专利名称：硝化抑制剂和生物质炭配合施用提高氮肥利用率的方法及其应用的制作方法
硝化抑制剂和生物质炭配合施用提高氮肥利用率的方法及其应用技术领域
本发明属于复合肥料研制领域，涉及利用硝化抑制剂和生物质炭配合施用降低氮素淋溶损失，提高氮肥的利用率。
背景技术：
太湖稻麦轮作区农田土壤氮肥施用量可以达到每年500_600kg N/ha(Xing et al. , 2001. Sc1. China Ser. B),设施栽培条件下,施氮量甚至高达1000kg N/ha (姜慧敏等， 2010.农业环境科学学报)，而我国农田氮肥利用率往往只有30%左右(朱兆良，1992.科学出版社)，且随着氮肥施用量的增加而下降(姜军等，2005.南京农业大学学报)。氮肥施入土壤后，通过淋溶、径流、挥发、硝化-反硝化等途径损失，不仅造成肥料、能源的浪费，也造成了一系列的环境问题，包括水体富营养化，地下水硝酸盐含量增加，土壤物理结构破坏 (朱兆良，1992.科学出版社)，作物营养失调，硝酸盐含量升高，品质下降，病虫害易发(李俊良等，2003. 土壤学报)等。
提高氮肥利用的方法包括改进氮肥施用方式，平衡施肥，合理灌溉，使用缓释氮肥等(朱兆良，1992.科学出版社)。因为土壤带负电荷，对阳离子铵态氮有很强的吸持能力，但对阴离子硝态氮有排斥作用(Ippolito et al. , 2011. Soil Sc1.),理论上施用硝化抑制剂可以阻碍铵态氮向硝态氮的转变，减少氮素的淋溶损失，提高氮肥利用率(朱兆良， 1992.科学出版社)。然而由于硝化抑制剂本身发生淋溶损失，导致其对硝化反应的抑制效果不能持久(Bremner et al. , 1978. Soil Biol. Biochem.),这也是硝化抑制剂在我国年降雨量大的热带、亚热带地区没得到推广的原因之一。如能采取一定的技术措施延长硝化抑制剂在土壤中的停留时间，则可延长其对硝化反应的抑制效果，然而目前有关这方面的研究还很少。
农作物秸杆作为一种固体废弃物，收获季节大量焚烧导致空气质量严重恶化(陆炳等，2011.中国环境科学；尹聪等，2011.中国环境科学)，如何合理处理、处置大量的作物秸杆引起了越来越多的关注。作物秸杆经过厌氧热解制备的生物质炭具有较高的阳离子交换量，巨大的比表面积和丰富的有机官能团，对有机物质有较强的吸附能力和很高的吸附容量(Uchimiya et al. , 2010. Chemosphere;Beesley et al. , 2011. Environ. Pollut. ;Xu et al.，2011. Bioresour. Technol.)。许多研究结果证明，生物质炭直接施用到土壤中会影响土壤中的氮素形态变化，减少温室气体排放，却并不会减少土壤中氮的淋溶损失 (Sarkhot et al. , 2012. J. Environ. Qual. ;Bruun et al. , 2012. Soil Sc1. Soc. Am. J.)。将生物质炭与硝化抑制剂配合施用，或许可以利用生物质炭对硝化抑制剂的吸持作用，减少其淋溶损失，延长其对氮素硝化作用的抑制效果，从而减少氮肥的淋溶损失。发明内容
解决的技术问题本发明的目的是提供一种利用生物质炭吸持硝化抑制剂双氰胺(DCD)的方法及其应用，从而延长其在土壤中对抑制酰胺态和铵态氮肥硝化反应的抑制效果，降低氮肥的淋失风险，提高氮肥利用率。
技术方案硝化抑制剂和生物质炭配合施用提高氮肥利用率的方法，硝化抑制剂双氰胺与300°C烧制的花生秸杆炭配合施用。
当铵态或酰胺态氮肥施用量为每千克土壤200-400mg N时，双氰胺用量为每千克土壤5-50mg,花生稻杆炭施用量为每千克土壤5-50g。
先将双氰胺与花生秸杆炭混合施于表层土壤，并与土壤充分混合，再根据农作物需要施用化学肥料。
硝化抑制剂和生物质炭配合施用提高氮肥利用率的方法在旱作作物种植上的应用。
有益效果
当向土壤中添加双氰胺，由于其对硝化微生物的抑制作用，铵态氮肥不易转变为硝态氮，且土壤表面带有负电荷，对阳离子NH4+有很强吸持能力，但对阴离子N03_有排斥作用，导致硝态氮易于随降雨和灌溉水淋失。因此，硝化抑制剂抑制了硝化反应，降低了氮素的淋溶损失。但由于硝化抑制剂是水溶性的，它本身也容易随水淋溶，或随径流损失，因此硝化抑制效果并不明显，尤其是在年降雨量较多和地下水位较高的地区，这种现象尤为明显，如何提高硝化抑制剂的效果一直是摆在农业科学工作者目前的一大难题(朱兆良， 1992.科学出版社)，然而目前国内外针对这方面的研究开展的还很少。如果在施用硝化抑制剂的同时添加生物质炭，则或许可以利用生物质炭对硝化抑制剂的吸持作用减少硝化抑制剂的淋溶或径流损失。
以安徽郎溪红壤为例，当尿素添加水平为400mgN/kg，添加双氰胺处理的土壤经过 94天培养实验结束时，累计 硝态氮淋溶损失为131. OmgN/kg,而未添加双氰胺的对照处理硝态氮淋溶损失达到了 266. OmgN/kg ο当双氰胺与生物质炭混合施用时,硝态氮淋溶损失量仅为33. 4mgN/kg。双氰胺与生物质炭混施、双氰胺处理、对照处理铵态氮淋溶损失量分别为 79. 8，66. 6和63. 7mg N/kg，三者相差不大。双氰胺与生物质炭混施处理两种形态无机氮的总淋失量最低。由此可见，将生物质炭与硝化抑制剂双氰胺配合施用，有效地抑制了铵态和酰胺态氮的硝化反应，降低硝态氮的淋溶损失。为追求高产，我国农田氮肥施用量很高，氮肥利用率往往较低，还造成严重的水体富营养化、农作物品质下降、土壤板结等不利影响。 配合施用生物质炭与双氰胺，不仅降低了氮的淋溶损失，提高了氮肥利用率，还减少氮肥损失及其对地表水和地下水的污染；双氰胺在土壤中分解产物为铵和二氧化碳，不会残留有害物质在土壤中；生物质炭本身也是一种有机肥料和土壤物理结构改良剂，提供作物所需的N、P、K、Ca、Mg等营养元素的同时，可以增加土壤孔隙度，提高土壤持水能力等。因此，本发明在施肥的同时通过添加生物质炭和双氰胺，配合种植旱作作物如玉米、油菜、小麦和芝麻等，达到改良土壤物理结构，同时降低氮素淋溶损失，提高氮肥利用率，是一种对环境较友好的改良方法。
图1为安徽郎溪红壤在添加生物质炭条件下，使用双氰胺(DCD)降低土壤中硝态氮淋失的动态效果；
图中·50mg DO)/kg 土，□ 50mg DO)/kg 土 +50g 生物质炭 /kg 土 ；
图2为安徽郎溪红壤在添加生物质炭和双氰胺培养时，土壤中铵态氮淋失的动态效果；
图中·50mg DO)/kg 土，口 50mg DO)/kg 土+50g 生物质炭/kg 土 ；
图3为安徽郎溪红壤在添加生物质炭条件下，使用双氰胺降低土壤中硝态氮淋失的动态效果；
图中▲200mgN/kg 土的尿素，■ 200mgN/kg 土的尿素 +50mg DO)/kg 土，□ 200mgN/ kg 土的尿素 +50mg DO)/kg 土 +50g 生物质炭 /kg 土 ；
图4为安徽郎溪红壤在添加生物质炭和双氰胺培养时，土壤中铵态氮淋失的动态效果；
图中▲200mgN/kg 土的尿素，■ 200mgN/kg 土的尿素 +50mg DO)/kg 土，□ 200mgN/ kg 土的尿素 +50mg DO)/kg 土 +50g 生物质炭 /kg 土 ；
图5为安徽郎溪红壤在添加生物质炭条件下，使用双氰胺降低土壤中硝态氮淋失的动态效果；
图中▲400mgN/kg 土的尿素，■ 400mgN/kg 土的尿素 +50mg DO)/kg 土，□ 400mgN/ kg 土的尿素 +50mg DO)/kg 土 +50g 生物质炭 /kg 土 ；
图6为安徽郎溪红壤在添加生物质炭和双氰胺培养时，土壤中铵态氮淋失的动态效果；
图中▲400mgN/kg 土的尿素，■ 400mgN/kg 土的尿素 +50mg DO)/kg 土，□ 400mgN/ kg 土的尿素 +50mg DO)/kg 土 +50g 生物质炭 /kg 土。
具体实施方式
实施例1
称取50g过20目的红壤(采自安徽郎溪县)于一组塑料管中，分别设置加50mg双氰胺/kg 土、50mg 双氰胺/kg 土+50g 生物质炭/kg 土、200mg N/kg 土的尿素、200mg N/kg 土的尿素+50mg双氰胺/kg 土、200mg N/kg 土的尿素+50mg双氰胺/kg 土 +50g生物质炭/ kg 土、400mg N/kg 土的尿素、400mg N/kg 土的尿素+50mg 双氰胺/kg 土、400mg N/kg 土的尿素土 +50mg双氰胺/kg 土 +50g生物质炭/kg 土 8种组合进行处理。将土壤、氮肥、生物质炭和双氰胺充分混合后将水分含量调节至田间持水量的60%，恒温30°C培养，在培养的第10、24、38、52、73、94天将土壤样品用25mL去离子水淋溶，淋溶后的土壤样品在恒温培养箱中继续敞口培养，分别测定淋溶液中铵态氮和硝态氮量。
由于土壤中含有一定量无机态氮，同时有机氮矿化也产生无机氮，仅添加双氰胺处理土壤培养结束时，氮素淋溶损失量达到54.1mg N/kg。当双氰胺和生物质炭配合施用时，土壤氮素淋溶损失为39. 3mg N/kg,降低了 27. 3%(图1和图2)。当土壤中添加200mg N/kg 土的尿素时，双氰胺处理，双氰胺与生物质炭混施处理土壤的氮素淋溶损失量分别为 136. 8和76. Omg N/kg,分别较仅添加200mg N/kg 土的尿素处理(氮素淋溶损失量223. 3mg N/kg)降低38. 7%和66. 0% ;当尿素施用量为400mg N/kg 土时，双氰胺处理，双氰胺与生物质炭混施处理土壤的氮素淋溶损失分别为197. 6和113. 2mg N/kg,分别较仅添加400mg N/ kg 土的尿素处理(氮素淋溶损失量329. 7mgN/kg)降低40. 0%和65. 7%。生物质炭颗粒较大，不溶于水，密度较低的性质决定了其短期内不容易淋溶损失，同时它对双氰胺有较强的吸持能力，因此生物质炭和双氰胺配合施用，可以降低双氰胺的淋溶损失，增加双氰胺在土壤中持留时间，更有效地抑制土壤中铵态氮向硝态氮的转变，从而减少氮素淋溶损失，提高氮肥利用率。
因此，同时添加生物质炭和双氰胺，由于更有效地抑制了土壤中铵态氮向硝态氮转化的硝化反应，发挥了铵态氮较硝态氮容易被土壤吸持的优点，使氮素淋溶损失大幅减小，从而可以提高铵态和酰胺态氮素的利用率。
实施例2
硝化抑制剂和生物质炭配合施用提高旱作作物氮肥利用率的方法，步骤为将双氰胺与花生秸杆炭混合施于表层土壤，并与土壤充分混合，按常规方法根据旱作作物的需要施用化学肥料即可。其中铵态或酰胺态氮肥施用量为每千克土壤200-400mgN时，双氰胺用量为每千克土壤5-50mg，花生秸杆炭施用量为每千克土壤5-50g。所述花生秸杆炭为 300°C烧制而成的生物质炭。通过附图3 6可以看出，氮素淋溶损失量可 以降低66. 0%左右。
权利要求
1.硝化抑制剂和生物质炭配合施用提高氮肥利用率的方法，其特征在于硝化抑制剂双氰胺与300°C烧制的花生秸杆炭配合施用。
2.根据权利要求1所述硝化抑制剂和生物质炭配合施用提高氮肥利用率的方法，其特征在于铵态或酰胺态氮肥施用量为每千克土壤200-400 mg N时，双氰胺用量为每千克土壤5-50 mg,花生稻杆炭施用量为每千克土壤5-50 g。
3.根据权利要求1或2所述硝化抑制剂和生物质炭配合施用提高氮肥利用率的方法，其特征在于步骤为先将双氰胺与花生秸杆炭混合施于表层土壤，并与土壤充分混合，再根据农作物需要施用化学肥料。
4.权利要求1或2所述硝化抑制剂和生物质炭配合施用提高氮肥利用率的方法在旱作作物种植上的应用。
全文摘要
硝化抑制剂和生物质炭配合施用提高氮肥利用率的方法及其应用，其特征在于利用农作物秸秆焖烧制得生物质炭，将双氰胺与生物质炭混合后施入土壤，再添加铵态氮肥。当铵态或酰胺态施用量为200-400mgN/kg土时，双氰胺用量为5-50mg/kg，生物质炭用量50g/kg土。具体施用步骤为将生物质炭与双氰胺混合施于表层土壤，并与土壤充分混合，然后化学氮肥按常规方法施用即可。该方法利用生物质炭对硝化抑制剂双氰胺有很强吸附能力的特点，在施用化学肥料之前向土壤中混合施入生物质炭与双氰胺，提高双氰胺在土壤中的持留时间，延长其对铵态氮向硝态氮转变的硝化反应的抑制效果，从而降低氮素的淋溶损失，提高氮肥利用率。
文档编号C05G3/08GK102992918SQ20121048836
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者姜军, 徐仁扣, 钱薇 申请人:中国科学院南京土壤研究所