水稻全过程提质增产固碳技术模式.docx

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1、水稻全过程提质增产固碳技术模式一、技术概述（一）技术基本情况东北地处世界三大黑土带之一，黑龙江省拥有全国最大的黑土带，是我国重要的商品粮基地。秸秆是作物的重要光合产物和最主要的副产品，其富含氮、磷、钾等元素，是农业生态系统中一种十分宝贵的生物质资源。由于东北地区独特的地理条件和气候问题，无法实现秸秆等生物质资源快速还田补充土壤有机质，导致黑土退化严重，黑土生产力已经下降了20%,土壤有机质含量下降了1/3,严重威胁国家粮食安全。本技术以水稻秸秆高值低碳利用为切入点，以水稻生长关键节点需求为导向，以黑土耕地质量提升和固碳减排为目标，实现水稻“育-管-收-用”的全过程提质增效，创建固废生物质快速腐

2、殖化的核心理论，突破了土壤碳损失等长期影响粮食产能提升的瓶颈，攻克了秸秆还田腐解慢、黑土耕地质量退化等“卡脖子”难题，建立了水稻全过程提质增产固碳技术模式并大面积推广应用，促进了我国水稻种植由传统粗放管理模式向现代集约低碳循环模式的重大变革。本技术累计发表相关学术论文59篇，申请或授权发明专利38件，PCT国际专利3件，美国专利1件，软件著作权3项。创建固废生物质快速腐殖化核心理论突破土填碳损失等长期影响粮食安全的困境以水稻秸秆高值低碳利用 为切入点以水稻生长关键节点需求 为导向以黑土耕地质提升和固 碳减排为目标实现水稻育管收用” 的全过程提质增效水稻全过程提质增产固碳应用模式 模式创新过度的

3、开发利用使黑土区土壤生态结构日愈脆弱限制水稻产业可持续发展国秸秆还田隔解时间长、黑土耕地质M退化卡脖子难题促进我国水稻种植向现代集约低碳循环模式转变重大变革寒区稻田水肥调控配施、障碍土爆改良构建高品质X人工腐殖质-土壤矿物结人工腐殖质固碳增产模式Z人工水稻育秧士应用横式Z构的人工土场应用模式图1水稻全过程提质增产固碳技术模式流程图（二）技术示范推广情况本技术入选黑龙江省农业农村厅2023年黑龙江省秸秆综合利用技术指南，在全省范围内推广应用。制定了第一个人工腐殖质的农业农村部行业标准用秸秆制备人工腐殖质改良育秧土技术规范和黑龙江省地方标准秸秆水热腐殖化处置中类腐殖质检测技术规范。依托“教育部寒地

4、黑土生境健康国际合作联合实验室”、“黑龙江省智能土壤国际合作联合实验室”、“东北农业大学-建三江寒地现代农业科技创新示范区”等平台建立了2个省级科技小院，在农业生产一线中基于人工腐殖质技术开展了农田水肥高效利用与调控、水稻育秧土改良等相关的科技服务，建立了2个千亩核心示范区，协同农垦建三江分公司先后成立东农建三江前进农场人工育秧基质科技小院、东农建三江寒地现代农业科技创新示范基地，自2019年起在建三江垦区已累计推广10万亩，促进核心示范区作物增产3%-5%,有效支撑我国东北粮食主产区农作物产能提升，为提高农田耕地质量、落实乡村振兴战略提供全新途径。（三）提质增效情况提出“水稻秸秆定向合成人工

5、腐殖酸技术”，实现农业生物质快速合成人工腐殖酸，较常规生物法（180天）反应时间缩短至24h,生产效率提升240倍以上，通过水热腐殖化快速合成人工腐殖质的产率在10%15%,生产成本约为15元kg,而市场上矿源腐殖酸的售价在8.5-20元kg,其原料为煤炭和褐煤等不可再生资源，与之相比，以秸秆为原料的人工腐殖质具有极大能源优势，实现了水稻秸秆高效低碳循环利图2水稻秸秆定向合成人工腐殖酸技术反应机理优化了水热腐殖化工艺，开发“水稻秸秆定向合成土壤调理剂技术”，实现了小分子物质快速成环创制土壤调理剂,有效消减了农田障碍因子，提升土壤养分含量10%以上。建立“基于人工腐殖质-土壤矿物结构的人工土壤构

6、建技术”，人工土壤有机碳含量提升至30.0-55.0gkg,氮、磷、钾营养元素含量提升至2.5-4.0gkg.1.0-1.5gkg以及25.5-55.0gkg,微生物系统重建时间加速至28天，宏团聚体发育指数提高120%以上，人工腐殖质的添加显著改善了土壤持水保水性能，最大吸水率为65-85gg,土壤保水率高于88%,实现障碍土壤定向养分调控与地力培育。开发“障碍土壤改良及人工土壤构建高品质水稻育秧土技术”，可在24小时内通过添加废弃生物质（秸秆）和障碍土壤（贫瘠化、盐碱化和污染化等）合成具有合适酸度、丰富基质和高有机质含量的多功能育秧土，水稻秧苗出苗率增至90.0%以上，干物质质量及发根数提

7、升7.0%和19%,返青与分窠时间缩短10%,直接成本为600元/吨苗床，同时还可以得到生物炭基质和液体调酸剂等高附加值产品，而市场上水稻育秧基质价格在300-1800元/吨苗床。图3障碍土壤改良及人工土壤构建高品质水稻育秧土技术提出“水稻秸秆定向合成多功能叶面肥技术”，通过铁基催化剂耦合水热腐殖化技术，实现水稻秸秆定向合成多功能叶面肥，其活性成分高于传统激素类化肥10%。构建“寒区稻田水肥调控配施人工腐殖质固碳增产技术，土壤固碳量提高10%-15%,温室气体减排30%以上,土壤养分水平提升至I级，作物增产12%以上，持水保水性能提升至88%,水稻净光合速率提高52%,化肥减施15%,作物经济

8、效益增加8%以上。建三江地区秸秆还田配施人工腐殖质最优调控模式b.替代模型图4寒区稻田水肥调控配施人工腐殖质固碳增产技术（四）技术获奖情况该技术被国际纯粹和应用化学联合会（IUPAC）评为“2021年度化学领域十大新兴技术”，入选国家重点研发计划-黑土地保护与利用科技创新专项“十大关键技术进展”以及黑龙江省农业农村厅2023年黑龙江省秸秆综合利用技术指南，在全省范围内推广应用。二、技术要点（一）水稻秸秆定向合成人工腐殖酸技术将水稻秸秆进行摊晾，在水稻秸秆含水率低于5%后统一收集，将晾干后的水稻秸秆粉碎至2-5mm备用。将粉碎的水稻秸秆转移至特定反应釜装置中在催化助剂作用下进行水热腐殖化反应合成

9、人工腐殖酸，反应釜装置中秸秆水热腐殖化制备人工腐殖酸的过程应符合GB/T150.1和GB/T32708的相关规定。反应结束后经固液分离即可得到液体人工腐殖酸，液体腐殖酸经过加酸沉淀即可得到固体人工腐殖酸，人工腐殖酸的品质应当符合DB23/T35922023的相关规定。（二）水稻秸秆定向合成土壤调理剂技术1.土壤调理剂的制备：将水稻秸秆进行摊晾，在水稻秸秆含水率低于5%后统一收集，将晾干后的水稻秸秆粉碎至2-5mm备用。将粉碎的水稻秸秆转移至特定反应釜装置中进行水热腐殖化反应合成土壤调理剂，反应釜装置中秸秆合成土壤调理剂的过程应符合GB/T150.1和GB/T32708的相关规定。反应结束后经固

10、液分离即可得到液体土壤调理剂和固体土壤调理剂，土壤调理剂应当符合NY/T30342016的相关规定。2.土壤调理剂的种类选择：根据土壤障碍类型选择液体土壤调理剂和固体土壤调理剂。当土壤障碍类型为盐碱化时应当选用液体土壤调理剂；当土壤障碍类型为沙化时应当选用固体体土壤调理剂。3土壤调理剂的使用方式：对于固体土壤调理剂应在翻耕前均匀撒施于地表，用量为60-90kgha,后进行翻耕、旋耕，使得地表0-30cm土壤与固体土壤调理剂混合均匀。对于液体土壤调理剂应在翻耕前稀释100倍至500倍均匀喷在地表或通过随水冲施的方式进入土壤，液体土壤调理剂的用量为40-70kghao（三）基于“人工腐殖质土壤矿物

11、结构的人工土壤构建技术以人工土壤为育秧基质，控制育秧基质PH在55-6.5之间；育秧基质厚度控制为2.5cm,均匀播种催芽后种子，再覆育秧基质厚度0.5cm；控制播种量60g盘、合理壮秧剂量和种植密度等；育秧基质容重以O.5-O.8gL为宜；总孔隙度中空气占25%-40%.水分占60%-75%、阳离子交换量0.1-1.0mEqcm3等为宜；播前浇透水，出苗前保持湿润，出苗后基质发白前不浇水。1 .科学确定播种量：为实现预期的基本苗，要根据播种期、整地质量、播种方式、种子质量等因素，确定一个相对合理的播种量。大面积生产重点要防止早播田块播种量偏大、基本苗偏多，晚播田块播种量不足、基本苗偏少等现象

12、。黑龙江地区一般品种机插秧每亩播种量为4-6kg较理想，个体发育好，群体适宜。2 .水稻育秧移栽：水稻播种育苗的播期要根据栽插的方式不同来确定，不同的种植方式要根据适宜秧龄，科学安排移栽期，确保适期秧龄移栽。如果是肥床旱育秧，秧龄时间35-40天，叶龄5-8叶，常规湿润育秧，秧龄3035天，叶龄6-7叶。如果是塑盘抛秧育秧，秧龄25-30天，叶龄3-4叶，如果使用机器进行插秧，秧龄20-25天，叶龄3.0-4.0叶。另外水稻播种前要对种子进行药剂浸种处理，通过药剂浸种能够更好地防治种传病害，提升稻种的抗病性，营养壮苗，有效地防治立枯病、恶苗病、干尖线虫病等病虫害。3 .生产环节确定施肥量：大田

13、生产上磷肥全部用于基肥，钾肥用量是基肥与穗肥各半；氮肥实行分期施用，以硫钱为标准，每公顷总量为450-750kg。基肥、分募肥、拔节孕穗肥的比例一般在50%、30%、20%o4 .叶面肥及植物调节剂使用：为了防止植株缺肥早衰，可进行根外喷肥，增强叶片功能。如喷施浓度为0.2%磷酸二氢钾、1%尿素、芸苔素内酯，氨基酸液肥等，每隔5-7天喷洒一次，连喷2-3次，可有效加快籽粒灌浆速度，提高产量。具体施用时间可结合水稻稻瘟病（穗颈瘟）防治时，进行药肥混喷，起到“一喷三防”的作用。（四）障碍土壤改良及人工土壤构建高品质水稻育秧土技术选择在背风向阳、四周开阔、地势平坦、水源方便的地块建造育苗大棚，将预先

14、准备好的育秧土均匀地装填至育秧盘中，将人工腐殖酸按Ikg用50OL水溶解后喷洒调整其基质湿度（调到45%-55%）,后续按照正常水稻大棚育秧技术进行。（五）水稻秸秆定向合成多功能叶面肥技术1 .多功能叶面肥的制备：将水稻秸秆进行摊晾，在水稻秸秆含水率低于5%后统一收集，将晾干后的水稻秸秆粉碎至25mm备用。将粉碎的水稻秸秆转移至特定反应釜装置中在铁基催化剂作用下进行水热腐殖化反应合成多功能叶面肥，反应釜装置中秸秆水热腐殖化制备多功能叶面肥的过程应符合GB/T150.1和GBfT32708的相关规定。反应结束后经固液分离后得到的液体产物即为多功能叶面肥，多功能叶面肥应当符合GB/T1741920

15、18的相关规定。2 .多功能叶面肥的施用：在水稻分菜期和水稻结穗期使用叶面肥，将多功能叶面肥稀释100倍至500倍喷洒在叶片正面，一般在傍晚或露水已干的早晨喷施，使肥料液能在叶片表面停留较长时间以便于吸收，喷后6小时内遇雨再补喷1次,多功能叶面肥为20-50kgha0（六）寒区稻田水肥调控配施人工腐殖质固碳增产技术1.浅水灌溉与间歇灌溉：分募期浅水灌溉，改善土壤环境条件，有利于根的发生和伸长，提高根系活力，促进植株对土壤养分的吸收。返青孕穗期、抽穗扬花期田间需保持一定水层，其他阶段均以间歇灌溉为主，即灌一次浅水，2-3天自然落干，湿润1-2天后再上新水。黄熟期以后，可以开始排水落干，以促进成熟

16、，便于收割，切忌断水过早，影响粒重，一般于收割前7天开始断水。2,搭配人工腐殖质施肥法：氮肥分别作基肥、分募肥和穗肥施入，纯N:纯P:纯K=180kg/ha:N=90kg/haP2O5:K=90kg/haK2Oo其中基肥的氮肥来源为硫包衣尿素（37%N）,基肥中的磷肥来源为过磷酸钙（12%P）,基肥的钾肥来源为氯化钾（52%K）o追肥使用的全部是普通尿素（46%N）和氯化钾。氮肥各生育期的施用比例为基肥:分募肥:穗肥=5:3:2。钾肥基肥和穗肥各一半。磷肥和人工腐殖质全部作为基肥一次性施入，人工腐殖质施用量为4.5tha03 .晒田技术：晒田一般多在水稻对水分反应不甚敏感时期进行。分孽末期至幼穗分化初期是晒田的适宜时期。一般是