一种降低水稻糙米镉含量的复合育秧剂及其应用

技术领域

本发明涉及农产品重金属污染防治领域，特别是涉及一种降低水稻糙米镉含量的复合育秧剂及其应用。

背景技术

农田镉污染直接威胁到农产品质量安全和农业可持续发展。目前关于镉污染土壤治理与安全利用的研究有很多，包括镉低积累品种选育、钝化剂研制与应用、种植制度调整与农艺技术等。镉低积累品种往往难以同时兼顾产量和品质，实际大面积推广应用并不多见；钝化剂研制较多，包括石灰、有机肥、生物炭、海泡石、羟基磷灰石等，其主要通过提高土壤pH、改变镉的形态、降低土壤中有效镉含量，能够一定程度降低水稻对镉的吸收，但大多数成本较高，且长期施用易对土壤理化性质造成不利影响，如长期施用石灰易造成土壤板结，导致肥力降低，影响作物产量。农艺技术相对比较简单易行，通过田间水分调控和施用一些微量元素肥料也能达到较好的降镉效果。

研究显示，锌、锰、硅、硒等中微量元素对镉具有一定的拮抗作用，利用这些元素降低水稻对镉的吸收是农艺技术中常用的方法。土施和叶面喷施中微量元素是目前主要的应用模式，然而土施时微量元素的利用率普遍较低，降雨等天气原因又容易造成叶面肥冲刷，因此限制其降镉效率。尽管提高用量可增强中微量元素的降镉效率，但长期施用易造成二次风险，故难以推广应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种降低水稻糙米镉含量的复合育秧剂及其应用。本发明提供的复合育秧剂不仅降低了水稻糙米中的镉含量，而且满足了水稻对中微量元素的需求，又不至于造成资源浪费和二次风险。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种降低水稻糙米镉含量的复合育秧剂，其特征在于，所述复合育秧剂包括独立分装的母液和复合微生物菌剂；

所述母液包括以下重量百分含量的组分：3％～5％锌元素、2.5％～4％锰元素、0.8％～1.2％硅元素、1％～1.5％硝酸钾、1％～1.5％一水柠檬酸、0.05％～0.1％四水钼酸铵、0.003％～0.005％亚硒酸钠、0.003％～0.005％氯化镧和余量的水，pH值为5.0～5.5；

所述复合微生物菌剂包括等体积混合的水稻根际促生菌的发酵菌液和锰还原菌的发酵菌液，所述复合微生物菌剂中水稻根际促生菌和锰还原菌的有效活菌数均≥1×10

优选的，所述水稻根际促生菌包括对水稻根系具有促生作用的芽孢杆菌属、农杆菌属和假单胞菌属的菌种或菌群中的一种或多种。

优选的，所述水稻根际促生菌包括解淀粉芽孢杆菌或绿针假单胞菌。

优选的，所述锰还原菌包括对高价锰具有还原作用的地杆菌属、舍瓦氏菌属、芽孢杆菌属和假单胞菌属的菌种或菌群中的一种或多种。

优选的，所述锌元素的来源包括硫酸锌、硝酸锌和氯化锌中的一种或多种；

所述锰元素的来源包括硫酸锰和/或氯化锰；

所述硅元素的来源包括偏硅酸钠、正硅酸钠和硅酸钾中的一种或多种。

本发明还提供了上述方案所述的复合育秧剂在降低水稻糙米镉含量中的应用。

本发明还提供了一种降低水稻糙米镉含量的方法，包括以下步骤：

水稻种子播种于水稻育秧基质中2～3d后，将权利要求1～5任一项所述的复合育秧剂中的母液稀释后与复合微生物菌剂混合，得到混合液；

将所述混合液施入所述水稻育秧基质中，得到耐镉水稻秧苗；每平米所述水稻育秧基质中施入40～50mL所述母液和2～3mL所述复合微生物菌剂；

将所述耐镉水稻秧苗移栽，收获后得到镉含量低的糙米。

优选的，所述混合液的制备方法，包括将40～50mL母液溶于1～2L水中，而后再与2～3mL所述复合微生物菌剂混合。

优选的，所述混合液施入的周期为5～7d/次，施入的次数为3～4次。

优选的，所述水稻育秧基质包括以下重量百分含量的组分：40％～45％草炭、25％～35％珍珠岩和25％～35％蛭石。

有益效果：

本发明提供一种降低水稻糙米镉含量的复合育秧剂，所述复合育秧剂包括独立分装的母液和复合微生物菌剂；所述母液包括以下重量百分含量的组分：3％～5％锌元素、2.5％～4％锰元素、0.8％～1.2％硅元素、1％～1.5％硝酸钾、1％～1.5％一水柠檬酸、0.05％～0.1％四水钼酸铵、0.003％～0.005％亚硒酸钠、0.003％～0.005％氯化镧和余量的水，pH值为5.0～5.5；所述复合微生物菌剂包括等体积混合的水稻根际促生菌的发酵菌液和锰还原菌的发酵菌液，所述复合微生物菌剂中水稻根际促生菌和锰还原菌的有效活菌数均≥1×10

具体实施方式

本发明提供一种降低水稻糙米镉含量的复合育秧剂，所述复合育秧剂包括独立分装的母液和复合微生物菌剂；所述母液包括以下重量百分含量的组分：3％～5％锌元素、2.5％～4％锰元素、0.8％～1.2％硅元素、1％～1.5％硝酸钾、1％～1.5％一水柠檬酸、0.05％～0.1％四水钼酸铵、0.003％～0.005％亚硒酸钠、0.003％～0.005％氯化镧和余量的水，pH值为5.0～5.5；所述复合微生物菌剂包括等体积混合的水稻根际促生菌的发酵菌液和锰还原菌的发酵菌液，所述复合微生物菌剂中水稻根际促生菌和锰还原菌的有效活菌数均≥1×10

如无特殊说明，本发明对所述复合育秧剂中各组分的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。

本发明所述母液中，锌元素的质量百分含量为3％～5％，优选为3.5％～4.5％，更优选为4％。在本发明中，所述锌元素的来源优选包括硫酸锌、硝酸锌和氯化锌中的一种或多种。

本发明所述母液中，锰元素的质量百分含量2.5％～4％，优选为2.7％～3.6％，更优选为3％。在本发明中，所述锰元素的来源包括硫酸锰和/或氯化锰。

本发明所述母液中，硅元素的质量百分含量为0.8％～1.2％，优选为0.9％～1.1％，更优选为1％。在本发明中，所述硅元素的来源优选包括偏硅酸钠、正硅酸钠和硅酸钾中的一种或多种。

本发明所述母液中，亚硒酸钠的质量百分含量为0.003％～0.005％，优选为0.0035％～0.0045％，更优选为0.004％。

本发明中通过在母液中添加适宜浓度的锌、锰、硅、硒等中微量元素，可以提高水稻种子在育秧时的耐镉能力，从而得到耐镉能力强的秧苗，进而降低水稻糙米中的镉含量。

本发明所述母液中，硝酸钾的质量百分含量为1％～1.5％，优选为1.2％～1.4％，更优选为1.3％。

本发明所述母液中，一水柠檬酸的质量百分含量为1％～1.5％，优选为1.2％～1.4％，更优选为1.3％。

本发明所述母液中，四水钼酸铵的质量百分含量为0.05％～0.1％，优选为0.06％～0.08％，更能优选为0.07％。

本发明所述母液中，氯化镧的质量百分含量为0.003％～0.005％，优选为0.0035％～0.0045％，更优选为0.004％。

本发明中通过在母液中添加适宜量的硝酸钾、钼酸铵和氯化镧强化根系生长，同时添加适宜量的柠檬酸进一步增强基质中添加的中微量元素的生物有效性，强化水稻根系对锌、锰、硅、硒等元素的吸收，进一步提高水稻的耐镉能力。

在本发明中，所述母液的pH为5.0～5.5，优选为5.3。本发明对调节母液pH的试剂没有特殊限定，优选采用盐酸和氢氧化钠调节母液的pH。

在本发明中，所述水稻根际促生菌优选包括对水稻根系具有促生作用的芽孢杆菌属、农杆菌属和假单胞菌属的菌种或菌群中的一种或多种，更优选包括解淀粉芽孢杆菌和/或绿针假单胞菌，最优选为保藏编号为CICC 10075的解淀粉芽孢杆菌。本发明及实施例中对所述水稻根际促生菌的发酵菌液的来源没有限定，采用本领域技术人员所熟知的常规发酵方式制备即可。本发明通过添加适宜的水稻促生菌，从而促进水稻根系生长，强化水稻根系对锌、锰、硅、硒等元素的吸收，进一步提高水稻的耐镉能力。

在本发明中，所述锰还原菌优选包括对高价锰具有还原作用的地杆菌属、舍瓦氏菌属、芽孢杆菌属和假单胞菌属的菌种或菌群中的一种或多种，更优选为保藏编号为CICC20066的荧光假单胞菌。本发明及实施例中对所述锰还原菌的发酵菌液的来源没有限定，采用本领域技术人员所熟知的常规发酵方式制备即可。

本发明提供的复合育秧剂中母液和复合微生物菌剂具有协同降镉作用，该复合育秧剂通过钼、镧和根系促生菌促进秧苗根系生长、锰还原菌促进基质中锰还原，进而强化根系对母液组分中锌、锰、硅、硒等中微量元素的吸收，减少了移栽后水稻对中微量元素的需求，对水稻糙米具有较好的降镉效果，同时规避了因大量施用中微量元素而造成资源浪费和二次风险。

本发明还提供了上述方案所述的复合育秧剂在降低水稻糙米镉含量中的应用。

本发明还提供了一种降低水稻糙米镉含量的方法，包括以下步骤：

水稻种子播种于水稻育秧基质中2～3d后，将上述方案所述的复合育秧剂中的母液稀释后与复合微生物菌剂混合，得到混合液；

将所述混合液施入所述水稻育秧基质中，得到耐镉水稻秧苗；每平米所述水稻育秧基质中施入40～50mL所述母液和2～3mL所述复合微生物菌剂；

将所述耐镉水稻秧苗移栽，收获后得到镉含量低的糙米。

本发明在水稻种子播种于水稻育秧基质中2～3d后，将上述方案所述的复合育秧剂中的母液稀释后与复合微生物菌剂混合，得到混合液。在本发明中所述混合液的制备方法，优选包括将40～50mL母液溶于1～2L水中，而后再与2～3mL所述复合微生物菌剂混合，更优选包括将45mL母液溶于1.5L水中，而后再与2.5mL所述复合微生物菌剂混合。

本发明所述水稻育秧基质优选包括以下重量百分含量的组分：40％～45％草炭、25％～35％珍珠岩和25％～35％蛭石，更优选包括：40％草炭、30％珍珠岩和30％蛭石。

在本发明中，盛放所述水稻育秧基质的装置优选包括秧盘；所述秧盘的材质优选包括PE或PVC；所述秧盘的孔数优选为450～600孔；所述秧盘的规格优选为长55～70cm，宽30～40cm。本发明对所述秧盘的来源没有限定，采用本领域技术人员所熟知的常规市售商品即可。

得到混合液后，本发明将所述混合液施入所述水稻育秧基质中，得到耐镉水稻秧苗；每平米所述水稻育秧基质中施入40～50mL所述母液和2～3mL所述复合微生物菌剂，优选施入45mL所述母液和2.5mL所述复合微生物菌剂。在本发明中，所述混合液施入的周期优选为5～7d/次，更优选为6d/次；所述混合液施入的次数优选为3～4次。

得到耐镉水稻秧苗后，本发明将所述耐镉水稻秧苗移栽，收获后得到镉含量低的糙米。在本发明中，所述耐镉水稻秧苗的移栽时机优选为第一次施入复合育秧剂后的25～30d。本发明还可以移栽到镉污染的土壤中，移栽后不仅减少了水稻对中微量元素的需求，而且对水稻糙米具有较好的降镉效果，同时规避了因大量施用中微量元素而造成资源浪费和二次风险。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种降低水稻糙米镉含量的复合育秧剂及其应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

一种复合育秧剂，该复合育秧剂由独立包装的母液和复合微生物菌剂组成。

复合育秧剂中母液组分制备：取2630g七水硫酸锌(制备成母液后母液中锌元素的含量为4wt.％)、1380g一水硫酸锰(制备成母液后母液中硅元素含量为3wt.％)、650g偏硅酸钠(制备成母液后母液中硅元素含量为1wt.％)、195g硝酸钾、195g一水柠檬酸、11g四水钼酸铵、0.6g亚硒酸钠、0.6g氯化镧和10L水混合均匀，用盐酸和氢氧化钠将溶液pH调至5.3，备用；

复合育秧剂中微生物菌剂制备：将解淀粉芽孢杆菌(CICC 10075，有效活菌数均≥1×10

实施例2

一种复合育秧剂，该复合育秧剂由独立包装的母液和复合微生物菌剂组成。

复合育秧剂中母液组分制备：取1800g七水硫酸锌(制备成母液后母液中锌元素的含量为3wt.％)、1050g一水硫酸锰(制备成母液后母液中硅元素含量为2.5wt.％)、475g偏硅酸钠(制备成母液后母液中硅元素含量为0.8wt.％)、137g硝酸钾、137g一水柠檬酸、6.8g四水钼酸铵、0.4g亚硒酸钠、0.4g氯化镧和10L水混合均匀，用盐酸和氢氧化钠将溶液pH调至5.0，备用；

复合育秧剂中微生物菌剂制备：将绿针假单胞菌发酵液(有效活菌数≥1×10

实施例3

一种复合育秧剂，该复合育秧剂由独立包装的母液和复合微生物菌剂组成。

复合育秧剂中母液组分制备：取3810g七水硫酸锌(制备成母液后母液中锌元素的含量为5wt.％)、2140g一水硫酸锰(制备成母液后母液中硅元素含量为4wt.％)、905g偏硅酸钠(制备成母液后母液中硅元素含量为1.2wt.％)、261g硝酸钾、261g一水柠檬酸、17.1g四水钼酸铵、0.87g亚硒酸钠、0.87g氯化镧和10L水混合均匀，用盐酸和氢氧化钠将溶液pH调至5.5，备用；

复合育秧剂中微生物菌剂制备：将解淀粉芽孢杆菌(CICC 10075，有效活菌数均≥1×10

应用例1

一种降低水稻糙米中镉含量的方法，试验地点：江西省贵溪市，在塑料大棚中采用专用水稻育秧基质(成分:40％草炭、30％珍珠岩和30％蛭石)进行育秧。播种后第3d进行复合育秧剂施用：取45mL实施例1制备的母液溶于1.5L水，并加入2.5mL实施例1制备的复合微生物菌剂，混匀，均匀浇施于1m

应用例2

一种与应用例1相似的方法，区别在于，播种后第3d进行复合育秧剂施用：取40mL实施例2制备的母液溶于1L水，并加入2mL实施例2制备的复合微生物菌剂，混匀，均匀浇施于1m

应用例3

一种与应用例1相似的方法，区别在于，播种后第3d进行复合育秧剂施用：取50mL实施例3制备的母液溶于2L水，并加入3mL实施例3制备的复合微生物菌剂，混匀，均匀浇施于1m

应用例4

一种与应用例1相似的方法，区别在于，试验地点为在pH5.41、全镉0.59mg/kg、全锌85.6mg/kg、全锰489mg/kg的安徽铜陵稻田进行田间验证试验，种植品种为晶两优华占(袁隆平农业高科技股份有限公司)。

对比例1

一种与应用例1相似的方法，区别在于，未施用水稻复合育秧剂。

对比例2

一种与应用例1相似的方法，区别在于，仅施用了稀释后的母液组分。

对比例3

一种与应用例1相似的方法，区别在于，仅施用了复合微生物菌剂。

对比例4

一种与应用例1相似的方法，区别在于，未施用水稻复合育秧剂，而是基施3.0kg/亩七水硫酸锌。

对比例5

一种与应用例1相似的方法，区别在于，未施用水稻复合育秧剂，而是基施4.5kg/亩一水硫酸锰。

对比例6

一种与应用例1相似的方法，区别在于，未施用水稻复合育秧剂，而是基施7.5kg/亩偏硅酸钠。

对比例7

一种与应用例1相似的方法，区别在于，未施用水稻复合育秧剂，而是基施200kg/亩熟石灰。

对比例8

一种与应用例4相似的方法，区别在于，未施用水稻复合育秧剂。

对比例9

一种与应用例4相似的方法，区别在于，仅施用了稀释后的母液组分。

对比例10

一种与应用例4相似的方法，区别在于，仅施用了复合微生物菌剂。

对比例11

一种与应用例4相似的方法，区别在于，未施用水稻复合育秧剂，而是基施3.0kg/亩七水硫酸锌。

对比例12

一种与应用例4相似的方法，区别在于，未施用水稻复合育秧剂，而是基施4.5kg/亩一水硫酸锰。

对比例13

一种与应用例4相似的方法，区别在于，未施用水稻复合育秧剂，而是基施7.5kg/亩偏硅酸钠。

对比例14

一种与应用例4相似的方法，区别在于，未施用水稻复合育秧剂，而是基施200kg/亩熟石灰。

应用例5

分别测定应用例1～3和对比例1～3中秧苗中锌、锰和硅的含量，测定结果见表1；分别测定应用例1～3和对比例1～7中水稻收获后的水稻产量和糙米中镉的浓度，测定结果见表2。

表1不同试验组秧苗中锌、锰和硅的含量

注：不同小写字母表示不同处理之间显著性差异，p<0.05。

由表1可知，与对比例1相比，本发明实施例1制备的复合育秧剂培育秧苗后，秧苗中锌、锰、硅含量分别提升了6.3、8.8和8.3倍，相比于单独施加母液(稀释液)和复合微生物菌剂，复合育秧剂的效果优于两者之和，表现出明显的协同作用，说明该复合育秧剂对促进秧苗吸收锌、锰、硅元素有良好的效果。

表2不同试验组水稻收获后的水稻产量和糙米中镉的浓度

注：不同小写字母表示不同处理之间显著性差异，p<0.05。

由表2可知，在江西贵溪中度镉超标酸性水稻土中，对比例1处理水稻糙米镉浓度超过国家食品安全限量标准(0.2mg/kg)，食用此类大米存在一定的安全风险。基施七水硫酸锌(对比例4)、一水硫酸锰(对比例5)、偏硅酸钠(对比例6)等对糙米的降镉率较低，分别为20.3％、24.1％和30.4％，施用熟石灰(对比例7)降镉率相对较高，为46.8％。单独利用母液(稀释液)培育秧苗降镉幅度为38.0％，单独利用复合微生物菌剂对糙米镉含量无明显影响，而利用复合育秧剂培育秧苗后展现出明显的协同降镉效应，水稻糙米镉浓度降幅最大，应用例1和3降镉率均为51.9％，应用例2降镉率为50.6％，尽管糙米镉浓度仍高于国家食品安全限量标准，但可在一定程度上降低人体健康风险。相比于基施七水硫酸锌、一水硫酸锰、偏硅酸钠等方法，复合育秧剂降镉率提升了20～30个百分点，即使与常用的碱性钝化材料(石灰)相比，该复合育秧剂的降镉效果也更优，且不影响产量。

应用例6

分别测定应用例4和对比例8～14中水稻收获后的水稻产量和糙米中镉的浓度，测定结果见表3。

表3不同试验组水稻收获后的水稻产量和糙米中镉的浓度

注：不同小写字母表示不同处理之间显著性差异，p<0.05。

由表3可知，在安徽铜陵轻度镉超标酸性水稻土中，对比例8处理水稻糙米镉浓度超过国家食品安全限量标准(0.2mg/kg)，食用此类大米存在一定的安全风险。基施七水硫酸锌(对比例11)和一水硫酸锰(对比例12)对糙米的降镉率较低，分别为17.5％和22.5％，而基施偏硅酸钠(对比例13)和熟石灰(对比例14)的降镉率相对较高，分别为32.5％和40.0％，但糙米镉含量均超出国家标准。单独利用母液(稀释液)(对比例9)培育秧苗降镉幅度为37.5％，单独利用复合微生物菌剂(对比例10)对糙米镉含量无明显影响，而利用复合育秧剂培育秧苗后展现出明显的协同降镉效应，水稻糙米镉浓度降幅最大，应用例4的降镉率为55.0％，糙米镉含量低于国家食品安全限量标准，可供安全食用。相比于基施七水硫酸锌、一水硫酸锰等方法，复合育秧剂降镉率提升近40个百分点，即使与常用的碱性钝化材料(石灰)相比，该复合育秧剂的降镉效果也更优，且不影响产量。

综上所述，本发明提供的复合育秧剂不仅降低了水稻糙米中的镉含量，而且满足了水稻对中微量元素的需求，又不至于造成资源浪费和二次风险，可用于我国轻中度镉超标酸性水稻土的安全利用。

虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。