CN104671923B - 一种稻田甲烷减排的肥料及其施用方法 - Google Patents

Abstract

一种本发明的稻田甲烷减排的肥料，包括以下质量分数的组分：石灰氮15％～30％；氯化铵20％～40％；磷酸二氢铵0～15％；过磷酸钙0～40％；以及氯化钾10％～20％；且磷酸二氢铵和过磷酸钙至少有一种不为0。本发明肥料的施用方法包括：先将前述组分中的至少一种混合，粉碎，过筛后按质量比例预混并造粒，烘干、冷却得预混料；再与相似粒径的石灰氮按上述质量比例掺混造粒，得到肥料；在稻田耕作前，使稻田表面覆水，将肥料撒施在土壤表面；然后浅水灌溉，进行土壤翻耕，采用土壤耕作措施将肥料与耕层土壤混合均匀；施肥耕作后7～15天移栽水稻。本发明具有培肥地力、防治稻田土壤酸化且能减排稻田甲烷等显著效果。

Description

一种稻田甲烷减排的肥料及其施用方法

技术领域

本发明属于土壤肥料与生态环境治理的交叉技术领域，尤其涉及一种减排稻田甲烷的肥料配方及其施用方法。

背景技术

甲烷是最重要的温室气体之一，除了对大气有显著的辐射强迫以外，还可以通过化学作用影响平流层水汽和全球臭氧，而大气中水汽和臭氧的变化又对全球的辐射收支和能量平衡产生重要的影响。

稻田是大气甲烷的重要排放源之一，也是过去100多年来大气甲烷浓度增加的重要原因之一。施肥是影响稻田甲烷排放量的重要田间管理措施，对稻田甲烷排放的影响显著，尤其是有机肥的施用(如稻草还田、猪粪和鸡粪等)，能显著增加甲烷的排放量。目前，南方稻田中的水稻还田和水稻根茬残留等在增加土壤肥力的同时，也刺激甲烷的大量排放。为减缓温室气体的排放，我们有必要对有机物料或有机肥施入稻田后引起的甲烷排放进行控制。

鉴于水稻稻草还田、水稻根茬残留和其它有机肥施用会引起稻田排放甲烷，我们期望寻求一种更加合适的肥料，使得在增加水稻营养、提高地力的同时，又能缓解甲烷排放。这样的肥料能使田间施肥管理与稻田减排甲烷的目标有机统一起来，既能对植物有效，还能缓解全球气候变化，可谓是一举两得，然而，迄今为止，国内外并没有对这样的特殊肥料进行过报导或记载。如果能研究开发一种具有减排稻田甲烷效果的肥料或者施肥应用方式，这对于农业生产和生态环境保护将具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有常规肥料和施肥技术不能减排稻田甲烷等不足，提出一种氮缓慢释放、培肥地力、防治稻田土壤酸化且能减排甲烷的肥料及其施用方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种稻田甲烷减排的肥料，其包括以下质量分数的组分：

且所述磷酸二氢铵和过磷酸钙至少有一种不为0。

上述本发明的肥料的配方机理主要在于：基于减排甲烷这一主要目的，本发明的配方中显著提高了石灰氮的含量至15％～30％，这是常规肥料配方难以想到和预见的，通过显著提高石灰氮含量并适当降低其他氮磷钾肥的配比，这不仅能够减排稻田甲烷的排放量，而且还能与肥料中的其他成分协同作用，起到给土壤消毒、培肥地力、有效氮缓慢释放和防治南方稻田土壤酸化等效果。

上述的稻田甲烷减排的肥料中，所述石灰氮优选为农用石灰氮，其主要的化学成分为CaCN₂，优选施用方便的颗粒状或粉末状产品，N含量≥20％(如无特别说明，以下物质含量均是指的质量百分数)，粒径为3.75～5.5mm。

上述的稻田甲烷减排的肥料中，优选的，所述磷酸二氢铵中磷含量(以P₂O₅计)≥60％，氮含量≥11.8％。

上述的稻田甲烷减排的肥料中，优选的，所述过磷酸钙中磷含量(以P₂O₅计)≥12％。

上述的稻田甲烷减排的肥料中，优选的，所述氯化铵中的氮含量≥25％。

上述的稻田甲烷减排的肥料中，优选的，所述氯化钾中的钾含量(以K₂O计)≥60％。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述稻田甲烷减排的肥料的施用方法，具体包括以下步骤：

(1)先将氯化铵、氯化钾、载体物质(优选是指海泡石)以及磷酸二氢铵、过磷酸钙以中的至少一种混合，粉碎，过筛(优选过80目筛)后按上述质量比例预混并造粒，烘干(优选烘干至水分含量小于5％)、冷却得预混料；

(2)将制得的预混料再与相似粒径的石灰氮按上述质量比例掺混造粒，得到稻田甲烷减排的肥料；

(3)在稻田耕作前，使稻田表面覆水，覆水深度≤5cm；将上述得到的肥料撒施在土壤表面；

(4)在施用上述的肥料后，浅水灌溉，然后进行土壤翻耕，采用土壤耕作措施(例如犁、耙、耘等土壤耕作措施)将肥料与耕层土壤混合均匀；

(5)于施肥耕作后7～15天移栽水稻。

上述的施用方法中，具体可根据石灰氮的用量决定水稻的移栽时间；优选的，如石灰氮施用量<7.5kg/亩，则控制移栽时间为施肥耕作后7天，如石灰氮施肥量为7.5～15kg/亩，则适当增加水稻移栽的时间，最多15天即可进行移栽。石灰氮的水解过程中会产生一种对水稻幼苗有伤害的氰氨和双氰氨物质，它在施入土壤后7～15天，经过水解分解成碳酸钙和铵态肥料。

上述的施用方法中，优选的，所述步骤(3)中，所述肥料是与有机肥混配后撒施到土壤表面，所述有机肥为畜禽粪便类高甲烷排放的有机肥。这样的施肥方式能够充分利用本发明肥料和高甲烷排放类有机肥的组合优势，进而在减少甲烷排放、保护大气环境的同时，还能够满足作物对有机肥的需求。

现有的石灰氮常用于农产品的无公害生产中。而本发明的上述技术方案，则提出了一种含石灰氮的稻田甲烷减排的肥料。施入土壤中后，肥料中的石灰氮先与土壤中的水分、二氧化碳发生化学反应，生成氰氨化钙、氢氧化钙、游离氰氨和碳酸钙。氰氨化钙与土壤胶体上吸附的氢离子交换形成游离氰氨，进一步水解成尿素，再进一步水解为碳酸铵(参见以下化学反应式)。

CaCN₂+H₂O→Ca(OH)₂+Ca(HCN₂)₂(酸性氰胺化钙)；

Ca(HCN₂)₂+[土壤胶体]⁺→H₂CN₂(单氰胺)+[土壤胶体]Ca²⁺；

2H₂CN₂→H₄C₂N₄(双氰胺)；

H₂CN₂+H₂O→CO(NH₂)₂(尿素)；

H₄C₂N₄+2H₂O→2CO(NH₂)₂；

CO(NH₂)₂+2H₂O→(NH₄)₂CO₃。

石灰氮在分解过程中生成的中间产物氰胺和双氰胺有消毒、灭虫和防病的作用，因此，石灰氮首先是一种高效的土壤消毒剂。在梅雨季节过后立即趁高温翻耕保护地土壤，每1000m²耕层土壤中施入石灰氮100kg～150kg，稻草1000kg～2000kg，作畦后灌水，覆盖透明塑料薄膜，密闭大棚，闷棚20～30天。由于石灰氮与高温的双重杀菌作用，可防治各种土传病害及地下害虫，特别是对真菌性病害效果较好，具有成本较低、无残毒、操作安全等优点。但操作过程中必须严格控制田水外流，以免影响附近田块和水域中的动植物生长。另外，石灰氮也是一种长效的无酸根氮肥。石灰氮在土壤中与水分反应，先生成氢氧化钙和氰氨，氰氨水解形成尿素，最后分解成氨供植物吸收。因此，石灰氮含的氮肥需要长时间水解才能变成植物可以吸收的氮素营养，是一种缓效氮肥，肥效可持续3～4个月；由于石灰氮不带酸根，且硝化作用进行缓慢，即使施用量稍大也不会导致土壤盐浓度上升。在碱性土壤中，形成的氰氨和双氰氨都可抑制硝化作用，因此施入土壤中的氨态氮不易转化为硝态氮。另外，石灰氮含有的钙可以满足植物生长对钙的需求，同时石灰氮属于碱性肥料，可以防止土壤的酸化。目前农田投入的氮肥基本上都是带酸根肥料，大量施用易导致土壤酸化；而大部分蔬菜适宜的土壤pH值为微酸性至中性，为使作物正常生长，必须施用碱性物质调整土壤酸度。而石灰氮中约含60％石灰，施于土壤中可使土壤pH提高，消除土壤酸化现象。

本发明的上述技术方案不仅能得到理论支撑，而且还基于以下培养试验数据为基础：如图2所示，我们采用室内培养的方法，以1∶100的稻草(1.00克)与水(100g)的培养试验作对照，通过采用1∶1∶100作为石灰氮∶稻草∶水的比例，淹水厌氧培养60天，选择其中41天监测甲烷排放通量。不添加石灰氮的对照组，41天的排放总浓度为23434×10^-6mol/mol，而添加石灰氮的试验组仅为398×10^-6mol/mol，具体排放浓度参见图2。培养试验结果表明，在稻草生长培养中添加本发明的肥料能显著减少甲烷排放，产生的甲烷量仅为对照稻草处理的1.70％。

由上可见，农业土壤中施用石灰氮不仅具有土壤消毒、培肥地力、有效氮缓慢释放、补充植物钙素和防治南方稻田土壤酸化等优点；而且本发明使用的肥料主要成分为农业用石灰氮，采用本发明上述技术方案施用石灰氮后还能显著减少稻田甲烷排放，不增加农业生成成本和劳动力，能有效缓解温室气体排放，有利于减缓大气环境。因此，在稻田土壤中施用石灰氮具有多重功效。

附图说明

图1为本发明实施例2中甲烷排放总量对比图。

图2为本发明中培养试验的甲烷排放浓度与培养时间的关系变化对比图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：

一种本发明的稻田甲烷减排的肥料，其主要由下表1所示质量分数的组分配制而成：

表1：实施例1的配方组成表

上述肥料中的石灰氮为农用石灰氮，其主要的化学成分为CaCN₂，且采用施用方便的颗粒状或粉末状产品，粒径为3.75～5.5mm。

以本实施例上述的肥料应用于早稻试验，试验选择甲烷排放较高的牛粪作为辅助材料，以观测本实施例的肥料对甲烷减排的显著性效果，设置三个处理：

A：对照组；施用常规的氮、磷和钾肥处理；

B：牛粪(2700kg/公顷牛粪)+施用常规的氮、磷和钾肥处理；

C：牛粪(2700kg/公顷牛粪)+本实施例的肥料(900kg/公顷)。

上述的每个处理重复三次，随机区组排列，并设置保护行。小区面积20m²，所有处理的氮肥保持一致，其它处理氮肥不够的用尿素补充。牛粪为新鲜牛粪。对照组A和试验组B按常规方式施用，试验组C具体采用本发明的以下方法施用，包括以下步骤：

(1)先将氯化钾、氯化铵和过磷酸钙与海泡石粉碎过80目筛后按比例预混并造粒，烘干至水分含量小于5％，冷却得预混料，再与相同粒径的石灰氮按比例掺混造粒，最后进行检测，检测合格后得到本实施例的肥料；

(2)在稻田早稻移栽耕作前15天，使稻田表面覆水，覆水深度≤5cm；将上述本实施例的肥料撒施在土壤表面；

(3)在施用上述的肥料后，浅水灌溉，然后进行土壤翻耕，采用土壤耕作措施(例如犁、耙、耘等土壤耕作措施)将肥料与耕层土壤混合均匀；

(4)于施肥耕作后15天移栽早稻至稻田。

以上各组的其它田间管理措施(如灌溉、除虫和除草等措施)与大田处理保持一致，在水稻移栽7～10天后所有处理统一施入112.5kg/公顷的尿素。测试结果如下表2。

表2：实施例1中不同处理的甲烷排放通量与累计排放量

表2中数据后面的上标英文字母表示显著性差异，p<0.05。

由上表2可见，所有的处理中，添加牛粪处理的甲烷排放通量和季节排放总量要高于常规施肥处理，而在添加牛粪的处理中，纯施用牛粪的甲烷排放总量和通量最高，添加本发明的肥料后甲烷排放总量和通量均下降，比施用纯牛粪减少61.31kg/hm²的甲烷排放，减少23.12％(p<0.05)。可见，施用一定量的本实施例肥料能显著减少甲烷排放。田间试验结果表明，采用本发明的肥料能保证有机肥按需施用的前提下，可明显减少稻田甲烷排放。

实施例2：

一种本发明的稻田甲烷减排的肥料，其主要由下表3所示质量分数的组分配制而成：

表3：实施例2的配方组成表

上述肥料中的石灰氮为农用石灰氮，其主要的化学成分为CaCN₂，且采用施用方便的颗粒状或粉末状产品，粒径为3.75～5.5mm。

以本实施例上述的肥料应用于晚稻试验，以观测本实施例的肥料对甲烷减排的显著性效果，设置两个处理：

A：对照组；施用常规的氮、磷和钾肥处理；

B：本实施例的肥料(1050kg/公顷)。

上述的每个处理重复三次，随机区组排列，并设置保护行。小区面积20m²，所有处理的氮肥保持一致。对照组A按常规方式施用，试验组B具体采用本发明的以下方法施用，包括以下步骤：

(1)先将氯化钾、氯化铵和过磷酸钙与海泡石粉碎过80目筛后按比例预混并造粒，烘干至水分含量小于5％，冷却得预混料，再与相同粒径的石灰氮按比例掺混造粒，最后进行检测，检测合格后得到本实施例的肥料；

(2)在稻田晚稻移栽耕作前7天，使稻田表面覆水，覆水深度≤5cm；将上述本实施例的肥料撒施在土壤表面；

(3)在施用上述的肥料后，浅水灌溉，然后进行土壤翻耕，采用土壤耕作措施(例如犁、耙、耘等土壤耕作措施)将肥料与耕层土壤混合均匀；

(4)于施肥耕作后7天移栽晚稻至稻田。

以上各组的其它田间管理措施(如灌溉、除虫和除草等措施)与大田处理保持一致，在水稻移栽7～10天后所有处理统一施入135kg/公顷的尿素。

由图1可见，常规施肥处理的甲烷排放总量高于本实施例肥料处理后的晚稻，本实施例处理的试验组B(即石灰氮复混肥料)比对照组减少4.93％。田间试验结果表明，采用本发明的肥料能明显减少稻田甲烷排放。

实施例3：

一种本发明的稻田甲烷减排的肥料，其主要由下表4所示质量分数的组分配制而成：

表4：实施例3的配方组成表

上述肥料中的石灰氮为农用石灰氮，其主要的化学成分为CaCN₂，且采用施用方便的颗粒状或粉末状产品，粒径为3.75～5.5mm。

采用上述实施例2的施用方式进行对比实验，同样可以发现本实施例的肥料具有显著的减排稻田甲烷的效果。

Claims (9)

1.一种稻田甲烷减排的肥料的施用方法，包括以下步骤：

（1）先将氯化铵、氯化钾、载体物质以及磷酸二氢铵、过磷酸钙中至少一种混合，粉碎，过筛后按比例预混并造粒，烘干、冷却得预混料；

（2）将制得的预混料再与相似粒径的石灰氮按比例掺混造粒，得到稻田甲烷减排的肥料；所述稻田甲烷减排的肥料由以下质量分数的组分组成：

石灰氮　15%～30%；

氯化铵　20%～40%；

磷酸二氢铵0～15%；

过磷酸钙　0～40%；

氯化钾　10%～20%；以及

载体物质余量；

且所述磷酸二氢铵和过磷酸钙至少有一种不为0；以上组分的总和为100%；

（3）在稻田耕作前，使稻田表面覆水，覆水深度≤5cm；将上述得到的肥料撒施在土壤表面；

（4）在施用上述的肥料后，浅水灌溉，然后进行土壤翻耕，采用土壤耕作措施将肥料与耕层土壤混合均匀；

（5）于施肥耕作后7～15天移栽水稻。

2.根据权利要求1所述的施用方法，其特征在于：所述石灰氮为农用石灰氮，N含量≥20%，粒径为3.75～5.5mm。

3.根据权利要求1所述的施用方法，其特征在于：所述磷酸二氢铵中磷含量以P₂O₅计≥60%，氮含量≥11.8%。

4.根据权利要求1所述的施用方法，其特征在于：所述过磷酸钙中磷含量以P₂O₅计≥12%。

5.根据权利要求1所述的施用方法，其特征在于：所述氯化铵中的氮含量≥25%。

6.根据权利要求1所述的施用方法，其特征在于：所述氯化钾中的钾含量以K₂O计≥60%。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的施用方法，其特征在于：所述石灰氮施用量<7.5kg/亩，控制移栽时间为施肥耕作后7天；石灰氮施肥量为7.5～15kg/亩时，增加水稻移栽的时间至多不超过15天。

8.根据权利要求7所述的施用方法，其特征在于：所述步骤（1）中，烘干至水分含量小于5%；载体物质是指海泡石；过筛是指过80目筛。

9.根据权利要求7所述的施用方法，其特征在于：所述步骤（3）中，所述肥料是与有机肥混配后撒施到土壤表面，所述有机肥为畜禽粪便类高甲烷排放的有机肥。