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
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