一种石灰性中轻度镉污染菜田菠菜的安全生产方法

技术领域

本发明属于镉污染土壤安全利用技术领域，具体是一种石灰性中轻度镉污染菜田菠菜的安全生产方法。

背景技术

2014年《全国土壤污染状况调查公报》显示，耕地土壤点位超标率为19.4％，主要以无机型的重金属污染物为主，其中镉(Cd)污染点位超标率居重金属污染之首，达7.0％(陈能场，郑煜基，何晓峰，等.《全国土壤污染状况调查公报》探析[J].农业环境科学学报，2017，36(9):1689-1692.)。《土壤污染防治行动计划》总体目标之一为预计到2030年，受污染菜田安全利用率达到95％以上。针对中、中轻度重金属Cd污染菜田，采用简单有效的安全利用技术，实现农产品的安全生产显得尤为重要和迫切。

据报道，我国菜田土壤Cd超标率为24.1％(曾希柏，李莲芳，梅旭荣.中国蔬菜土壤重金属含量及来源分析[J].中国农业科学，2007， 40(11):2507-2517.)。随着土壤酸化，土壤镉的有效性增强，促进了蔬菜对镉的吸收，而且叶菜类蔬菜对镉具有较强的累积能力，叶菜类蔬菜镉超标的现象更普遍。胡文友对设施蔬菜中镉的人体摄入风险为叶菜>根茎>茄果(胡文友，黄标，马宏卫，等.南方典型设施蔬菜生产系统镉和汞积累的健康风险[J].土壤学报，2014，51(5)：1045-1055.)。

蔬菜对重金属的积累能力除了因种类、品种、部位而异，还受基因型、土壤理化性质和外界环境条件的制约。不同品种蔬菜镉积累存在差异的关键因素就是基因型存在差异。张微对菠菜等9种不同种类蔬菜的镉积累情况的研究发现，菠菜等叶菜种类镉含量相对最高，黄瓜、番茄镉含量相对较低(张微.不同品种蔬菜镉吸收差异研究[D].西北农林科技大学,2010.)。对于不同基因型的低镉积累农作物或蔬菜筛选的研究为蔬菜农作物的实际生产提供了良好的建议。施用土壤钝化剂等农艺措施是目前中轻度重金属污染蔬菜地安全利用的重要技术途径(冯英，马璐瑶，王琼，等.我国土壤-蔬菜作物系统重金属污染及其安全生产综合农艺调控技术[J].农业环境科学学报，2018，37(11)： 2359-2370.)。钝化剂的钝化效果受到多种因素的影响，主要包括有土壤基本理化性质(pH、有机质、阳离子交换量等)、钝化剂的种类及添加量、土壤中共存的重金属离子之间的相互作用等(杜彩艳，木霖，王红华，等.不同钝化剂及其组合对玉米(Zea mays)生长和吸收Pb、Cd、As、Zn影响研究[J].农业环境科学学报,2016，35(8):1515-1522.)。叶面阻控剂在一定程度上能阻止作物可食用部位对重金属的吸收，其效果除了与产品类型有关外，还与农作物的种类有关。

然而，现有技术存在一系列问题和不足：1)尚缺乏专门针对北方碱性镉污染土壤的专项技术，正如前述，蔬菜对重金属的积累能力除了因种类、品种、部位而异，还受土壤理化性质和外界环境条件的制约，导致现有镉污染菜田的安全利用技术在碱性菜田的适用性并不理想；2)现有技术往往只考虑控制单因素，进行单方面调控，如“基于油料作物的镉污染菜田安全利用方法”(ZL 2018115711678)、“一种基于多功能作物甜高粱的镉污染菜田安全利用方法” (ZL 2018115711678)、“一种用于酸性镉污染菜田的土壤修复剂及其制备方法、使用方法”(ZL 202110197137.0)；3)现有技术主要针对作物为水稻，而针对蔬菜安全生产技术缺乏，如“一种水稻抗镉富集栽培的方法” (202111190487.0)。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种石灰性中轻度镉污染菜田菠菜的安全生产方法。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种石灰性中轻度镉污染菜田菠菜的安全生产方法，包括以下步骤：

S1筛选得到最优土壤调理剂产品、菠菜品种、叶面阻控剂产品；

S2将最优土壤调理剂产品均匀撒施在中轻度镉污染菜田地表，然后灌水，选择合适时机进行机械翻耕，耙匀；

S3菠菜播种前1天，施足基肥；

S4将最优菠菜品种采用撒播的方式进行直播，并于菠菜苗2～3片真叶后结合浇水追施氮肥；

S5在菠菜生育中期至采收期分2～3次喷施最优叶面阻控剂产品；

S6待菠菜采收期后，采集菠菜地上部和土壤样品；

S7测定菠菜镉含量、土壤全镉含量和有效态含量。

优选的，筛选得到最优土壤调理剂产品，包括：

将市场上收集到的若干待选土壤调理剂产品在同一镉污染土壤上施用，种植本地主栽的菠菜品种，待采收期测定菠菜茎叶的镉含量与产量，土壤有效态镉含量，计算菠菜的降镉率，土壤有效态隔降低率；选择菠菜降镉率大于30％，同时土壤有效态镉降低率大于50％的产品，作为最优土壤调理剂产品。

优选的，筛选得到最优菠菜品种，包括：

将市场上收集到的若干菠菜待选品种种植于同一镉污染土壤，待采收期测定菠菜茎叶的镉含量与产量，计算各品种茎叶的镉含量、富集系数，选择富集系数小于0.032，菠菜降镉率大于56％的品种作为最优菠菜品种。

优选的，筛选得到最优叶面阻控剂产品，包括：

将本地主栽的菠菜品种种植在同一镉污染土壤，在菠菜生育期内分别喷施市场上收集到的若干待选叶面阻控剂产品，待采收期测定菠菜的镉含量与产量，计算菠菜的降镉率，选择菠菜降镉率大于20％的产品作为最优叶面阻控剂产品。

优选的，所述土壤有效态镉降低率计算公式为：

土壤有效态镉降低率＝[(对照处理的土壤有效态镉含量－验证产品的土壤有效态镉含量)/对照处理的土壤有效态镉含量]×100％。

优选的，所述富集系数计算公式为：富集系数＝菠菜Cd含量/土壤全Cd含量。

优选的，所述菠菜降镉率计算公式为：菠菜降镉率＝[(常规对照处理的菠菜镉含量－验证产品的菠菜镉含量)/对照处理的菠菜重金属含量]×100％。

优选的，所述基肥包括有机肥，有机质含量大于等于45％，有机肥用量30～ 45t/hm

优选的，所述氮肥为尿素，用量为225～300kg/hm

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中，利用镉低积累菠菜品种，可保障菠菜产量不降低，且最大限度降低菠菜可食用部位镉含量；通过施用土壤调理剂，可以降低土壤有效态镉的含量，进一步有效控制土壤中镉向菠菜可食用部位的迁移。通过喷施叶面阻控剂，可以促进菠菜对锌、铁、硅等微量和有益元素的吸收，进而有效抑制菠菜对镉的吸收。采用镉低积累菠菜品种+土壤调理剂+叶面阻控剂的综合农艺措施，可以保证中轻度镉污染菜田菠菜镉含量不超标，实现中轻度镉污染菜田菠菜的安全生产，具有经济、安全、高效、简单易实现的特点，对环境无二次破坏，有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的菠菜镉含量对照图；

图2是本发明的土壤有效态镉含量对照图。

具体实施方式

以下结合附图1-2，进一步说明本发明一种石灰性中轻度镉污染菜田菠菜的安全生产方法的具体实施方式。本发明一种石灰性中轻度镉污染菜田菠菜的安全生产方法不限于以下实施例的描述。

实施例1：

本实施例给出一种石灰性中轻度镉污染菜田菠菜的安全生产方法的具体实施方式，包括以下步骤：

S1筛选得到最优土壤调理剂产品、菠菜品种、叶面阻控剂产品；

S2将最优土壤调理剂产品均匀撒施在中轻度镉污染菜田地表，然后灌水，选择合适时机进行机械翻耕，耙匀；

S3菠菜播种前1天，施足基肥；

S4将最优菠菜品种采用撒播的方式进行直播，并于菠菜苗2～3片真叶后结合浇水追施氮肥；

S5在菠菜生育中期至采收期分2～3次喷施最优叶面阻控剂产品；

S6待菠菜采收期后，采集菠菜地上部和土壤样品；

S7测定菠菜镉含量、土壤全镉含量和有效态含量。

进一步的，筛选得到最优土壤调理剂产品，包括：

将市场上收集到的若干待选土壤调理剂产品在同一镉污染土壤上施用，种植本地主栽的菠菜品种，待采收期测定菠菜茎叶的镉含量与产量，土壤有效态镉含量，计算菠菜的降镉率，土壤有效态隔降低率；选择菠菜降镉率大于30％，同时土壤有效态镉降低率大于50％的产品，作为最优土壤调理剂产品。

进一步的，筛选得到最优菠菜品种，包括：

将市场上收集到的若干菠菜待选品种种植于同一镉污染土壤，待采收期测定菠菜茎叶的镉含量与产量，计算各品种茎叶的镉含量、富集系数，选择富集系数小于0.032，菠菜降镉率大于56％的品种作为最优菠菜品种。

进一步的，筛选得到最优叶面阻控剂产品，包括：

将本地主栽的菠菜品种种植在同一镉污染土壤，在菠菜生育期内分别喷施市场上收集到的若干待选叶面阻控剂产品，待采收期测定菠菜的镉含量与产量，计算菠菜的降镉率，选择菠菜降镉率大于20％的产品作为最优叶面阻控剂产品。

进一步的，土壤有效态镉降低率计算公式为：

土壤有效态镉降低率＝[(对照处理的土壤有效态镉含量－验证产品的土壤有效态镉含量)/对照处理的土壤有效态镉含量]×100％。

进一步的，富集系数计算公式为：富集系数＝菠菜Cd含量/土壤全Cd含量。

进一步的，菠菜降镉率计算公式为：菠菜降镉率＝[(常规对照处理的菠菜镉含量－验证产品的菠菜镉含量)/对照处理的菠菜重金属含量]×100％。

进一步的，基肥包括有机肥，有机质含量大于等于45％，有机肥用量30～ 45t/hm

进一步的，氮肥为尿素，用量为225～300kg/hm

实施例2：

本实施例给出一种石灰性中轻度镉污染菜田菠菜的安全生产方法的具体实施方式，实施地点：河北省沧州市青县，粘性/壤性潮土，土壤pH平均为8.07，镉含量平均值为2.87mg/kg，有效态镉含量平均为0.137mg/kg。2020年10月～ 2020年12月分别进行低积累镉菠菜品种、土壤调理剂、叶面阻控剂产品优选的田间试验；2021年10月～2021年12月进行镉低积累菠菜品种--土壤调理剂-- 叶面阻控剂综合农艺措施的验证试验，空白对照为当地主栽菠菜品种处理，且种植过程中不施土壤调理剂、且不进行叶面阻控剂喷施。

(1)土壤调理剂的优选，方法如下：

(A)迈科珍菌剂(枯草芽孢杆菌≥2.0亿/mL，胞外多糖≥1.0mg/mL)、铁改性木本泥炭(铁、木本泥炭，pH：8～10，有机物总量≥60％)、丰瑜土沃宝 (腐殖酸、有机质)、丰瑜(有机质≥20％，CaO≥15％，MgO≥8％)、“宁粮”牌 1(CaO≥33％，SiO

(B)在菠菜播种前，将土壤调理剂均匀撒施于地表，然后灌水，选择合适时机进行机械翻耕，耙匀，翻深度15-20cm左右。

(C)采用当地主栽的菠菜品种，挑选出适量饱满健康的种子，均匀撒播于地表、覆土。

(D)待其进入采收期后进行取样，分别测定菠菜的镉含量、产量、土壤有效态镉含量(结果见表1)。

(E)计算各调理剂产品施用后菠菜降镉率、土壤有效态镉降低率(结果见表 2)，选择菠菜降镉率大于30％，同时土壤有效态镉降低率大于50％的产品作为土壤钝化修复产品；据此标准，包膜锌肥土壤调理剂作为优选出的土壤钝化修复产品。

(2)低积累镉菠菜品种的优选，方法如下：

(A)波杂10号、盛菠一号、京菠700、京菠186、京菠210、神七、优丰、优丰(进口)、秋喜、宏途、烈火金刚、抗热王中王、时代、新时代、巨元霸、抗病四季绿、冰美人、大圆叶菠菜(对照，当地主栽品种)、全能大圆叶菠菜、耐抽苔菠菜、艾斯特、黑皇后175、菠特威、多福、菠斯特共25个品种为待选品种。

(B)各品种筛选出饱满、完好的种子在5％高锰酸钾溶液中浸泡后晾干，将种子均匀播种后覆土。

(C)待其采收期进行取样，分别测定菠菜的镉含量与产量(结果见表1)。

(D)计算各品种富集系数(结果见表1)，选择富集系数小于0.032，菠菜降镉率大于56％的京菠186作为优选菠菜品种。

(3)叶面阻控剂的优选，方法如下：

(A)降镉灵(Si≥85g/L、pH：5.0-7.0、Na≤10g/L、水不溶物≤10g/L)、喷喷富(Si≥100g/L、pH：7.0-9.0、Na≤10g/L、水不溶物≤10g/L；其他指标： Se：1-3g/L)、康寿绿生1号(蜂产品、硫酸锌、纳米硅)、天象(以水溶性硅为主要原料，添加有机质、微量元素)、宁粮(锌、锰等微量元素)共5个产品为待选产品，不喷施叶面阻控剂的处理作为空白对照。

(B)采用当地主栽的菠菜品种，挑选出适量饱满健康的种子，均匀撒播于地表、覆土，浇足水，待菠菜出苗。

(C)蔬菜在生育中期至采收期按着产品使用说明喷施叶面阻控剂，喷施时间最好为下午4点后，如喷施后2个小时遇上下雨，需要补施。

(D)待其进入采收期后进行取样，分别测定菠菜的镉含量、生物量(结果见表3)。

(E)计算各叶面阻控剂产品施用后菠菜镉含量、降镉率(结果见表3)，选择菠菜降镉率大于20％的叶面阻控剂产品：宁粮叶面阻控剂。

(4)土壤调理剂的施用：将优选出的土壤调理剂产品包膜锌肥均匀撒施在镉污染的菜田土壤表面上，每亩用量10公斤。

(5)灌水：土壤调理剂施用后适量灌水，进行养护。

(6)基肥的施用：播种前按有机肥30～45t/hm

(7)将饱满、完好的优选出的低积累镉菠菜品种京菠186菠菜种子在5％高锰酸钾溶液中浸泡后晾干，将种子均匀播种后覆土。

(8)待菠菜苗生长至2～3片真叶后结合浇水每亩追施氮肥即可，尿素用量为225～300kg/hm

(9)叶面阻控剂的施用：菠菜在生育中期至收获期分3次喷施宁粮叶面阻控剂，每次间隔7天以上，每亩每次用量300g，稀释200倍进行叶面喷施，喷施时间最好为下午4点后，如喷施后2个小时遇上下雨，需要补施。

(10)菠菜进入采收期后，采集菠菜地上部和土壤样品。

(11)测定菠菜镉含量、土壤全镉含量和有效态含量。

土壤调理剂筛选的结果如下：

表1不同产品菠菜的产量、菠菜镉含量、土壤有效态镉含量

由表1可知，16种待选土壤调理剂产品处理菠菜地上部镉含量存在明显差异，包膜锌肥处理菠菜镉含量最低，菠菜平均降镉率为32.94％；与对照相比，该土壤调理剂产品施用后菠菜产量没有明显差异，土壤有效态镉含量降低率为 53.77％。综合考虑，该产品是适宜的土壤调理剂产品。

低积累菠菜品种筛选的结果如下：

表2不同菠菜品种的产量、镉含量、富集系数

由表2知，25个不同菠菜品种间镉含量存在明显差异，镉含量最高的菠菜品种约是最低的2.52倍。不同菠菜品种的镉吸收积累能力差异比较大，其中京菠186的镉富集系数最小，为0.031，平均降镉率为58.14％；且这个品种产量较高，与当地主栽菠菜品种比，产量提高17.3％。可见，这个菠菜品种对镉的吸收能力较低，是适宜的低积累镉菠菜品种。

叶面阻控剂优选的结果如下：

表3不同产品菠菜的产量、菠菜镉含量

由表3可知，5种不同叶面阻控剂产品处理菠菜镉含量存在一定差异，宁粮叶面阻控剂处理菠菜镉含量最低，菠菜平均降镉率为21.18％，且菠菜产量与对照没有明显差异。可见，该产品是适宜的叶面阻控剂产品。

如图1和图2所示，在中轻度镉污染碱性菜田采用镉低积累菠菜品种+土壤调理剂+叶面阻控剂的综合农艺措施，菠菜镉含量相比对照降低了62.90％，土壤有效态镉含量降低55.07％，菠菜镉含量低于食品中镉限量指标： 0.2mg/kg(GB 2762-2017)，实现了菠菜的安全生产。

本发明的有益效果是：利用低积累镉菠菜品种，即可保障菠菜产量不降低，且最大限度降低菠菜可食用部位镉含量；通过施用土壤调理剂，不仅可以降低土壤有效态镉的含量，促进菠菜的生长，有效控制土壤中镉向菠菜可食用部位的迁移。通过喷施叶面阻控剂，可以促进菠菜对锌、铁、硅等微量和有益元素的吸收，进而有效抑制菠菜对镉的吸收。采用镉低积累菠菜品种+土壤调理剂+ 叶面阻控剂的综合农艺措施，可以保证中轻度镉污染碱性菜田菠菜镉含量不超标，实现中轻度镉污染菜田菠菜的安全生产，具有经济、安全、高效、简单易实现的特点，对环境无二次破坏，有广阔的应用前景。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。