CN111955297B - 一种钝化稻田重金属并增加氮固持量的方法 - Google Patents

一种钝化稻田重金属并增加氮固持量的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111955297B
CN111955297B CN202010839495.2A CN202010839495A CN111955297B CN 111955297 B CN111955297 B CN 111955297B CN 202010839495 A CN202010839495 A CN 202010839495A CN 111955297 B CN111955297 B CN 111955297B
Authority
CN
China
Prior art keywords
rice
water
fertilizer
microalgae
periphyton
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010839495.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111955297A (zh
Inventor
刘俊琢
吴永红
卢少勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Soil Science of CAS
Original Assignee
Institute of Soil Science of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Soil Science of CAS filed Critical Institute of Soil Science of CAS
Priority to CN202010839495.2A priority Critical patent/CN111955297B/zh
Publication of CN111955297A publication Critical patent/CN111955297A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111955297B publication Critical patent/CN111955297B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G22/00—Cultivation of specific crops or plants not otherwise provided for
    • A01G22/20—Cereals
    • A01G22/22—Rice
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01C—PLANTING; SOWING; FERTILISING
    • A01C21/00—Methods of fertilising, sowing or planting
    • A01C21/005—Following a specific plan, e.g. pattern
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05D—INORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C; FERTILISERS PRODUCING CARBON DIOXIDE
    • C05D9/00—Other inorganic fertilisers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
    • C05G3/00—Mixtures of one or more fertilisers with additives not having a specially fertilising activity
    • C05G3/80—Soil conditioners
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
    • C05G5/00—Fertilisers characterised by their form
    • C05G5/20—Liquid fertilisers

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Pest Control & Pesticides (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Fertilizers (AREA)

Abstract

本发明涉及一种钝化稻田重金属并增加氮固持量的方法，选取水稻种植区域，施基肥后，旋耕、灌水，保持水深3‑4cm；往水稻种植区域移栽水稻秧苗，保持田面水深3‑4cm；待秧苗返青后，喷洒微藻生物肥料水，定期对种植区内的周丛生物进行观测，根据长势情况添加微藻生物肥料水，并维持田面水深1‑2cm；待水稻收割完成后，保留下部秸秆，旋耕将稻田中的周丛生物和秸秆翻入地下。本发明通过施用微藻生物肥来构建周丛生物群落，通过藻类的光合作用及生长代谢活动改变土壤pH，并分泌大量的胞外聚合物，提高周丛生物的重金属吸附、钝化能力及生物固氮能力。该方法具有低成本、灵活、易操作的特点，是一种绿色的生态技术方法。

Description

一种钝化稻田重金属并增加氮固持量的方法
技术领域
本发明属于农业与环境保护领域，涉及稻田重金属钝化与肥力提升领域，具体涉及一种钝化重金属并增加水稻土氮固持量的方法。
背景技术
重金属污染是土壤污染的主要类型之一，在我国乃至世界范围内，由于工矿三废排放及农药过量使用等，造成工矿区周围及农田土壤重金属的累积，土壤健康质量下降。因此，土壤重金属污染修复技术备受关注。镉(Cd)是生物毒性极强的一种重金属元素，在环境中的化学活性强、毒性持久，易通过食物链的富集作用危及人类健康，诱发肝、肾、骨骼病变。对于镉等重金属污染土壤的修复方法有物理修复、化学修复和生物修复。物理修复主要包括客土、土壤淋洗和电动修复，虽然修复效果好，但是成本高。化学修复主要是通过加入化学试剂(如石灰、磷矿粉等)，降低重金属的生物有效性，但是长期施用易造成土壤板结，破坏土壤结构。生物修复包括植物萃取和微生物修复，植物萃取是通过超累积植物进行富集，再通过收集植物来去除重金属。然而，这种方法占地大且影响粮食产量。微生物修复是通过利用一些具有吸附、沉淀重金属等功能的微生物，降低土壤中重金属的生物有效性，降低重金属进入作物的风险。此外，受镉污染的土壤养分偏低，在钝化重金属的同时提高土壤养分的生物可利用性，有助于实现作物品质与产量的同步、稳定提高。
大量研究表明微生物修复能够有效降低重金属生物有效性，减少作物吸收。CN110922977A公开了一种微生物土壤修复剂应用于重金属污染土壤修复的方法，主要利用复合菌制剂(地衣芽孢杆菌、假单胞菌、枯草芽孢杆菌、丁酸梭菌等)、表面活性剂、熟化有机物、腐殖酸、粘土、粉煤灰、羧甲基壳聚糖等，通过表面活性剂改善土壤的理化性能，最终提高微生物菌剂及腐熟有机物、腐殖酸等对重金属的富集能力。然而，该方法中修复剂组分复杂，且需要维持土壤的含水量在25-40％才能保证修复效果。CN106591277A公开了一种兼具钝化重金属和解磷功能的芽孢杆菌的制备与应用方法，主要通过扩大培养蜡样芽胞杆菌，然后向其发酵液中加入生物炭并继续培养，得到固定化芽孢杆菌，从而在降低镉的生物有效性的同时提高土壤中有效磷含量，保障作物的生长，然而，该发明中所用的细菌为单一菌种(Bacillus cereus)，在大田环境中小生境发生改变时其钝化重金属及解磷的效果将大打折扣。
稻米是我国的主要粮食作物之一，我国水稻种植面积达3000万公顷。然而，监测显示，我国水稻种植中氮肥的当季利用率低于30％，损失率高是导致氮素利用率低的主要原因，在损失的氮素中，通过径流等液态形式损失的氮素约占施肥量的10％左右。增加稻田中氮素的固持量对于提高氮素利用率、减少氮损失有着重要意义。
综上，如何在降低重金属生物有效性的同时提高稻田氮素的固持能力、减少氮损失，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种钝化稻田重金属并增加氮固持量的方法。
技术方案
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交织在一起组成，种群丰富，对环境适应能力强。发明人研究发现周丛生物中藻类细胞壁上分布较多的吸附位点，可吸附大量重金属，而且周丛生物分泌的胞外聚合物亦能吸附、络合重金属，加强对重金属的钝化。此外，发明人还发现周丛生物可以高效吸收氮素，其氮素含量最高达10％(干重)以上，周丛生物凋亡后，遗留在土壤表面的生物质易被细菌分解，可在短期内将氮素释放至土壤中，增加土壤氮素含量及生物可利用性。基于此，本发明以降低稻田土壤重金属生物有效性并增加土壤氮素固持量为目标，采用“先在稻田中原位培养周丛生物，再构建重金属钝化和氮素固持体系”的工作思路，依据“周丛生物培养与群落优化-重金属钝化-氮固持增加”的路线进行设计，提供一种钝化稻田重金属并增加氮固持量的方法，具体方案如下：
一种钝化稻田重金属并增加氮固持量的方法，包括如下步骤：
(1)选取水稻种植区域，施用基肥后，利用旋耕机对水稻种植区域进行旋耕，然后灌水，保持水深为3-4cm；
(2)往水稻种植区域移栽水稻秧苗，并保持田面水深为3-4cm；
(3)待水稻秧苗返青后，向田面水中均匀喷洒微藻生物肥料水，所述微藻生物肥料水由微藻生物肥料和水以1：(8-12)的质量比混合而成，所述微藻生物肥料为冻干的念珠藻、水绵与生物炭的混合物；定期对水稻种植区内的周丛生物生长情况进行观测，根据长势情况添加微藻生物肥料水，并维持稻田田面水深度为1-2cm；
(4)待水稻收割完成后，保留下部秸秆，采用旋耕机进行旋耕，将稻田中的周丛生物和秸秆翻入地下，旋耕深度为8-10cm，旋耕后种植水稻或其他作物。
进一步，步骤(1)中，每亩水稻种植区域的基肥施用量为：氮肥150-180kg N/ha，磷肥50-60kg P/ha，钾肥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，微藻生物肥料水的用量为20-25kg/亩。
进一步，步骤(3)中，所述微藻生物肥料中，念珠藻、水绵与生物炭的干重比为1:1:3。
本发明的有益效果：本发明提供了一种钝化稻田重金属并增加氮固持量的方法，该方法通过施用微藻生物肥来构建周丛生物群落，使蓝藻、绿藻快速生长形成周丛生物群落，通过藻类的光合作用及生长代谢活动改变土壤pH，并分泌大量的胞外聚合物，提高周丛生物的重金属吸附、钝化能力及生物固氮、无机氮吸收能力，在钝化镉等重金属、增加土壤氮素的同时，周丛生物残体亦可增加土壤有机质含量，从多个方面改善土壤环境质量并提高土壤肥力，具有良好的生态环境效益和经济效益。本发明方法具有低成本、灵活、易操作的特点，是一种全新的、绿色的生态技术方法。
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
实验在云南省个旧市的稻田内开展
一种钝化稻田重金属并增加氮固持量的方法，包括如下步骤：
(1)选取1亩稻田，施用基肥，具体用量为：氮肥150kg N/ha，磷肥60kg P/ha，钾肥70kg K/ha。利用旋耕机对水稻种植区域进行旋耕，旋耕深度为10cm，然后灌水，保持水深为3cm；
(2)往水稻种植区域移栽水稻秧苗，并保持田面水深为3cm；
(3)待水稻秧苗返青后，向田面水中均匀喷洒微藻生物肥料水，微藻生物肥料水用量为20kg/亩，所述微藻生物肥料水由微藻生物肥料和水以1：10的质量比混合而成，所述微藻生物肥料为冻干的念珠藻、水绵与生物炭(念珠藻、水绵、生物炭的干重比为1:1:3)的混合物；微藻生物肥料的制备方法：往念珠藻和水绵培养液中添加生物炭，离心去除上清液，然后添加2％海藻糖作为保护剂进行冷冻干燥，即得；
每周对水稻种植区内的周丛生物生长情况进行观测，根据长势情况添加微藻生物肥料水，以保证周丛生物的胞外聚合物分泌、氮素吸收及生物固氮，维持稻田田面水深度为2cm。
(4)待水稻收割完成后，保留下部秸秆，测定土壤总氮含量、有效态Cd含量以及稻米中Cd含量，采用旋耕机进行旋耕，将稻田中的周丛生物和秸秆翻入地下，旋耕深度为8-10cm，旋耕后种植水稻或其他作物。
以未喷洒微藻生物肥料作为对比例1，其余与实施例相同。
对周丛生物及土壤氮素含量、土壤及稻米不同形态Cd含量的测定结果显示，实施例1中周丛生物在稻田中的覆盖率为26％，明显高于对比例1的15％，实施例1的稻田土壤微生物OTU数量也比对比例1增加了12％；对比例1中稻田表层土总氮含量为1.2-1.4g/kg，而实施例1达到了1.5-1.7g/kg；对比例1的土壤有效态Cd含量为1.1-1.2mg/kg，实施例1为0.9-1.0mg/kg；对比例1稻米中Cd含量为4.0-4.2mg/kg，而实施例1为2.1-3.4mg/kg。
实施例2
实验在云南省个旧市的稻田内开展
一种钝化稻田重金属并增加氮固持量的方法，包括如下步骤：
(1)选取1亩稻田，施用基肥，具体用量为：氮肥180kg N/ha，磷肥50kg P/ha，钾肥65kg K/ha。利用旋耕机对水稻种植区域进行旋耕，旋耕深度为10cm，然后灌水，保持水深为4cm；
(2)往水稻种植区域移栽水稻秧苗，并保持田面水深为4cm；
(3)待水稻秧苗返青后，向田面水中均匀喷洒微藻生物肥料水，微藻生物肥料水用量为25kg/亩，所述微藻生物肥料水由微藻生物肥料和水以1：10的质量比混合而成，所述微藻生物肥料为冻干的念珠藻、水绵与生物炭(念珠藻、水绵、生物炭的干重比为1:1:3)的混合物；
每周对水稻种植区内的周丛生物生长情况进行观测，根据长势情况添加微藻生物肥料水，以保证周丛生物的胞外聚合物分泌、氮素吸收及生物固氮，维持稻田田面水深度为2cm。微藻生物肥料的制备方法：往念珠藻和水绵培养液中添加生物炭，离心去除上清液，然后添加2％海藻糖作为保护剂进行冷冻干燥，即得；
(4)待水稻收割完成后，保留下部秸秆，测定土壤总氮含量、有效态Cd含量以及稻米中Cd含量，采用旋耕机进行旋耕，将稻田中的周丛生物和秸秆翻入地下，旋耕深度为10cm，旋耕后种植水稻或其他作物。
以未喷洒微藻生物肥料作为对比例2，其余与实施例相同。
对周丛生物及土壤氮素含量、土壤及稻米不同形态Cd含量的测定结果显示，实施例2中周丛生物在稻田中的覆盖率为22％，明显高于对比例2的15％，实施例2的稻田土壤微生物OTU数量也比对比例2增加了11％；对比例2中稻田表层土总氮含量为1.2-1.4g/kg，而实施例2达到了1.6-1.7g/kg；对比例2的土壤有效态Cd含量为1.1-1.2mg/kg，实施例2为0.8-0.9mg/kg；对比例2稻米中Cd含量为4.0-4.2mg/kg，而实施例2为2.1-3.1mg/kg。
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 (4)

1.一种钝化稻田重金属并增加氮固持量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)选取水稻种植区域，施用基肥后，利用旋耕机对水稻种植区域进行旋耕，然后灌水，保持水深为3-4cm；
(2)往水稻种植区域移栽水稻秧苗，并保持田面水深为3-4cm；
(3)待水稻秧苗返青后，向田面水中均匀喷洒微藻生物肥料水，所述微藻生物肥料水由微藻生物肥料和水以1：(8-12)的质量比混合而成，所述微藻生物肥料为冻干的念珠藻、水绵与生物炭的混合物；施用所述微藻生物肥来构建周丛生物群落，定期对水稻种植区内的周丛生物生长情况进行观测，根据长势情况添加微藻生物肥料水，并维持稻田田面水深度为1-2cm；
(4)待水稻收割完成后，保留下部秸秆，采用旋耕机进行旋耕，将稻田中的周丛生物和秸秆翻入地下，旋耕深度为8-10cm，旋耕后种植水稻或其他作物；
步骤(3)中，所述微藻生物肥料中，念珠藻、水绵与生物炭的干重比为1:1:3。
2.如权利要求1所述钝化稻田重金属并增加氮固持量的方法，其特征在于，步骤(1)中，每亩水稻种植区域的基肥施用量为：氮肥150-180kg N/ha，磷肥50-60kg P/ha，钾肥60-75kg K/ha。
3.如权利要求1所述钝化稻田重金属并增加氮固持量的方法，其特征在于，步骤(1)中，旋耕深度为8-12cm。
4.如权利要求1所述钝化稻田重金属并增加氮固持量的方法，其特征在于，步骤(3)中，微藻生物肥料水的用量为20-25kg/亩。
CN202010839495.2A 2020-08-19 2020-08-19 一种钝化稻田重金属并增加氮固持量的方法 Active CN111955297B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010839495.2A CN111955297B (zh) 2020-08-19 2020-08-19 一种钝化稻田重金属并增加氮固持量的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010839495.2A CN111955297B (zh) 2020-08-19 2020-08-19 一种钝化稻田重金属并增加氮固持量的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111955297A CN111955297A (zh) 2020-11-20
CN111955297B true CN111955297B (zh) 2022-09-06

Family

ID=73389434

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010839495.2A Active CN111955297B (zh) 2020-08-19 2020-08-19 一种钝化稻田重金属并增加氮固持量的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111955297B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112875871A (zh) * 2021-04-09 2021-06-01 中国科学院南京土壤研究所 基于稻田周丛生物的氮素拦截与回用方法
CN113348998A (zh) * 2021-06-22 2021-09-07 孟凡友 利用微藻生物营养液种植水稻的方法
CN113632701B (zh) * 2021-09-18 2022-11-04 中国科学院广州地球化学研究所 硅藻在水稻种植中的应用和水稻硅藻共生的培育方法
CN113860956A (zh) * 2021-11-05 2021-12-31 云南省农业科学院质量标准与检测技术研究所 针对重金属背景区农作物的降砷增硒调控剂及使用方法
CN115026128B (zh) * 2022-06-17 2023-08-18 中国科学院南京土壤研究所 基于周丛生物的稻田重金属阻控与消纳方法
CN115401065B (zh) * 2022-08-30 2023-06-16 南京林业大学 一种基于周丛生物的稻田镉污染原位防控方法及其应用

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11103663A (ja) * 1997-10-07 1999-04-20 Yoshiro Yamaguchi 培地，微生物資材およびそれらの製造方法
CN104446691B (zh) * 2013-09-24 2017-11-14 中国科学院上海高等研究院 微藻‑生物炭复合生物肥及其制备方法
CN104629767B (zh) * 2015-01-22 2017-11-24 广西大学 一种应用于水稻田的镉钝化剂及其制备方法
CN104724834B (zh) * 2015-03-18 2017-01-04 中国科学院南京土壤研究所 利用周丛生物处理***去除面源污水中铜的方法及其设备
CN106282047A (zh) * 2016-04-05 2017-01-04 中国科学院上海高等研究院 具有生物肥应用潜力的固氮蓝藻的筛选方法
CN110214653B (zh) * 2019-07-01 2021-06-25 中国科学院南京土壤研究所 一种利用周丛生物减少稻田磷流失的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111955297A (zh) 2020-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111955297B (zh) 一种钝化稻田重金属并增加氮固持量的方法
CN109181704B (zh) 一种土壤重金属及有机污染修复剂及其制备与应用方法
CN102219614B (zh) 一种盐碱地专用生物改良肥及其制备方法
CN108165276A (zh) 一种适用于北方碱性土壤重金属污染的复合调理剂
CN105695354B (zh) 超高温好氧堆肥发酵处理城市生活污泥的工艺及应用
CN102771221B (zh) 一种多手段联合修复盐碱地石油污染土壤的方法
CN107513509A (zh) 一种改良土壤盐碱性的方法
CN102925162A (zh) 一种多功效土壤改良剂及其制备方法
US11634369B2 (en) Joint control method for nitrogen and phosphorus emissions in farmlands
CN103965916A (zh) 一种土壤修复剂及其制备方法和土壤修复方法
CN107501012B (zh) 一种设施菜田阻隔氮磷淋溶损失的复合材料及应用
CN108207503A (zh) 滨海沙质化盐碱地种植砂引草及改良土肥状况的方法
CN107652147A (zh) 改良土壤型肥料增效调节剂及其生产方法
CN110590447A (zh) 一种酸性微生物菌剂、其制备方法及应用
CN108069777A (zh) 松土保水有机肥及其应用
CN108048111A (zh) 微生物多功能土壤改良剂及其制备方法
CN110214653B (zh) 一种利用周丛生物减少稻田磷流失的方法
CN102077722B (zh) 一种减少污染排放的施肥方法
CN113083884A (zh) 一种用稻秸沼渣基土壤修复剂修复重金属污染土壤的方法
CN112166732A (zh) 一种盐碱地防护林的建立方法
CN105198562A (zh) 一种节水抗旱的微生物有机肥及其制备方法
CN105315021B (zh) 一种利用秋葵粕和酸绒生产有机肥的方法
CN101519328B (zh) 灭螺有机复合肥料
CN108251124B (zh) 盐碱地改良剂及盐碱地土壤的改良方法
CN107056527A (zh) 一种生物有机肥

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant