CN110028366A - 一种具有阻控吸收土壤铜污染的水稻肥料组合及施用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及农业资源与环境保护技术领域,具体公开了一种具有阻控吸收土壤铜污染的水稻肥料组合及施用方法。所述的肥料组合,以每平方米土壤施用质量计,包括5‑15g/m2的生物炭肥、750‑4500g/m2的绿肥、折含N质量8‑25g/m2的氮肥、折含P2O5质量3‑6g/m2的磷肥和折含K2O质量3‑9g/m2的钾肥。其施用方法为:在水稻插秧前5‑10天施入水稻基肥;在秧苗移栽后的15‑25天施入水稻分蘖肥;在水稻抽穗前的5‑10天施入水稻穗肥。本发明针对有中度铜污染的稻田,通过一种具有阻控吸收土壤铜污染的水稻肥料组合的施用,解决水稻在中度铜污染土壤的安全生产问题,所得到的大米符合质量标准,实现了水稻丰产和脱铜的双重效益。
Description
技术领域
本发明属于农业资源与环境保护技术领域,具体涉及一种具有阻控吸收土壤铜污染的水稻肥料组合及施用方法。
背景技术
21世纪以来,土壤重金属污染已成为一个危及全球环境质量的重要问题,特别是由于采矿、冶炼、电镀等工业“三废”的排放以及农业生产中农药化肥的不合理施用等导致农田重金属污染日趋严重。水稻是我国重要的粮食作物,在农业生产中具有非常重要的地位。近年来,我国稻田土壤和稻米中重金属污染问题日益严重,已经引起了政府和公众的广泛关注。因此,如何在污染的稻田进行水稻安全生产已经成为目前迫切需要解决的关键问题。
铜是高等植物生长发育过程中的重要微量营养元素之一,也是植物体内酶的重要组分之一,参与很多生理代谢过程.铜元素作用下可能会导致植物干重增加。但铜元素在植物体内具有累积效应,过量的铜会导致植物体出现铜毒害,不仅影响植物的生长发育,而且通过食物链的生物放大作用直接或间危害人类的生命健康。
目前,治理土壤重金属污染的途径主要有两种,一是改变重金属在土壤中的存在形态、使其钝化固定,降低其在环境中的迁移性和生物有效性;二是从土壤中去除重金属。围绕这两种治理途径,提出各种物理、化学和生物治理方法。尽管我国在土壤污染治理与修复方面己取得了一些进展,但绝大部分方法尚处在实验室批实验和模拟试验阶段,达到现场应用程度的成熟方法较少。从修复方法来看,物理法主要采用工程措施如客土、换土等方法,适用于大多数污染物和多种条件,治理效果彻底、稳定,但该方法投资大,实施复杂,容易改变土壤性质,导致土壤肥力下降,因而在现实情况下难以大面积使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术中的缺陷与不足,对有中度铜污染的稻田,通过不同肥料的配施,找到一种具有阻控吸收土壤铜污染的水稻肥料组合及施用方法,解决水稻在中度铜污染土壤的安全生产问题,得到铜含量不超标、符合大米质量标准的水稻籽粒,实现水稻丰产和脱铜的双重效益。
本发明采用如下技术方案,来实现发明目的。
一种具有阻控吸收土壤铜污染的水稻肥料组合,以每平方米土壤施用质量计,包括5-15g/m2的生物炭肥、750-4500g/m2的绿肥、折含N质量8-25g/m2的氮肥、折含P2O5质量3-6g/m2的磷肥和折含K2O质量3-9g/m2的钾肥。
进一步地,所述的生物炭肥由生物碳研碎与化肥混合后形成的一种混合肥料,可以很好的保持土壤肥力,实现土地的碳元素平衡;所述生物炭为以玉米、高粱、大豆、烟草等农作物秸秆为原料采用限氧裂解法制备而成,所述农作物秸秆优选为玉米秸秆。生物炭具有多孔性、较大的表面积和电荷密度,使其比土壤中的其它有机物质吸持能力更强。生物炭基肥是一定量的尿素和生物炭混合配制而成。
进一步地,所述绿肥为紫云英的鲜草;所述紫云英品种为余江大叶。绿肥能提供大量有机质,为土壤微生物种群提供大量营养成分,土壤微生物种群的丰富和扩大,能加强微生物种群对土壤铜污染离子的钝化、固化和螯合作用。
进一步地,所述氮肥为尿素,含N 46%。
进一步地,所述磷肥为钙镁磷肥,含P2O5 12%。
进一步地,所述钾肥为氯化钾,含K2O 60%。
进一步地,所述水稻肥料组合,其质量为水稻基肥、水稻分蘖肥、水稻穗肥的总施入量。分次施入的目的,是根据水稻生育周期进行针对性地施肥,保证肥效的最大利用,实现水稻丰产和脱铜的双重效益。
本发明还提供一种具有阻控吸收土壤铜污染的水稻肥料组合的施用方法,包括以下步骤:包括以下步骤:(1)在水稻插秧前5-10天施入水稻基肥;(2)在秧苗移栽后的15-25天施入水稻分蘖肥;(3)在水稻抽穗前的5-10天施入水稻穗肥。
进一步地,步骤(1)所述的水稻基肥,以每平方米土壤施用质量计,包括750-4500g/m2的绿肥、2-6g/m2的生物炭肥及折含N质量3.2-10g/m2的氮肥、折含P2O5质量3-6g/m2的磷肥和折含K2O质量3-9g/m2的钾肥。
进一步地,步骤(2)所述的水稻分蘖肥,以每平方米土壤施用质量计,包括1.5-4.5g/m2的生物炭肥及折含N质量2.4-7.5g/m2的氮肥,不施K、P及绿肥。
进一步地,步骤(3)所述的水稻穗肥,以每平方米土壤施用质量计,包括1.5-4.5g/m2的生物炭肥及折含N质量2.4-7.5g/m2的氮肥,不施K、P及绿肥。
更进一步地,所述氮肥为尿素(含N 46%);所述磷肥为钙镁磷肥(含P2O5 12%);所述钾肥为氯化钾(含K2O 60%)。
做好水稻田的日常田间管理工作,做到每次施肥均匀,保证水稻生育期内不缺水,适时保持稻田土壤在淹水状态。
有益效果:
(1)本发明通过生物炭肥、绿肥、氮肥、磷肥和钾肥的综合配施,可以减少水稻对土壤中铜元素的吸收,保证水稻在中度铜污染土壤的安全生产,不但可增加水稻产量,且成本低,施用简便,经济效益显著。
由于生物炭具有多孔性、较大的表面积和电荷密度,使其比土壤中的其它有机物质吸持能力更强。本发明充分利用了生物炭巨大的比表面积,针对土壤中存在的铜污染,进行强大吸附和固化,有效地降低了水稻籽粒中的铜元素含量。
由于土壤微生物在繁殖代谢过程中,会与土壤中所存在的无机离子或有机物质发生氧化还原反应,对重金属离子起到钝化、固化和螯合作用。本发明充分利用了绿肥能提供大量有机质,为土壤微生物种群提供了大量营养成分,土壤微生物种群的丰富和扩大,加强了微生物种群对土壤铜污染的钝化、固化和螯合作用。
(2)本发明根据水稻生育周期,将水稻肥料组合分为水稻基肥、水稻分蘖肥、水稻穗肥进行分次施入,其中水稻基肥中包括生物炭肥、绿肥及氮磷钾化肥,水稻分蘖肥仅施生物炭肥和氮肥、不施磷钾肥和绿肥,水稻穗肥仅施生物炭肥和氮肥、不施磷钾肥和绿肥。施肥针对性强、时效性好,保证肥效的最大利用,减少了肥料浪费,相对降低了施肥用量和成本,实现了水稻丰产和脱铜的双重效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
其中:生物炭肥是80%生物炭与20%的尿素混合配制而成,生物炭为外购,其生产厂家为江苏华丰农业生物工程有限公司。
实施例1:重金属铜污染土壤的水稻肥料组合对比小试
(1)供试土壤的理化性质:
供试土壤为江西农业大学试验田土壤为重金属污染土壤(深度0-15cm)。供试土壤理化性质见表1。
表1供试土壤理化性质
Tab.1 Physical and chemical properties of soil were tested
(2)实验处理的设置:
盆栽试验土样采回后平铺在塑料薄膜上压碎,并剔除根系及石块等杂物,过10目筛,混匀后分别装于直径30cm、高40cm的橡胶桶中,每桶的土壤面积为0.07m2,装土10kg。
处理设计:①对照(CK,不施肥);②氮磷钾肥(CN);③生物炭肥0.7g+氮磷钾肥(CNC);④紫云英鲜草100g+生物炭肥0.7g+氮磷钾肥(CNGC)。除对照组外其余3个处理组(9桶)的氮磷钾肥施用量相等,即每桶施入折含N 0.80g、折含P2O5 0.33g、折含K2O 0.53g的化肥。
上述肥料按照下述比例分成基肥、分蘖肥、穗肥三次施入:
水稻基肥:施入绿肥+40%生物炭肥+40%氮肥+磷肥+钾肥,水稻插秧前10天施入;
水稻分蘖肥:施30%生物炭肥和30%氮肥,不施K、P及绿肥,在水稻秧苗移栽后的15天撒播施入;
水稻穗肥:施30%生物炭肥和30%氮肥,不施K、P及绿肥,在水稻抽穗前的10天撒播施入。
试验中使肥料与土壤充分混匀,保持土壤在淹水状态,水层约3cm。移栽长势一样的30d苗龄的水稻秧苗,每桶3株,每个处理3次重复。
(3)水稻各器官重金属数据:不同施肥处理下水稻各部位重金属含量见表2。
表2不同施肥处理下水稻各部位重金属含量
注:CK、CN、CNC、CNGC分别表示①对照、②化肥、③生物炭肥+化肥、④紫云英+生物炭肥+化肥处理。
对表2数据进行分析后可看出:而在污染土壤中进行水稻种植,水稻各器官中Cu含量的分布规律与在无污染土壤下种植的情况一致。各施肥处理水稻根、秸秆、壳与糙米中Cu含量从高到低排序均为:CN(化肥)>CK(对照)>CNC(生物炭肥+化肥)>CNGC(紫云英+生物炭肥+化肥)。但降幅各有大小,其中根与糙米中Cu含量的降幅明显,而秸杆和壳中Cu含量的降幅很小。
更进一步的分析可说明:(A)水稻仅施入化肥,会加大水稻根系对Cu金属的吸收,造成水稻糙米中铜金属元素含量的升高;(B)水稻施入生物炭肥+化肥,水稻糙米的Cu金属含量小于CN(化肥),这是由于生物炭具有巨大的比表面积,对土壤中存在的Cu金属具有强大吸附和固化性能,土壤中铜元素活性的降低,使得水稻根系和水稻籽粒中铜金属元素含量的明显下降;(C)水稻施入紫云英+生物炭肥+化肥处理,水稻糙米的Cu金属含量为各处理中的最低含量,说明紫云英与生物炭对阻控吸收土壤铜污染产生了明显的协同作用,一方面紫云英能提供大量有机质,为土壤微生物种群提供了大量营养成分,土壤微生物种群的丰富和扩大,加强了微生物种群对土壤中铜污染的钝化、固化和螯合作用,使得土壤中铜元素活性有降低;另一方面生物炭具有巨大的比表面积,对土壤中存在的Cu金属具有强大吸附和固化性能。生物炭与紫云英的共同作用,使得土壤中铜元素活性显著降低,使得水稻根系对铜元素的吸收量明显降低,水稻籽粒中铜金属元素含量有着明显下降,并符合《食品中铜限量卫生标准》中的Cu≤10.0mg/kg的质量标准。
(4)产量数据:不同施肥处理下水稻各部位干重如表3。
表3不同施肥处理下水稻各部位干重
Tab.3 The dry quality of each part of rice in each basin underdifferent fertilization
注:CK、CN、CNC、CNGC分别表示①对照、②化肥、③生物炭肥+化肥、④紫云英+生物炭肥+化肥处理。同一列不同字母表示各处理间5%差异显著性水平。
对表3数据进行分析后可看出:在污染土壤中,水稻不同处理各部位生物量的大小规律与在无污染土壤下种植的情况基本一致,CNGC、CNC处理间根的干质量无显著差异,籽粒干重由低到高排序为CK(对照)<CN(化肥)<CNC(生物炭肥+化肥)<CNGC(紫云英+生物炭肥+化肥)。且CNGC处理的籽粒干重显著(p<0.05)高于CN处理。CNGC处理的水稻籽粒干重比CN处理和CNC处理,分别增产69.4%和38.4%。
实施例2:重金属铜污染土壤的水稻肥料组合的大田验证
(1)供试土壤的理化性质:
供试土壤为江西农业大学试验田土壤为重金属污染土壤(深度0-15cm)。供试土壤理化性质同实施例1,即:
(2)实验处理的设置
将上述重金属铜污染土壤一分为二,并设立氮磷钾肥(CN)和紫云英鲜草1500g/m2+生物炭肥10g/m2+氮磷钾肥(CNGC)二个处理组。所施入的氮磷钾肥施用量相等,即均施入折含N为8g/m2、折含P2O5为3g/m2、折含K2O为4.5g/m2的化肥。
上述肥料按照下述比例分成基肥、分蘖肥、穗肥三次施入:
水稻基肥:施入绿肥+40%生物炭肥+40%氮肥+磷肥+钾肥,水稻插秧前10天施入;
水稻分蘖肥:施30%生物炭肥和30%氮肥,不施K、P及绿肥,在水稻秧苗移栽后的15天撒播施入;
水稻穗肥:施30%生物炭肥和30%氮肥,不施K、P及绿肥,在水稻抽穗前的10天撒播施入。
试验中使肥料与土壤充分混匀,保持土壤在淹水状态,水层约3cm。移栽长势一样的30d苗龄的水稻秧苗。
(3)水稻各器官重金属数据:二种施肥处理下水稻各部位重金属含量见表4。
表4二种施肥处理下水稻各部位重金属含量
注:CN表示化肥处理(对照组)、CNGC表示紫云英+生物炭+化肥处理(试验组)。
从表4数据可看出:而在污染土壤中进行水稻大田种植,水稻各器官中Cu含量与实施例1的小试数据基本一致。水稻施入紫云英+生物炭+化肥处理(试验组CNGC),水稻糙米的Cu金属含量为4.61mg/Kg,而化肥处理(对照组CN)水稻糙米的Cu金属含量高达9.82mg/Kg,试验组CNGC中Cu金属含量的降低率达53.1%。说明紫云英与生物炭对阻控吸收土壤铜污染产生了明显的协同作用,阻控效果显著。
(4)产量数据:二种施肥处理下水稻籽粒干重如表5。
表5二种施肥处理下水稻籽粒干重
注:CN表示化肥处理(对照组)、CNGC表示紫云英+生物炭+化肥处理(试验组)。
从表5数据可看出:在污染土壤中,水稻进行紫云英+生物炭+化肥处理(试验组CNGC),比仅施相同化肥处理(对照组CN),每平方米水稻籽粒增产124克,产量提高了25.6%,增产效果显著。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述,但其只是作为范例,本发明并不限制于以上描述具体实施例。对于本领域技术人员而言,任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此,在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改,都涵盖在本发明范围内。
Claims (10)
1.一种具有阻控吸收土壤铜污染的水稻肥料组合,其特征在于:所述的肥料组合,以每平方米土壤施用质量计,包括5-15g/m2的生物炭肥、750-4500g/m2的绿肥、折含N质量8-25g/m2的氮肥、折含P2O5质量3-6g/m2的磷肥和折含K2O质量3-9g/m2的钾肥。
2.根据权利要求1所述的一种具有阻控吸收土壤铜污染的水稻肥料组合,其特征在于:所述的生物炭肥由生物碳研碎与化肥混合后形成的一种混合肥料;所述的生物炭是以农作物秸秆为原料,采用限氧裂解法制备而得到。
3.根据权利要求1所述的一种具有阻控吸收土壤铜污染的水稻肥料组合,其特征在于:所述绿肥为紫云英的鲜草。
4.根据权利要求1所述的一种具有阻控吸收土壤铜污染的水稻肥料组合,其特征在于:所述氮肥为尿素。
5.根据权利要求1所述的一种具有阻控吸收土壤铜污染的水稻肥料组合,其特征在于:所述磷肥为钙镁磷肥。
6.根据权利要求1所述的一种具有阻控吸收土壤铜污染的水稻肥料组合,其特征在于:所述钾肥为氯化钾。
7.根据权利要求1所述的一种具有阻控吸收土壤铜污染的水稻肥料组合,其特征在于:所述水稻肥料组合,其质量为水稻基肥、水稻分蘖肥、水稻穗肥的总施入量。
8.一种具有阻控吸收土壤铜污染的水稻肥料组合的施用方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)在水稻插秧前5-10天施入水稻基肥;(2)在秧苗移栽后的15-25天施入水稻分蘖肥;(3)在水稻抽穗前的5-10天施入水稻穗肥。
9.根据权利要求8所述的一种具有阻控吸收土壤铜污染的水稻肥料组合的施用方法,其特征在于,步骤(1)所述的水稻基肥,以每平方米土壤施用质量计,包括750-4500g/m2的绿肥、2-6g/m2的生物炭肥及折含N质量3.2-10g/m2的氮肥、折含P2O5质量3-6g/m2的磷肥和折含K2O质量3-9g/m2的钾肥;步骤(2)所述的水稻分蘖肥,以每平方米土壤施用质量计,包括1.5-4.5g/m2的生物炭肥及折含N质量2.4-7.5g/m2的氮肥;步骤(3)所述的水稻穗肥,以每平方米土壤施用质量计,包括1.5-4.5g/m2的生物炭肥及折含N质量2.4-7.5g/m2的氮肥。
10.根据权利要求9所述的一种具有阻控吸收土壤铜污染的水稻肥料组合的施用方法,其特征在于:所述氮肥为尿素;所述磷肥为钙镁磷肥;所述钾肥为氯化钾。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190719 |
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