一种降低中轻度铬污染稻田中稻米铬含量的水分管理方法

技术领域

本发明涉及稻田铬污染处理技术领域，特别涉及一种降低中轻度铬污染稻田中稻米铬含量的水分管理方法。

背景技术

随着工业的发展，铬及其化合物应用越来越多，如电镀、皮革、印染、化工等行业。在我国，每年产生含铬废渣约75～90万吨，其中经过处理和综合利用的不足17％。根据《浙江省重金属污染综合防治规划(2010-2015年)》，铬的排放总量占浙江省工业重金属排放总量的95％。铬已成为环境中重要的重金属污染物。

水稻是我国主要粮食作物，全国60％以上的人口以水稻为主食。目前已有不少研究报道了大米铬污染问题，王晓波等(2015)对广州市售大米铬污染水平调查指出，总铬和六价铬检出率为100％，其中总铬的超标率为26.67％。王国莉(2012)对惠州商品大米重金属含量分析指出，大米样品中铬超标率高达34.03％，最高含量达25.31mg>-1。

土壤中的铬通常以三价和六价两种稳定价态存在。三价铬在土壤中易与氧、氢氧化物、硫酸盐或有机质等结合形成难溶的鳌合物或沉淀，具有生物有效性低、迁移性小的特点。相反，六价铬在土壤中具有溶解性高、迁移性大的特点。此外，一般认为六价铬对人体的毒性比三价铬高约100倍。因此，研究控制稻田土壤中铬形态转化的关键因素、寻找有效措施控制水稻对铬的吸收积累，具有重要意义。

水分管理方式可以改变土壤的理化状况，如氧化还原电位、pH、亚铁、硫化物、有机质含量等，从而改变土壤中铬的存在形态和对植物的有效性，最终影响水稻对铬的吸收及积累。当前水稻种植一般采用干湿交替灌溉，然而这种方法对于铬污染稻田不适合，会导致土壤中铬的生物有效性增加，从而提高水稻对铬的吸收积累。也有采用全淹水处理的，但目前农用水资源极度缺乏，要求全生育期淹水也是不切实际的，并且还会导致很多无效分蘖，影响产量，也不利于机械化收割。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低中轻度铬污染稻田中稻米铬含量的水分管理方法，使得土壤中毒性较强的六价铬向低毒的三价铬转变，从而降低污染土壤中铬的毒性，同时显著减少水稻植株对铬的吸收积累，控制稻米中铬的浓度符合国家卫生标准(稻米铬＜1.0mg/kg)，并且也不会影响水稻产量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种降低中轻度铬污染稻田中稻米铬含量的水分管理方法，包括以下步骤：

(1)在水稻返青期至分蘖前期，采用淹水灌溉；

(2)在水稻分蘖后期自然落干，并使土壤含水量保持在35％-40％；

(3)在水稻孕穗期、抽穗杨花期和灌浆期，采用淹水灌溉；

(4)在水稻成熟期，排水晒田，并使土壤含水量保持在30％-35％，直至水稻成熟收获。

在申请人多年研究的基础上，开发了一种针对中轻度铬污染稻田如何有效降低稻米铬含量的水分管理方法。针对中轻度铬污染稻田的特点，通过在水稻整个生育期内合理的水分管理，不同时期采取不同水分管理措施，结合淹水灌溉、自然落干、排水晒田，最大限度的发挥各操作的协同作用，从而有效改变土壤中铬的价态和形态，显著降低水稻对铬的吸收累积，使大米中铬的浓度符合国家卫生标准(稻米铬＜1.0mg/kg)。

步骤(2)在水稻分蘖后期自然落干，并使土壤含水量保持在35％-40％，在降低水稻对铬的吸收累积作用的同时，还能有效控制无效分蘖。

作为优选，步骤(1)中，水稻返青期淹水灌溉为保持表土之上的水层高度为4-6cm。

作为优选，步骤(1)中，分蘖前期淹水灌溉为保持表土之上的水层高度为7-9cm。

作为优选，步骤(3)中，水稻孕穗期淹水灌溉为保持表土之上的水层高度为7-9cm，抽穗杨花期淹水灌溉为保持表土之上的水层高度为5-7cm，灌浆期为保持表土之上的水层高度为3-5cm。

作为优选，水稻孕穗期、抽穗杨花期、灌浆期淹水灌溉的水层高度依次递减。

发明人研究发现，在淹水处理时，针对水稻生长的各个时期，设置不同的淹水高度，形成梯度负压，能保障水稻产量不受影响，节约水量，且能有效降低水稻对铬的吸收累积。

作为优选，轻度铬污染稻田的土壤铬污染单项指数为：1≤土壤铬污染单项指数＜2。

作为优选，中度铬污染稻田的土壤铬污染单项指数为：2≤土壤铬污染单项指数＜3。

作为优选，返青期、分蘖期、孕穗期、抽穗杨花期和灌浆期涵盖所有的水稻生长周期。

本发明的有益效果是：本发明的方法抓住重金属铬进入稻米的关键时期，实施有效地水分管理，通过改变土壤中铬的价态和形态，降低水稻对铬的吸收累积，从而使稻米中铬的含量降低，经测定利用本发明所述方法种植的大米中铬含量符合国家卫生标准(稻米铬＜1.0mg/kg)。

附图说明

图1是为现有方法(对照组)与本发明的方法(处理组)处理土壤中氧化还原电位动态对比图。

图2是为现有方法(对照组)与本发明的方法(处理组)处理土壤中有效态铬浓度对比图。

图3是为现有方法(对照组)与本发明的方法(处理组)处理水稻大米中铬含量对比图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例：

2016年5月上旬，浙江省杭州市富阳区污染区域，在铬轻度污染稻田(土壤铬浓度323mg/kg，)和中度污染稻田(土壤铬浓度614mg/kg)进行整地、深翻耕。

在水稻返青期，淹水灌溉保持表土之上的水层高度为4-6cm，分蘖前期，淹水灌溉保持表土之上的水层高度为7-9cm；在分蘖后期，自然落干，使土壤含水量保持在35％-40％；在孕穗期、抽穗杨花期和灌浆期，采用淹水灌溉，水稻孕穗期淹水灌溉保持表土之上的水层高度为7-9cm，抽穗杨花期淹水灌溉保持表土之上的水层高度为5-7cm，灌浆期保持表土之上的水层高度为3-5cm，水稻孕穗期、抽穗杨花期、灌浆期淹水灌溉的水层高度依次递减，递减幅度为1-2cm；在水稻成熟期，排水晒田，使土壤含水量保持在30％-35％，直至水稻成熟收获。

在中轻度铬污染的稻田中，分别采用农户习惯的干湿交替现有方法(对照组)与本发明的方法(处理组)进行水稻植株栽培，并于水稻移栽后28、34、45、48、63、66、81、84、99、102、108、114天测定土壤氧化还原电位动态。在水稻收获时采集土壤样品分析土壤中有效态铬浓度，并采集稻谷样品测定稻米中铬含量。采用SPSS 18.0统计软件对结果进行数理统计分析，结果见图1-3。

从附图1来看，处理组土壤在孕穗期、抽穗杨花期和灌浆期，一直处于低氧化还原电位的状态，随时间呈下降的趋势，轻度污染土壤氧化还原电位从-122mv降至-354mv，中度污染土壤氧化还原电位从-96mv降至-318mv，直至水稻成熟期排水晒田，氧化还原电位才开始上升；而对照组土壤氧化还原电位随土壤淹水和落干变化很大，轻度污染土壤氧化还原电位在264和-226mv之间波动，中度污染土壤氧化还原电位在287和-184mv之间波动。

从附图2来看，在水稻收获时，轻度污染和中度污染处理组土壤有效态浓度分别为2.39mg>-1和3.87mg>-1，比轻度污染和中度污染对照组土壤有效态浓度分别降低56.4％和49.7％。

从附图3来看，轻度污染和中度污染处理组稻米铬含量都显著低于对照组。轻度污染和中度污染处理组稻米铬含量分别为0.59mg>-1和0.92mg>-1，比对照组稻米铬含量分别降低了53.9％和61.5％，符合国家卫生标准(稻米铬＜1.0mg/kg)。

此外，对比对照组与处理组的水稻产量，在统计学上没有显著差异。

结论：在重金属进入稻米的关键时期，实施有效地水分管理，加速了土壤中六价铬还原为三价铬，降低土壤中铬的生物有效性以及水稻对铬的吸收累积，从而使大米中铬的浓度符合国家卫生标准(稻米铬＜1.0mg/kg)。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。