一种促进旱稻萌发、改善土壤理化性质的方法

1.本发明涉及旱地土壤改良技术领域，特别涉及一种促进旱稻萌发、改善土壤理化性质的方法。


背景技术：

2.水稻是世界上最重要的禾谷类作物之一，为世界上近一半人口提供主要粮食来源。由于水稻是需水较多的作物，其生产用水量约占农业用水的70％。旱稻虽可在旱地栽培，其需水量也仅为水稻的1/4甚至更少，但也略高于玉米和小麦等作物。同时，种子萌发是指种子从吸涨作用开始的一系列有序的生理过程和形态发生过程。种子的萌发特性及出苗能力，不但决定了苗匀、苗壮等苗期性状，而且在很大程度上影响了后期作物的产量。而种子的萌发是从吸收水分膨胀开始的，水分对种子的正常萌发具有重要作用。因此，如何保证干旱区域中旱稻种子的萌发效果对提升旱稻产量，缓解水资源短缺和应对干旱发生具有十分重要的意义。
3.此外，土壤养分的保持及利用率是农业可持续发展的基础，制约着粮食产量和安全。随着过度耕种及不合理的使用化肥，导致耕地土壤养分大量流失，土壤板结、紧实度过高等问题日益严重，严重地制约了水稻生产乃至整个农业生产的可持续发展。因此，亟需一种既可以保证干旱区域中旱稻种子的萌发效果，又可以改善土壤理化性质、保持土壤养分的方法。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明目的在于提供一种促进旱稻萌发、改善土壤理化性质的方法，本发明通过将改性纤维素与生物炭配施使用，不仅可显著增加旱稻的萌发效果，还可有效保持土壤的水分及养分。
5.为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
6.一种促进旱稻萌发、改善土壤理化性质的方法，将组合物按照质量百分比为0.55％～0.6％添加到土壤中，所述组合物为改性纤维素和生物炭。
7.优选地，所述改性纤维素为羧甲基纤维素铵、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钾中的一种或几种。
8.优选地，所述羧甲基纤维素铵的蒸馏水吸水倍率≥100，所述羧甲基纤维素钠的蒸馏水吸水倍率≥45，所述羧甲基纤维素钾的蒸馏水吸水倍率≥130。
9.优选地，所述生物炭为水稻秸秆生物炭，是以水稻秸秆为原料，在800℃下经不完全燃烧制成。
10.优选地，所述生物炭中氮、磷、钾三种元素的含量比为(5～6)∶(1～2)∶(17～18)，ph值为8～9，密度为0.30g/cm3～0.35g/cm3，含碳量为60％～70％。
11.优选地，所述改性纤维素和生物炭的重量比为(0.5～1)∶5。
12.优选地，所述组合物需与耕地0cm～20cm的土壤混合均匀。
13.优选地，所述组合物可与肥料共同使用。
14.有益技术效果：本发明提供了一种促进旱稻萌发、改善土壤理化性质的方法，本发明将改性纤维素和生物炭按照质量百分比为0.55％～0.6％添加到土壤中，通过将改性纤维素与生物炭配施使用，可以在一定程度上增加旱稻生物量，降低土壤水分流失量，降低土壤硬度和紧实度，增加土壤硝态氮、速效磷和速效钾含量，具有增加土壤养分的潜力和趋势。因此，改性纤维素与生物炭配施，不仅可显著增加旱稻的萌发效果，还可有效保持土壤的水分及养分，对旱地土壤改良、缓解水资源短缺具有重要意义。
附图说明
15.图1为不同处理组对旱稻萌发的影响；其中，图1a为处理组a1、a2、b1、b2、c1、c2、d1和ck处理组水稻苗高的变化；图1b为处理组a1d1、a2d1、b1d1、b2d1、c1d1、c2d1和ck处理组水稻苗高的变化；
16.图2为不同处理组对旱稻地上部生物量的影响；其中不同处理组间不同小写字母表示差异显著；
17.图3为不同处理组土壤水分流失量的变化；其中，图3a为处理组a1、a2、b1、b2、c1、c2、d1和ck处理组土壤水分流失量的变化；图3b为处理组a1d1、a2d1、b1d1、b2d1、c1d1、c2d1和ck处理组土壤水分流失量的变化。
具体实施方式
18.本发明提供了一种促进旱稻萌发、改善土壤理化性质的方法，将组合物按照质量百分比为0.55％～0.6％添加到土壤中，所述组合物为改性纤维素和生物炭。
19.在本发明中，所述改性纤维素优选为羧甲基纤维素铵、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钾中的一种或几种。其中，所述羧甲基纤维素铵的蒸馏水吸水倍率优选≥100，所述羧甲基纤维素钠的蒸馏水吸水倍率优选≥45，所述羧甲基纤维素钾的蒸馏水吸水倍率优选≥130。改性纤维素是一种交联聚合物，具有独特的网络结构和亲水官能团，使其具有吸收和保存水分的能力。而且，改性纤维素是秸秆再利用的形式之一，其来源于天然生物材料，降解后转变为土壤有机质，具有较好的生态友好性和可持续利用性。同时，改性纤维素与肥料配施还具有保水保肥、促进作物增产的性能，是解决水资源短缺和提高作物产量的重要手段之一。但也正因为改性纤维素极强的极性，能显著增强土壤粘合性，极易造成土壤板结，不利于苗期作物扎根出苗。本发明将改性纤维素与生物炭配施使用，可显著降低因使用改性纤维素而引起的土壤板结现象。
20.在本发明中，所述生物炭优选为水稻秸秆生物炭，是以水稻秸秆为原料，在800℃下经不完全燃烧制成；所述生物炭中氮、磷、钾三种元素的含量比优选为(5～6)∶(1～2)∶(17～18)，ph值优选为8～9，密度优选为0.30g/cm3～0.35g/cm3，含碳量优选为60％～70％。生物炭由于具有独特的多孔结构，能通过自身吸附作用改变土壤养分循环，改善土壤肥力和提高养分利用效率，在一定程度上固持土壤水分供作物利用，但是生物炭对土壤改良的作用效果具有不确定性，本发明通过将生物炭和改性纤维素配合使用，不仅可有效增加对水分和养分的吸附作用，还弥补了改性纤维素所不具有的疏松土壤质地和降低土壤容重的效果。
21.在本发明中，所述改性纤维素和生物炭的重量比优选为(0.5～1)∶5。本发明通过限定改性纤维素和生物炭的添加比例，使其对水分和养分的吸附作用以及土壤的疏松作用达到平衡，既可以避免土壤板结及紧实度过高对旱稻萌发的抑制作用，又可以改善土壤的理化性质，保证作物生长所需的水分及养分。
22.在本发明中，所述组合物需与耕地0cm～20cm的土壤混合均匀。本发明组合物可直接施撒于土壤表面，但需通过翻耕等手段与一定深度的土壤混合均匀，以保证组合物能充分发挥效果。
23.在本发明中，所述组合物可与肥料共同使用；所述肥料优选为氮肥、钾肥、磷肥等水稻常用肥料，更优选为尿素和/或磷酸二氢钾；所述肥料的添加量以氮元素计优选为300kg/ha～400kg/ha，以五氧化二磷计优选为100kg/ha～150kg/ha，以钾元素计优选为55kg/ha～65kg/ha。本发明通过组合物中改性纤维素和生物炭的配施使用，增加了土壤养分的保持率和利用率，可有效减少旱稻种植过程中化学肥料的使用量，不仅减少了化学肥料对土壤的伤害，还降低了成本。
24.为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本发明实施例及试验例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得；本发明实施例及试验例中所用的方法，如无特殊说明，均为常规方法。
25.实施例
26.1材料与方法
27.1.1试验材料
28.(1)试验地点：山东省农业科学院湿地农业与生态研究所人工气候温室。
29.(2)供试土壤：供试土壤采自山东省农业科学院湿地农业与生态研究所济南试验站(36
°
42
′
21
″
n 117
°4′
53
″
e)。该区2021年平均气温14.2℃，年均降水量715mm，多集中在6～8月份。试验用土采集于该区0cm～20cm梗层土壤，其基本理化性质：ph为7.81，有机质为9.21g/kg，碱解氮为48.37mg/kg，有效磷为24.81mg/kg，速效钾为192mg/kg。
30.(3)试验旱稻品种：泰选1号。
31.(4)其它原料：供试肥料为尿素(国药集团，ch4n2o含量≥99.0％)和磷酸二氢钾(国药集团，kh2po4含量≥99.5％)。供试改性纤维素由北京理工大学材料学院研发提供，分别为羧甲基纤维素铵(cmc-nh4，淡黄色絮状，酸性)、羧甲基纤维素钠(cmc-na，白色粉末状，碱性)和羧甲基纤维素钾(cmc-k，白色絮状，碱性)，三者的蒸馏水吸水倍率分别为102.2、49.7、134.9。供试生物炭由镇江泽地农业生物科技有限公司提供，以水稻秸秆为原料在800℃下经不完全燃烧制成，其基本性状：全氮含量为5.21g/kg，全磷含量为1.12g/kg，全钾含量为17.23g/kg，ph为8.35，密度为0.325g/cm3，含碳量为69％。
32.1.2试验设计
33.盆栽试验花盆内径16.5cm，高度17cm。试验于2022年1月25日(试验第1d)填装，称取2kg过6mm筛的风干土，均匀播种6粒旱稻种子，盖土厚度约为1.5cm。播种后浇蒸馏水润湿土壤，共200ml。按照旱稻生长所需水分，分别在试验第4d、6d、8d、12d、16d浇水，每次浇水分别为150、150ml、100ml、100ml、100ml，共800ml。试验第16d后停止浇水进行干旱处理，干旱处理20d。
34.试验开始前，通过做预实验和查阅相关文献来设计各试验材料施加浓度，最终确定本试验共设14个处理，每个处理重复3次，具体见表1。每个处理施加尿素和磷酸二氢钾分别为0.21g和0.08g。改性纤维素、生物炭、肥料与土壤充分混匀后一起置入花盆中。该试验所处的人工气候温室温度为25℃，风速为1m/s，光照时长为8h/d。
35.表1各处理设置
[0036][0037]
1.3样品测定
[0038]
在试验第4d、6d、8d、12d、16d、20d进行株高监测。在每次浇水前后均对土壤进行称重。在旱稻种子全部萌发后(试验第20)，称取地上部分植株干重(80℃烘干至恒定质量)。干旱处理结束后(试验第36天)，用土壤紧实度仪(德国steps41010)测定土壤紧实度；用直尺测定土壤表面结皮厚度；用流动分析仪(braun and l
ü
bbe，germany)测定土壤硝态氮和铵态氮；用钼锑抗比色法测定土壤速效磷；用火焰光度法测定土壤速效钾。
[0039]
1.4数据分析
[0040]
利用microsoft office excel 2016进行数据整理。图形绘制采用origin 8.5软件进行。利用spss 20.0软件的单因素方差分析比较不同添加量改性纤维素对土壤理化性质的差异显著性。所有结果数据均以平均值
±
标准差的形式表达。
[0041]
2结果与分析
[0042]
2.1不同处理组对旱稻萌发的影响
[0043]
不同处理组对旱稻苗高的影响如图1所示。由图1a可知，在旱稻生长约20d时，ck处理旱稻不再生长。在土壤中仅施加低浓度的cmc-nh4处理可以显著促进旱稻萌发；而仅施加高浓度的cmc-nh4处理对旱稻萌发无显著性影响。与cmc-nh4类似，仅施加低浓度的cmc-na处理对旱稻萌发表现出显著的促进作用，而仅施加高浓度的的cmc-na处理对旱稻萌发无显著性影响。在土壤中施用cmc-k对旱稻萌发具有一定促进作用，但仅施加低浓度的cmc-k处理优于仅施加高浓度cmc-k处理。在土壤中仅施用0.5％生物炭处理对旱稻萌发也具有一定促进作用。由图1b可知，改性纤维素和生物炭配施均可以显著促进旱稻萌发，同时也极大缩小了相同改性纤维素不同浓度所产生的差异。整体来看，3种改性纤维素与生物炭配施时，cmc-nh4与生物炭配施对旱稻萌发促进作用最为显著，其次为cmc-na，最后为cmc-k。
[0044]
不同处理组对旱稻地上部生物量的影响如图2所示。由图2可知，与对照处理相比，仅a2、b2处理显著降低了旱稻地上部生物量，分别较对照组降低了37.38％和30.10％；其余
处理均不同程度地显著提高了旱稻地上部生物量，达18.93％～224.76％。仅施用3种改性纤维素时，均表现出低浓度处理的地上部生物量高于高浓度处理。而与仅施用高浓度改性纤维素处理相比，所有施用高浓度改性纤维素与生物炭配施处理均显著增加了旱稻地上部生物量，尤其是a2d1处理最为显著，达295.35％；而与仅施用低浓度改性纤维素处理相比，仅a1d1处理显著增加了旱稻地上部生物量，达6.70％。整体来看，也表现出低浓度改性纤维素与生物炭配施处理的地上部生物量高于高浓度改性纤维素与生物炭配施处理的趋势，以cmc-nh4最为显著。
[0045]
2.2不同处理组对土壤水分的影响
[0046]
不同处理组土壤水分流失量的变化如图3所示。由图3a可知，在土壤中施加cmc-nh4后，a1和a2处理在第4d和6d时，土壤水分流失量低于ck处理，而后2个处理的土壤水分流失量均高于ck，尤其是在第12d时差异显著；在土壤中施加cmc-na后，b1和b2处理在第4d、6d和8d时，土壤水分流失量均低于ck处理，但随着时间推移，而后2个处理土壤水分流失量均高于ck处理，同样在第12d时差异显著；与cmc-na类似，c1和c2处理的土壤水分流失量仅在第4d、6d和8d时低于ck处理，而后2个处理土壤水分流失量均高于ck处理；在土壤中施加生物炭对土壤水分流失量的影响并不明显，与ck处理基本保持一致。当3种改性纤维素与生物炭配施时，在试验前8d时，各处理土壤水分流失量与其单独施用时(图3a)差异较小，而在后期各处理的土壤水分流失量有降低的趋势，尤其是在第12d时最为明显。
[0047]
不同处理组的累积失水量如表2所示，由表2也可以看出，与对照组相比，单独施用3种改性纤维素和生物炭对土壤累积水分流失量无显著影响(p＞0.05)；但3种改性纤维素和生物炭配施时有降低土壤水分流失量的趋势，尤其是a2d1、b1d1和b2d1处理具有显著降低效果，达6.33％～8.86％。
[0048]
表2不同处理组的累积失水量
[0049][0050][0051]
注：不同处理组间不同小写字母表示差异显著。
[0052]
2.3不同处理组对土壤理化性质的影响
[0053]
不同处理组培养后土壤的理化性质的影响如表3所示。由表3可知，仅施加cmc-nh4处理可以显著降低土壤ph，达0.17～0.20个单位；而cmc-nh4与生物炭配施的处理可以增加土壤ph值。仅施加cmc-na处理可以显著增加土壤ph值，达0.32～0.43个单位；cmc-na与生物炭配施的处理也显著增加了土壤ph值，但与仅施加cmc-na处理并无显著性影响。仅施加较高剂量cmc-k可以显著增加土壤ph值，达0.20个单位；cmc-k与生物炭配施的处理也显著增
加了土壤ph值，但与仅施加cmc-k处理相比，仅c1d1处理土壤ph值显著高于c1处理。仅施用生物炭处理也显著增加了土壤ph值，达0.42个单位。仅施加cmc-na后土壤坚硬并形成结块，土壤紧实度显著增加，达99.66％～113.58％；仅施加cmc-nh4后土壤表层变硬并形成小结块，也可以在一定程度上增强土壤紧实度，达13.69％～22.90％；而仅施加cmc-k和单独施用生物炭对土壤成块性和土壤紧实度无显著影响；与仅施加cmc-na处理类似，cmc-na与生物炭配施的处理土壤坚硬并有结块产生，土壤紧实度也显著增加，达69.81％-83.16％；当cmc-nh4与生物炭配施时，仅a2d1处理表现出土壤较硬并形成小结块，土壤紧实度显著增加，达8.42％；cmc-k与生物炭配施的处理对土壤成块性和土壤紧实度无显著影响。无论与生物炭配施与否，3种改性纤维素处理均在表层形成了结皮，且厚度随着改性纤维素施用剂量的增加而增加，其中以仅施用cmc-nh4处理效果最为明显，其次为cmc-na，cmc-k处理形成的结皮厚度最小。同时也可以发现当3种改性纤维素与生物炭配施时，其土壤紧实度、表面结皮厚度均显著降低。
[0054]
表3不同处理组培养后土壤的理化性质
[0055]
25.25％和10.00％-13.33％；仅a2d1处理显著增加了土壤铵态氮含量，达48.99％。cmc-na与生物炭配施的处理显著增加了土壤硝态氮、速效磷和速效钾含量，分别达24.55％-27.15％、56.31％-64.20％和8.00％-14.67％。cmc-k与生物炭配施的处理也显著降低了土壤铵态氮含量，达41.61％-45.64％；但显著增加了土壤硝态氮、速效磷和速效钾含量，分别达25.16％-34.87％、43.94％-54.49％和61.33％-96.00％。与仅施用改性纤维素相比，3种改性纤维素与生物炭配施处理可以在一定程度上增加土壤养分，特别是a1d1处理的土壤硝态氮含量显著高于a1处理；c1d1和c2d1处理的土壤速效钾含量分别显著高于c1和c2处理。
[0060]
表4不同处理组对土壤中氮、磷、钾元素的影响
[0061][0062][0063]
注：同一检测项目，不同处理组间不同小写字母表示差异显著。
[0064]
综上所述，施加低剂量改性纤维素可以通过提高土壤养分和水分以促进旱稻苗期生长；施加高剂量改性纤维素会限制作物生长发育；生物炭也可以在一定程度上通过改善
土壤理化性质来促进旱稻发育。改性纤维素与生物炭配施时可以显著缓解单独施加改性纤维素时土壤板结和紧实度过高的问题，也更大限度地发挥了土壤对生物炭施加的响应效果，进而增加土壤养分含量和旱稻生物量。因此改性纤维素与生物炭配施可以实现“1+1＞2”的目标，更有效地发挥二者的作用，为节水农业发展和增加作物水分养分利用率提供了新的参考。
[0065]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种促进旱稻萌发、改善土壤理化性质的方法，其特征在于，将组合物按照质量百分比为0.55％～0.6％添加到土壤中，所述组合物为改性纤维素和生物炭。2.根据权利要求1所述促进旱稻萌发、改善土壤理化性质的方法，其特征在于，所述改性纤维素为羧甲基纤维素铵、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钾中的一种或几种。3.根据权利要求2所述促进旱稻萌发、改善土壤理化性质的方法，其特征在于，所述羧甲基纤维素铵的蒸馏水吸水倍率≥100，所述羧甲基纤维素钠的蒸馏水吸水倍率≥45，所述羧甲基纤维素钾的蒸馏水吸水倍率≥130。4.根据权利要求1所述促进旱稻萌发、改善土壤理化性质的方法，其特征在于，所述生物炭为水稻秸秆生物炭，是以水稻秸秆为原料，在800℃下经不完全燃烧制成。5.根据权利要求1所述促进旱稻萌发、改善土壤理化性质的方法，其特征在于，所述生物炭中氮、磷、钾三种元素的含量比为(5～6)∶(1～2)∶(17～18)，ph值为8～9，密度为0.30g/cm3～0.35g/cm3，含碳量为60％～70％。6.根据权利要求1所述促进旱稻萌发、改善土壤理化性质的方法，其特征在于，所述改性纤维素和生物炭的重量比为(0.5～1)∶5。7.根据权利要求1所述促进旱稻萌发、改善土壤理化性质的方法，其特征在于，所述组合物需与耕地0cm～20cm的土壤混合均匀。8.根据权利要求1所述促进旱稻萌发、改善土壤理化性质的方法，其特征在于，所述组合物可与肥料共同使用。

技术总结
本发明提供了一种促进旱稻萌发、改善土壤理化性质的方法，属于旱地土壤改良技术领域。本发明将改性纤维素和生物炭按照质量百分比为0.55％～0.6％添加到土壤中，通过将改性纤维素与生物炭配施使用，可以在一定程度上增加旱稻生物量，降低土壤水分流失量，降低土壤硬度和紧实度，增加土壤硝态氮、速效磷和速效钾含量，具有增加土壤养分的潜力和趋势。因此，改性纤维素与生物炭配施，不仅可显著增加旱稻的萌发效果，还可有效保持土壤的水分及养分，对旱地土壤改良、缓解水资源短缺具有重要意义。缓解水资源短缺具有重要意义。缓解水资源短缺具有重要意义。


技术研发人员：王志炜 朱晓伟 李佳 孙和颜 魏宇 王秉顺 韩保栋 庄海东 张悦 刘宏元 陈峰 杨晓娟
受保护的技术使用者：山东省农业科学院
技术研发日：2023.04.05
技术公布日：2023/8/4