一种稻田尿素安全的预警方法和稻田尿素施肥指导方法与流程

1.本发明属于农业技术领域，尤其涉及一种稻田尿素安全的预警方法和稻田尿素施肥指导方法。


背景技术：

2.尿素氮含量为46％，是一种常见的元素氮肥。尿素肥效快，用量大，使用后作物变化明显，深受广大农民的喜爱。同时，它也是水稻种植中非常重要的氮肥。可作基肥、追肥、分蘖肥、抽穗肥，甚至叶面肥。但是如果施用不当，不仅会造成肥料浪费，还会造成“肥料危害”，危害作物，而且还危害稻田里面的原生生物。针对目前稻田氮肥施用量过多，施肥技术不合理等问题，2022年水稻科学施肥指导意见指出，要控制氮肥用量，实现合理施肥。因此，在使用氮肥尿素时必须注意施加量。但是目前对于尿素使用量的安全警戒线没有明确的规定。


技术实现要素：

3.针对以上技术问题，本发明公开了一种稻田尿素安全的预警方法和稻田尿素施肥指导方法，可以更好的保护环境和生物多样性。
4.对此，本发明采用的技术方案为：
5.一种稻田尿素安全的预警方法，包括如下步骤：
6.步骤s1，培养原生动物赭纤虫；
7.步骤s2，从待测稻田多点采集田面水样品，混匀后抽取待测溶液，然后向待测溶液中按8-12只/ml加入赭纤虫，24h后观察赭纤虫的存活个体数，计算存活率，或对赭纤虫进行活体拍照，计算赭纤虫代时；
8.步骤s3，如果赭纤虫的存活率＜100％，或赭纤虫出现形态变化、代时增加，则提示稻田中尿素含量超高，进行预警。
9.采用此技术方案，利用一种敏感原生动物可以快速预警尿素过量及评估出警戒值，可以保护95％以上的原生生物，更好的保护环境和生物多样性。该原生动物体型较大，周身粉红色，便于观察，易于培养，反应迅速，有利于推广应用。
10.作为本发明的进一步改进，步骤s1包括，从水稻根际土壤中分离获得赭纤虫，以大米浸出液为食，在25℃的恒湿培养箱中进行培养。
11.作为本发明的进一步改进，步骤s2中，从待测稻田多点采集田面水样品包括：将待测稻田分为若干采样区域，每个采样区域按“s”形采样法划分3～5个采样点，每个采样点采集不同水层的田面水，混匀后装入水质样品容器中；每个采样区域采集3个平行样品。进一步的，所述样品容器为样品盒或离心管。
12.作为本发明的进一步改进，步骤s2中，抽取待测溶液1ml，加入10只赭纤虫。
13.作为本发明的进一步改进，步骤s3中，所述提示稻田中尿素含量超高为超过稻田尿素预警值；所述稻田尿素预警值采用如下步骤计算得到：
14.对赭纤虫进行急性毒性实验，测定赭纤虫在不同尿素浓度作用下的生长曲线，计算24h、48h赭纤虫的半数致死浓度(24hlc
50
、48hlc
50
)、半数抑制浓度(ec
50
)、最低有效应浓度(loec)、最低无效应浓度(noec)，通过评价因子法和ssd概率方法计算效应阈值(pnec)、通过公式(1)计算得到最大容许毒物浓度(matc)，通过公式(2)计算安全浓度(sc)。选取其中对赭纤虫安全的最大预警值即为稻田尿素预警值。
[0015][0016][0017]
其中，24hlc
50
表示24h时的半致死浓度；48hlc
50
表示48h的半致死浓度。
[0018]
本发明还公开了一种稻田尿素施肥指导方法，采用如上所述的稻田尿素安全的预警方法对待测稻田的尿素安全性进行评估，如稻田中尿素含量没有超过稻田尿素预警值，则根据稻田尿素预警值，结合稻田正常氮肥浓度和稻田水体量，确定尿素施用量和施用方式。采用此技术方案，既能更好的保护95％以上的原生动物，又能满足稻田的氮肥需求。
[0019]
作为本发明的进一步改进，所述施用方式为一次或多次施肥，每次尿素使用量根据稻田尿素预警值和稻田水体量确定，多次施用尿素的次数根据稻田正常氮肥浓度与稻田尿素预警值的比值计算得到。其中，多次施肥，结合不同时期尿素水解所需时间和水稻需肥量，综合确定施肥间隔时间。
[0020]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0021]
采用本发明的技术方案，可以对稻田氮肥施加是否过量进行预警，根据赭纤虫能耐受的浓度，确定氮肥尿素安全预警值，进而确定施肥量和施肥方式，既可以保护农田中95％的生物，又能满足稻田的氮肥需求，从而更好的保护环境和生物多样性。
附图说明
[0022]
图1是本发明实施例的四种生物暴露在不同浓度的尿素溶液中的生长曲线；其中图a为赭纤虫，图b为肾形虫，图c为草履虫，图d为四膜虫。
[0023]
图2是本发明实施例的赭纤虫不同状态的显微镜放大图，其中图a为活体赭纤虫，图b为受到氮肥胁迫的赭纤虫，图c为赭纤虫包囊。
[0024]
图3是本发明实施例的赭纤虫代时结果图。
[0025]
图4是本发明实施例的不同原生生物的短期ssd曲线。
具体实施方式
[0026]
下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
[0027]
一种稻田尿素安全的预警方法，包括如下步骤：
[0028]
步骤s1，培养原生动物赭纤虫，具体包括：从水稻根际土壤中分离获得赭纤虫，以大米浸出液为食，在25℃的恒湿培养箱中进行培养，每24h清理一次代谢废物。
[0029]
步骤s2，从待测稻田中多点采集田面水样品(不同水层取样)10ml，混匀后取1ml作为待测溶液，然后向待测溶液中加入10只赭纤虫，24h后观察赭纤虫的存活个体数，计算存活率；并同时对赭纤虫进行活体拍照，计算赭纤虫代时，另做4组平行实验(以施肥前田面水
样品作为对照组)。
[0030]
步骤s3，如果赭纤虫的存活率＜100％，或赭纤虫出现形态变化、代时增加，则提示稻田中尿素含量超高，提示预警。其中，代时增加是指与施肥前田面水样品作为对比参考。
[0031]
进一步的，步骤s2中，从待测稻田多点采集田面水样品包括：将待测稻田分为若干采样区域，每个采样区域按“s”形采样法划分3～5个采样点，每个采样点采集不同水层的田面水，混匀后装入水质样品盒或离心管中；每个采样区域采集3个平行样品。
[0032]
步骤s3中，尿素含量超高为超过稻田尿素预警值，所述稻田尿素预警值采用如下步骤计算得到：
[0033]
对赭纤虫进行急性毒性实验，测定赭纤虫在不同尿素浓度作用下的生长曲线，计算赭纤虫的半数致死浓度(lc
50
)、半数抑制浓度(ec
50
)、最低有效应浓度(loec)最低无效应浓度(noec)等毒性效应指标，通过评价因子法和ssd概率方法计算效应阈值(pnec)、通过公式计算(1)最大容许毒物浓度(matc)、通过公式(2)计算安全浓度(sc)。选取其中对赭纤虫安全的最大预警值即为稻田尿素预警值。
[0034][0035][0036]
其中，24hlc
50
表示24h时的半致死浓度；48hlc
50
表示48h的半致死浓度。
[0037]
为了验证选择赭纤虫进行预警的合理性，进行了如下急性毒性实验，步骤包括：
[0038]
选择氮肥尿素进行实验，设置不同的氮肥尿素浓度梯度，对实验材料进行96h急性毒理实验。使用24孔板进行毒性实验，初始每孔接种10只赭纤虫，溶液体积1ml，对照组为蒸馏水。24h后观察并记录各组中原生动物的存活个体数，绘制生长曲线，计算其半数致死浓度(lc
50
)、半数抑制浓度(ec
50
)、最低有效应浓度(loec)最低无效应浓度(noec)等毒性效应指标。其中，使用蔡司显微镜对氮肥处理后的赭纤虫进行活体拍照。
[0039]
对赭纤虫进行急性毒性实验测定了氮肥尿素作用下的生长曲线，并同时以肾形虫、草履虫、四膜虫作为对比例，得到的结果如图1所示，可见低浓度的尿素对纤毛虫的生长起到一定的促进作用，尿素浓度增加则对纤毛虫生长起抑制作用。尿素浓度大于100mg/l对赭纤虫生长起抑制作用；尿素浓度大于500mg/l对草履虫生长起抑制作用；尿素浓度大于3500mg/l对肾形虫生长起抑制作用；尿素浓度大于20000mg/l对四膜虫生长起抑制作用。可见，上述四种生物中，赭纤虫是对氮肥尿素最敏感的物种，可以作为预警物种。
[0040]
根据图1的曲线可知，针对赭纤虫，一定浓度下的氮肥尿素溶液对赭纤虫生长繁殖有着促进作用，此时观察到的活体赭纤虫如图2(a)所示。当尿素浓度达到100mg/l、暴露24小时后，赭纤虫对氮肥尿素的耐受性无法建立，受到氮肥胁迫的赭纤虫如2(b)所示；赭纤虫无法进行正常的生理代谢功能，部分虫体进入包囊，如图2(c)所示。100mg/l处理72h后赭纤虫形态发生变化，虫体后端出现空泡，空泡一旦出现，赭纤虫死亡。500mg/l尿素处理96h后赭纤虫全部死亡。
[0041]
由公式g＝(t2-t1)/3.322(lgx2-lgx1)(其中，x1＝开始处理时即t1时的纤毛虫数；x2＝开始处理后某时期即t2时的纤毛虫数)计算出对照组ck以及4、50、100、300mg/l尿素处理下赭纤虫代时，结果如图3所示，可见，暴露24h时，尿素浓度为4mg-300mg时，对数生
长期赭纤虫分裂生殖一代所用时间均高于空白对照组，对其生长速率起一定抑制作用。当浓度达到500mg/l时，赭纤虫部分死亡，不再进行生殖分裂。同时，通过对赭纤虫代时的计算得出其预警世代时间约24小时，在实际农业生产中可以起到较快的即时性反馈。
[0042]
通过评价因子法和概率方法(ssd)计算效应阈值(pnec)，通过公式(1)计算最大容许毒物浓度(matc)，通过公式(2)计算得到安全浓度(sc)，使用caddis ssd generator(ver.1.0)美国环保局提供的软件(usepa,2005a,b；https://www.epa.gov/ca ddis-vol4)绘制物种敏感性分布曲线。综合比较不同方法得出的预警阈值，得到合理尿素阈值，进行尿素预警。
[0043]
短期ssd曲线如图4所示，表明原生动物是敏感物种，其中赭纤虫最敏感，可作为预警生物。
[0044]
利用上述评估方法，对赭纤虫、草履虫、大型蚤、肾形虫、水螅、四膜虫、泥鳅、孔雀鱼、罗非鱼也进行了上述实验。评价因子法求得尿素效应阈值pnec范围为0.16～34.97mg/l，取中位数为15.75mg/l。通过ssd概率方法计算得出氮肥尿素的短期hc5为217.46mg/l(hc5值是指生态系统中95％的物种受到保护时的浓度)。再除以评估因子3(来源见hj 831-2022淡水生物水质基准推导技术指南)，计算了8个物种的短期pnec为72.49mg/l。根据公式(2)计算了9个物种(赭纤虫、草履虫、大型蚤、肾形虫、水螅、四膜虫、泥鳅、孔雀鱼、罗非鱼)的安全浓度sc范围为0.016～2800mg/l，中位数取值为117.57mg/l。
[0045]
利用上述评估方法，分别得出四种预警阈值，选取其中对赭纤虫安全的最大预警值作为稻田氮肥尿素预警值。结合图1可知，尿素对赭纤虫安全预警阈值为72.49mg/l，若值为稻田正常氮肥施加浓度的一半，可按该量二次施肥以满足原生动物生长和植物生长需求，两次施肥间隔时间根据不同时期尿素水解所需时间和水稻需肥量，综合确定。通常情况下，尿素全部水解成碳酸铵的时间是：气温10℃时约10天，气温20℃时4-5天，气温30℃时约2天。
[0046]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种稻田尿素安全的预警方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤s1，培养原生动物赭纤虫；步骤s2，从待测稻田多点采集田面水样品，混匀后抽取待测溶液，然后向待测溶液中按8-12只/ml加入赭纤虫，24h后观察赭纤虫的存活个体数，计算存活率，或对赭纤虫进行活体拍照，计算赭纤虫代时；步骤s3，如果赭纤虫的存活率＜100％，或赭纤虫出现形态变化、代时增加，则提示稻田中尿素含量超高，进行预警。2.根据权利要求1所述的稻田尿素安全的预警方法，其特征在于：步骤s1包括，从水稻根际土壤中分离获得赭纤虫，以大米浸出液为食，在25℃的恒湿培养箱中进行培养。3.根据权利要求1所述的稻田尿素安全的预警方法，其特征在于：步骤s2中，从待测稻田多点采集田面水样品包括：将待测稻田分为若干采样区域，每个采样区域按“s”形采样法划分3～5个采样点，每个采样点采集不同水层的田面水，混匀后装入水质样品容器中；每个采样区域采集3个平行样品。4.根据权利要求3所述的稻田尿素安全的预警方法，其特征在于：步骤s2中，抽取待测溶液1ml，加入10只赭纤虫。5.根据权利要求1所述的稻田尿素安全的预警方法，其特征在于：步骤s3中，所述提示稻田中尿素含量超高为超过稻田尿素预警值；所述稻田尿素预警值采用如下步骤计算得到：对赭纤虫进行急性毒性实验，测定赭纤虫在不同尿素浓度作用下的生长曲线，计算赭纤虫的半数致死浓度、半数抑制浓度、最低有效应浓度、最低无效应浓度，通过评价因子法和ssd概率方法计算效应阈值、最大容许毒物浓度、安全浓度，选取其中对赭纤虫安全的最大预警值即为稻田尿素预警值。6.一种稻田尿素施肥指导方法，其特征在于：采用如权利要求5所述的稻田尿素安全的预警方法对待测稻田的尿素安全性进行评估，如稻田中尿素含量没有超过稻田尿素预警值，则根据稻田尿素预警值，结合稻田正常氮肥浓度和稻田水体量，确定尿素施用量和施用方式。7.根据权利要求6所述的稻田尿素施肥指导方法，其特征在于：所述施用方式为一次或多次施肥，多次施用尿素的次数根据稻田正常氮肥浓度与稻田尿素预警值的比值计算得到。

技术总结
本发明提供了一种稻田尿素安全的预警方法和稻田尿素施肥指导方法，该预警方法包括如下步骤：步骤S1，培养原生动物赭纤虫；步骤S2，从待测稻田多点采集田面水样品，混匀后抽取待测溶液，然后向待测溶液中按8-12只/mL加入赭纤虫，24h后观察赭纤虫的存活个体数，计算存活率，或对赭纤虫进行活体拍照，计算赭纤虫代时；步骤S3，如果赭纤虫的存活率＜100％，或赭纤虫出现形态变化、代时增加，则提示稻田中尿素含量超高，进行预警。采用本发明的技术方案，可以对稻田氮肥施加是否过量进行预警，进一步的，还可以按预警值确定施肥量和施肥方式，可以保护农田95％生物，更好的保护环境和生物多样性。性。性。


技术研发人员：王丽 侯春羽 蒋本超 潘旭明 曹良子 时天诣 韩梅 王文缘
受保护的技术使用者：王丽
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/7/25