一种生物炭耦合水分管理协同减少水稻种植期间铬吸收的方法技术

本发明专利技术涉及水稻种植技术领域，公开了一种生物炭耦合水分管理协同减少水稻种植期间铬吸收的方法，包括：1）生物炭制备；2）将生物炭施加至铬污染土壤中，混合均匀，然后种植水稻；3）在水稻生长期间采用关键生育期淹水方式进行水分管理。本发明专利技术采用生物炭耦合水分管理减少水稻铬吸收的方法可以起到协同增效作用，有效解决铬污染农田水稻生产问题，使铬污染农田生产的稻米中铬含量有效降低，经测定利用本发明专利技术方法种植的大米中铬含量符合食品安全国家标准（稻米铬＜1.0 mg/kg），为铬污染农田安全利用提供了一条有效的途径。

【技术实现步骤摘要】
一种生物炭耦合水分管理协同减少水稻种植期间铬吸收的方法
本专利技术涉及水稻种植
，尤其涉及一种生物炭耦合水分管理协同减少水稻种植期间铬吸收的方法。
技术介绍
重金属铬是合金材料、皮革、染料、电镀、印染、医药、催化等行业重要的原材料。在我国，每年产生含铬废渣约75～90万吨，由于部分化工厂铬渣长期堆放，且没有进行合理处置，从而导致铬污染迁移，污染范围扩大。铬元素是一种毒性大具有潜在危害的污染因子，经过迁移富集在土壤中。土壤中的铬通过食物链进入人体，可能会造成肝、肾等内脏器官病变。水稻是我国主要的粮食作物，是铬经食物链进入人体的主要途径之一。目前已有不少研究报道了大米铬污染问题，王晓波等(2015)对广州商品大米铬污染水平调查分析指出，大米中铬的超标率为26.67％。王国莉(2012)对惠州市售大米重金属含量分析指出，大米样品中铬超标率高达34.03％，最高含量达25.31mgkg-1。在现有技术中，有报道可通过在土壤中添加生物炭的方式来降低土壤中铬含量的方法，其原理是利用生物炭高孔隙率高比表面积而带来的高吸附性吸附铬，从而降低土壤中铬的含量。然而，该方式的实际效率较低，当生物炭吸附饱和后便很难再进行吸附，并且还需要进行回收。土壤中的铬主要以六价和三价两种形式存在，其中六价铬的毒性比三价铬大100倍，且具有溶解性高、迁移性大的特点。在一定pH和Eh范围内三价铬和六价铬之间会发生氧化还原反应而相互转化。因此，促进稻田土壤中六价铬转化为三价铬是降低土壤铬毒性和作物吸收的重要途径。研究控制稻田土壤中铬形态转化的关键因素、寻找有效措施控制水稻对铬的吸收积累，具有重要现实意义。本申请人在先申请CN201710593179.X公开了一种降低中轻度铬污染稻田中稻米铬含量的水分管理方法，包括以下步骤：(1)在水稻返青期至分蘖前期，采用淹水灌溉；(2)在水稻分蘖后期自然落干，并使土壤含水量保持在35％-40％；(3)在水稻孕穗期、抽穗杨花期和灌浆期，采用淹水灌溉；(4)在水稻成熟期，排水晒田，并使土壤含水量保持在30％-35％，直至水稻成熟收获。该专利技术抓住重金属铬进入稻米的关键时期，实施有效地水分管理，通过调整土壤中氧化还原电位、pH等来影响土壤中氧化铁的还原，最终影响土壤中铬的价态和形态，降低水稻对铬的吸收累积，从而使稻米中铬的含量降低。但是申请人在后期研究中又发现，上述水分管理方法虽然能够在一定程度上降低水稻中铬的含量，但是在中度或重度铬污染稻田仍然无法确保大米中铬含量符合食品安全国家标准(稻米铬＜1.0mg/kg)。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种生物炭耦合水分管理协同减少水稻种植期间铬吸收的方法，本专利技术通过生物炭耦合水分管理，能够使土壤中毒性较强的六价铬向低毒的三价铬转变，从而减少水稻植株对铬的吸收积累，控制稻米中铬浓度符合《GB2762-2017食品安全国家标准食品中污染物限量》(稻米铬＜1.0mg/kg)，并且也不会影响水稻产量。本专利技术的具体技术方案为：一种生物炭耦合水分管理协同减少水稻种植期间铬吸收的方法，包括以下步骤：1)生物炭制备。2)将生物炭施加至铬污染土壤中，混合均匀，然后种植水稻。3)在水稻生长期间采用关键生育期淹水方式进行水分管理。如本申请
技术介绍
部分中所述的，现有技术中通过在土壤中添加生物炭的方式来降低土壤中铬含量的方法，其原理是利用生物炭高孔隙率高比表面积而带来的高吸附性吸附铬，从而降低土壤中铬的含量。然而，该方式的实际效率较低，当生物炭吸附饱和后便很难再进行吸附，并且还需要进行回收。而本专利技术团队在研究过程中发现，生物炭除了依靠物理吸附作用外，还会在土壤中部分发生降解转化为可溶性有机质，而可溶性有机质是土壤中六价铬的主要还原剂，将毒性较强的六价铬还原为低毒的三价铬，因此能够降低铬的毒性。然而，在普通情况下生物炭转化为可溶性有机质比例并不高，因此限制了六价铬的还原。而本专利技术团队在研究过程中发现，在施加生物炭后再配合本专利步骤3)的水分管理，在淹水期间，生物炭能够大量地转化为可溶性有机质，从而能够有效还原六价铬。因此在本专利技术中，施加生物炭配合水分管理对降低土壤中六价铬含量能够起到协同增效作用。作为优选，步骤1)中，所述生物炭由水稻秸秆制得。我国作为水稻生产大国，每年产生大量的秸秆生物质资源，将秸秆炭化还田能够为秸秆资源综合利用提供有效途径。作为优选，所述生物炭的制备方法为：将水稻秸秆粉碎后置于绝氧环境中在450-550℃下裂解4-8h，待冷却后取出，将所得生物炭粉碎后备用。作为优选，所述生物炭粉碎后过2mm筛后备用。作为优选，步骤2)中，所述生物炭的施加量为土壤质量的0.5-1％。作为优选，步骤2)中，施加生物炭后调节土壤含水量为田间持水量的55-65％，平衡5-10天后移栽水稻苗。本专利技术要进行上述限定的主要是因为生物炭作为一种外源添加物质，施入土壤后可能会导致土壤微生物产生应激反应，并会对土壤性质产生影响，所以在土壤施加生物炭后，需要平衡5-10天，而调节土壤含水量为田间持水量的55-65％，是因为湿土相对于干土更有利于微生物活动，加速平衡。作为优选，步骤3)的具体过程为：从水稻返青至分蘖期，采用淹水-湿润交替灌溉；在水稻孕穗期、抽穗杨花期和灌浆期，采用淹水灌溉；在成熟期，采用淹水-湿润交替灌溉，直至水稻成熟收获。本专利技术团队进一步发现，并非任意地进行淹水都能够同时起到以下作用：①调整土壤中氧化还原电位、pH等，从而影响土壤中氧化铁(作为土壤中六价铬的重要还原剂)的还原，最终影响土壤中铬的价态和形态；②不影响水稻产量；③促进生物炭转化为可溶性有机质。尤其是对于第③点，本专利技术通过研究后发现生物炭之所以能够在淹水期大量转化为可溶性有机质的原因在于淹水厌氧条件下，好氧微生物活性增强致使生物炭矿化率增加，从而导致土壤可溶性有机质含量提高，因此为了尽可能促进生物炭转化为可溶性有机质，本专利技术采取了有针对性的水分管理方式。具体地为通过上述水分管理方法，一方面在重金属铬进入稻米的关键时期，实施有效水分管理，通过调整土壤中氧化还原电位、pH等，促使土壤中毒性较强的六价铬向低毒的三价铬转化，另一方面通过优化水分管理提高施入土壤中生物炭的矿化率，来提高土壤可溶性有机质含量，而可溶性有机质在厌氧稻田土壤中可为六价铬还原充当电子供体，促进六价铬还原为三价铬，降低土壤中铬的生物有效性，从而最终降低水稻对铬的吸收累积。作为优选，在步骤3)中：在水稻返青期至分蘖期，采用淹水-湿润交替灌溉，具体为：淹水灌溉至表土之上水层高度3-5cm，然后自然落干至土壤含水量为田间持水量的55-65％后再次淹水灌溉，循环往复直至水稻进入孕穗期。在水稻孕穗期、抽穗杨花期和灌浆期，采用淹水灌溉，具体为：在水稻孕穗期，淹水灌溉至表土之上水层高度5-7cm，待水分自然蒸发到表土之上水层高度降至0-2cm后再次淹水灌溉，循环往复直至水稻进入抽穗杨花期。在抽穗杨花期，淹水灌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物炭耦合水分管理协同减少水稻种植期间铬吸收的方法，其特征在于包括以下步骤：/n1）生物炭制备；/n2）将生物炭施加至铬污染土壤中，混合均匀，然后种植水稻；/n3）在水稻生长期间采用关键生育期淹水方式进行水分管理。/n

【技术特征摘要】
1.一种生物炭耦合水分管理协同减少水稻种植期间铬吸收的方法，其特征在于包括以下步骤：
1）生物炭制备；
2）将生物炭施加至铬污染土壤中，混合均匀，然后种植水稻；
3）在水稻生长期间采用关键生育期淹水方式进行水分管理。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）中，所述生物炭由水稻秸秆制得。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述生物炭的制备方法为：将水稻秸秆粉碎后置于绝氧环境中在450-550℃下裂解4-8h，待冷却后取出，将所得生物炭粉碎后备用。


4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述生物炭粉碎后过2mm筛后备用。


5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）中，所述生物炭的施加量为土壤质量的0.5-1%。


6.如权利要求1或5所述的方法，其特征在于，步骤2）中，施加生物炭后调节土壤含水量为田间持水量的55-65％，平衡5-10天后移栽水稻苗。


7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3）的具体过程为：从水稻返青至分蘖期，采用淹水-湿润交替灌溉；在...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖文丹，叶雪珠，张棋，赵首萍，陈德，
申请(专利权)人：浙江省农业科学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33