降低沼液还田模式下作物重金属含量的响应面优化方法技术

本发明专利技术涉及一种降低沼液还田模式下作物重金属含量的响应面优化方法，包括以下步骤：选取多个试验因素，基于响应面法Box

【技术实现步骤摘要】
降低沼液还田模式下作物重金属含量的响应面优化方法


[0001]本专利技术属于重金属污染控制
，涉及一种作物生长优化控制方法，尤其是涉及一种降低沼液还田模式下作物重金属含量的响应面优化方法。

技术介绍

[0002]沼液是利用沼气工程处理禽畜粪便等农牧业废弃物后产生的废水，富含大量氮、磷、钾等植物必需大量营养元素和铁、锌、铜等植物必需微量营养元素，将其用于农作物生产有利于最大程度实现沼液资源化、减少化肥和农药使用量、改善土壤以及提高作物产量和品质，然而不合理的沼液施用方式同时也会导致过量重金属的沉积，威胁到作物产量和粮食安全。
[0003]目前对重金属污染的治理主要分为生物防治方法和物理吸附方法，生物防治方法成本低、对环境友好，但见效慢，如中国专利申请CN110283845A公开了一种在污染土壤种植转基因龙葵，辅以蚯蚓和微生物菌剂的复合生物修复重金属方法；物理吸附方法见效快，但成本高、易带来次生污染，如中国专利申请CN112960725A公开了一种利用纳米粒子物理吸附沼液中重金属杂质的方法。将两种方法有机结合可以形成协同作用增强重金属去除效果，中国专利申请CN113058984A公布了一种在农田土壤中添加椰壳生物炭钝化剂后引入草本纤维作物的镉铅修复方法，但该方法固定了两种方法的权重，不具备不同应用环境下的可操作性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种灵活、快速、便捷的降低沼液还田模式下作物重金属含量的响应面优化方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种降低沼液还田模式下作物重金属含量的响应面优化方法，包括以下步骤：
[0007]选取多个试验因素，基于响应面法Box
‑
Behnken原则，设定各试验因素在每个试验中的梯度值；
[0008]基于所设定的梯度值，进行多个沼液还田作物的盆栽试验，采集作物生长期结束后植株的重金属元素含量；
[0009]以重金属元素含量为因变量，各试验因素的梯度为自变量，基于试验数据进行多项式拟合，得到多元回归模型方程；
[0010]基于所述多元回归模型方程获得响应面图，得到沼液培养作物重金属含量最小化的最优条件。
[0011]进一步地，所述作物指代农业上栽培的各种供盈利或食用的植物，优选为水稻。
[0012]进一步地，所述试验因素包括生物控制因素、物理吸附因素和沼液施用量。
[0013]进一步地，所述生物控制因素为引入重金属元素调整物，对应的梯度值为所述重金属元素调整物的覆盖百分比。
[0014]进一步地，所述重金属元素调整物为对重金属元素吸附或降解能力强的植物、动物和微生物，优选为浮萍。
[0015]进一步地，所述物理吸附因素为添加重金属元素物理吸附物，对应的梯度值为所述重金属元素物理吸附物的施用量。
[0016]进一步地，所述重金属元素物理吸附物包括生物炭、沸石、腐殖酸类或煤类。
[0017]优选地，所述重金属元素物理吸附物为生物炭。
[0018]进一步地，所述重金属元素包括Zn、Cd、Cr、Pb、As、Cu中的一种或多种。
[0019]进一步地，在得到多元回归模型方程后，对该多元回归模型方程进行方差分析和统计学分析，以满足设定拟合效果要求的所述多元回归模型方程进行后续步骤。
[0020]进一步地，所述方差分析的指标包括p值和失拟项p值；
[0021]所述统计学分析的指标包括R2、R2校正值和Adeq Precision。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023](1)本专利技术考虑了多种因素，包括生物控制方法、物理吸附方法和沼液施用量等，基于响应面方法，获得最优的降低沼液还田模式下作物重金属含量的控制条件，能有效地改进沼液的绿色循环再利用模式，确保作物产量和质量受到的不利影响最小化，有助于推广生态沼液施肥在农业中的应用。
[0024](2)本专利技术通过Box
‑
Behnken响应面优化方法筛选降低作物重金属含量的多种方法的权重和沼液施加量，所需试验次数少，比单因素试验更节省成本，同时又具有灵活性，在不同应用环境下都可以通过该方法快速、简便、精准地获得最佳模式。
附图说明
[0025]图1为本专利技术的流程示意图；
[0026]图2为实施例中浮萍和沼液对As元素含量交互影响的三位曲线图；
[0027]图3为实施例中生物炭和沼液对As元素含量交互影响的三位曲线图；
[0028]图4为实施例中生物炭和浮萍对As元素含量交互影响的三位曲线图；
[0029]图5为实施例中沼液对Cd元素含量影响；
[0030]图6为实施例中浮萍对Cd元素含量影响；
[0031]图7为实施例中生物炭对Cd元素含量影响。
具体实施方式
[0032]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0033]响应面优化方法是将体系的响应作为多因素的函数，运用图形技术显示函数关系并确定最优条件的一种统计方法，可以借助有限次试验确定不同因素在不同应用环境下的最优化取值。本申请的专利技术人基于上述理论，创造性地提出一种降低沼液还田模式下作物重金属含量的响应面优化方法，结合多种重金属含量控制方法，利用盆栽试验，灵活、快速、便捷、低成本地为沼液还田的作物重金属累积问题提供了最优解决方法。
[0034]参考图1所示，该响应面优化方法的具体步骤包括：
[0035]S1、选取多个试验因素，基于响应面法Box
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Behnken原则，设定各试验因素在每个试验中的梯度值。
[0036]试验因素包括生物控制因素、物理吸附因素和沼液施用量。生物控制因素基于生物控制方法，具体为引入重金属元素调整物，包括对重金属元素吸附或降解能力强的植物、动物和微生物，优选为浮萍，对应的梯度值为重金属元素调整物的覆盖百分比。物理吸附因素基于物理吸附方法，具体为添加重金属元素物理吸附物，包括生物炭、沸石、腐殖酸类和煤类，优选为生物炭，对应的梯度值为重金属元素物理吸附物的施用量。沼液施用量的梯度值为沼液替代化肥量。
[0037]Box
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Behnken原则下每个试验因素只需设计高水平(+1)、中间值(0)、低水平(
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1)三个梯度，梯度值根据实际应用情况确定，三种试验因素对应的试验次数为17。
[0038]S2、基于所设定的梯度值，进行多个沼液还田作物的盆栽试验，采集作物生长期结束后植株的重金属元素含量。
[0039]本方法针对的作物可以为农业上栽培的各种供盈利或食用的植物，优选为水稻。
[0040]在某个具体实施方式中，进行作物生长期结束后植株的重金属元素含量测量时的前期准备工作为：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低沼液还田模式下作物重金属含量的响应面优化方法，其特征在于，包括以下步骤：选取多个试验因素，基于响应面法Box
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Behnken原则，设定各试验因素在每个试验中的梯度值；基于所设定的梯度值，进行多个沼液还田作物的盆栽试验，采集作物生长期结束后植株的重金属元素含量；以重金属元素含量为因变量，各试验因素的梯度为自变量，基于试验数据进行多项式拟合，得到多元回归模型方程；基于所述多元回归模型方程获得响应面图，得到沼液培养作物重金属含量最小化的最优条件。2.根据权利要求1所述的降低沼液还田模式下作物重金属含量的响应面优化方法，其特征在于，所述试验因素包括生物控制因素、物理吸附因素和沼液施用量。3.根据权利要求2所述的降低沼液还田模式下作物重金属含量的响应面优化方法，其特征在于，所述生物控制因素为引入重金属元素调整物，对应的梯度值为所述重金属元素调整物的覆盖百分比。4.根据权利要求3所述的降低沼液还田模式下作物重金属含量的响应面优化方法，其特征在于，所述重金属元素调整物为浮萍。5.根据权利要求2所述的降低沼液还田模式下作物重金属含量...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙之敏，徐书含，王爽，兰天元，曹林奎，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：