CN110214653A

CN110214653A - 一种利用周丛生物减少稻田磷流失的方法

Info

Publication number: CN110214653A
Application number: CN201910585959.9A
Authority: CN
Inventors: 刘俊琢; 吴永红; 孙朋飞
Original assignee: Institute of Soil Science of CAS
Current assignee: Institute of Soil Science of CAS
Priority date: 2019-07-01
Filing date: 2019-07-01
Publication date: 2019-09-10
Anticipated expiration: 2039-07-01
Also published as: CN110214653B

Abstract

本发明涉及一种利用周丛生物减少稻田磷流失的方法，首先通过添加水稻秸秆使水稻土TOC含量达到3.0％以上，然后进行旋耕、灌水，静置一天后插秧，待水稻秧苗返青后，均匀喷洒微藻生物肥料、植物生长素与水的混合液，混合液的用量为20‑25kg/亩，定期对水稻种植区域内的周丛生物生长情况进行观测，根据长势情况补加混合液，待水稻收割完成后，保留下部秸秆，使用旋耕机进行旋耕，进行下一轮的种植。本发明方法操作简单，易于大面积推广，而且成本低廉，不额外占用耕地，周丛生物固持的磷素能及时返还至土壤中，极大地减少磷的施用量；本发明中的周丛生物还具有固碳、固氮能力，在减少磷流失的同时增加土壤有机质含量和肥力。

Description

一种利用周丛生物减少稻田磷流失的方法

技术领域

本发明涉及一种利用周丛生物原位固持稻田磷素、减少稻田磷素随径流损失的方法，属于农业与环境保护技术领域。

背景技术

农业面源污染多年来一直是我国“三河三湖”污染的主要污染源，也是农村地表水体污染的主要贡献者，严重威胁着全国人民的饮用水安全。据《第一次全国污染源普查公报》显示，农业污染源中总磷的排放分别占地表水体污染总负荷的67.4％。而在农业污染源中，农田排放的总磷占30％以上，并呈现增加的趋势。监测显示，我国水稻种植中磷肥的当季利用率仅为10-20％，径流损失为最主要的流失途径。然而，我国水稻种植面积达3000万公顷，那么每年从稻田流失的磷总量可见一斑。不同于旱地，稻田中周期性的蓄水、排水加快了磷从土壤进入间隙水进而扩散至田面水的进程，而且水稻生长期的降雨多为暴雨，使得磷素比旱地中更易通过径流流失。然而，磷是水体富营养化的限制因子。因此，减少稻田磷素的径流损失对于控制农业面源污染有着重要意义。

现有的稻田养分径流流失控制技术主要包括：免耕降低地表径流量；减少排水量或推迟排水时间，以降低径流排放中养分总量；化肥深施，分次施肥；建立植被过滤带、人工湿地等。然而，免耕存在着降低水稻产量的风险；推迟排水时间会干扰水稻正常的需水规律；化肥深施、分次施肥则需要加大人工投入；植被过滤带和人工湿地还需占用一定面积的耕地并建设工程设施，建设及维护成本高。因此，亟待开发一种简单易行、成本低的减少稻田磷流失的有效方法。

向稻田中使用有机肥也是一种有效降低磷素径流损失的方法，例如CN108440049A公开了一种水稻有机肥，但是主要通过促进水稻对磷的吸收来降低磷流失，不能快速降低田面水磷浓度，存在一定的局限性。

周丛生物是在淹水环境下形成的微生物聚集体，主要由藻类、细菌及其产生的胞外聚合物等组成，种群丰富，对磷的吸收、吸附能力强，并具有较强的固碳、固氮作用，周丛生物凋亡后，遗留在土壤表面的生物质腐烂、分解，将磷释放至土壤中。周丛生物在稻田中广泛生长，尤其在水稻分蘖期、拔节期生长旺盛，而这一时期也是施肥最多、径流损失最为严重的时期。本发明人研究发现周丛生物可以高效吸收磷等营养元素，或将其吸附在藻、菌细胞表面和内部微结构中，其含磷量最高达2％以上，是其他水生植物磷含量的几百倍。

基于此，本发明提出一种利用周丛生物减少稻田磷流失的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有控制稻田磷素径流流失技术的缺陷，提供一种利用周丛生物来减少稻田磷流失的方法，该方法可以快速繁殖并再生周丛生物，利用周丛生物固持稻田土壤表层及田面水中游离的磷素，该方法成本低、灵活、易操作，并且绿色环保。本发明方法一方面可以培养光合自养微生物，提高水稻土中的有机碳输入，另一方面可以降低稻田田面水中磷浓度，减少农业面源污染中磷的排放，同时又能减少磷肥施用量，实现环境效益和经济效益的增加。

技术方案

一种利用周丛生物减少稻田磷流失的方法，包括如下步骤：

(1)选取水稻种植区域，采集表层土壤测定水稻土总有机碳(TOC)含量，通过添加水稻秸秆使水稻土TOC含量达到3.0％以上，然后施用氮磷钾肥，利用旋耕机对水稻种植区域进行旋耕，旋耕后灌水，灌水深度为3-4cm，灌水后静置1天；

(2)往水稻种植区域内移栽水稻秧苗，并保持田面水深为3-4cm；

(3)待水稻秧苗返青后，均匀喷洒微藻生物肥料、植物生长素与水的混合液，混合液的用量为20-25kg/亩；定期对水稻种植区域内的周丛生物生长情况进行观测，根据其长势情况补加微藻生物肥料、植物生长素与水的混合液，确保周丛生物生长旺盛；

所述微藻生物肥料、植物生长素与水的混合液中，植物生长素的含量为3-8mg/L，微藻生物肥料与水的质量比为1:3；

(4)待水稻收割完成后，保留下部秸秆，使用旋耕机进行旋耕将稻田中的周丛生物和秸秆翻入地下，采集表层0-5cm的土样，测定水稻土TOC含量，如高于3.0％继续种植水稻或其他作物，如低于3.0％，则添加秸秆使水稻土TOC含量高于3.0％，然后种植水稻或其他作物。

进一步，步骤(1)中，氮磷钾肥中，氮肥施用量为150-180kg N/ha，磷肥施用量为50-60kg P/ha，钾肥施用量为60-75kg K/ha。

进一步，步骤(1)中，旋耕深度为8-12cm。

进一步，步骤(3)中，所述微藻生物肥为水绵、念珠藻、栅藻、丝藻、益生菌、动物粪便的混合物，水绵、念珠藻、栅藻、丝藻、益生菌及动物粪便的重量(干重)比为3:3:3:3:0.1:1。

进一步，步骤(3)中，所述植物生长素为芸苔素。

进一步，步骤(3)中，喷洒微藻生物肥料、植物生长素与水的混合液后，维持稻田田面水深度为1-2cm。

进一步，步骤(4)中，旋耕深度为8-10cm。

本发明的有益效果：本发明提供了一种通过周丛生物固持磷素减少稻田磷素径流损失的方法，该方法通过调节土壤有机质含量来促进周丛生物的生长，能够提高周丛生物对磷素的固持速率和总固持量，同时藻类等光能自养生物可固碳，部分蓝藻还可以固氮，提高土壤有机质输入，进而提高氮磷等养分的利用效率，该方法成本低、灵活、易操作，并且绿色环保，具有良好的生态环境效益及经济效益，在改变土壤养分循环的同时，还可以消耗秸秆等农业废弃物，符合可持续发展的需要。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明做进一步说明。

实施例1

一种利用周丛生物减少稻田磷流失的方法，包括如下步骤：

(1)选择1亩稻田，并划分成5米*5米的田块，采集稻田表层(0-5cm)土壤样品测定水稻土总有机碳(TOC)含量，为2.7％，按200kg/亩的量添加水稻秸秆，使水稻土TOC含量达到3.0％以上，然后施用氮磷钾肥，其中氮肥施用量为180kg N/ha，磷肥施用量为60kg P/ha，钾肥施用量为75kg K/ha，利用旋耕机对水稻种植区域进行旋耕，旋耕深度为8cm，旋耕后灌水，灌水深度为3cm，灌水后静置1天；

(2)往水稻种植区域内移栽水稻秧苗，并保持田面水深为3cm；

(3)待水稻秧苗返青后，均匀喷洒微藻生物肥料、植物生长素与水的混合液，混合液的用量为20kg/亩；维持稻田田面水深度在2cm；定期对水稻种植区域内的周丛生物生长情况进行观测，根据其长势情况补加微藻生物肥料、植物生长素与水的混合液，确保周丛生物生长旺盛；每周观测水稻种植区内的周丛生物生长情况。每周采集一次稻田田面水样品，测定磷浓度；

所述微藻生物肥料、植物生长素与水的混合液中，植物生长素(芸苔素)的含量为5mg/L，微藻生物肥料与水的质量比为1:3；所述微藻生物肥料为水绵、念珠藻、栅藻、丝藻、益生菌、动物粪便的混合物，且其重量(干重)比为3:3:3:3:0.1:1。

(4)待水稻收割完成后，清除上部秸秆，保留下部1/3的秸秆，使用旋耕机进行旋耕将稻田中的周丛生物和秸秆翻入地下，旋耕深度为8cm。采集表层0-5cm的土样，测定土壤总有机碳含量，如高于3.0％继续种植水稻或其他作物，如土壤总有机碳含量低于3.0％，则添加秸秆使土壤总有机碳含量高于3.0％，然后种植水稻或其他作物。

对比例1

步骤(1)中，水稻土总有机碳(TOC)含量为2.7％，不添加水稻秸秆；

步骤(3)中，不喷洒微藻生物肥料。

其余与实施例1相同。

监测结果表明，插秧1天后田面水总磷浓度在1.5-2.0mg/L，1周后，对比例1中田面水总磷浓度在1.2-1.5mg/L，而实施例1中田面水总磷浓度低于0.5mg/L；2周后，对比例1田面水总磷浓度在0.6-0.8mg/L，而实施例1中低于0.1mg/L。这说明本发明方法可显著降低稻田田面水中总磷浓度，进而减少磷流失。

实施例2

一种利用周丛生物减少稻田磷流失的方法，包括如下步骤：

(1)选择1亩稻田，并划分成5米*5米的田块，采集稻田表层(0-5cm)土壤样品测定水稻土总有机碳(TOC)含量，为2.7％，按200kg/亩的量添加水稻秸秆，使水稻土TOC含量达到3.0％以上，然后施用氮磷钾肥，其中氮肥施用量为150kg N/ha，磷肥施用量为50kg P/ha，钾肥施用量为60kg K/ha，利用旋耕机对水稻种植区域进行旋耕，旋耕深度为12cm，旋耕后灌水，灌水深度为4cm，灌水后静置1天；

(2)往水稻种植区域内移栽水稻秧苗，并保持田面水深为4cm；

(3)待水稻秧苗返青后，均匀喷洒微藻生物肥料、植物生长素与水的混合液，混合液的用量为25kg/亩；维持稻田田面水深度在2cm；定期对水稻种植区域内的周丛生物生长情况进行观测，根据其长势情况补加微藻生物肥料、植物生长素与水的混合液，确保周丛生物生长旺盛；每周观测水稻种植区内的周丛生物生长情况。每周采集一次稻田田面水样品，测定磷浓度；

(4)待水稻收割完成后，清除上部秸秆，保留下部1/3的秸秆，使用旋耕机进行旋耕将稻田中的周丛生物和秸秆翻入地下，旋耕深度为10cm。采集表层0-5cm的土样，测定土壤总有机碳含量，如高于3.0％继续种植水稻或其他作物，如土壤总有机碳含量低于3.0％，则添加秸秆使土壤总有机碳含量高于3.0％，然后种植水稻或其他作物。

对比例2

步骤(3)中，不喷洒微藻生物肥料。

其余与实施例1相同。

监测结果表明，插秧1天后田面水总磷浓度在1.5-2.0mg/L，1周后，对比例2中田面水总磷浓度在1.2-1.5mg/L，而实施例2中田面水总磷浓度低于0.3mg/L；2周后，对比例2田面水总磷浓度在0.6-0.8mg/L，而实施例2中低于0.1mg/L。这说明本发明中提出的减少磷流失的生态方法可显著降低稻田田面水中总磷浓度，进而减少磷流失。

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内。

Claims

1.一种利用周丛生物减少稻田磷流失的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)选取水稻种植区域，采集表层土壤测定水稻土TOC含量，通过添加水稻秸秆使水稻土TOC含量达到3.0％以上，然后施用氮磷钾肥，利用旋耕机对水稻种植区域进行旋耕，旋耕后灌水，灌水深度为3-4cm，灌水后静置1天；

2.如权利要求1所述利用周丛生物减少稻田磷流失的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氮磷钾肥中，氮肥施用量为150-180kg N/ha，磷肥施用量为50-60kg P/ha，钾肥施用量为60-75kg K/ha。

3.如权利要求1所述利用周丛生物减少稻田磷流失的方法，其特征在于，步骤(1)中，旋耕深度为8-12cm。

4.如权利要求1所述利用周丛生物减少稻田磷流失的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述微藻生物肥为水绵、念珠藻、栅藻、丝藻、益生菌、动物粪便的混合物，水绵、念珠藻、栅藻、丝藻、益生菌及动物粪便的重量(干重)比为3:3:3:3:0.1:1。

5.如权利要求1所述利用周丛生物减少稻田磷流失的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述植物生长素为芸苔素。

6.如权利要求1所述利用周丛生物减少稻田磷流失的方法，其特征在于，步骤(3)中，喷洒微藻生物肥料、植物生长素与水的混合液后，维持稻田田面水深度为1-2cm。

7.如权利要求1至6任一项所述利用周丛生物减少稻田磷流失的方法，其特征在于，步骤(4)中，旋耕深度为8-10cm。