水稻全过程提质增产固碳技术模式.docx

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壤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” 的全过程提质增效水稻全过程提质憎产固碳应用模式 模式创新过度的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攻克秸秆还田腐解时间长、黑土耕地质量退化“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 X 障碍土壤改良构建高品质、“人工腐殖质-土壤矿物”结人工腐殖质固碳增产模式 7人工水稻育秧土应用模式 7 构的人工土壤应用模式图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 建技术”，人工土壤有机碳含量提升至30.0-55.0 gkg,氮、 磷、钾营养元素含量提升至2.5-4.0 gkg, 1.0-1.5 g/kg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升7.0%和19%,返青 与分票时间缩短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“水稻桔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a.模拟模型产生下一代种群择 选叉 交C.优化模型人工腐殖质施加量（kgha）人工腐殖质施加深度（mm）变异 I I G=G*1 I 输出优解结束数据集数据集划分ANN秸秆覆盖量（kgha）秸秆覆盖类型Rice Maize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2-5 mm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/T 150.1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L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/T 150.1和GB/T 32708的相关 规定。反应结束后经固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0-30 Cm 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Ioo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 40-70 kghao（三）基于“人工腐殖质-土壤矿物”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55-65之 间；育秧基质厚度控制为2.5 cm,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05-0.8gL为宜；总孔隙度 中空气占25%-40%、水分占60%-75%、阳离子交换量0.1-1.0 EqCm3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。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30-35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，以硫锭为 标准，每公顷总量为450-750 kg。基肥、分荣肥、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500L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2-5mm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/T 150.1和GB/T 32708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/T 174192018的相关规定。2 .多功能叶面肥的施用：在水稻分篥期和水稻结穗期使 用叶面肥，将多功能叶面肥稀释IOO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20-50 kghao（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：分巢期浅水灌溉，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，便于收割，切忌断水过早，影响粒 重，一