CN109511496A - 一种基于斜发沸石的降低稻田氮素淋失的方法 - Google Patents

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陈涛涛
陈伟
梁茜
吴奇
郑俊林
迟道才
王铁良
郭成久
李英豪
孙仕军
王丽学
张旭东
夏桂敏
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01C—PLANTING; SOWING; FERTILISING
    • A01C21/00—Methods of fertilising, sowing or planting

Abstract

本发明属于降低稻田氮素淋失的方法技术领域，尤其公开了一种基于斜发沸石的降低稻田氮素淋失的方法，现提出如下方案，干湿交替灌溉驱动下斜发沸石对节水节肥、减少NH3挥发和氮素淋失激励机制和协同作用的机理采用裂区试验设计，共18个蒸渗仪，NH3挥发采用通气法测定，水稻移栽后，在蒸渗仪中部安装氨气采集装置，施肥后一周内每日更换吸收载体，一周至半月内3~5 d更换，半月后10~15 d更换。本发明为我国水稻在干湿交替灌溉条件下大面积推广应用斜发沸石提供理论基础与技术支撑，也为实现水稻生产、资源消耗和环境保护协调均衡发展提供切实可行的理论依据和实践参考。

Description

一种基于斜发沸石的降低稻田氮素淋失的方法
技术领域
本发明涉及降低稻田氮素淋失的方法技术领域，尤其涉及一种基于斜发沸石的降低稻田氮素淋失的方法。
背景技术
全世界有1/3以上的人口以稻米为主食。我国是水稻生产与稻米消费的第一大国，水稻栽培面积约占粮食作物种植面积的1/3。水稻是一种高耗水作物，其耗水量约为其他粮食作物的2~3倍。全球73%农业水资源消耗在亚洲农业生产上，其中75~80%的淡水资源都用于水稻灌溉。我国作为水稻生产大国，水稻生产耗水约占我国年用水量的50％。近年来，随着气候变暖、人口持续增长、城镇和工业的快速发展以及人民生活水平的不断提高，水资源危机日益加剧，已严重威胁着我国的水安全和粮食安全。研究并推广应用先进的水稻节水灌溉技术，以最小的水资源消耗来确保水安全和粮食安全势在必行，尤其是东北地区。
水稻不仅是我国农业的耗水大户，也是我国农业的耗肥大户。我国水稻平均施肥量约为190kg·ha-1，是世界平均水平的1.9倍，局部地区施肥(氮)量甚至超过300kg·ha-1。据2010年统计，我国水稻耗氮量约占全球水稻总耗氮的31.3%。增施氮肥在提高水稻生产率的同时，随之而来的却是氮肥利用率的严重低下、并造成地下水污染、大气污染和大量水域的富营养化等一系列的环境问题，甚至造成水稻减产、土壤板结退化等。因此，在确保水稻产量安全的同时，研究如何降低水稻生产系统的资源和环境代价具有重要意义。
干湿交替灌溉是稻田众多节水技术中使用最广的一种灌溉方式，具有极大的节水潜力，可显著降低水稻生产过程中水资源消耗，提高或维持水稻产量，进而提高水分生产率，在我国、印度、菲律宾、日本、越南、英国等不同国家都得到了广泛地应用和认可。然而，干湿交替灌溉也有其不利的一面。在干湿交替灌溉驱动下，稻田总处于土壤水饱和与非饱和、土壤氧化与还原快速更替之环境当中，可能改变稻田氮循环过程，导致了更多地NH3挥发流失、硝化-反硝化作用氮流失和淋溶流失，甚至会影响水稻的加工品质和外观品质，并诱发温室气体N2O的排放。因此，应用干湿交替灌溉在实现水稻节水增产(或稳产)的同时，必须解决其对稻田NH3挥发流失、硝化-反硝化作用氮流失和淋溶流失所产生的不利影响。
斜发沸石是一种具有高阳离子交换量的多孔水合铝硅酸盐矿物质，具有极易截留和释放水分、交换阳离子且不改变结构的特征。因其具有强阳离子交换能力、丰富的比表面积和分子筛等特性，以及其对土壤生态、土壤环境的改善和对土壤蓄水保肥能力的提高等具有正效应，加之廉价且可人工合成，已在酸性、中性和碱性等不同土壤和玉米、小麦、大豆等多种旱作物上得到了广泛地应用并取得了明显效果。近年来，斜发沸石在稻田等淹水环境下的相关研究也相继展开。而在干湿交替灌溉驱动下其对稻田农艺性状、水氮资源利用等影响的研究较少、影响机理也尚未清楚，对于稻田在干湿交替灌溉驱动下降低NH3挥发和氮素淋失的机理研究更未见报道。因此，开展斜发沸石对干湿交替灌溉驱动下稻田NH3挥发和氮素淋失的影响机理研究，揭示斜发沸石对NH3挥发和氮素淋失的影响机理，对在我国北方地区大面积推广应用干湿交替灌溉技术、减少化肥施用量、确保水安全和粮食安全和保护生态环境具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于斜发沸石的降低稻田氮素淋失的方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于斜发沸石的降低稻田氮素淋失的方法，包括以下步骤，
S1，干湿交替灌溉驱动下斜发沸石对节水节肥、减少NH3挥发和氮素淋失激励机制和协同作用的机理采用裂区试验设计，主区为灌溉模式，持续淹灌和干湿交替灌溉；子区为沸石量，0、5和10 t·ha-1，设3次重复，共18个蒸渗仪；
S2，常规持续淹灌和干湿交替灌溉下每个生育期灌溉水管理灌水深度和土水势控水下限进行；准备斜发沸石，在翻地前同底肥一起施入，其中斜发沸石用量为5-10吨/公顷，斜发沸石的粒径为20或80目，泡田后翻地混均，第二年正常施肥但不施沸石；
S3，NH3挥发采用通气法测定，水稻移栽后，在蒸渗仪中部安装氨气采集装置，施肥后一周内每日更换吸收载体，一周至半月内 3~5 d 更换，半月后 10~15 d 更换；
S4，水稻移栽后每隔7 d 在小区内梅花式取 5 个点，用CN61M /FJA3全自动氧化还原电位去极化法测定仪直接在田间测定耕层土壤氧化还原电位；
S5，土壤水层溶液中铵根离子和硝酸根离子浓度，通过随机取样，采用德国SEAL AA3连续流动分析仪(AA3 Auto Analyzer 3)测定，施肥后一周内每日取样一次，一周至半月内3~5 d 取样一次，半月后 10~15 d 取样一次；
S6，翻地前和秋收后土壤耕作层和30~60 cm土层铵态氮和硝态氮积累以及全氮的变化，生育期结束后，进行测产。
优选的，NH3挥发的测定：采用通气法测定NH3挥发；采用聚氯乙烯硬质塑料管制作采集装置(内径 15 cm、高 20 cm)；采样过程中分别将两块厚度均为 2 cm，直径为 16 cm的海绵均匀浸以 15 ml的磷酸甘油溶液(50 ml磷酸-40 ml丙三醇，定容至 1000 ml)后，置于硬质塑料管中，上层的海绵与管顶部相平，下层海绵与上层海绵之间留 1 cm 空隙，将硬质塑料管插入土中 5 cm，下层海绵用来吸收土壤挥发的氨，上层海绵吸收空气中的氨，并防止其进入装置内，被下层海绵吸收；采用德国SEAL AA3 连续流动分析仪(AA3 AutoAnalyzer 3)测氨。
优选的，氮素淋溶流失的测定：运用蒸渗仪，严格控制排水、保持各处理滤液量一致，可精确反映干湿交替灌溉驱动下不同沸石用量和粒径下氮素淋失的响应规律，避免滤液量不同对总氮淋失的影响；
渗漏量：根据站点多年观察数据，按照多年平均排水量，辽宁省灌溉试验中心站、辽宁省东港灌溉试验站日排水量分别为4.0 mm·d-1和2.5 mm·d-1；
渗漏液：采用塑料桶收集，滤液中铵根离子和硝酸根离子浓度采用德国SEAL AA3 连续流动分析仪(AA3 Auto Analyzer 3)测定；铵根离子和硝酸根离子浓度和乘以对应的渗漏量即可估算出总氮流失。
优选的，土壤水层溶液中铵根离子和硝酸根离子浓度的测定：每次施肥后，采用50ml注射器收集每个蒸渗仪表层水层溶液，采用德国SEAL AA3 连续流动分析仪(AA3 AutoAnalyzer 3)测定，跟踪表层溶液氮动态变化。
优选的，翻地前和秋收后土壤耕作层和30~60 cm土层铵态氮和硝态氮积累的测定：每年翻地前和秋收后分别取0~30 cm和30~60 cm土鲜样，土壤 NH4 +-N 和 NO3 --N采用2mol·L-1 的KCl提取，采用德国SEAL AA3 连续流动分析仪(AA3 Auto Analyzer 3)测定；鲜土样风干、粉碎、硝煮后，采用凯氏定氮法测定土壤全氮。
优选的，地上部分总氮提取的测定：不同生育期各处理随机选取3株有代表性的植株，分别采集根系、茎鞘、叶、穗于105℃烘箱中杀青30 min，降温至70℃烘48h后测定干物质量；将烘干的样品粉碎、过40目筛，采用浓H2SO4-H2O2消煮，采用凯氏定氮法测定土壤全氮；地上部分氮积累等于茎鞘、叶和穗干物质分别乘以含氮量之和。
本发明提出的一种基于斜发沸石的降低稻田氮素淋失的方法，干湿交替灌溉是稻田众多节水技术中使用最广、节水潜力较大的一种灌溉方式，在国内外都得到了广泛地应用。以往结合控制灌溉研究NH3挥发和氮素淋失的较多，而研究干湿交替灌溉条件下NH3挥发和氮素淋失的较少，研究干湿交替灌溉条件下斜发沸对抑制NH3挥发和氮素淋失的影响更少；可确定干湿交替灌溉驱动下稻田斜发沸石最佳用量、最佳粒径以及多重增效的应用周期，为我国水稻在干湿交替灌溉条件下大面积推广应用斜发沸石提供理论基础与技术支撑，也为实现水稻生产、资源消耗和环境保护协调均衡发展提供切实可行的理论依据和实践参考。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例
本发明提出的一种基于斜发沸石的降低稻田氮素淋失的方法，包括以下步骤，
S1，干湿交替灌溉驱动下斜发沸石对节水节肥、减少NH3挥发和氮素淋失激励机制和协同作用的机理采用裂区试验设计，主区为灌溉模式，持续淹灌和干湿交替灌溉；子区为沸石量，0、5和10 t·ha-1，设3次重复，共18个蒸渗仪；
S2，常规持续淹灌和干湿交替灌溉下每个生育期灌溉水管理灌水深度和土水势控水下限进行；准备斜发沸石，在翻地前同底肥一起施入，其中斜发沸石用量为5-10吨/公顷，斜发沸石的粒径为20或80目，泡田后翻地混均，第二年正常施肥但不施沸石；
S3，NH3挥发采用通气法测定，水稻移栽后，在蒸渗仪中部安装氨气采集装置，施肥后一周内每日更换吸收载体，一周至半月内 3~5 d 更换，半月后 10~15 d 更换；
S4，水稻移栽后每隔7 d 在小区内梅花式取 5 个点，用CN61M /FJA3全自动氧化还原电位去极化法测定仪直接在田间测定耕层土壤氧化还原电位；
S5，土壤水层溶液中铵根离子和硝酸根离子浓度，通过随机取样，采用德国SEAL AA3连续流动分析仪(AA3 Auto Analyzer 3)测定，施肥后一周内每日取样一次，一周至半月内3~5 d 取样一次，半月后 10~15 d 取样一次；
S6，翻地前和秋收后土壤耕作层和30~60 cm土层铵态氮和硝态氮积累以及全氮的变化，生育期结束后，进行测产。
本实施方式中，NH3挥发的测定：采用通气法测定NH3挥发；采用聚氯乙烯硬质塑料管制作采集装置(内径 15 cm、高 20 cm)；采样过程中分别将两块厚度均为 2 cm，直径为16 cm 的海绵均匀浸以 15 ml的磷酸甘油溶液(50 ml磷酸-40 ml丙三醇，定容至 1000ml)后，置于硬质塑料管中，上层的海绵与管顶部相平，下层海绵与上层海绵之间留 1 cm空隙，将硬质塑料管插入土中 5 cm，下层海绵用来吸收土壤挥发的氨，上层海绵吸收空气中的氨，并防止其进入装置内，被下层海绵吸收；采用德国SEAL AA3 连续流动分析仪(AA3Auto Analyzer 3)测氨。
本实施方式中，氮素淋溶流失的测定：运用蒸渗仪，严格控制排水、保持各处理滤液量一致，可精确反映干湿交替灌溉驱动下不同沸石用量和粒径下氮素淋失的响应规律，避免滤液量不同对总氮淋失的影响；
渗漏量：根据站点多年观察数据，按照多年平均排水量，辽宁省灌溉试验中心站、辽宁省东港灌溉试验站日排水量分别为4.0 mm·d-1和2.5 mm·d-1；
渗漏液：采用塑料桶收集，滤液中铵根离子和硝酸根离子浓度采用德国SEAL AA3 连续流动分析仪(AA3 Auto Analyzer 3)测定；铵根离子和硝酸根离子浓度和乘以对应的渗漏量即可估算出总氮流失。
本实施方式中，土壤水层溶液中铵根离子和硝酸根离子浓度的测定：每次施肥后，采用50ml注射器收集每个蒸渗仪表层水层溶液，采用德国SEAL AA3 连续流动分析仪(AA3Auto Analyzer 3)测定，跟踪表层溶液氮动态变化。
本实施方式中，翻地前和秋收后土壤耕作层和30~60 cm土层铵态氮和硝态氮积累的测定：每年翻地前和秋收后分别取0~30 cm和30~60 cm土鲜样，土壤 NH4 +-N 和 NO3 --N采用 2mol·L-1 的KCl提取，采用德国SEAL AA3 连续流动分析仪(AA3 Auto Analyzer 3)测定；鲜土样风干、粉碎、硝煮后，采用凯氏定氮法测定土壤全氮。
本实施方式中，地上部分总氮提取的测定：不同生育期各处理随机选取3株有代表性的植株，分别采集根系、茎鞘、叶、穗于105℃烘箱中杀青30 min，降温至70℃烘48h后测定干物质量；将烘干的样品粉碎、过40目筛，采用浓H2SO4-H2O2消煮，采用凯氏定氮法测定土壤全氮；地上部分氮积累等于茎鞘、叶和穗干物质分别乘以含氮量之和。
本发明提出的一种基于斜发沸石的降低稻田氮素淋失的方法，干湿交替灌溉是稻田众多节水技术中使用最广、节水潜力较大的一种灌溉方式，在国内外都得到了广泛地应用。以往结合控制灌溉研究NH3挥发和氮素淋失的较多，而研究干湿交替灌溉条件下NH3挥发和氮素淋失的较少，研究干湿交替灌溉条件下斜发沸对抑制NH3挥发和氮素淋失的影响更少；可确定干湿交替灌溉驱动下稻田斜发沸石最佳用量、最佳粒径以及多重增效的应用周期，为我国水稻在干湿交替灌溉条件下大面积推广应用斜发沸石提供理论基础与技术支撑，也为实现水稻生产、资源消耗和环境保护协调均衡发展提供切实可行的理论依据和实践参考。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于斜发沸石的降低稻田氮素淋失的方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1，干湿交替灌溉驱动下斜发沸石对节水节肥、减少NH3挥发和氮素淋失激励机制和协同作用的机理采用裂区试验设计，主区为灌溉模式，持续淹灌和干湿交替灌溉；子区为沸石量，0、5和10 t·ha-1，设3次重复，共18个蒸渗仪；
S2，常规持续淹灌和干湿交替灌溉下每个生育期灌溉水管理灌水深度和土水势控水下限进行；准备斜发沸石，在翻地前同底肥一起施入，其中斜发沸石用量为5-10吨/公顷，斜发沸石的粒径为20或80目，泡田后翻地混均，第二年正常施肥但不施沸石；
S3，NH3挥发采用通气法测定，水稻移栽后，在蒸渗仪中部安装氨气采集装置，施肥后一周内每日更换吸收载体，一周至半月内 3~5 d 更换，半月后 10~15 d 更换；
S4，水稻移栽后每隔7 d 在小区内梅花式取 5 个点，用CN61M /FJA3全自动氧化还原电位去极化法测定仪直接在田间测定耕层土壤氧化还原电位；
S5，土壤水层溶液中铵根离子和硝酸根离子浓度，通过随机取样，采用德国SEAL AA3连续流动分析仪(AA3 Auto Analyzer 3)测定，施肥后一周内每日取样一次，一周至半月内3~5 d 取样一次，半月后 10~15 d 取样一次；
S6，翻地前和秋收后土壤耕作层和30~60 cm土层铵态氮和硝态氮积累以及全氮的变化，生育期结束后，进行测产。
2.根据权利要求1所述的一种基于斜发沸石的降低稻田氮素淋失的方法，其特征在于，NH3挥发的测定：采用通气法测定NH3挥发；采用聚氯乙烯硬质塑料管制作采集装置(内径 15cm、高 20 cm)；采样过程中分别将两块厚度均为 2 cm，直径为 16 cm 的海绵均匀浸以 15ml的磷酸甘油溶液(50 ml磷酸-40 ml丙三醇，定容至 1000 ml)后，置于硬质塑料管中，上层的海绵与管顶部相平，下层海绵与上层海绵之间留 1 cm 空隙，将硬质塑料管插入土中5 cm，下层海绵用来吸收土壤挥发的氨，上层海绵吸收空气中的氨，并防止其进入装置内，被下层海绵吸收；采用德国SEAL AA3 连续流动分析仪(AA3 Auto Analyzer 3)测氨。
3.根据权利要求1所述的一种基于斜发沸石的降低稻田氮素淋失的方法，其特征在于，氮素淋溶流失的测定：运用蒸渗仪，严格控制排水、保持各处理滤液量一致，可精确反映干湿交替灌溉驱动下不同沸石用量和粒径下氮素淋失的响应规律，避免滤液量不同对总氮淋失的影响；
渗漏量：根据站点多年观察数据，按照多年平均排水量，辽宁省灌溉试验中心站、辽宁省东港灌溉试验站日排水量分别为4.0 mm·d-1和2.5 mm·d-1；
渗漏液：采用塑料桶收集，滤液中铵根离子和硝酸根离子浓度采用德国SEAL AA3 连续流动分析仪(AA3 Auto Analyzer 3)测定；铵根离子和硝酸根离子浓度和乘以对应的渗漏量即可估算出总氮流失。
4.根据权利要求1所述的一种基于斜发沸石的降低稻田氮素淋失的方法，其特征在于，土壤水层溶液中铵根离子和硝酸根离子浓度的测定：每次施肥后，采用50ml注射器收集每个蒸渗仪表层水层溶液，采用德国SEAL AA3 连续流动分析仪(AA3 Auto Analyzer 3)测定，跟踪表层溶液氮动态变化。
5.根据权利要求1所述的一种基于斜发沸石的降低稻田氮素淋失的方法，其特征在于，翻地前和秋收后土壤耕作层和30~60 cm土层铵态氮和硝态氮积累的测定：每年翻地前和秋收后分别取0~30 cm和30~60 cm土鲜样，土壤 NH4 +-N 和 NO3 --N采用 2mol·L-1 的KCl提取，采用德国SEAL AA3 连续流动分析仪(AA3 Auto Analyzer 3)测定；鲜土样风干、粉碎、硝煮后，采用凯氏定氮法测定土壤全氮。
6.根据权利要求1所述的一种基于斜发沸石的降低稻田氮素淋失的方法，其特征在于，地上部分总氮提取的测定：不同生育期各处理随机选取3株有代表性的植株，分别采集根系、茎鞘、叶、穗于105℃烘箱中杀青30 min，降温至70℃烘48h后测定干物质量；将烘干的样品粉碎、过40目筛，采用浓H2SO4-H2O2消煮，采用凯氏定氮法测定土壤全氮；地上部分氮积累等于茎鞘、叶和穗干物质分别乘以含氮量之和。
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