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环境生物学团队推出酸性稻田土壤改良石灰用量计算微信小程序

发布时间:2020-06-21 点击次数:

土壤酸化和重金属污染是我国农业环境领域面临的两个突出问题。土壤污染致使南方部分地区农产品重金属含量超标,其中土壤酸化是一个重要的因素。以超标率排在首位的耕地土壤污染物镉为例,土壤镉有效性与土壤pH关系密切,当pH下降一个单位,土壤镉的有效性平均提高4-5倍。土壤酸化是一个全球性问题。我国南方土壤普遍偏酸性,由于氮肥大量使用和大气酸沉降,使得土壤进一步酸化,我国南方部分双季稻地区的土壤pH在过去30年下降了近1个单位。土壤酸化是南方稻米镉含量超标的重要原因。

酸性土壤可以通过施用碱性物料进行改良。国外有关酸性土壤改良技术研究较早,也开发了碱性物料施用量的计算模型。这些模型均是针对国外的土壤类型开发的,可能并不适用于我国的土壤类型。其次,土壤对酸的缓冲能力受土壤质地、有机质含量和起始土壤pH值等理化性质影响,碱性物料施用量与pH提高量之间并不是线性关系,例如将土壤pH值从5提高到6与从6提高到7所需要的碱性物料用量有很大差异,国外计算模型都是基于线性关系,忽略了这个重要因素。

我院环境生物学团队选取了我国南方23个酸性稻田土壤,利用石灰石(CaCO3)粉末作为碱性物料进行培养试验,建立了土壤pH变化量与CaCO3用量间的量化关系(图1)。在此基础上发展了适合我国南方酸性稻田土壤pH改良的石灰质物料用量计算模型,该模型考虑了土壤质地、有机质以及土壤在不同pH下的缓冲能力等影响因素,模型根据石灰质物料用量预测的土壤目标pH与实测pH值之间存在较高的相关性(R2= 0.74)。此外,该模型还能计算不同类型碱性物料的施用量。为了方便科研和技术推广人员使用,团队还将该模型开发了微信小程序(图1)。

图1.南京农业大学酸性稻田土壤pH改良石灰质物料用量计算软件(微信小程序)

从镉污染农田土壤安全利用的目的,利用碱性物料提高土壤pH至6.5能有效降低土壤镉的有效性和稻米镉的积累。连续三年的大田试验结果表明,一次性施用CaCO3粉末将土壤pH提高至6.5,降低稻米镉含量的效果可维持三年以上(图2),而且不影响水稻产量。后续可每隔3-5年追踪土壤pH变化,适当少量追施碱性物料,将土壤pH维持在6.5左右,可达持续的稻米降镉效果。

图2.施用石灰对两个水稻品种籽粒镉含量的影响(大田试验)。土壤镉含量为0.67 mg/kg,土壤起始pH为5.5,一次性施用500 kg CaCO3/亩提高土壤pH至6.5,降镉效果持续多年。

该模型由南京农业大学环境生物学团队赵方杰教授、陈宏坪博士、唐仲副教授和汪鹏教授共同研发。如使用过程中遇到任何问题或有任何建议,欢迎反馈(联系人:汪鹏;电话:138 1541 6627)。

参考文献:

Chen H, Zhang W, Yang X, Wang P, McGrath SP, Zhao FJ. Effective methods to reduce cadmium accumulation in rice grain.Chemosphere2018, 207: 699-707.

Wang P, Chen H, Kopittke PM, Zhao FJ. Cadmium contamination in agricultural soils of China and the impact on food safety.Environmental Pollution2019, 249: 1038-1048.

Zhao FJ, Wang P. Arsenic and cadmium accumulation in rice and mitigation strategies.Plant and Soil2020, 446: 1-21.


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