一种玉米秸秆还田土壤中农药淋溶性指数的预测方法技术

本发明专利技术属于玉米秸秆还田土壤中农药环境行为评价技术领域，提供一种预测农药在玉米秸秆还田土壤中农药淋溶性指数的模型及方法。本发明专利技术针对玉米秸秆还田对土壤中农药淋溶性的影响，构建了一种预测玉米秸秆还田土壤中农药淋溶性指数的模型及方法。该方法综合考虑了玉米秸秆还田年限、玉米秸秆残体的结晶度、玉米秸秆吸水特征和农药的理化性质等多个因素，并对预测模型进行了验证，这对评估玉米秸秆还田对农药环境行为的影响具有一定指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种玉米秸秆还田土壤中农药淋溶性指数的预测方法
本专利技术属于玉米秸秆还田土壤中农药环境行为评价
，具体涉及一种玉米秸秆还田土壤中农药淋溶性指数的预测方法。
技术介绍
中国每年秸秆产量达9亿多吨，秸秆还田是一种简单和有效的秸秆资源化利用方式，近年来得到中国政府的大力推广应用。秸秆残体是土壤有机质的主要来源。有机质是土壤中农药的主要吸附剂。有研究表明秸秆分解后内部致密的结晶结构被打破，疏水性官能团增加，秸秆比表面积和孔容增加，这些变化有利于秸秆残体对水溶性弱的农药吸附。专利CN105498692A公布了一种基于玉米秸秆的生物炭农药吸附材料的制备和使用方法，专利CN105688838A公布了一种利用秸秆制备水处理吸附材料的方法，说明秸秆具有吸附农药的能力。专利CN107716530A公布了一种吸附降解有机农药的土壤修复剂及其制备方法，该吸附剂主要组分包括玉米粉、天然矿物和微生物复合菌剂，表明秸秆会影响农药在土壤中的吸附和降解。土壤中残留的农药随水分下渗或在雨水冲刷下随水土流失扩散到周边清洁环境，造成地下水或地表水污染。还田秸秆可以吸附固定农药，减小其进入水体的风险，但目前针对还田秸秆对土壤中农药淋溶性影响的规律不清楚。随着秸秆连年输入农田土壤，土壤中分布着不同分解年限的秸秆残体，这些不同分解程度的植物残体构成了土壤中结构复杂的有机质。本研究利用尼龙埋袋法进行大田玉米秸秆还田实验，采集不同分解程度的玉米秸秆，构建玉米秸秆残体质量与还田热时间的关系方程、玉米秸秆结晶度和吸水性与秸秆分解程度的关系方程。进一步利用序批式农药吸附实验，构建了玉米秸秆对农药吸附系数的关系方程；结合上述关系方程，构建了玉米秸秆还田土壤中农药淋溶性指数的关系模型。
技术实现思路
本专利技术针对玉米还田秸秆对土壤中农药淋溶性的影响，构建了一种预测玉米秸秆还田土壤中农药淋溶性指数的模型及方法。该方法综合考虑了玉米秸秆还田年限、玉米秸秆残体的结晶度、玉米秸秆吸水特征和农药的理化性质等多个因素，引入热时间增加模型的应用区域范围，这对评估玉米秸秆还田对农药环境行为的影响具有一定指导意义。本专利技术的技术方案：一种玉米秸秆还田土壤中农药淋溶性指数的预测方法，步骤如下：(1)构建玉米秸秆残体质量与还田热时间关系将粉碎好的1-5cm的玉米秸秆装入尼龙网袋后，埋入深度为10-20cm的农田土壤中，其它按照正常田间管理进行，记录所在地的气温；培养一个月后定期取出秸秆，超纯水洗去玉米秸秆表面黏附的土壤颗粒，烘干称重玉米秸秆残体后密封保存；根据记录的还田时间气温，计算日积温w，根据公式计算还田间隔时间内对应的热时间T＝w/4658,4658为玉米秸秆还田样点的日均温大于0℃的年积温，然后获得玉米秸秆残体质量和还田热时间的关系：mstraw＝m0(0.48e-2.36T+0.32e-1.59T+0.20e-0.05T)，R2adj＝0.975，P<0.0001，其中m0是玉米秸秆还田时的初始质量，T为热时间，年；玉米秸秆的分解程度DE(％)＝100-(48e-2.36T+32e-1.59T+20e-0.05T)；(2)构建玉米秸秆残体结晶度和吸水量与玉米秸秆分解程度关系将步骤(1)得到的玉米秸秆残体通过X射线衍射表征测得玉米秸秆残体的结晶度，建立玉米秸秆残体结晶度和玉米秸秆分解程度的关系CrI(％)＝47.8e-2.36DE+32.6e-1.59DE，R2adj＝0.959，P<0.0001；取步骤(1)得到的玉米秸秆残体于离心管中，称量玉米秸秆和离心管总质量m1，加入水，25℃条件下220r/min在摇床中反应24h，静置0.5-1h，用10目滤网滤去液体，待无液滴滴下时称量离心管和玉米秸秆的总质量m2；通过公式(m2-m1)/1.0计算玉米秸秆吸水量g/g，获得玉米秸秆吸水量和玉米秸秆分解程度的关系：SAW(g/g)＝2.45e0.004DE+1.91e0.0096DE，R2adj＝0.982，P<0.0001；(3)构建玉米秸秆吸附农药的分配系数Kd方程将步骤(1)得到的玉米秸秆残体进行序批式农药吸附实验，玉米秸秆残体和水的质量/体积比为1：200，m/V；水相农药的初始浓度为C0(20μg/L-500μg/L)，吸附平衡时间为24h，取上清过0.22μm水系膜后测定农药的浓度Ce，计算获得玉米秸秆吸附农药分配系数Kd＝(C0-Ce)V/m，V/m＝200；从EPI网站搜集农药的理化性质，结合步骤(2)获得的玉米秸秆结晶度CrI(％)和吸水量SAW(g/g)，构建玉米秸秆残体吸附农药的关系：log(Kd/CrI)＝-1.713+0.008MV-0.197HBA+5.949e-6WS+0.223HBD+1.127DY+0.297SAW+0.058FRB，n＝174，R2adj＝0.838，P<0.0001；CrI为玉米秸秆结晶度，％；SAW为玉米秸秆吸水量，g/g；MV为农药摩尔体积；HBA为农药H键受体；HBD为农药H键供体；WS为农药水溶性，mg/L；DY为农药密度；FRB为农药的自由旋转键；(4)构建玉米秸秆还田土壤中农药淋溶性指数模型根据步骤(1)获得的玉米秸秆残体质量和还田热时间的关系计算得到xsoil和xstraw(i)；根据步骤(2)和步骤(3)中的玉米秸秆残体结晶度和玉米秸秆分解程度的关系、玉米秸秆吸水量和玉米秸秆分解程度的关系和玉米秸秆残体吸附农药的关系，计算获得Kd,straw(i)；土壤吸附农药Kd,soil、土壤有机碳含量OCsoil和玉米秸秆的有机碳含量OCstraw(i)由实验获得，代入公式(5)得到连续玉米秸秆还田土壤中农药有机碳吸附系数Koc，把公式(5)代入农药淋溶性指数公式(6)，得到农药淋溶指数GUS；qe，soil＝Kd，soilCe(2)qe，straw(i)＝Kd，straw(i)Ce(3)GUS＝logt1/2(4-logKoc)(6)上述关系方程中，qer是玉米秸秆还田土壤中农药的总吸附量；i是玉米秸秆还田应用的年数；straw(i)是土壤中分解i年的玉米秸秆残体；qe,soil是玉米秸秆还田土壤中土壤吸附农药的吸附量；qe,straw(i)是玉米秸秆还田土壤中分解i年的玉米秸秆残体对农药的吸附量；Kd,soil是玉米秸秆还田前的土壤对农药的吸附分配系数，由吸附实验获得；Kd,straw(i)是玉米秸秆还田土壤中分解i年的玉米秸秆残体对农药的吸附分配系数；xsoil是玉米秸秆还田土壤中土壤的质量分数，％；xstraw(i)是玉米秸秆还田土壤中分解i年玉米秸秆残体的质量分数，％；OC是玉米秸秆还田土壤中总有机碳的质量分数，％；OCsoil是玉米秸秆还田土壤中土壤的有机碳质量分数，％；OCstraw(i)是玉米秸秆还田土壤中分解i年玉米秸秆残体的有机碳质量分数，％；t1/2是农药的土壤降解半衰期，d。所述的农药包括7种磺酰脲除草剂，3种酰胺类除草剂，2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玉米秸秆还田土壤中农药淋溶性指数的预测方法，其特征在于，步骤如下：/n(1)构建玉米秸秆残体质量与还田热时间关系/n将粉碎好的1-5cm的玉米秸秆装入尼龙网袋后，埋入深度为10-20cm的农田土壤中，其它按照正常田间管理进行，记录所在地的气温；培养一个月后定期取出秸秆，超纯水洗去玉米秸秆表面黏附的土壤颗粒，烘干称重玉米秸秆残体后密封保存；根据记录的还田时间气温，计算日积温w，根据公式计算还田间隔时间内对应的热时间T＝w/4658,4658为玉米秸秆还田样点的日均温大于0℃的年积温，然后获得玉米秸秆残体质量和还田热时间的关系：m

【技术特征摘要】
1.一种玉米秸秆还田土壤中农药淋溶性指数的预测方法，其特征在于，步骤如下：
(1)构建玉米秸秆残体质量与还田热时间关系
将粉碎好的1-5cm的玉米秸秆装入尼龙网袋后，埋入深度为10-20cm的农田土壤中，其它按照正常田间管理进行，记录所在地的气温；培养一个月后定期取出秸秆，超纯水洗去玉米秸秆表面黏附的土壤颗粒，烘干称重玉米秸秆残体后密封保存；根据记录的还田时间气温，计算日积温w，根据公式计算还田间隔时间内对应的热时间T＝w/4658,4658为玉米秸秆还田样点的日均温大于0℃的年积温，然后获得玉米秸秆残体质量和还田热时间的关系：mstraw＝m0(0.48e-2.36T+0.32e-1.59T+0.20e-0.05T)，R2adj＝0.975，P<0.0001，其中m0是玉米秸秆还田时的初始质量，T为热时间，年；玉米秸秆的分解程度DE(％)＝100-(48e-2.36T+32e-1.59T+20e-0.05T)；
(2)构建玉米秸秆残体结晶度和吸水量与玉米秸秆分解程度关系
将步骤(1)得到的玉米秸秆残体通过X射线衍射表征测得玉米秸秆残体的结晶度，建立玉米秸秆残体结晶度和玉米秸秆分解程度的关系CrI(％)＝47.8e-2.36DE+32.6e-1.59DE，R2adj＝0.959，P<0.0001；取步骤(1)得到的玉米秸秆残体于离心管中，称量玉米秸秆和离心管总质量m1，加入水，25℃条件下220r/min在摇床中反应24h，静置0.5-1h，用10目滤网滤去液体，待无液滴滴下时称量离心管和玉米秸秆的总质量m2；通过公式(m2-m1)/1.0计算玉米秸秆吸水量g/g，获得玉米秸秆吸水量和玉米秸秆分解程度的关系：SAW(g/g)＝2.45e0.004DE+1.91e0.0096DE，R2adj＝0.982，P<0.0001；
(3)构建玉米秸秆吸附农药的分配系数Kd方程
将步骤(1)得到的玉米秸秆残体进行序批式农药吸附实验，玉米秸秆残体和水的质量/体积比为1：200，m/V；水相农药的初始浓度为C0(20μg/L-500μg/L)，吸附平衡时间为24h，取上清过0.22μm水系膜后测定农药的浓度Ce，计算获得玉米秸秆吸附农药分配系数Kd＝(C0-Ce)V/m，V/m＝200；从EPI网站搜集农药的理化性质，结合步骤(2)获得的玉米秸秆结晶度CrI(％)和吸水量SAW(g/g)，构建玉米秸秆残体吸附农药的关系：
log(Kd/CrI)＝-1.713+0.008MV-0.197HBA+5.949e-6WS+0.223HBD+1.127DY+0.297SA...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡喜运，王茂林，景旭东，乔显亮，陈景文，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21