CN112028196A - 一种作物田绿色高效利用水产养殖尾水方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种作物田绿色高效利用水产养殖尾水方法，方法步骤为：（1）作物生长季开始前1个月，将生物炭均匀基施入作物田，作物田中生物炭用量为142kg/hm2；再将作物田土壤进行旋耕处理，作物田初次灌溉水产养殖尾水过程中，按照固定用量和稀释比例（2万倍）均匀灌入无机凝结剂水溶液；（2）作物移栽后1个月，将减半用量无机凝结剂按照稀释2万倍配置成水溶液随水产养殖尾水灌溉过程均匀施入作物田；（3）作物收获后，进行作物田土壤旋耕操作后，将与步骤（2）中相同用量和稀释倍数的无机凝结剂水溶液施入作物田。通过本发明提，该方法可有效截留水体养分，提升作物田供养能力，有效减少化肥用量，节本增效。
Description
技术领域
本发明涉及一种作物田绿色高效利用水产养殖尾水方法，属于水产养殖尾水高效资源化利用领域。
背景技术
由于水产养殖过程中需严格控制水体氨氮含量，以减少对水产动物的伤害，例如淡水鱼(鲢、鳙、鲫、梭)养殖中水体NH4 +/NO3 -浓度均值比达到1:2左右，“罗氏沼虾”养殖水体NH4 +/NO3 -浓度均值比则达到1:1左右。但在水产养殖尾水消纳过程中，占比较高的氮素形态-即NO3 -进入作物田后，不易被土壤胶体固定，极易随水下渗，因而存在二次环境污染风险。而土壤中，磷元素可移动性相对较差，但随着水产养殖尾水灌溉带入，当其含量达到饱和状态或特定土壤条件下，也易发生淋失现象。因此，如何实现水产养殖尾水消纳过程中氮、磷养分的高效利用，关乎稻田稳产目标的实现及环境二次污染风险的控制。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种作物田绿色高效利用水产养殖尾水方法。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案是实现的，一种作物田绿色高效利用水产养殖尾水方法，其特征在于，包括养分截留材料，养分截留材料包括生物炭、无机凝结剂；方法步骤为：
(1)作物移栽前1个月，将生物炭均匀施入作物田后，进行旋耕处理后；作物田初次灌溉水产养殖尾水过程中，按照固定稀释比例和用量均匀灌入无机凝结剂水溶液；
(2)作物移栽后1个月，将无机凝结剂水溶液再次随水产养殖尾水灌溉过程，均匀施入作物田；
(3)作物收获后，进行作物田土壤旋耕操作，将与步骤(2)中相同浓度的无机凝结剂水溶液施入作物田后。
所述生物炭的制备过程为：采用粉碎后的椰壳纤维，于500℃高温限氧条件下，热解2h，冷却后10目过筛，再超声清洗10min，100℃烘干至恒重。
所述无机凝结剂，其成分包含氧化铁，其中铁元素含量为1.41％，pH为0.2。
所述水产养殖尾水，其灌溉用量标准均参考作物不同生育期常规需水标准设置。
步骤(1)中，
作物田土壤旋耕深度为20cm；
生物炭的用量为142kg/hm2，且为一次性施用；
无机凝结剂稀释倍数为2万倍，无机凝结剂作物田适宜用量为0.285kg/hm2。
步骤(2)中，
无机凝结剂稀释倍数均为2万倍；无机凝结剂作物田适宜用量为0.142kg/hm2。
步骤(3)中，
无机凝结剂稀释倍数均为2万倍；无机凝结剂作物田适宜用量为0.142kg/hm2；
土壤旋耕深度为20cm；
所述作物田为水稻田，作物为水稻。
本发明方法先进科学，通过本发明，提供了一种作物田绿色高效利用水产养殖尾水方法，具体实施步骤为：
(1)作物生长季开始前1个月，将适宜用量范围的生物炭均匀基施入作物田后，稻田土壤进行旋耕处理，稻田初次灌溉水产养殖尾水过程中，按照固定稀释比例和用量均匀灌入无机凝结剂水溶液；(2)作物移栽后1个月，将特定浓度的无机凝结剂水溶液，随水产养殖尾水灌溉过程均匀施入作物田；(3)作物收获后，土壤旋耕操作后，将与(2)中相同浓度的无机凝结剂水溶液施入作物田。
其中，步骤(1)中所使用的生物炭，其采用椰壳纤维经粉碎后，500℃高温限氧热解2h，冷却后10目过筛，超声清洗10min，100℃烘干至恒重。步骤(1)中，生物炭作物田中适宜用量为142kg/hm2。步骤(1)中所采用的无机凝结剂主要成分为氧化铁(铁元素含量为1.41％)的酸解液。步骤(1)中无机凝结剂作物田适宜用量为0.258kg/hm2，且一次性施入作物田。步骤(1)中无机凝结剂稀释倍数为2万倍。步骤(2)(3)中无机凝结剂作物田适宜用量均为0.142kg/hm2，且一次性施入作物田。步骤(2)(3)中无机凝结剂稀释倍数均为2万倍。步骤(1)(3)中土壤旋耕深度为20cm。步骤(1)(2)(3)中水产养殖尾水灌溉标准均参考作物不同生育期常规需水标准即可。
本发明与现有技术相比具有如下优势：
1、投入品自身环保无污染。本发明所涉及的两种材料，其一为植物源热解制备生物炭，其中重金属等污染物含量极低，其二为氧化铁为主的矿物质酸解液，其在作物田中使用量较低，且使用过程需稀释2万倍，污染风险极低。
2、降低资源化利用二次污染风险，实现养分有效截留，节本增效。本发明通过生物炭多孔效应，及无机凝结剂(矿物凝聚体)对阴离子的有效络合作用，将作物田土壤中由于水产养殖尾水带入而存在下渗流失风险的NO3 -有效固持，降低二次污染风险同时，提升水产养殖尾水中的养分利用效率，降低化肥投入。
3、使用简便、成本可控。本发明所采用的养分截留材料，其使用过程均伴随着常规作物田中需进行的农事操作；虽然养分截留材料单价较高，但其用量有限，并未大幅增加生产成本；且通过养分有效截留过程，可减少化肥使用比例，控制生产成本。
综上，本发明属于水产养殖尾水高效资源化利用领域，具体涉及一种可有效控制水产养殖尾水作物田再利用过程发生二次污染风险的材料和其应用方法。本发明中，污染风险控制材料之一属于生物炭，其通过椰壳纤维粉碎后500℃高温限氧热解2h，自然冷却过筛、超声清洗烘干而成；污染风险控制材料之二，属于无机凝结剂，其主要原料为氧化铁等；应用方法为：在作物生产季前1个月，基施适宜量的生物炭后，耕层土壤(0-20cm)旋耕；作物田初次灌溉水产养殖尾水过程中，基施适宜浓度无机凝结剂水溶液；作物移栽1个月后，采用适宜浓度无机凝结剂水溶液虽水产养殖尾水灌溉过程，施入作物田；作物收获后，再次采用适宜浓度无机凝结剂灌溉作物田。
本发明提供的方法可为水产养殖尾水灌溉作物田二次利用过程中，养分通过下渗流失无法被有效利用，进而造成地下水体污染问题提供较好的解决方案，该方法可有效截留水体养分，提升作物田供养能力，有效减少化肥用量，节本增效。
具体实施方式
图1为实施例1中不同处理土壤全氮含量；
图2为实施例1中不同处理土壤速效氮含量；
图3为实施例1中不同处理土壤全磷含量；
图4为实施例1中不同处理土壤速效磷含量；
图5为实施例1中不同处理水稻秸秆全氮含量；
图6为实施例1中不同处理秸秆全磷含量；
图7为实施例1中不同处理稻米全氮含量；
图8为实施例1中不同处理稻米全磷含量；
图9为实施例2中不同材料傅里叶红外变换光谱(BC-生物炭；TG-无机凝结剂)；
图10为实施例2中收获时稻田养分损失量(CK-空白对照；BC-生物炭；TG-无机凝结剂；BT-两种材料减半并施)；
图11为实施例2中收获时稻田土壤养分含量(CK-空白对照；BC-生物炭；TG-无机凝结剂；BT-两种材料减半并施)；
图12为实施例2中收获时水稻不同组分总氮含量(CK-空白对照；BC-生物炭；TG-无机凝结剂；BT-两种材料减半并施)；
图13为实施例2中收获时水稻不同组分总磷含量(CK-空白对照；BC-生物炭；TG-无机凝结剂；BT-两种材料减半并施)；
图14为实施例2中总氮不同土层分布(0～10cm，10～25cm)(CK-空白对照；BC-生物炭；TG-无机凝结剂；BT-两种材料减半并施)；
图15为实施例2中总磷不同土层分布(0～10cm，10～25cm)(CK-空白对照；BC-生物炭；TG-无机凝结剂；BT-两种材料减半并施)；
图16为实施例2中铵氮不同土层分布(0～10cm，10～25cm)(CK-空白对照；BC-生物炭；TG-无机凝结剂；BT-两种材料减半并施)；
图17为实施例2中硝氮不同土层分布(0～10cm，10～25cm)(CK-空白对照；BC-生物炭；TG-无机凝结剂；BT-两种材料减半并施)；
图18为实施例2中速效磷不同土层分布(0～10cm，10～25cm)(CK-空白对照；BC-生物炭；TG-无机凝结剂；BT-两种材料减半并施)；
图19为实施例2中总氮不同土层分布比例(CK-空白对照；BC-生物炭；TG-无机凝结剂；BT-两种材料减半并施)；
图20为实施例2中总氮不同土层分布比例(CK-空白对照；BC-生物炭；TG-无机凝结剂；BT-两种材料减半并施)；
图21为实施例2中氮不同土层分布比例(CK-空白对照；BC-生物炭；TG-无机凝结剂；BT-两种材料减半并施)；
图22为实施例2中硝氮不同土层分布比例(CK-空白对照；BC-生物炭；TG-无机凝结剂；BT-两种材料减半并施)；
图23为实施例2中速效磷不同土层分布比例(CK-空白对照；BC-生物炭；TG-无机凝结剂；BT-两种材料减半并施)；
图24为实施例2中各处理水稻不同节间长度分布(CK-空白对照；BC-生物炭；TG-无机凝结剂；BT-两种材料减半并施)；
图25为实施例2中不同处理水稻产量指标(CK-空白对照；BC-生物炭；TG-无机凝结剂；BT-两种材料减半并施)。
具体实施方式
下面结合具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1
水稻连续两年盆栽试验中，设置生物炭添加组(BC)、无机凝结剂(TG)添加组两个处理组，并以不施用材料处理为对照(CK)。按照花盆口径，设定生物炭及无机凝结剂添加用量分为2g/盆及0.008g/盆，其中生物炭于稻田旋耕前，一次性施入土壤；无机凝结剂则经2万倍稀释后，分别于稻田移栽前、移栽1个月，及水稻收获后按照0.004g/盆、0.002g/盆、0.002g/盆进行施用。
土壤养分变化结果表明，稻季化肥减施20％，且全程采用罗氏沼虾养殖尾水灌溉情况下，土壤养分方面，相较于CK，TG全氮、速效氮含量分别提高15.81％、27.11％，而BC则分别下降9.09％、提升9.68％；TG全磷、速效磷含量分别下降1.89％、2.03％，而BC则分别增加3.21％、24.37％。秸秆氮磷养分方面，相较于CK，TG总氮、总磷含量分别下降14.15％、20.22％，而BC则分别下降29.98％、39.92％；稻米氮磷养分方面，TG总氮、总磷含量分别上升18.45％、11.86％，而BC则下降10.65％、增加15.10％。
综合上述数据分析结果，稻田采用罗氏沼虾养殖尾水替代部分化肥过程中，BC的添加有助于增加土壤磷素累积量，降低秸秆氮磷富集强度，转而促进稻米磷素养分含量的增加，而TG则相反，其有助于提升土壤氮素累积，降低秸秆中氮磷富集强度，转而促进稻米中氮磷养分累积，因此，BC和TG对稻米氮磷养分的利用效率，具有一定的专性促进作用，因而，可将两种材料复合使用有助于同时实现氮磷养分利用效率提升。
表1不同处理水稻生长指标(CK-空白对照；BC-生物炭；TG-无机凝结剂；BT-两种材料减半并施)
表2不同处理水稻产量性状(CK-空白对照；BC-生物炭；TG-无机凝结剂；BT-两种材料减半并施)
实施例2
水稻田间生产过程中，秧苗移栽前，基施生物炭285kg/hm2后，耕层土壤进行旋耕处理；稻田初次灌溉罗氏沼虾养殖尾水过程中，按照无机凝结剂0.571kg/hm2的用量标准，稀释2万倍后灌入；秧苗移栽后1个月，按照无机凝结剂0.285kg/hm2的用量标准，稀释2万倍后随罗氏沼虾养殖尾水灌溉农事过程灌入稻田；水稻收割后，按照无机凝结剂0.285kg/hm2的用量标准，稀释2万倍后灌入稻田。
结果表明，两种材料的添加对表层土壤(0-10cm)TN累积，下层土壤(0-25cm)TN、TP养分累积，及系统TN、TP养分损失均存在正面效应；其中无机凝结剂显著促进表层土壤(0-10cm)NO3 -累积(P<0.05)，降低淋洗污染风险；而结合红外光谱表征分析结果，表明该养分截留功能与无机凝结剂表面存在Fe-O键节相关；此外，无机凝结剂的使用还显著控制了水稻底部节间生长，降低倒伏风险；无机凝结剂对水稻生长及产量性状并无显著抑制作用，因而将其作为稻田消纳罗氏沼虾养殖尾水中养分利用效率提升材料具有一定应用潜力。
Claims (10)
1.一种作物田绿色高效利用水产养殖尾水方法，其特征在于，包括养分截留材料，养分截留材料包括生物炭、无机凝结剂。
2.一种作物田绿色高效利用水产养殖尾水方法，其特征在于，方法步骤为：
（1）作物移栽前1个月，将生物炭均匀施入作物田后，进行旋耕处理后；作物田初次灌溉水产养殖尾水过程中，按照固定稀释比例和用量均匀灌入无机凝结剂水溶液；
（2）作物移栽后1个月，将无机凝结剂水溶液再次随水产养殖尾水灌溉过程，均匀施入作物田；
（3）作物收获后，进行作物田土壤旋耕操作后，将与步骤（2）中相同浓度的无机凝结剂水溶液施入作物田后。
3.根据权利要求2所述的一种作物田绿色高效利用水产养殖尾水方法，其特征在于，所述生物炭的制备过程：采用粉碎后的椰壳纤维，于500℃高温限氧条件下，热解2h，冷却后10目过筛，再超声清洗10min，100℃烘干至恒重。
4.根据权利要求2所述的一种作物田绿色高效利用水产养殖尾水方法，其特征在于，所述无机凝结剂，其主要成分包含氧化铁，铁元素含量为1.41%，pH为0.2。
5.根据权利要求2所述的一种作物田绿色高效利用水产养殖尾水方法，其特征在于，步骤（1）、（2）、（3）中，水产养殖尾水作物田灌溉用量标准，均依据作物不同生育期常规需水标准设置。
6.根据权利要求2所述的一种作物田绿色高效利用水产养殖尾水方法，其特征在于，步骤（1）中，所述生物炭的用量为142kg/hm2，且为一次性施用。
7.根据权利要求2所述的一种作物田绿色高效利用水产养殖尾水方法，其特征在于，步骤（1）中，作物田土壤旋耕深度为20cm。
8.根据权利要求2所述的一种作物田绿色高效利用水产养殖尾水方法，其特征在于，作物移栽前，所使用无机凝结剂用量为0.285kg/hm2。
9.根据权利要求2所述的一种作物田绿色高效利用水产养殖尾水方法，其特征在于，无机凝结剂施入作物田之前，均需稀释2万倍；
步骤（2）中，移栽后1个月后，无机凝结剂用量为0.142 kg/hm2，且一次性灌入作物田；
步骤（3）中，作物收获后，土壤旋耕深度为20cm；无机凝结剂用量为0.142 kg/hm2，且一次性灌入作物田。
10.根据权利要求2所述的一种作物田绿色高效利用水产养殖尾水方法，其特征在于，所述作物田为水稻田，作物为水稻。
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