CN106165585A - 利用生物炭防治稻油轮作农田区域磷流失的方法 - Google Patents

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胡万里
刘宏斌
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Abstract

本发明公开了一种利用生物炭防治稻油轮作模式农田区域磷流失的方法。该发明方法是在水稻、油菜轮作区常规施肥量基础上，通过减施一定量的化肥，并配施一定量的生物炭可达到有效防治该农田区域磷流失的目的，其中化肥减施量为作物化肥需求量的二分之一，水稻每亩添加2250kg生物炭，油菜每亩添加4500kg生物炭，所用的生物炭是采用地上部分玉米秸秆，经过热解炭化制备而成，该方法经过验证，可以达到增加土壤有效磷含量，降低水稻田面水总磷含量，在减施化肥的情况下不会造成水稻、油菜减产，具有较高的环境和经济效益并值得推广。

Description

利用生物炭防治稻油轮作农田区域磷流失的方法
技术领域
本发明属于农业环境保护技术领域，具体是涉及一种利用生物炭防治稻油轮作模式农田区域磷流失的方法。
背景技术
磷元素既是作物生长必需的营养元素之一，又是湖泊水体富营养化的限制因子。国内外大量研究表明，农田磷流失已成为引起农业非点源污染的重要原因之一(高超，张桃林，吴蔚东.农田土壤中的磷向水体释放的风险评价[J].环境科学学报，2001，21(3)：344-348)，农田地表径流总磷流失主要发生在降雨集中的6-8月份，即水稻种植季节(刘红江，郑建初，陈留根等.秸秆还田对农田周年地表径流氮、磷、钾流失的影响[J].生态环境学报，2012，21(6)：1031-1036)，因此，防治水旱轮作模式下农田区域磷的流失问题，对防控农业非点源污染具有重要意义。
目前，利用秸秆制备成生物炭，并将生物炭还田的模式，在改善土壤环境效应方面的研究受到越来越多的关注(王萌萌，周启星.生物炭的土壤环境效应及其机制研究[J].环境化学，2013，32(5)：768-780)，盖霞普等通过室内培养试验研究表明，土壤中添加玉米秸秆生物炭能有效降低土壤无机氮素的淋失风险(盖霞普，刘宏斌，翟丽梅等.玉米秸秆生物炭对土壤无机氮素淋失风险的影响研究[J].农业环境科学学报，2015，(34)2：310-318)。除制备成生物炭外，秸秆还可直接还田，大量研究表明，秸秆直接还田还可以降低农田磷流失(劳秀荣，吴子一，高燕春.长期秸秆还田改土培肥效应的研究[J].农业工程学报，2002，18(2)：49-52)。
提出一种利用生物炭防治稻油轮作农田区域磷流失的方法，尤其是利用玉米秸秆制备的生物炭防治稻油轮作农田区域磷流失的方法，对增加稻油作物产量及降低水稻农田面源磷流失风险的影响具有十分重要的意义，同时为当地合理利用玉米秸秆提供一种指导方案，并为降低环境风险提供理论依据。
发明内容
针对防治稻油轮作农田区域磷流失技术方面存在的缺陷或不足，本发明提出了一种利用生物炭防治稻油轮作农田区域磷流失的方法，该方法在原有的水稻、油菜轮作模式基础上，在施肥阶段，减少化肥施入量，并配施一定量的生物炭，可以降低农田区域的磷流失，为保护稻油轮作农田区域环境发挥巨大作用，其中的生物炭是采用玉米秸秆作为原材料制作。
为了实现降低稻油轮作农田区域磷流失的目标，本发明采用如下技术方案：
首先测绘水稻、油菜轮作区农田耕种面积和分布情况；
根据水稻、油菜农作物的常规化肥每亩施用量，利用已经测绘的水稻、油菜轮作农田区域的分布情况和耕种面积数据，计算水稻、油菜农作物常规化肥的理论总施用量，按常规化肥总施用量的50％标准购置化肥备用，化肥品种分别为尿素(N≥46％)、过磷酸钙(P2O5≥16％)、硫酸钾(K2O≥50％)；
加工制备生物炭，生物炭由地上部分的玉米秸秆热解炭化制成，玉米秸秆经过水洗、烘干、粉碎后，装入坩埚中，加盖密封，置于马弗炉中热解炭化，热解温度500℃，热解持续时间为1.5h制备成生物炭，并将热解炭化好的玉米秸秆生物炭冷却后密封保存备用；
其中制备的生物炭基本理化参数要求见下表；
对于水稻季，每亩选用生物炭2250kg和常规化肥施用量的50％，根据农艺要求，水稻季需要施肥两次，一次基肥和一次追肥，2250kg生物炭随基肥(70％氮肥、70％钾肥、100％磷肥作为基肥)一次性施入，剩余30％氮肥、30％钾肥作为穗肥在水稻栽秧后的第7天追施；
对于油菜季，每亩选用生物炭4500kg和常规化肥施用量的50％，根据农艺要求，油菜季需要施肥三次，一次基肥和两次追肥，4500kg生物炭随基肥(30％的氮肥、70％磷肥、70％钾肥作为基肥)一次性施入，30％氮肥在油菜莲座期第一次追施，剩余的40％氮肥、30％磷肥、30％钾肥在油菜开花期第二次追施；
本发明的有益效果，可以增加土壤中有效磷含量，显著降低田面水总磷含量，减少土壤中磷的流失，另外一方面可以在减少化肥施入量的前提下，不会造成水稻和油菜减产，并且该方法具有非常可观的环境和经济效益，可以考虑在水稻油菜轮作模式下推广该方法。
附图说明
图1是采用本发明2年后田地土壤中有效磷的含量与采用其他方法对比的柱状图；
图2是本发明在2014年和2015年具体实施过程中水稻亩产量与采用其他方法对比的柱状图；
图3是本发明在2014年和2015年具体实施过程中油菜亩产量与采用其他方法对比的柱状图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细描述：
具体实施以云南省大理州洱源县凤羽镇白米村(25°58′51.4″N，99°57′34.7″E，海拔2099m)为例，该地区属洱海上游凤羽河小流域，是洱海的主要水源地，流域属于北亚热带高原季风气候，四季温差小，年平均气温13.9℃，年均降雨量745mm，冬春干旱，夏秋多雨，雨旱两季分明，降雨主要集中在6-10月份，该地区供试土壤类型为水稻土，土壤质地为砂壤土，试验农田区域地形为平坝，轮作模式为水稻、油菜。
该地区耕作层土壤理化性质如下表所示：
制备生物炭，选取地上部分的玉米秸秆，经过水洗、烘干、粉碎后，装入坩埚中，加盖密封，置于马弗炉中热解炭化，热解温度为500℃，热解持续时间为1.5h，将热解炭化后的玉米秸秆生物炭进行冷却后密封保存备用，其中制备的生物炭理化参数如下表所示：
采购水稻、油菜常规施用化肥(NPK，当地农民习惯性施肥)，化肥品种选择尿素(N≥46％)、过磷酸钙(P2O5≥16％)、硫酸钾(K2O≥50％)；
设置对照试验组，对于水稻、油菜季每亩总施肥状况，如下表所示：
对于水稻季，根据农艺要求，水稻季需要施肥两次，一次基肥和一次追肥，2250kg.hm-2量的生物炭随基肥(70％氮肥、70％钾肥、100磷肥％作为基肥)一次性施入，剩余30％氮肥、30％钾肥作为穗肥在水稻栽秧后的第7天追施；
对于油菜季，根据农艺要求，油菜季需要施肥三次，一次基肥和两次追肥，4500kg.hm-2量的生物炭随基肥(30％氮肥、70％磷肥、70％钾肥作为基肥)一次性施入，30％氮肥在油菜莲座期第一次追施，40％氮肥、30％磷肥、30％钾肥在油菜开花期第二次追施；
对试验区三种田块进行收获后土壤有效磷含量测试和植株采集测试；
如图1所示通过对试验区收获后土壤有效磷测试，发现不同处理连续施肥2年后，与单施化肥(NPK)组相比，施生物炭(NPK+C)组田地和施生物炭(1/2NPK+C)组田地土壤有效磷含量均显著(P＜0.05)增加，增加比例分别为60.8％和68.4％；施用生物炭(NPK+C)组田地和生物炭(1/2NPK+C)组田地之间土壤有效磷含量差异不显著(P＜0.05)，即施用生物炭后，减施化肥并没有降低土壤中有效磷含量。
如图2所示，在2014年和2015年，与单施化肥(NPK)组相比，施生物炭(NPK+C)组和施生物炭(1/2NPK+C)组均对水稻有增产作用，生物炭用量相同条件下，施生物炭(NPK+C)组水稻亩产量与施生物炭(1/2NPK+C)组水稻亩产量差异不显著(P＜0.05)，表明采用该发明方法条件下，减施化肥短期内未造成水稻减产。
如图3所示，与单施化肥(NPK)组相比，增施生物炭(NPK+C)组显著(P＜0.05)提高了油菜亩产量，施生物炭(1/2NPK+C)组与单施化肥(NPK)组相比，油菜亩产量并未呈现显著差异(P＜0.05)，表明采用该发明条件下，施用生物炭后减施化肥也并未造成油菜显著减产，施用生物炭后不减施化肥可以提高油菜亩产量。
从降低磷的环境风险角度可以考虑在水稻油菜轮作模式下推广该方法，可增加土壤中有效磷含量，显著降低了田面水总磷含量，减少土壤中磷的流失，另外一方面可以在减少化肥施入量的前提下，不会造成水稻和油菜减产，并且该方法具有非常可观的环境和经济效益。

Claims (2)

1.一种利用生物炭防治稻油轮作模式农田区域磷流失的方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)测绘稻油轮作区的农田耕种面积与分布情况；
2)按水稻和油菜每亩常规施肥量的50％施入化肥，化肥品种为尿素(N≥46％)、过磷酸钙(P2O5≥16％)和硫酸钾(K2O≥50％)；
3)水稻季，每亩选用生物炭2250kg和原常规施肥量50％的化肥，施肥两次，一次基肥和一次追肥，生物炭随基肥(70％的氮肥、70％钾肥、100％磷肥作为基肥)一次性施入，剩余30％的氮肥、30％的钾肥作为穗肥在水稻栽秧后的第7天追施；
4)油菜季，每亩选用生物炭4500kg和原常规化肥50％施用量，施肥三次，一次基肥和两次追肥，生物炭随基肥(30％的氮肥、70％磷肥、70％钾肥作为基肥)一次性施入，30％氮肥在油菜莲座期第一次追施，剩余40％的氮肥、30％磷肥和30％钾肥在油菜开花期第二次追施。
2.根据权利要求1所述的利用生物炭防治稻油轮作模式农田区域磷流失的方法，其特征在于：生物炭，由地上部分的玉米秸秆热解炭化制成，玉米秸秆经过水洗、烘干、粉碎后，装入坩埚中，加盖密封，置于马弗炉中热解炭化，热解温度500℃，热解持续时间为1.5h，将热解炭化好的玉米秸秆生物炭冷却后密封保存。
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