPAD值和千粒重比常规对照处理1分别增加1.2cm、0.2、0.4和0.4g，说明喷施本实施例的水溶肥料能促进水稻生长和分蘖，还在一定程度上提高了水稻叶片SPAD值，提高水稻叶绿素含量。处理2比处理1增产43.63kg/亩，增产率为7.35％，处理间产量差异均达极显著水平。说明喷施本实施例的水溶肥料对水稻具有显著增产作用。

[0064] 表4不同处理降低稻米和稻草重金属含量的效果

[0065]

[0066] 由表4可知，处理2能显著降低稻米镉和稻草镉含量，比处理1分别降低36.4％和19.8％，说明喷施本实施例的水溶肥料对水稻吸收、转运和富集重金属镉有一定的抑制作用。处理2的稻米镉含量为0.14mg/kg，达到食品安全国家标准(镉含量≤0.2mg/kg)。

[0067] 实施例3

[0068] 1、制备水溶肥料：

[0069] (1)将2.5％甘氨酸、2.3％丙氨酸、3.5％复合糖醇和23％磷酸二氢钾分别加入45.65％水中加热至55℃，并充分搅拌至完全溶解，得到母液A；

[0070] (2)在60℃下，将11％EDTA-Zn、7％EDTA-Fe、0.4％EDTA-Mn、0.25％EDTA-Cu、1.1％四水八硼酸二钠、0.4％乙二胺四乙酸和0.5％N-β-羟基乙基乙二胺三乙酸分别加入至母液A中螯合并搅拌至完全溶解，得到母液B；

[0071] (3)在50℃下，将1％吐温80和0.8％JFC加入至母液B，继续加热并搅拌一段时间后，加入0.6％柠檬酸钠，搅拌至完全溶解后得到所述抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料，pH值为7。

[0072] 2、田间试验

[0073] (1)本实施例3制备的所述抑制水稻重金属镉吸收和富集的水溶肥料在湖南省湘潭县湘潭县梅林桥镇梅林村进行试验。试验点为双季稻种植，土壤为第四纪红壤发育水稻土。土壤养分状况：有机质46.1g/kg，全氮2.98g/kg，碱解氮275mg/kg，有效磷3.5mg/kg，速效钾82mg/kg，pH值6.4。土壤镉污染情况为中度污染，土壤全镉含量0.86mg/kg，土壤有效镉含量0.29mg/kg，污染原因是工业废气经过大气沉降所致。供试水稻品种为湘晚籼13号。

[0074] (2)试验共设2个处理，重复三次，小区面积20m2。

[0075] 处理1：为常规施肥对照，所述常规施肥为：移栽前施用复合肥(20-10-10)40kg/亩作基肥，返青后施用尿素7kg/亩作追肥；处理2：为常规施肥+喷施本实施例3制备的水溶肥料，喷施浓度为1:500倍，亩用量为100ml，于返青期、孕穗期各喷施1次。水稻成熟后各小区单打单收，测产，并取样分析大米及植株中重金属含量，大米及植株样品采用微波消解后用ICP-MS进行重金属含量的测定。

[0076] 3、试验结果分析

[0077] 表5不同处理水稻农艺性状和产量比较

[0078]

[0079] 由表5可知，处理2株高、分蘖数、叶片SPAD值和千粒重比常规对照处理1分别增加1.3cm、0.4、0.3和0.7g，说明喷施本实施例的水溶肥料能促进水稻生长和分蘖，还在一定程度上提高了水稻叶片SPAD值，提高水稻叶绿素含量。处理2比处理1增产47.95kg/亩，增产率为8.08％，处理间产量差异均达极显著水平。说明喷施本实施例的水溶肥料对水稻具有显著增产作用。

[0080] 表6不同处理降低稻米和稻草重金属含量的效果

[0081]

[0082] 由表6可知，处理2能显著降低稻米镉和稻草镉含量，比处理1分别降低40.9％和21.9％，说明喷施本实施例的水溶肥料对水稻吸收、转运和富集重金属镉有一定的抑制作用。处理2的稻米镉含量为0.13mg/kg，达到食品安全国家标准(镉含量≤0.2mg/kg)。

[0083] 以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。