利用生物炭防治稻油輪作農(nóng)田區(qū)域磷流失的方法與流程

本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種利用生物炭防治稻油輪作模式農(nóng)田區(qū)域磷流失的方法。

背景技術(shù)：

磷元素既是作物生長必需的營養(yǎng)元素之一，又是湖泊水體富營養(yǎng)化的限制因子。國內(nèi)外大量研究表明，農(nóng)田磷流失已成為引起農(nóng)業(yè)非點源污染的重要原因之一(高超，張?zhí)伊郑瑓俏禆|.農(nóng)田土壤中的磷向水體釋放的風(fēng)險評價[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2001，21(3)：344-348)，農(nóng)田地表徑流總磷流失主要發(fā)生在降雨集中的6-8月份，即水稻種植季節(jié)(劉紅江，鄭建初，陳留根等.秸稈還田對農(nóng)田周年地表徑流氮、磷、鉀流失的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2012，21(6)：1031-1036)，因此，防治水旱輪作模式下農(nóng)田區(qū)域磷的流失問題，對防控農(nóng)業(yè)非點源污染具有重要意義。

目前，利用秸稈制備成生物炭，并將生物炭還田的模式，在改善土壤環(huán)境效應(yīng)方面的研究受到越來越多的關(guān)注(王萌萌，周啟星.生物炭的土壤環(huán)境效應(yīng)及其機制研究[J].環(huán)境化學(xué)，2013，32(5)：768-780)，蓋霞普等通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗研究表明，土壤中添加玉米秸稈生物炭能有效降低土壤無機氮素的淋失風(fēng)險(蓋霞普，劉宏斌，翟麗梅等.玉米秸稈生物炭對土壤無機氮素淋失風(fēng)險的影響研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2015，(34)2：310-318)。除制備成生物炭外，秸稈還可直接還田，大量研究表明，秸稈直接還田還可以降低農(nóng)田磷流失(勞秀榮，吳子一，高燕春.長期秸稈還田改土培肥效應(yīng)的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2002，18(2)：49-52)。

提出一種利用生物炭防治稻油輪作農(nóng)田區(qū)域磷流失的方法，尤其是利用玉米秸稈制備的生物炭防治稻油輪作農(nóng)田區(qū)域磷流失的方法，對增加稻油作物產(chǎn)量及降低水稻農(nóng)田面源磷流失風(fēng)險的影響具有十分重要的意義，同時為當(dāng)?shù)睾侠砝糜衩捉斩捥峁┮环N指導(dǎo)方案，并為降低環(huán)境風(fēng)險提供理論依據(jù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對防治稻油輪作農(nóng)田區(qū)域磷流失技術(shù)方面存在的缺陷或不足，本發(fā)明提出了一種利用生物炭防治稻油輪作農(nóng)田區(qū)域磷流失的方法，該方法在原有的水稻、油菜輪作模式基礎(chǔ)上，在施肥階段，減少化肥施入量，并配施一定量的生物炭，可以降低農(nóng)田區(qū)域的磷流失，為保護稻油輪作農(nóng)田區(qū)域環(huán)境發(fā)揮巨大作用，其中的生物炭是采用玉米秸稈作為原材料制作。

為了實現(xiàn)降低稻油輪作農(nóng)田區(qū)域磷流失的目標(biāo)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

首先測繪水稻、油菜輪作區(qū)農(nóng)田耕種面積和分布情況；

根據(jù)水稻、油菜農(nóng)作物的常規(guī)化肥每畝施用量，利用已經(jīng)測繪的水稻、油菜輪作農(nóng)田區(qū)域的分布情況和耕種面積數(shù)據(jù)，計算水稻、油菜農(nóng)作物常規(guī)化肥的理論總施用量，按常規(guī)化肥總施用量的50％標(biāo)準(zhǔn)購置化肥備用，化肥品種分別為尿素(N≥46％)、過磷酸鈣(P₂O₅≥16％)、硫酸鉀(K₂O≥50％)；

加工制備生物炭，生物炭由地上部分的玉米秸稈熱解炭化制成，玉米秸稈經(jīng)過水洗、烘干、粉碎后，裝入坩堝中，加蓋密封，置于馬弗爐中熱解炭化，熱解溫度500℃，熱解持續(xù)時間為1.5h制備成生物炭，并將熱解炭化好的玉米秸稈生物炭冷卻后密封保存?zhèn)溆茫?/p>

其中制備的生物炭基本理化參數(shù)要求見下表；

對于水稻季，每畝選用生物炭2250kg和常規(guī)化肥施用量的50％，根據(jù)農(nóng)藝要求，水稻季需要施肥兩次，一次基肥和一次追肥，2250kg生物炭隨基肥(70％氮肥、70％鉀肥、100％磷肥作為基肥)一次性施入，剩余30％氮肥、30％鉀肥作為穗肥在水稻栽秧后的第7天追施；

對于油菜季，每畝選用生物炭4500kg和常規(guī)化肥施用量的50％，根據(jù)農(nóng)藝要求，油菜季需要施肥三次，一次基肥和兩次追肥，4500kg生物炭隨基肥(30％的氮肥、70％磷肥、70％鉀肥作為基肥)一次性施入，30％氮肥在油菜蓮座期第一次追施，剩余的40％氮肥、30％磷肥、30％鉀肥在油菜開花期第二次追施；

本發(fā)明的有益效果，可以增加土壤中有效磷含量，顯著降低田面水總磷含量，減少土壤中磷的流失，另外一方面可以在減少化肥施入量的前提下，不會造成水稻和油菜減產(chǎn)，并且該方法具有非?？捎^的環(huán)境和經(jīng)濟效益，可以考慮在水稻油菜輪作模式下推廣該方法。

附圖說明

圖1是采用本發(fā)明2年后田地土壤中有效磷的含量與采用其他方法對比的柱狀圖；

圖2是本發(fā)明在2014年和2015年具體實施過程中水稻畝產(chǎn)量與采用其他方法對比的柱狀圖；

圖3是本發(fā)明在2014年和2015年具體實施過程中油菜畝產(chǎn)量與采用其他方法對比的柱狀圖；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)描述：

具體實施以云南省大理州洱源縣鳳羽鎮(zhèn)白米村(25°58′51.4″N，99°57′34.7″E，海拔2099m)為例，該地區(qū)屬洱海上游鳳羽河小流域，是洱海的主要水源地，流域?qū)儆诒眮啛釒Ц咴撅L(fēng)氣候，四季溫差小，年平均氣溫13.9℃，年均降雨量745mm，冬春干旱，夏秋多雨，雨旱兩季分明，降雨主要集中在6-10月份，該地區(qū)供試土壤類型為水稻土，土壤質(zhì)地為砂壤土，試驗農(nóng)田區(qū)域地形為平壩，輪作模式為水稻、油菜。

該地區(qū)耕作層土壤理化性質(zhì)如下表所示：

制備生物炭，選取地上部分的玉米秸稈，經(jīng)過水洗、烘干、粉碎后，裝入坩堝中，加蓋密封，置于馬弗爐中熱解炭化，熱解溫度為500℃，熱解持續(xù)時間為1.5h，將熱解炭化后的玉米秸稈生物炭進行冷卻后密封保存?zhèn)溆?，其中制備的生物炭理化參?shù)如下表所示：

采購水稻、油菜常規(guī)施用化肥(NPK，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣性施肥)，化肥品種選擇尿素(N≥46％)、過磷酸鈣(P₂O₅≥16％)、硫酸鉀(K₂O≥50％)；

設(shè)置對照試驗組，對于水稻、油菜季每畝總施肥狀況，如下表所示：

對于水稻季，根據(jù)農(nóng)藝要求，水稻季需要施肥兩次，一次基肥和一次追肥，2250kg.hm^-2量的生物炭隨基肥(70％氮肥、70％鉀肥、100磷肥％作為基肥)一次性施入，剩余30％氮肥、30％鉀肥作為穗肥在水稻栽秧后的第7天追施；

對于油菜季，根據(jù)農(nóng)藝要求，油菜季需要施肥三次，一次基肥和兩次追肥，4500kg.hm^-2量的生物炭隨基肥(30％氮肥、70％磷肥、70％鉀肥作為基肥)一次性施入，30％氮肥在油菜蓮座期第一次追施，40％氮肥、30％磷肥、30％鉀肥在油菜開花期第二次追施；

對試驗區(qū)三種田塊進行收獲后土壤有效磷含量測試和植株采集測試；

如圖1所示通過對試驗區(qū)收獲后土壤有效磷測試，發(fā)現(xiàn)不同處理連續(xù)施肥2年后，與單施化肥(NPK)組相比，施生物炭(NPK+C)組田地和施生物炭(1/2NPK+C)組田地土壤有效磷含量均顯著(P＜0.05)增加，增加比例分別為60.8％和68.4％；施用生物炭(NPK+C)組田地和生物炭(1/2NPK+C)組田地之間土壤有效磷含量差異不顯著(P＜0.05)，即施用生物炭后，減施化肥并沒有降低土壤中有效磷含量。

如圖2所示，在2014年和2015年，與單施化肥(NPK)組相比，施生物炭(NPK+C)組和施生物炭(1/2NPK+C)組均對水稻有增產(chǎn)作用，生物炭用量相同條件下，施生物炭(NPK+C)組水稻畝產(chǎn)量與施生物炭(1/2NPK+C)組水稻畝產(chǎn)量差異不顯著(P＜0.05)，表明采用該發(fā)明方法條件下，減施化肥短期內(nèi)未造成水稻減產(chǎn)。

如圖3所示，與單施化肥(NPK)組相比，增施生物炭(NPK+C)組顯著(P＜0.05)提高了油菜畝產(chǎn)量，施生物炭(1/2NPK+C)組與單施化肥(NPK)組相比，油菜畝產(chǎn)量并未呈現(xiàn)顯著差異(P＜0.05)，表明采用該發(fā)明條件下，施用生物炭后減施化肥也并未造成油菜顯著減產(chǎn)，施用生物炭后不減施化肥可以提高油菜畝產(chǎn)量。

從降低磷的環(huán)境風(fēng)險角度可以考慮在水稻油菜輪作模式下推廣該方法，可增加土壤中有效磷含量，顯著降低了田面水總磷含量，減少土壤中磷的流失，另外一方面可以在減少化肥施入量的前提下，不會造成水稻和油菜減產(chǎn)，并且該方法具有非常可觀的環(huán)境和經(jīng)濟效益。