一种降低稻米镉砷含量的叶面阻控剂及其制备方法及应用

1.本发明属于植物生长调节剂技术领域，特别涉及一种降低稻米镉砷含量的叶面阻控剂及其制备方法及应用。


背景技术：

2.镉砷重金属元素具有很强的生物毒性，中国耕地土壤点位的污染物超标率为19.1%，其中镉、砷的超标率为10%左右，是我国土壤重金属的的主要污染物。水稻具有富集重金属镉砷的特性，我国人民日常以大米为主粮，稻米重金属镉砷超标已成为我国粮食安全生产的主要障碍，严重威胁到人们的身体健康。当前解决重金属污染稻田稻米安全生产主要通过以下几种方式：（1）土壤钝化修复措施，通过降低土壤中有效镉砷含量，以降低大米中镉砷的累积，该方法存在操作麻烦，成本高及土壤二次污染风险等问题；（2）低累积品种筛选，如培育抑制镉砷吸收的水稻品种，以降低大米镉砷含量，该方法，育种周期长，且培育的品种，大米品质不能兼顾。（3）通过农艺措施淹水管理的方法，淹水可以降低土壤镉活性但又提高土壤砷活性促进稻米砷吸收累积，二者不能同时兼顾，其次水分管理方法在很多山区及缺水地区很难保障水的供应，因此实施起来难度较大；（4）叶面阻控技术，通过叶面喷施叶面阻控剂改变重金属在植株体内的分配，抑制重金属向农产品可食部位运输，降低农产品中重金属含量，该方法具有成本低、环境友好、无二次污染、高效增产，有大面积应用于中轻度重金属污染稻田稻米安全生产的潜力。
3.当前，叶面阻控剂主要有硅类、硒类、铁锌微量元素类叶面阻控剂，这些类型叶面阻隔剂还存在效果不稳定，工作机理不明确，部分叶面阻控剂如硒类、铁锌微量元素类只能针对轻度镉污染稻田应用，而对砷作用效果不佳。同时，当前多数叶面阻控剂直接溶于水后喷施到水稻叶面上，未能有效的吸附在水稻叶面蜡质层上而流失，造成有效成分流失浪费应用效率低、效果差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种降低稻米镉砷含量的叶面阻控剂及其制备方法及应用，进一步提高叶面阻控剂的应用效果。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种降低稻米镉砷含量的叶面阻控剂，每1l叶面阻控剂加入如下重量份成分：磷酸二氢钾40-75g、十二烷基苯磺酸钠10-15g、硫代硫酸钠150-200g、胱氨酸50-80g、柠檬酸20-35g、纳米硅40-60g、硫酸锰20-40g和乙酸异戊酯5-10g。先用水将各组分溶解后再配制叶面阻控。
6.硫是植物必需的营养元素，参与含硫氨基酸和蛋白质的合成、光合作用、呼吸作用、脂类合成、生物固氮、糖代谢等重要生理生化过程。叶面喷施硫可以诱导水稻硫基类物质( 如谷胱甘肽、植物螯合态、非蛋白巯基化合物)合成并与重金属离子形成络合物降低重金属向可食部位的转运。
7.优选的，每1l叶面阻控剂加入如下重量份成分：磷酸二氢钾45-70g、十二烷基苯磺
酸钠12-15g、硫代硫酸钠155-185g、胱氨酸50-70g、柠檬酸20-35g、纳米硅50-55g、硫酸锰20-25g和乙酸异戊酯8-10g。
8.本发明的另一个技术方案：一种叶面阻控剂的制备方法，包括如下步骤：a、先将上述各种固态化合物分别用水溶解，各物质保持接近溶解度溶解；b、将硫代硫酸钠溶液缓缓加入柠檬酸溶液中，边倒入边搅拌，完全混合均匀，得到混合液b；c、将硫酸锰溶液倒入混合液b，边倒入边搅拌，完全混合均匀，得到混合液c；d、依次将磷酸二氢钾溶液、胱氨酸溶液倒入混合液c，边倒入边搅拌，得到混合液d；e、将乙酸异戊酯液体倒入十二烷基苯磺酸钠溶液中，边倒入边搅拌,得到混合液e；f、将纳米硅溶液、混合液e依次倒入混合液d中，搅拌均匀，即可得到完整的叶面阻控剂。
9.优选的，步骤f中，使用前2小时，将纳米硅溶液、混合液e依次倒入混合液d中。
10.本发明的又一个技术方案：上述叶面阻控剂在水稻种植中的应用，先将所述叶面阻控剂稀释后再喷施于水稻叶面。优选的，喷施次数为1-2次。
11.优选的，进行一次喷施：在水稻抽穗前1-4天选择晴好天气，喷施一次上述叶面肥，用量为200ml/亩，稀释100-300倍使用。
12.优选的，进行两次喷施：第一次喷施在水稻孕穗期前3-5天，用量为150ml/亩，稀释100-200倍使用；第二次喷施在水稻抽穗前1-4天选择晴好天气，喷施一次上述叶面肥，用量为150ml/亩，稀释100-200倍使用。
13.优选的，喷施后4小时之内，如果遇上下雨，则重复喷施一次，叶面阻控剂用量为正常用量的1/3至1/2。
14.与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：1. 本发明中通过添加硫代硫酸钠含硫化合物、胱氨酸含硫营养分子，结合水稻生产必需的磷、钾、硅等大量元素及离子通道调控锰微量元素，通过诱导水稻体内硫基类物质合成与重金属离子络合、离子通道调控、竞争抑制吸收等多种方式结合，最终达到减少稻米重金属累积的效果。同时通过添加十二烷基苯磺酸钠和乙酸异戊酯成分，十二烷基苯磺酸钠起到表面活性剂的作用，增加叶面剂有效成分在水稻叶面的活性，而乙酸异戊酯通过与叶片表面的蜡质层作用，促进水稻对氨基酸、硫代硫酸钠、硅、锰等成分的有效吸收，大大提高了叶面剂有效成分的应用效率和重金属镉砷阻控效果。
15.2. 本发明方法生产的镉砷叶面阻控剂无沉淀、稳定性高，镉砷阻控效果好。用该方法在镉砷中轻度复合污染稻田上施用水稻糙米镉砷含量降低53%以上，水稻产量提高2%以上，在中轻度镉污染的稻田上使用，水稻糙米镉的含量降低60%以上，水稻产量提高2%以上，在中轻度砷污染的稻田上使用，水稻糙米砷的含量降低58%以上，水稻产量提高2%以上。将本叶面阻控剂用于阻隔水稻重金属，操作简单、效果稳定，适合产业化应用。
具体实施方式
16.下面结合对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围
并不受具体实施方式的限制。
17.实施例1通过外援添加镉砷复合污染土壤盆栽试验，盆栽土壤镉含量1.0mg/kg、砷含量为40mg/kg，土壤ph为6.2。设置9个试验处理3种不同的叶面配方：（1）配方1叶面喷施两次；（2）配方1叶面喷施1次；（3）配方2叶面喷施两次；（4）配方2叶面喷施1次；（5）配方3叶面喷施两次；（6）配方3叶面喷施1次；（7）配方1一次性混合喷施两次；（8）配方1一次性混合喷施1次；（9）对照-喷施清水。
18.叶面阻控剂配方1：1000ml叶面阻控剂含磷酸二氢钾60g、十二烷基苯磺酸钠14g、硫代硫酸钠180g、胱氨酸65g、柠檬酸25g，纳米硅50g，硫酸锰25g，乙酸异戊酯10g。其调配方法为：a、先将各种固态化合物分别用水溶解，各物质保持接近溶解度溶解；b、将硫代硫酸钠溶液缓缓加入柠檬酸溶液中，边倒入边搅拌，完全混合均匀，得到混合液b；c、将硫酸锰溶液倒入混合液b，边倒入边搅拌，完全混合均匀，得到混合液c；d、依次将磷酸二氢钾溶液、胱氨酸溶液倒入混合液c，边倒入边搅拌，得到混合液d；e、将乙酸异戊酯液体倒入十二烷基苯磺酸钠溶液中，边倒入边搅拌,得到混合液e；f、将纳米硅溶液、混合液e依次倒入混合液d中，搅拌均匀，即可得到完整的叶面阻控剂。
19.叶面阻控剂配方2（不添加硫代硫酸钠、胱氨酸成分）：1000ml叶面阻控剂含磷酸二氢钾60g、十二烷基苯磺酸钠14g、柠檬酸25g，纳米硅50g，硫酸锰25g，乙酸异戊酯10g。
20.叶面阻控剂配方3（不添加十二烷基苯磺酸钠、乙酸异戊酯成分）：1000ml叶面阻控剂含磷酸二氢钾60g、硫代硫酸钠180g、胱氨酸65g、柠檬酸25g，纳米硅50g，硫酸锰25g。
21.一次性混合处理：即按配方1含量称取各组分混合一次性倒入定量水中搅拌均匀配制成1000ml的叶面阻控剂。
22.使用方法：叶面喷施两次处理：分别在晴好天气，第一次叶面喷施于水稻孕穗期前2天通过喷雾器喷施叶面阻控剂，用量为150ml/亩，稀释150倍；第二次叶面喷施于水稻抽穗前1天通过喷雾器喷施叶面阻控剂，用量为150ml/亩，稀释150。
23.叶面喷施1次处理：选择晴好天气，在水稻抽穗前1天，喷施一次上述叶面肥，用量为200ml/亩，稀释200倍使用。
24.对照处理：分别在晴好天气喷施两次清水，于水稻孕穗期前2天通过喷雾器喷施清水150ml/亩，稀释150倍；第二次叶面喷施于水稻抽穗前1天通过喷雾器喷施清水150ml/亩，稀释150。
25.试验主要数据见表1：
由表1可见，采用配方1叶面喷施的效果比配方2和配方3的效果都要好，说明硫代硫酸钠、胱氨酸、十二烷基苯磺酸钠、乙酸异戊酯在降低水稻镉砷吸收累积过程起到了重要的作用。同时，采用本技术方法调配的叶面阻控剂无沉淀、稳定性高，镉砷阻控效果比一次性混合处理的好。
26.实施例2实施地点广西桂平市某铅锌矿区附近稻田，稻田土壤为镉砷复合污染其中镉含量为0.91mg/kg、砷含量为42.3mg/kg，土壤ph为6.5。时间为晚稻，水稻品种为广粮香2号常规稻，设3个试验处理：（1）配方1叶面喷施两次；（2）配方1叶面喷施1次；（3）配方2叶面喷施两次；（4）配方2叶面喷施1次（5）对照-喷施清水。
27.叶面阻控剂配方1：1000ml叶面阻控剂含磷酸二氢钾50g、十二烷基苯磺酸钠12g、硫代硫酸钠170g、胱氨酸60g、柠檬酸25g，纳米硅50g，硫酸锰35g，乙酸异戊酯8g。
28.叶面阻控剂配方2：1000ml叶面阻控剂含磷酸二氢钾50g、十二烷基苯磺酸钠12g、柠檬酸25g，纳米硅50g，硫酸锰35g，乙酸异戊酯8g。
29.使用方法：叶面喷施两次处理：分别在晴好天气，第一次叶面喷施于水稻孕穗期前4天通过喷雾器喷施叶面阻控剂，用量为150ml/亩，稀释150倍；第二次叶面喷施于水稻抽穗前2天通过喷雾器喷施叶面阻控剂，用量为150ml/亩，稀释150。
30.叶面喷施1次处理：选择晴好天气，在水稻抽穗前2天，喷施一次上述叶面肥，用量为200ml/亩，稀释200倍使用。
31.对照处理：分别在晴好天气喷施两次清水，于水稻孕穗期前4天通过喷雾器喷施清水150ml/亩，稀释150倍；第二次叶面喷施于水稻抽穗前2天通过喷雾器喷施清水150ml/亩，
稀释150。
32.试验主要数据见表2：说明该叶面阻控剂重要组分硫代硫酸钠、胱氨酸在水稻镉砷吸收累积过程起到了重要的作用，期可通过与镉砷离子络合，进而减少镉砷向稻米中运转累积。
33.实施例3实施地点广西河池市金城江区六圩镇某村，稻田土壤为镉砷复合污染，其中镉含量为1.15mg/kg，砷含量为51.2mg/kg，土壤ph为6.3。时间为晚稻，水稻品种为恒丰优777杂交水稻品种。采用两个叶面阻控剂配方设5个试验处理：（1）配方1叶面喷施1次；（2）配方1叶面喷施2次；（3）配方2叶面喷施1次；（4）配方2叶面喷施2次；（5）对照-喷施清水。
34.叶面阻控剂配方1：1000ml叶面阻控剂含磷酸二氢钾70g、十二烷基苯磺酸钠12g、硫代硫酸钠185g、胱氨酸70g、柠檬酸30g，纳米硅55g，硫酸锰25g，乙酸异戊酯8g。
35.叶面阻控剂配方2：1000ml叶面阻控剂含磷酸二氢钾70g、硫代硫酸钠185g、胱氨酸70g、柠檬酸30g，纳米硅55g，硫酸锰25g。
36.使用方法：叶面喷施两次：分别在晴好天气，第一次叶面喷施于水稻孕穗期前3天通过喷雾器喷施叶面阻控剂，用量为150ml/亩，稀释150倍；第二次叶面喷施于水稻抽穗前1天通过喷雾器喷施叶面阻控剂，用量为150ml/亩，稀释150。
37.叶面喷施1次：选择晴好天气，在水稻抽穗前1天，喷施一次上述叶面肥，用量为200ml/亩，稀释200倍使用。
38.喷清水处理：分别在晴好天气喷施两次清水，于水稻孕穗期前3天通过喷雾器喷施清水150ml/亩，稀释150倍；第二次叶面喷施于水稻抽穗前1天通过喷雾器喷施清水150ml/亩，稀释150。
39.试验主要数据见表3：
说明通过添加十二烷基苯磺酸钠和乙酸异戊酯成分，十二烷基苯磺酸钠起到表面活性剂的作用增加叶面剂有效成分在水稻叶面的活性，而乙酸异戊酯通过与叶片表面的蜡质层作用,促进水稻对阻控剂成分的有效吸收，大大提高了叶面剂有效成分的应用效率和重金属镉砷阻控效果。
40.实施例4实施地点广西南宁市上林县某村，稻田土壤为镉污染，其中镉含量为0.73mg/kg，土壤ph为6.0，时间为早稻，水稻品种为广8优郁香杂交水稻品种。采用两个叶面阻控剂配方设3个试验处理：（1）叶面喷施1次；（2）叶面喷施2次；（3）对照-喷施清水。
41.叶面阻控剂配方：1000ml叶面阻控剂含磷酸二氢钾45g、十二烷基苯磺酸钠12g、硫代硫酸钠155g、胱氨酸50g、柠檬酸30g，纳米硅50g，硫酸锰20g，乙酸异戊酯8g。
42.使用方法：叶面喷施1次：选择晴好天气，在水稻抽穗前3天，喷施一次上述叶面肥，用量为200ml/亩，稀释200倍使用。
43.叶面喷施2次：分别在晴好天气，第一次叶面喷施于水稻孕穗期前4天通过喷雾器喷施叶面阻控剂，用量为150ml/亩，稀释150倍；第二次叶面喷施于水稻抽穗前3天通过喷雾器喷施叶面阻控剂，用量为150ml/亩，稀释150。
44.对照处理：分别在晴好天气喷施清水2次，水稻孕穗期前4天和水稻抽穗前3天通过喷雾器喷施清水150ml/亩，稀释150倍；试验主要数据见表4：由表4可见，叶面喷施叶面阻控剂能显著降低稻米中镉的含量，并提高水稻的产量。其中，2次叶面喷施的效果比1次叶面喷施的效果要好。
45.实施例5
实施地点广西河池市都安县某村，稻田土壤为砷污染，其中砷含量为32.7mg/kg，土壤ph为6.8，时间为晚稻，水稻品种为恒丰优777杂交水稻品种。采用两个叶面阻控剂配方设3个试验处理：（1）叶面喷施1次；（2）叶面喷施2次；（3）对照-喷施清水。
46.叶面阻控剂配方：1000ml叶面阻控剂含磷酸二氢钾45g、十二烷基苯磺酸钠12g、硫代硫酸钠155g、胱氨酸50g、柠檬酸30g，纳米硅50g，硫酸锰20g，乙酸异戊酯8g。
47.使用方法：叶面喷施1次：选择晴好天气，在水稻抽穗前3天，喷施一次上述叶面肥，用量为200ml/亩，稀释200倍使用。
48.叶面喷施2次：分别在晴好天气，第一次叶面喷施于水稻孕穗期前3天通过喷雾器喷施叶面阻控剂，用量为150ml/亩，稀释150倍；第二次叶面喷施于水稻抽穗前3天通过喷雾器喷施叶面阻控剂，用量为150ml/亩，稀释150。
49.对照处理：分别在晴好天气喷施清水2次，水稻孕穗期前3天和水稻抽穗前3天通过喷雾器喷施清水150ml/亩，稀释150倍；试验主要数据见表5：由表5可见，叶面喷施叶面阻控剂能显著降低稻米中砷的含量，并提高水稻的产量。其中，2次叶面喷施的效果比1次叶面喷施的效果要好。
50.综上所述，本发明方法生产的镉砷叶面阻控剂无沉淀、稳定性高，镉砷阻控效果好。用该方法在镉砷中轻度复合污染稻田上施用水稻糙米镉砷含量降低53%以上，水稻产量提高2%以上，在中轻度镉污染的稻田上使用，水稻糙米镉的含量降低60%以上，水稻产量提高2%以上，在中轻度砷污染的稻田上使用，水稻糙米砷的含量降低58%以上，水稻产量提高2%以上。
51.前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。