玉米和小麦秸秆炭对污染稻田水稻镉吸收的影响——施炭第三年的效果分析开题报告

全文总字数：6458字

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

1.选题意义

我国作为一个农业大国，目前已成为世界上农业废弃物产出率最大的国家,因此农业废弃物的资源化利用和无害化处理对我国尤为重要。

2. 研究的基本内容和问题

研究的目标、内容和拟解决的关键问题

1. 研究目标

3. 研究的方法与方案

研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析

1. 研究方法

1.1水稻样品采集

采用混合采样法，每个田块随机采集3个混合样。每个混合样由6个是S形多点采集的单独样品混合而成。随后装入干净的网兜中105℃杀青30分钟，然后在60℃烘箱中烘干至恒重，再将水稻分为根，茎叶，籽粒三部分。烘干后的水稻穗粒首先用不锈钢砻谷机进行脱壳分为垄糠和糙米两部分。随后将植株各部分用不锈钢粉碎机粉碎，保存于自封袋中置于干燥器中密封备用。

1.2水稻产量的测定

收获时按田块走向从每块试验田里随机圈出3个1mｘ2m2m2的面积作为试验重复，测定所圈面积内的水稻产量，并测定其含水量，换算出整块试验田水稻的产量。

1.3植物样品消煮

采用HNO3-HClO4(41,V/V)混合酸消化。准确称取植株样品0.5000g左右，置于100mL高脚烧杯中，加入10mL混合酸后静置过夜。次日，将高脚烧杯置于电热板上，砂浴低温消化（100℃）30分钟，然后升至200℃消煮30分钟，再升温至250℃，直至消煮液澄清透明，如溶液仍浑浊发黑则继续添加混合酸，消煮至溶液体积2mL左右。将冷却后的消煮液转移并定容至25mL容量瓶，上下晃动摇匀，过滤至干燥的塑料瓶中储存待测。消化和测定中所用试剂均为GR级（优级纯）所用水为超纯水（UP水）。实验过程中用到的高脚烧杯、容量瓶、塑料瓶等在使用前均在酸桶中浸泡24h以上再洗干净备用。糙米中Cd含量采用石墨炉测定（GFAAS, SectrAA220Z, Varian, USA）。每批样品消煮时带有三个空白和标准样品。糙米以GBW10045(GSB-23)为内标控制分析质量。

1.4土壤样品采集及测定方法

水稻播种前、收获后，用荷兰Eijkelkamp不诱钢铲采集耕层土壤（0-15cm）。由于试验田块面积较大，因此采用混合土样采样法，每个田块随机采集3个混合土样。每个混合土样由6个S形多点采集的单独土样混合而成，装入自封袋中。土壤样品置于晾土室内自然风干，去除杂质。随后用磨土棒磨土棒碾压混匀，用四分法分出两部分样品，一部分过2mm筛，另一部分过0.15mm筛。

土壤pH（H2O）值以土：水比12.5（m/v）浸提,采用Mettler-Toledo pH计（Mettler Toledo Seveneasy precision pH meter, Switzerl）测定；土壤有机质含量采用H2SO4-K2CrO7外加热法测定；土壤阳离子交换量（CEC）采用乙酸铵交换法（GB7863-87）测定；有机质采用重铬酸钾外加热法测定；土壤全氮采用微量凯氏定氮法测定；生物质炭比表面积的测定：将生物质炭105℃烘干，氮吹处理后，采用全自动物理化学吸附仪（ASAP2020，Mieromeritics, USA）测定。

1.5生物质炭及土壤重金属样品的消化

称取风干磨细过100目筛的土壤样品0.50000g于30mL聚四氟乙烯坩埚内，滴入几滴超纯水润湿后加入5Ml HNO3HClO4(11)混合酸和10Ml HF，盖上盖子，放置过夜后砂浴消煮。消煮过程中先100℃低温消化1小时，然后升高温度至200℃消化１小时后升至250℃继续消化至大量冒烟，分别加入5mL混合酸和氢氟酸，消化至溶液澄清约2mL。如溶液仍呈浑浊色需补加氢氟酸，直至消煮完全。消煮完毕冷却后用超纯水定容至25 mL，然后过滤至塑料瓶中待测。标线用1硝酸定容，标准曲线与样品酸度条件尽量保持一致。每批消煮样品中同时含有3个空白以及3个标准样品（购自国家标准物质中心）。溶液中重金属含量采用火焰原子吸收分光光谱仪测定（FAAS，北京普析，TAS 986）。

1.6土壤CaCl2浸提态Cd测定方法：称取风干土壤样品（过2mm筛）5.00g于塑料瓶中，用移液管准确添加50mL，0.01mol L-1氯化钙溶液，盖上瓶盖。将塑料瓶置于振荡器中振荡２小时（25℃，180rpm），然后过滤至塑料样品瓶中待测。每个样品做3次重复，每批样品中做3个不加土壤样品的空白。滤液中重金属含量采用石墨炉原子吸收分光光度计测定（GFAAS, SectrAA220Z, Varian, USA）。

2.技术路线

如下图：

3. 实验方案

本研究为田间小区试验，通过在田间小区这一尺度上的实验研究施用不同质量的水稻生物质炭及钝化剂（水玻璃和石灰)对污染土壤中镉的生物有效性的影响。详述如下：

3.1小区概况与拟供试材料

选取的试验田位于湖南省岳阳市湘阴县湘阴农科所，稻田土壤来源于河流冲积物。该地气候属于温暖潮湿型亚热带气候，年平均气温为17.1℃，年平均降雨量为1392mm（Zhong et al.2012）。试验田的主要污染源来自受工业废水污染的湘江，由于长期引用湘江水灌溉，导致稻田受到以镉为主要污染物的重金属污染（Chen et al.2016），污染背景值约为0.8mg/kg。

每个小区规格均为5m×5 m。设置9个处理，每个处理三次重复。

选取的水稻品种为湘晚籼12号（晚稻），载插密度：6寸×6寸。本次实验采集的水稻样品为第三年晚稻

3.2小区试验设计

以常规氮磷钾处理为对照，分别单独投入15t/ha、20t/ha玉米秸秆炭和水稻秸秆炭。具体的处理设置见表1。

(表1）长期定位实验小区处理

3.3拟测定项目

1) 土壤理化性质（pH，有机质，CEC，生物质炭比表面积，全氮等）

2)土壤重金属含量（CaCl2浸提态Cd）

3)水稻产量

4)水稻根、茎、籽粒中Cd含量

3.4数据处理分析

所有试验数据采用Excel 2013软件进行处理，采用spss 20.0软件对数据进行方差和相关性分析，生物质炭处理间的土壤及植物性质差异用单因素方差分析进行统计；如果方差分析有显著差异，则采用LSD法进行多重比较，显著水平p0.05。

4. 实验可行性分析

本实验设计基于大田基础，设计简洁，并且选址于湖南湘阴县农科所，土壤符合重金属污染条件，且具有较为专业的田间管理作为试验运行支撑。

本实验室具有实验所需的药品，仪器，设备，环境。

实验者具备土壤学，植物营养学相关学科的学习背景，并具有一定的实验能力。

4. 研究创新点

利用生物质炭在野外原位污染稻田进行土壤改良试验。

5. 研究计划与进展

2019.3：布置实验室，培养农作物，施用生物质炭，采集农作物及土壤样品；

2019.4：对样品进行晾晒以及研磨等预处理；

2019.5~6：完成农作物及土壤样品的指标测定，完成研究论文。