本发明属于农业面源污染控制及作物生产技术领域，特别涉及利用人工诱导的自然生物膜实现稻田氮磷拦截及促进水稻增产的方法。本发明还涉及这种方法中使用的生物膜培养基质组合物。
背景技术：
随着我国工业化进程的加速，当前我国绝大部分城乡正遭受不同程度的水污染。根据污染来源可将水污染分为点源污染和面源污染。农药、化肥不合理使用以及农业废弃物无害化处理和资源化利用不足而产生的农业面源污染，治理难度大，加大了对土壤、水体和空气的环境压力，威胁着我国农业和农村生态环境安全。其中，稻田中的氮磷径流流失已经成为农业面源污染的一个重要污染源。
生态工程被公认为是治理面源污染的有效措施，其中人工湿地、植被过滤带、缓冲带等其中技术较为成熟且应用较多。但由于以上技术占地面积大，加上我国人多地少，因此在人、地矛盾突出的地区，这些技术则很难大范围推广与应用，因此迫切需要一种新型生态工程技术来拦截稻田氮磷流失，在拦截稻田氮磷流失的同时且能够促进水稻增产。
基于当前农业面源污染治理的“4r”方案——源头控制、过程拦截、末端治理与循环利用，我们期望寻找一种新型生态技术以实现“过程拦截”，减少氮磷从土壤向田面水中迁移以增加土壤中的氮磷浓度，增加土壤中的养分含量以实现水稻增产的目标，同时减少田面水中的氮磷浓度以降低径流流失的风险，最终实现在保肥提高水稻产量的同时减少稻田氮磷流失。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种稻田保肥增产且拦截氮磷流失的方法。本发明中人工诱导的自然生物膜可拦截土壤中氮磷向田面水中迁移，可显著提高土壤中的氮磷浓度，有助于提高肥料的利用率，最终提高水稻的产量。并使田面水中的氮磷浓度显著降低，降低径流流失的风险。本发明操作方便，效果好。本发明还涉及这种方法中使用的生物膜培养基质组合物。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种稻田保肥增产且拦截氮磷流失的方法，其特征在于，步骤如下：
⑴.制备自然生物膜培养基质：分别称取硝酸钠14-16g,磷酸氢二钾0.3-0.5g,七水硫酸镁0.74-0.76g,七水氯化钙0.34-0.35g,碳酸钠0.15-0.25g,柠檬酸0.05-0.07g,柠檬酸铁铵0.05-0.07g,硼酸0.0285-0.0287g,四水氯化锰0.0180-0.0182g,硫酸锌0.00221-0.00223g,钼酸钠0.0038-0.0040g,五水硫酸铜0.00078-0.00080g,六水硝酸钴0.000493-0.000495g（申请人推荐的比例是：分别称取硝酸钠15g,磷酸氢二钾0.4g,七水硫酸镁0.75g,七水氯化钙0.36g,碳酸钠0.2g,柠檬酸0.06g,柠檬酸铁铵0.06g,硼酸0.0286g,四水氯化锰0.0181g,硫酸锌0.00222g,钼酸钠0.0039g,五水硫酸铜0.00079g,六水硝酸钴0.000494g）；溶解于1l蒸馏水中，配置成自然生物膜培养基质；
⑵.制备海藻酸钠溶液；并用上述培养基质溶解20g海藻酸钠与20g粉碎后过200目筛的水稻秸秆，制备成海藻酸钠溶液；
⑶.制备自然生物膜的球状载体（人工载体）；利用蠕动泵（流速最大）将海藻酸钠溶液逐滴滴入3l2%的cacl2溶液中形成直径为2mm的球状载体，将制备的载体4oc交联24h后备用；
⑷.自然生物膜的球状载体（人工载体）的稻田应用：分别于水稻插秧后1天以及穗肥施加后1天，向稻田中撒施45kg/ha和30kg/ha的人工载体，诱导稻田中自然生物膜的生长。
完成本申请第二个发明目的的技术方案是，上述方法中所使用的生物膜培养基质组合物，其特征在于，重量比组成如下：硝酸钠14-16g,磷酸氢二钾0.3-0.5g,七水硫酸镁0.74-0.76g,七水氯化钙0.34-0.35g,碳酸钠0.15-0.25g,柠檬酸0.05-0.07g,柠檬酸铁铵0.05-0.07g,硼酸0.0285-0.0287g,四水氯化锰0.0180-0.0182g,硫酸锌0.00221-0.00223g,钼酸钠0.0038-0.0040g,五水硫酸铜0.00078-0.00080g,六水硝酸钴0.000493-0.000495g；溶解于1l蒸馏水中。
发明人推荐的比例是：硝酸钠15g,磷酸氢二钾0.4g,七水硫酸镁0.75g,七水氯化钙0.36g,碳酸钠0.2g,柠檬酸0.06g,柠檬酸铁铵0.06g,硼酸0.0286g,四水氯化锰0.0181g,硫酸锌0.00222g,钼酸钠0.0039g,五水硫酸铜0.00079g,六水硝酸钴0.000494g；溶解于1l蒸馏水中。
本发明的有益效果是：
土壤中的氮磷浓度显著提高。土壤中的氮磷浓度可影响肥料的利用效率进而影响作物的产量。本发明中人工诱导的自然生物膜可拦截土壤中氮磷向田面水中迁移，可显著提高土壤中的氮磷浓度。
水稻产量有所提高。对于农业生产而言，水稻产量的提升是维持粮食安全的关键，是农业生产追求的最终目标。本发明可提高土壤中的氮磷浓度，有助于提高肥料的利用率，最终提高水稻的产量。
田面水中的氮磷浓度显著降低。从环境保护角度讲，田面水中氮磷浓度的高低意味着径流流失造成毗邻水体污染风险的大小；此外，田面水中的氮磷很难被作物利用，田面水中的氮磷浓度越高意味着肥料的利用率越低，越不利于水稻增产，因此，本发明通过自然生物膜储存田面水中的氮磷，既降低田面水中的氮磷浓度，又延长了氮磷在稻田中的停留时间，降低了径流流失的风险。
操作方便，效果好。本发明中人工载体制备方便简捷，人工载体的应用操作方法方便，对减少田面水中的氮
磷浓度、提高土壤中的氮磷浓度最终提高水稻产量具有较好的效果。
具体步骤如下：
一种稻田保肥增产且拦截氮磷流失的方法，该技术具体为：分别称取硝酸钠15g,磷酸氢二钾0.4g,七水硫酸镁0.75g,七水氯化钙0.36g,碳酸钠0.2g,柠檬酸0.06g,柠檬酸铁铵0.06g,硼酸0.0286g,四水氯化锰0.0181g,硫酸锌0.00222g,钼酸钠0.0039g,五水硫酸铜0.00079g,六水硝酸钴0.000494g溶解于1l蒸馏水中配置成自然生物膜培养基质，并用该培养基质溶解20g海藻酸钠与20g粉碎后过200目筛的水稻秸秆，制备成海藻酸钠溶液。利用蠕动泵（流速最大）将海藻酸钠溶液逐滴滴入3l2%的cacl2溶液中形成直径为2mm的球状载体，将制备的载体4oc交联24h后备用；人工载体的稻田应用：分别于水稻插秧后1天以及穗肥施加后1天，向稻田中撒施45kg/ha和30kg/ha的人工载体，诱导稻田中自然生物膜的生长。
附图说明
图1为土壤中总磷含量（g/kg）；
图2为土壤中总氮含量（g/kg）；
图3为田面水中总磷含量（g/kg）；
图4为田面水中总氮含量（g/kg）。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
在江苏省常熟市高桥村选择两块面积相等的水稻田，两块水稻田施肥量相同且在同一天插入相同的秧苗。其中，试验田中分别于水稻插秧后1天以及穗肥施加后1天，向稻田中撒施45kg/ha和30kg/ha的人工载体以诱导自然生物膜的生长，对照田中不施加任何载体。分别在插秧后的第2天、第10天、第20天、第40天、第60天共5个时间点采集试验田与对照田中的田面水与土壤样品，测定其中的总氮总磷含量以及对照田与试验田的水稻产量。
实施例1：试验田与对照田中土壤中的氮磷浓度比较
如图1所示，对照田土壤中5个采用时间点的总磷浓度分别为0.9±0.2、0.8±0.0、0.8±0.0、0.7±0.1、0.8±0.0、0.8±0.0g/kg；试验田土壤中5个采用时间点的总磷浓度依次为0.9±0.0、0.9±0.1、0.9±0.0、0.8±0.0、0.9±0.1、1.0±0.1g/kg。经过计算，试验田土壤中总磷浓度比对照田中高出6.3%-18.1%。
实施例2，如图2所示，对照田土壤中5个采用时间点的总氮浓度分别为2.1±0.091、2.5±0.1、2.495±0.2、2.4±0.3、2.5±0.2、2.3±0.215g/kg；试验田土壤中5个采用时间点的总氮浓度分别为2.2±0.2、2.6±0.1、2.6±0.2、2.7±0.1、2.7±0.3、2.9±0.3g/kg。经过计算，试验田土壤中总氮浓度比对照田中高出3.2%-28.1%。
实施例3：试验田与对照田水稻产量比较
通过测产，对照田中的水稻产量是7932.5±545.8kg/ha；试验田中水稻产量是8835.0±216.1kg/ha。经过计算，试验田中水稻产量比对照田中的水稻产量提高了11.4%。
综上实施例1-3，分别于水稻插秧后1天以及穗肥施加后1天，向稻田中撒施45kg/ha和30kg/ha的人工载体，可显著降低田面水中的氮磷浓度同时增加土壤中的氮磷浓度。此外，本发明提供的方法还可以将水稻产量提高11.4%。
实施例3：试验田与对照田中田面水中的氮磷浓度比较
如图3所示，对照田田面水中5个采用时间点的总磷浓度分别为0.1±0.0、0.2±0.1、0.3±0.2、0.8±0.2、0.2±0.1g/kg；试验田田面水中5个采用时间点的总磷浓度依次为0.2±0.1、0.1±0.0、0.2±0.0、0.7±0.3、0.3±0.12g/kg。经过计算，试验田田面水中总磷浓度比对照田中低了4.9%-25.4%。
如图3所示，对照田田面水中5个采用时间点的总氮浓度分别为3.5±1.9、198.899±32.8、8.0±6.7、8.9±1.9、11.9±6.8、2.3±0.1g/kg；试验田田面水中5个采用时间点的总氮浓度依次为1.6±0.8、155.6±66.5、5.1±3.2、4.9±2.1、2.4±0.7、2.9±0.3g/kg。经过计算，试验田田面水中总氮浓度比对照田中低了21.8%-79.9%。
实施例4，制备自然生物膜培养基质：硝酸钠15g,磷酸氢二钾0.4g,七水硫酸镁0.75g,七水氯化钙0.36g,碳酸钠0.2g,柠檬酸0.06g,柠檬酸铁铵0.06g,硼酸0.0286g,四水氯化锰0.0181g,硫酸锌0.00222g,钼酸钠0.0039g,五水硫酸铜0.00079g,六水硝酸钴0.000494g；溶解于1l蒸馏水中。
实施例5，与实施例4基本相同，但其中自然生物膜培养基质的组成是：硝酸钠14g,磷酸氢二钾0.3g,七水硫酸镁0.74g,七水氯化钙0.34g,碳酸钠0.15g,柠檬酸0.05g,柠檬酸铁铵0.05g,硼酸0.0285g,四水氯化锰0.0180g,硫酸锌0.002213g,钼酸钠0.00380g,五水硫酸铜0.00078g,六水硝酸钴0.000493g；溶解于1l蒸馏水中。
实施例6，与实施例4基本相同，但其中自然生物膜培养基质的组成是：硝酸钠16g,磷酸氢二钾0.5g,七水硫酸镁0.76g,七水氯化钙0.35g,碳酸钠0.25g,柠檬酸0.07g,柠檬酸铁铵0.07g,硼酸0.0287g,四水氯化锰0.0182g,硫酸锌0.00223g,钼酸钠0.0040g,五水硫酸铜0.00080g,六水硝酸钴0.000495g；溶解于1l蒸馏水中。
实施例7，与实施例4基本相同，但其中自然生物膜培养基质的组成是：硝酸钠14g,磷酸氢二钾0.5g,七水硫酸镁0.74g,七水氯化钙0.35g,碳酸钠0.15g,柠檬酸0.07g,柠檬酸铁铵0.05g,硼酸0.0287g,四水氯化锰0.0180g,硫酸锌0.00223g,钼酸钠0.0038g,五水硫酸铜0.00080g,六水硝酸钴0.000493g；溶解于1l蒸馏水中。
实施例8，与实施例4基本相同，但其中自然生物膜培养基质的组成是：硝酸钠16g,磷酸氢二钾0.3g,七水硫酸镁0.76g,七水氯化钙0.34g,碳酸钠0.25g,柠檬酸0.05g,柠檬酸铁铵0.07g,硼酸0.0285g,四水氯化锰0.0182g,硫酸锌0.00221g,钼酸钠0.0040g,五水硫酸铜0.00078g,六水硝酸钴0.000495g；溶解于1l蒸馏水中。
技术特征：
1.一种稻田保肥增产且拦截氮磷流失的方法，其特征在于，步骤如下：
⑴.制备自然生物膜培养基质：分别称取硝酸钠14-16g,磷酸氢二钾0.3-0.5g,七水硫酸镁0.74-0.76g,七水氯化钙0.34-0.35g,碳酸钠0.15-0.25g,柠檬酸0.05-0.07g,柠檬酸铁铵0.05-0.07g,硼酸0.0285-0.0287g,四水氯化锰0.0180-0.0182g,硫酸锌0.00221-0.00223g,钼酸钠0.0038-0.0040g,五水硫酸铜0.00078-0.00080g,六水硝酸钴0.000493-0.000495g，溶解于1l蒸馏水中，配置成自然生物膜培养基质；
⑵.制备海藻酸钠溶液；并用上述培养基质溶解20g海藻酸钠与20g粉碎后过200目筛的水稻秸秆，制备成海藻酸钠溶液；
⑶.制备自然生物膜的球状载体；利用蠕动泵将海藻酸钠溶液逐滴滴入3l2%的cacl2溶液中形成直径为2mm的球状载体，将制备的载体4oc交联24h后备用；
⑷.自然生物膜的球状载体的稻田应用：分别于水稻插秧后1天以及穗肥施加后1天，向稻田中撒施45kg/ha和30kg/ha的人工载体，诱导稻田中自然生物膜的生长。
2.根据权利要求1所述的稻田保肥增产且拦截氮磷流失的方法，其特征在于，步骤⑴中自然生物膜培养基质的比例是：分别称取硝酸钠15g,磷酸氢二钾0.4g,七水硫酸镁0.75g,七水氯化钙0.36g,碳酸钠0.2g,柠檬酸0.06g,柠檬酸铁铵0.06g,硼酸0.0286g,四水氯化锰0.0181g,硫酸锌0.00222g,钼酸钠0.0039g,五水硫酸铜0.00079g,六水硝酸钴0.000494g，溶解于1l蒸馏水中。
3.权利要求1所述的稻田保肥增产且拦截氮磷流失的方法所使用的生物膜培养基质组合物，其特征在于，重量比组成如下：硝酸钠14-16g,磷酸氢二钾0.3-0.5g,七水硫酸镁0.74-0.76g,七水氯化钙0.34-0.35g,碳酸钠0.15-0.25g,柠檬酸0.05-0.07g,柠檬酸铁铵0.05-0.07g,硼酸0.0285-0.0287g,四水氯化锰0.0180-0.0182g,硫酸锌0.00221-0.00223g,钼酸钠0.0038-0.0040g,五水硫酸铜0.00078-0.00080g,六水硝酸钴0.000493-0.000495g；溶解于1l蒸馏水中。
4.根据权利要求3所述的的比例是：硝酸钠15g,磷酸氢二钾0.4g,七水硫酸镁0.75g,七水氯化钙0.36g,碳酸钠0.2g,柠檬酸0.06g,柠檬酸铁铵0.06g,硼酸0.0286g,四水氯化锰0.0181g,硫酸锌0.00222g,钼酸钠0.0039g,五水硫酸铜0.00079g,六水硝酸钴0.000494g；溶解于1l蒸馏水中。
技术总结
稻田保肥增产且拦截氮磷流失的方法及生物膜培养基质组合物：⑴.制备自然生物膜培养基质；将硝酸钠、磷酸氢二钾、七水硫酸镁、七水氯化钙、柠檬酸、柠檬酸铁铵、硼酸、四水氯化锰、硫酸锌、钼酸钠、五水硫酸铜、六水硝酸钴按比例溶解于1 L蒸馏水中，配置成自然生物膜培养基质⑵.制备海藻酸钠溶液；⑶.制备自然生物膜的球状载体；⑷.自然生物膜的球状载体的稻田应用：分别于水稻插秧后1天以及穗肥施加后1天向稻田中撒施人工载体，诱导稻田中自然生物膜的生长。采用本发明的方法后，土壤中的总氮总磷含量显著增加，水稻产量显著增加；同时，田面水中总氮总磷含量明显减少，降低了氮磷的径流流失风险。
技术研发人员：孙朋飞;吴永红;赵婧宇
受保护的技术使用者：中国科学院南京土壤研究所
技术研发日：.11.20
技术公布日：.02.25
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