[01156790]生物炭与钼配施协同降低蔬菜硝酸盐的机制

1.课题来源与背景 1)课题来源 课题类型：广东省自然科学基金项目,课题来源单位：广东省自然科学基金管理委员会,课题名称：生物炭与钼配施协同降低蔬菜硝酸盐的机制,课题编号：2014A030313570。 2)课题背景 生物炭作为一类新型环境功能材料,不仅为农林废弃物质资源化利用提供了新思路,而且在土壤改良和作物栽培等方面显现出巨大潜力。钼营养可显著提高蔬菜硝酸还原酶活性,促进硝态氮向铵态氮转化,降低蔬菜中硝酸盐含量,但其施入土壤中易失活。生物炭多为碱性,而钼在碱性环境下有利于提高其生物有效性,另外,生物炭具有很强的吸附功能,可能延缓钼施入土壤后被固定而失去活性。然而,不同种类的生物炭对广东主要缺钼土壤类型的氮形态和氮代谢的影响尚未见报道,不同种类的生物炭对广东主要土壤类型的供钼能力与钼的有效性及吸收积累的影响亦不明确,生物炭与钼营养配合施用对典型喜硝蔬菜体内氮代谢的影响机制如何尚不清楚。基于以上问题,本课题以广东地区主要蔬菜之一的菜心为材料,用广东几种典型农业废弃物制备不同种类的生物炭,探讨其与钼配合后对广东主要土壤氮的形态及转化的影响,比较其对土壤供钼能力与钼有效性的影响差异,探明其对菜心不同形态氮的吸收、转化及代谢的影响,为有效降低喜硝蔬菜菜心体内硝酸盐含量提供新思路。 本研究旨在探明不同种类生物炭与钼配合施用对广东主要缺钼土壤中氮形态的影响及其转化规律,揭示生物炭与钼配合施用对喜硝蔬菜体内氮代谢及硝酸盐积累影响的生理生化机制。为有效降低喜硝蔬菜菜心体内硝酸盐含量提供新思路,为农业废弃物的合理利用、减少环境污染、提高作物的产量和品质提供理论依据。 2.技术原理及性能指标 选择合适的生物炭（pH在9~11,C含量在55%~80%,CEC在20~50 cmol（+）·kg-1,DOC含量在200~400 mg·kg-1,有效钾含量低于20 g·kg-1）置于一定浓度钼酸铵水溶液中吸附平衡制得生物炭基钼肥,以一定比例施入土壤（pH小于6.0,有效钼含量在0.020~0.28 mg·kg-1,钼值在5.0~8.0,硝态氮含量在1.0~20 mg·kg-1）中,本技术一方面通过提高土壤pH值、土壤有效磷和有效钾含量,改善土壤理化性质,全面缓解南方土壤酸性危害;另一方面,通过提高土壤钼的活性,并且缓释钼,提高作物体内钼含量,大幅度提高植物硝酸盐还原酶和谷氨酸脱氢酶等酶活性,进而促进植物硝态氮向铵态氮的转化和同化,既促进了植物的生长,提高了植物产量,又减少了植物体内硝酸盐含量,保障了蔬菜的品质。 本技术需根据具体的土壤条件和植物对硝态氮的需求选择合适的生物炭类型。不同生物炭含有的速效钾等含量不同,对土壤pH和氮的循环影响差异较大,既有抑制铵态氮向硝态氮的转化,也有促进硝化作用,在实际应用的时候应根据具体的土壤条件和植物不同时期对氮的需求不同选择合适的生物炭类型。 本技术中土壤有效钼含量不能作为作物是否需要施钼的唯一依据。对非豆科旱地植物而言,钼肥的施用不仅要考虑土壤的有效钼含量和pH值,还应考虑土壤硝态氮含量,碱性条件虽然有利于土壤钼活性的提高,但是也有利于土壤硝化作用,从而加快土壤铵态氮向硝态氮的转化,因此,生物炭基钼肥的施用要考虑硝态氮含量。 3.技术的创造性与先进性 1)目前所有的理论和实践中均采用草酸-草酸铵溶液（Tamm试剂）提取的土壤有效钼或钼值作为作物施钼的依据和标准,这在豆科植物或氮施用水平较低的情况下可以是适用的,因为所有氮肥施入旱地土壤上后都会转化为硝态氮,在施氮水平较高的今天,必须将土壤的硝态氮含量作为施用钼肥的一个重要的依据。 2)本成果创造性地将生物炭与钼营养有机结合,探明生物炭基钼肥对土壤氮固持和形态转化、植物吸收钼、蔬菜体内氮代谢的影响,提出根据具体的土壤条件和植物对硝态氮的需求选择合适的生物炭类型。 4.技术的成熟程度,适用范围和安全性 本技术已经达到成熟应用阶段,有效适用于酸性土壤的改良、作物产量和品质的提高,已获得授权专利：一种降低蔬菜硝酸盐含量的生物炭基钼肥（授权专利号: ZL201510092996.8）,另一项专利申请已经受理：一种南方酸性土壤上提高叶类蔬菜产量的方法（专利申请号: 201711371259.7）,相关成果也发表在学术期刊中。 本技术安全性高,合理施用不会造成作物危害和环境污染,还可以减少农业废弃物对环境的污染。 5.应用情况及存在的问题 生物炭基钼肥的大面积使用可全面缓解广东南方土壤酸性危害,提高钼利用率,大幅提高蔬菜的产量和品质。同时,也可以减少农业废弃物对环境的污染,为农业废弃物的利用提供一条环保之路。目前生物炭的烧制还存在运输和烧制上的费用,相较于农村流行的就地焚烧和还田成本较高。要大面积推广还要解决大量烧制设备和观念上的问题。 6.历年获奖情况 无