CN105723904B - 一种利用生物质炭对缺钾少钙稻田改良提效的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用生物质炭对缺钾少钙稻田改良提效的方法，该方法以水稻秸秆生物质炭作为土壤改良剂和肥料提效剂，在水稻秧苗移栽前一周，按22.5t/ha的比例添加到低产缺钾少钙水稻土；在秧苗移栽前2‑3天开始灌水软田；在水稻移栽前一天，施用氮磷钾复合肥417kg/ha；在水稻移栽一个月后，施用500kg/ha相同规格的氮磷钾复合肥，其余按照我国水稻常规种植方式进行培育。与常规施肥管理相比，能保证水稻长期不减产的同时，每年减少施用无机氮肥50％左右，并有效改良土质，提高缺钾少钙水稻土中不同深度土壤的钾钙含量。本发明具有制备简单，经济实惠，高效持久，可操作性强等优点，对低产缺钾少钙水稻土改良提效具有重要的指导意义。

Description

一种利用生物质炭对缺钾少钙稻田改良提效的方法
技术领域
本发明涉及一种生物质炭的应用方法，尤其是一种利用水稻秸秆生物质炭对缺钾少钙稻田改良提效的方法。
背景技术
我国是水稻生产大国，水稻的施肥管理是水稻高产的重要保障。为提高水稻产量，目前多采用多次追施无机肥方式，这不仅造成大量资源和劳动力的浪费，提高水稻生产成本，而且还会带来因肥料流失造成的面源污染问题，以及长期施用无机肥造成的土壤酸化、板结、硬化等的土地质量下降问题。尤其在我国南方地区，土壤酸化退化严重，多种营养元素缺乏。据报道南方土壤代换性钙平均含量仅为10～20mg/kg，低于不缺钙土壤代换态钙含量20～30mg/kg水平，稻田钙供应与钙需求矛盾日渐突出。2008年浙江省对四大水稻土土属的农田地力调查发现，青紫泥田、黄斑田、黄泥砂田、洪积泥砂田四类土壤缺钾农田比例仍分别高达30.8％、30.4％、64.1％、65.0％，土壤缺钾现象严重。钾钙等营养元素直接影响水稻细胞膜稳定，水稻光合作用改善，酶促反应调节等生理生化过程，对促进水稻生长发育，增强抗逆性，提高品质和产量具有重要的意义。因此，开创新型水稻施肥管理方式，或研发肥料特效剂，实现肥料养分的高效利用，对于改变目前我国水稻农业生产肥料利用量大，利用率低，污染重的现象具有重要的现实意义。
与此同时，我国具有丰富的水稻秸秆资源。然而目前，秸秆利用率低，秸秆焚烧现象屡见不鲜，这不但造成秸秆资源的大量浪费，而且带来了严重的大气污染，为全国的“雾霾”问题推波助澜。故拓宽水稻秸秆利用途径，提高水稻秸秆资源化利用水平，对实现水稻变废为宝具有深远的意义。
目前，研究发现，将水稻秸秆制备成水稻秸秆生物质炭，利用生物质炭高含碳量，多孔性，高比表面积，强吸附性，碱性，高阳离子交换能力和丰富的养分含量等优良特性，能在一定程度上实现农作物的增产。但生物质炭制备工艺多样，性能差异较大。经研究发现一种对缺钾少钙稻田改良提效的最佳生物质炭，利用生物质炭的诸多优良特性，制定合理的施炭施肥管理方式，实现肥料的高效利用，稻田改良和水稻增产，使其成为中国水稻的“金坷垃”。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用生物质炭对缺钾少钙稻田改良提效的方法，以实现在长期减少肥料利用的同时提高水稻产量，改良低产缺钾少钙水稻土。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种生物质炭对缺钾少钙稻田改良提效的方法，以水稻秸秆生物质炭作为土壤改良剂和肥料提效剂，按22.5t/ha的比例于水稻秧苗移栽前一周一次性添加至缺钾少钙稻田，用人工或机械的方式翻耕土壤，将其均匀混合于地表0-20cm之间，期间保持田面积水不超过1cm；于秧苗移栽前2-3天开始灌水，维持田间水深3-5cm；在水稻移栽前一天，以417kg/ha的比例施用氮磷钾复合肥，其中氮磷钾有效养分含量分别为：以质量百分比计，N≥20％，P≥5％，K≥20％；在水稻秧苗移栽一个月后，以500kg/ha的比例施用相同规格的氮磷钾复合肥，其余按照我国水稻常规种植方式进行培育；与常规施肥管理(一次基肥，两次追肥)相比，采用本发明的方法在保证水稻长期不减产的同时，能节省一次追肥，每年直接减少50％左右的无机氮肥施用量，同时全方位立体改良土壤不同深度的诸多理化特性。
上述技术方案中，所述的水稻秸秆生物质炭是将水稻秸秆自然风干，保证含水率≤10％，将切割成1-2cm后的秸秆在500-600℃缺氧条件下热解炭化3小时，让其在室温下冷却24小时，获得水稻秸秆生物质炭，其粒径1-3mm，以质量百分比计，碳含量不小于50％，氮含量1％-2％，有效钾和有效钙含量均不低于3500mg/kg。
该方法能从物理、化学、生物学等诸多土壤特性上改良土壤质量，提高肥效和养分利用率，尤其是对缺钾少钙土壤，将生物质炭配合水稻专用复合肥施用，能在一定程度上实现肥料的缓释与持留，增加不同深度土壤钾、钙含量，提高水稻产量；水稻秸秆生物质炭配合水稻专用复合肥应用之所以能提高肥效，改良水稻田，促进水稻长期增产，主要是因为：
1)水稻秸秆生物质炭是由水稻秸秆热解产生，几乎保留了水稻生长所需的大部分营养元素，施回水稻田具有强针对性；此外，经热解浓缩之后，不但提高了生物质炭营养元素的含量，而且提高了营养元素的生物可利用性，直接促进水稻生长；2)水稻秸秆生物质炭的高比表面积，丰富的表面官能团，使其具有强吸附性，对配合施用的水稻专用复合肥中的诸多营养元素具有较强的吸附作用，实现对营养元素的缓释，提高肥效和养分利用率；3)生物质炭的高含碳量，多孔性等特性，显著提高土壤孔隙度，丰富土壤微生物丰度和物种多样性，缓解长期施用无机肥导致的土壤硬化，板结等问题，与水稻专用复合肥配合施用能达到扬长避短，相辅相成的效果；4)生物质炭的稳定性和一定的迁移能力，使生物质炭对水稻土的改良具有时间尺度上的长期性和空间尺度上的全方位性，综合改良水稻土，实现水稻的长期增产。
本发明适宜于改良我国南方酸化缺钾少钙的水稻中低产地。本发明具有如下有益效果：能够明显减少水稻种植过程中肥料成本，省去水稻移栽之后的第一次追肥；能够尽可能的减少由于化肥流失带来的农业面源污染；能够避免秸秆焚烧带来的环境污染问题，实现水稻秸秆变废为宝；能够实现水稻长期(≥6年)保产增产；能够明显提高土壤不同深度有机碳、总氮、pH、速效磷、钾、钙等的含量、阳离子交换量，提高土壤含水率和缓冲能力，降低可溶性Al的含量，整体改良土壤质量，提高肥效，促进水稻生长；相比于利用多种生物质原料和氮、磷、钾肥制备的炭基缓释肥，此方法制备简单(无需二次合成，包膜成型)，经济实惠，高效持久(一次施用，长期有效)，可操作性强，易于被广大农民群众接受，实现经济效益，环境效益，社会效益相统一。
附图说明
图1是水稻秸秆生物质炭施用对水稻产量的影响；
图2是水稻秸秆生物质炭施用对稻田土壤不同深度有机碳(TOC)(a)与总氮(TN)(b)含量的影响；
图3是水稻秸秆生物质炭施用对稻田土壤不同深度营养元素K(a)、Ca(b)含量的影响。
具体实施方式
以下结合具体案例对本发明的方法进行描述，进一步说明本发明。
在杭州市余杭区径山镇建立生物质炭还田试验基地，该土壤基本理化性质如下：耕作层土壤有机碳17.1g·kg-1，总氮1.51g·kg-1，总磷0.48g·kg-1，pH值(1:2.5H2O)5.9，阳离子交换量14.6cmol·kg-1，为砂壤土。田间试验设2个处理，分别为常规施肥对照(CK)和添加水稻秸秆生物质炭+减量施肥处理(SC)。每个处理设4个重复。共计8个试验小区，每个试验小区大小为3m×4m，试验采用完全随机区组设计方法设计。为保证小区单元的独立性，除小区间设置隔离带外，四面隔离田埂以薄膜包被防止串水。
将收集的水稻秸秆自然风干后，使含水率≤10％，用切割机切割成1-2cm长，放入炭化炉在500-600℃下炭化3小时，制备成水稻秸秆生物质炭。其中碳含量≥50％，氮含量1.5％左右，粒径1-3mm，有效钾、有效钙均≥3500mg/kg。
第一年在水稻秧苗移栽前一周，按22.5t/ha比例将制成的水稻秸秆生物质炭施于SC处理组，用人工或机械的方式翻耕土壤，期间保持田面积水不超过1cm，保证生物质炭于地表0-20cm之间混合均匀；于秧苗移栽前2-3天开始灌水，维持田间水深3-5cm；在水稻移栽前一天，对CK和SC均施用氮磷钾复合肥(其中氮磷钾有效养分含量分别≥20％、≥5％、≥20％)417kg/ha；水稻移栽10天后，对CK施用尿素(总氮含量≥46.2％)435kg/ha；在水稻移栽一个月后，对CK和SC均施用相同规格的氮磷钾复合肥500kg/ha；其余按照水稻常规种植方式进行育苗、移栽、灌溉等。此后，除不施加生物质炭，其余管理方式与第一年相同，进行水稻连续耕作。
具体的利用生物质炭改良缺钾少钙稻田方法中施炭施肥工作日程表可参见
表1：
表1 生物质炭改良缺钾少钙稻田方法施炭施肥工作日程表
通过测定水稻成熟期的产量，以及用元素分析仪测定水稻耕作六年以后土壤不同深度的有机碳，总氮，用ICP-AES测定Mehlich 3土壤通用提取剂提取的水稻耕作六年以后土壤不同深度营养元素K、Ca的含量，反映水稻秸秆生物质炭对缺钾少钙稻田的改良提效状况。
图1结果表明，一次施用22.5t/ha水稻秸秆生物质炭，配合水稻专用复合肥施用，能实现在减少一次追肥，降低52.3％无机氮肥施用，同时保证水稻长期不减产，或略有增产(平均每年增产3％-4％)，且水稻增产在6年后达到显著水平(p≤0.05)，水稻增产量超过20％。
图2结果表明，一次施用22.5t/ha水稻秸秆生物质炭，配合水稻专用复合肥施用，在6年后能提高水稻田土壤不同深度有机碳和总氮含量，平均增幅均达到23％，尤其在0-20cm之间更为显著。说明该水稻秸秆生物质炭的施用，能显著提高土壤不同深度的肥力水平，改善土壤状况。
图3结果表明，一次施用22.5t/ha水稻秸秆生物质炭，配合水稻专用复合肥施用，在6年后能显著提高水稻田土壤不同深度营养元素钾含量，有些土层增幅甚至超过100％；提高50％表层土壤钙的含量，大幅度改善缺钾少钙土壤土质，为水稻长期增产提供支持。
综上可见，应用该方法进行水稻生产管理，能明显减少水稻生产支出，保证水稻长期不减产，显著改善土壤质量，实现经济效益，环境效益，社会效益相统一。

Claims (2)

1.一种利用生物质炭对缺钾少钙稻田改良提效的方法，其特征在于，包括如下步骤：
水稻秧苗移栽前一周，将水稻秸秆生物质炭按22.5t/ha的比例，一次性添加至缺钾少钙稻田，翻耕土壤，将其均匀混合于地表0-20cm之间，期间保持田面积水不超过1cm；
于秧苗移栽前2-3天开始灌水，维持田间水深3-5cm；
在水稻秧苗移栽前一天，以417kg/ha的比例施用氮磷钾复合肥，其中氮磷钾有效养分含量分别为：以质量百分比计，N≥20％，P≥5％，K≥20％；
在水稻秧苗移栽一个月后，以500kg/ha的比例施用上述相同规格的氮磷钾复合肥，其余按照我国水稻常规种植方式进行培育。
2.根据权利要求1所述的利用生物质炭对缺钾少钙稻田改良提效的方法，其特征在于，所述的水稻秸秆生物质炭是以如下方法制得：将水稻秸秆自然风干，保证含水率＜10％，将其切割成1-2cm后，在500-600℃缺氧条件下热解炭化3小时，室温下冷却24小时，获得水稻秸秆生物质炭，其粒径为1-3mm，以质量百分比计，碳含量不小于50％，氮含量为1％-2％，有效钾和有效钙含量均不低于3500mg/kg。
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