一种同步阻控稻米砷累积和减少稻田碳排放的方法

技术领域

本发明属于污染农田土壤环境治理技术领域，具体来说涉及一种同步阻控稻米砷累积和减少稻田碳排放的方法。

背景技术

水稻是我国最主要的口粮作物，但由于工矿业、农业生产等人类活动和自然地球化学高背景等原因，稻田砷污染问题受到全世界关注。稻田土壤是典型的氧化还原交替环境，在氧化条件下，砷主要以无机砷酸盐(As(V))的形式存在，并且主要被吸附固定于土壤铁锰等固相矿物中。但在淹水还原环境中，土壤铁锰矿物发生还原溶解，被固定的As(V)会发生还原溶解释放出高毒性、高迁移性的三价砷(As(III))。当土壤还原至硫酸盐还原阶段时，As(III)会发生甲基化过程，生成毒性更高的甲基砷乃至巯基甲基砷，极易被水稻吸收转运。

为了降低稻田土壤中砷的环境健康风险，大量研究报道了基于铁锰氧化物和二氧化钛等矿物的吸附材料，以上材料可以有效的吸附三价砷和五价砷，同时生物炭通常作为金属氧化物的载体，以提升负载金属氧化物的砷固定能力。如公开号为CN115820263A的专利申请文件中，公开了一种同步稳定镉砷复合污染土壤的方法，利用硝酸铁与木质素制备得到铁基复合材料；最后将铁基复合材料投加到镉砷复合污染的土壤中，并调节土壤含水率为田间最大持水量的50％，稳定化60d，该方法也能能显著降低土壤中镉砷的有效性，且随施加增加降低效果更显著。但实际上该方法中铁基复合材料发挥作用的方法仍然是通过氧化和吸附反应等机制稳定化As，在氧化的条件下将毒性较强As(Ⅲ)氧化为毒性较小的As(Ⅴ)，即该方法实际上更适合于对于“土壤的修复”，而不适合应用在稻米生长期间(水层覆盖土壤的厌氧环境中)，同样面临还原环境会导致铁锰氧化物的还原溶解从而失去吸附能力的问题。

基于此，上述方法实质上是在稻田间歇性落干时段，能够进行“砷污染的稻田土壤的修复”的方法，虽然在进行水稻种植前预先对于土壤中的砷进行干预一定程度上可以阻控水稻成熟后的稻米中的砷累积量，但是上述存在的问题：一是，在厌氧环境中实际上铁锰氧化物会因还原溶解从而失去吸附能力，存在一定的土壤中铁还原砷释放的问题；二是，无法针对水稻生长期间形成有效的稻米中的砷累积的阻止。

针对上述问题，现有技术公开(公开号为CN103070168A的专利申请文件)了一种基于人工通气组织的砷污染稻田安全利用方法，所述人工通气组织包括若干透气管，将透气管埋入稻田淹水土壤中，向透气管内持续通入空气或者氧气，从而提高淹水环境土壤的氧化还原电位、降低铁砷还原菌的活性、增加铁砷的氧化，从而促进溶解态砷在土壤固态中的吸附固定，降低水稻对砷的吸收和稻米中砷的积累，实现砷污染稻田的安全利用。但是该方法需要持续通过人工通气组织向淹水稻田土壤中加入氧气，实际上难以大规模使用。

还有研究发现稻田土壤砷的释放与硝酸盐转化过程有耦合关系，因此，公开号CN113951070B的专利中，通过施加缓释型氮肥和缓释硝酸盐肥料解决农田稻米籽粒砷积累的问题，但实际情况是，稻米生长期，尤其稻田淹水条件下，土壤微生物通过厌氧呼吸分解土壤有机质，本身就会排放大量的温室气体二氧化碳和甲烷，因此，稻田也是全球温室气体排放的一个重要的源，其中甲烷的排放量占水稻碳足迹的63.5％，占全球人为源甲烷排放量的10.9％，而如CN113951070 B的专利技术方案中，通过外源添加硝酸盐作为铁还原的竞争性电子受体的解决方法，更增加了稻田土壤的温室气体排放。

因此，阻控稻米砷累积和减少稻田碳排放既是坚守我国耕地红线的重要举措，更是保证农产品质量安全和居民膳食健康的基础。

针对稻田面临的砷污染和高碳排放问题，尤其是有效的阻控水稻生长期间的稻米的砷累积和减少稻田碳排放尤为必要。

发明内容

1.要解决的问题

基于现缺乏有效的阻控水稻生长期间的稻米的砷累积和/或稻田碳排放的问题，本发明提供了一种同步阻控稻米砷累积和减少稻田碳排放的方法。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种同步阻控稻米砷累积和减少稻田碳排放的方法，包括在施加有多孔炭的土壤进行水稻的种植；

其中，所述多孔炭具有：

小于2nm的孔径的孔，该部分的孔具有容积S；

所述容积S不低于0.08cm

据本发明目的技术方案的任一实施方案，所述容积S优选不低于0.1cm

据本发明目的技术方案的任一实施方案，所述容积S优选不低于0.15cm

据本发明目的技术方案的任一实施方案，所述容积S优选为0.08-2.00cm

据本发明目的技术方案的任一实施方案，所述容积S优选为0.1-2.00cm

据本发明目的技术方案的任一实施方案，所述容积S优选为0.15-2.00cm

据本发明目的技术方案的任一实施方案，所述多孔炭具有不低于400m

据本发明目的技术方案的任一实施方案，所述多孔炭具有不低于480m

据本发明目的技术方案的任一实施方案，所述多孔炭具有400-3000m

据本发明目的技术方案的任一实施方案，所述多孔炭还具有：小于50nm的孔径的孔，该部分的孔具有容积L；所述容积S占所述容积L的比例不低于18％。

据本发明目的技术方案的任一实施方案，所述容积S占所述容积L的比例不低于20％。

在此需要说明的是，本法不同于现有技术中的对砷的吸附思路，所述多孔炭需要能够尽量多的吸附土壤中的溶解性有机质，基于此孔径条件就尤为重要，尤其是微孔的容积，微孔的容积越大才能有更好吸附土壤溶解性有机质的能力，从而抑制铁还原，砷在稻米中的积累和稻田碳排放。

如在此所述的溶解性有机质，(Dissolved organic matter，DOM)，是一类具有复杂组成、结构和环境行为的有机混合物，广义上的含义包括一切溶解于水中的有机化合物，通常指能通过0.45μm滤膜的溶解于水、酸或碱溶液中的异质碳氢混合物，由含氧、氮和硫的氨基酸、芳香族、脂肪族等功能团组成；基于此可以列举的常见的溶解性有机质包括木质素、单宁酸、蛋白/脂类物质、碳水化合物等。DOM的提取方法为，向晾干土壤加纯水，使水土比为5:1，室温振荡提取24小时，悬液离心，上清液过0.45μm后得到的滤液。

据本发明目的技术方案的任一实施方案，按照土壤中溶解性有机质的含量进行计算，所述有机质与所述多孔炭的加入量的质量比为0.8～2wt％。

基于此，比如土壤中的溶解性有机质含量在50-400mgkg

据本发明目的技术方案的任一实施方案，包括如下步骤：

1)在水稻种植之前，对于土壤中溶解性有机质含量进行测试；

2)按照土壤中溶解性有机质的含量，向所述土壤中添加多孔炭；

3)使所述土壤处于饱和含水状态；

4)进行水稻的种植，在水稻成熟前，包括对土壤进行淹水处理。

在此需要说明的是，所述步骤3)中，使所述土壤处于饱和含水状态，主要目的是使土壤保持厌氧状态；

基于此，只要土壤处于饱和含水状态(一般情况下大概是40g水/100g土壤)，稻田土壤就是厌氧的；此外，若进一步使所述土壤表面覆盖水层则更能使其保持厌氧状态，一般正常情况下水层0-10cm的厚度即可；所述水层的厚度可以为以下任一所述数值范围：0.1～10cm、0.5～10cm、1～10cm、1.5～10cm、2～10cm、2.5～10cm、3～10cm、3.5～10cm、5～10cm、7～10cm。

据本发明目的技术方案的任一实施方案，所述多孔炭与土壤混合后，形成的种植水稻的土壤层的厚度是15-20cm

据本发明目的技术方案的任一实施方案，所述种植的水稻成熟后，还包括对所述土壤进行休耕处理的步骤。

以年为单位，每年需对所述土壤需进行休耕处理，所述休耕处理条件包括在常温下进行自然晒田，时间不低于1个月；例如，所述晒田时间可以为1～2个月。

需要在此说明的是，研究中发现，经过本发明方法处理过的土壤，经过休耕期的落干过程后，多孔炭吸附溶解性有机质，阻控砷的甲基化，减少稻米中甲基砷含量，减少稻田碳排放的能力能够恢复，因而具有长期、持续有效且稳定的抑制稻米砷累积、防控水稻生长过程中的直穗病发生，减少稻田碳排放的作用。

3.有益效果

1)本发明提供的同步阻控稻米砷累积和减少稻田碳排放的方法，通过选择具有特殊孔径结构(微孔)的多孔炭，具备吸附淹水状态下稻田土壤中释放的溶解性有机质，减少土壤微生物厌氧呼吸的碳源和微生物还原铁矿过程中的电子穿梭体，进而能够有效的阻止水稻生长中的微生物对稻田土壤硫酸盐还原，最终有效的阻止砷的甲基化，减少稻米中甲基砷含量；

本发明提供的阻控稻米砷累积的方法，还可以有效的防控水稻生长过程中的直穗病的发生。

2)本发明提供的同步阻控稻米砷累积和减少稻田碳排放的方法，经多孔炭混入后的土壤，只需经过简单的休耕处理，就能够再次有效的抑制水稻生长中稻米砷的累积；即本发明的方法具有长期、持续有效且稳定的抑制稻米砷累积、防控水稻生长过程中的直穗病发生的作用。

3)现有的稻田温室气体甲烷的减排技术主要包括间歇灌溉增加土壤氧气含量，研发新型抗旱型水稻品种或根系泌氧能力强的水稻品种，优化秸秆还田农艺措施，以及施加缓释硝态氮肥、铁氧化物、硫酸盐和生物质炭等，以上修复方法均是通过增加土壤中产甲烷过程的竞争性电子受体量达到甲烷减排的目的。与之不同的是，本发明提供的同步阻控稻米砷累积和减少稻田碳排放的方法，通过向稻田土壤中施加孔改性炭，持续吸附去除土壤溶液中的溶解性有机质，抑制土壤中含铁矿物的还原溶解，阻止含铁矿物中结合有机质的释放，阻断微生物厌氧呼吸过程所需的有机质碳源和含铁矿物还原所需的有机质电子穿梭体，从而达到减少稻田土壤二氧化碳和甲烷排放的目的。

4)本发明提供的同步阻控稻米砷累积和减少稻田碳排放的方法，技术环境友好、操作简单、应用前景广泛。

附图说明

图1砷污染水稻土厌氧过程中土壤元素转化：

(a)1M HCl提取态亚铁含量；

(b)游离态亚铁含量；

(c)溶解态有机碳(DOC)；

(d)二氧化碳排放量

(e)甲烷排放量

图2砷污染水稻土厌氧培养实验过程中土壤溶解性有机质(DOC)含量与土壤亚铁含量的相关性分析；

图3砷污染水稻土厌氧培养实验过程中土壤溶解性有机质(DOC)含量与土壤游离砷含量的相关性分析；

图4第一年水稻盆栽实验孔隙水相关参数：

(a)氧化还原电位(Eh)；

(b)溶解态总铁；(c)溶解态有机碳(DOC)；

图5第二年水稻盆栽孔隙水相关参数：

(a)氧化还原电位(Eh)；

(b)溶解态总铁；(c)溶解态有机碳(DOC)；

图6两年水稻盆栽孔隙水溶解性有机质(DOC)含量与溶解态总铁的相关性分析；

图7两年水稻盆栽孔隙水溶解性有机质(DOC)含量与游离态砷的相关性分析；

图8两年水稻盆栽成熟籽粒砷形态含量；

图9第一年水稻盆栽实验，对照处理组(CK)的水稻直穗病症状；

图10第一年水稻盆栽孔隙水中硫酸盐浓度变化；

图1-10中：

CK表示对照处理组；

MC表示施加2wt.％多孔炭处理组；

RC表示施加2wt.％水稻秸秆生物炭处理组；

箭头代表施加氮肥；

图11多孔炭(MC

图12多孔炭(MC

图13实施例2中MC-1、MC-2、MC-3组，砷污染水稻土水稻生长过程中土壤：

(a)游离态亚铁含量；

(b)1M HCl提取态亚铁含量；

(c)溶解态有机碳(DOC)；

图14实施例3所使用的多孔炭(MC

图15实施例3厌氧培养过程中：

(a)土壤pH的变化；

(b)土壤Eh的变化；

图16实施例3厌氧培养过程中：

(a)土壤CO

(b)土壤CH

图17实施例3厌氧培养过程中：

(a、b)溶解态铁的变化规律；

(c、d)1M盐酸提取态铁的变化规律；

(e、f)5M盐酸提取态铁的变化规律；

图18实施例3厌氧培养过程中：

(a)土壤电子储存量；

(b)溶解性有机碳(DOC)的变化规律；

图19实施例3中：

(a)多孔炭(MC

(b)多孔炭(MC

图20实施例3厌氧培养过程中：

(a)多孔炭(MC

(b)多孔炭(MC

图21实施了4厌氧培养过程中：

(a)土壤CO

(b)土壤CH

(a)土壤1M盐酸提取态亚铁的产生。

具体实施方式

通过参考结合附图和示例的以下描述可以更容易地理解本公开，所有附图和示例构成本公开的一部分。应当理解的是，本公开不限于本文描述和/或示出的特定产品、方法、条件或参数。进一步地，本文使用的术语仅用于通过示例的方式描述特定实施例的目的并且不旨在限制，除非另有说明。

还应当理解的是，为了清楚起见，本公开的某些特征可以在单独实施例的上下文中被描述在本文中，但是也可以在单个实施例中彼此组合地被提供。即，除非明显不兼容或特别地不包括，否则每个单独的实施例被认为可与任何其它实施例可组合，并且该组合被认为代表另一个不同的实施例。相反地，为了简明起见，在单个实施例的上下文中描述的本公开的各种特征也可以单独地或以任何子组合来提供。最后，虽然特定实施例可以被描述为一系列步骤的部分或更通用的结构的部分，但是每个步骤或子结构本身也可以被认为是独立的实施例。

除非另有说明，否则应当理解的是，列表中的每个单独元素和该列表中的单独元素的每个组合将被解释为不同的实施例。例如，表示为“A、B或C”的实施例的列表应被解释为包括实施例“A”、“B”、“C”、“A或B”、“A或C”、“B或C”或“A、B或C”。

在本公开中，冠词“一”、“一个”和“该”的单数形式还包括相应的复数个提及物，并且对特定数值的提及至少包括该特定值，除非上下文另有明确说明。因此，例如，对“物质”的提及是对这种物质及其等同物中的至少一种的提及。

包括诸如“第一”和“第二”的序数的术语可用于解释各种组件或者流体，但这些组件、流体不受这些术语的限制。因此，在没有背离本公开的教导的情况下，这些术语仅用于将该组件/流体与另一组件/流体区分开来。

当通过使用结合性术语“……和/或……”等来描述项目时，描述应被理解为包括相关联的所列项目中的任何一个以及其中的一个或多个的所有组合。

通常，术语“约”的使用表示可以根据通过所公开的主题所获得的期望特性而变化的近似值，并且将基于功能以依赖于上下文的方式来解释。因此，本领域普通技术人员将能够在个案的基础上解释一定程度的差异。在一些情况下，表达特定值时使用的重要数字的数量可以是用于确定由术语“约”允许的差异的代表性技术。在其它情况下，可以使用一系列值中的渐变来确定由术语“约”允许的差异的范围。进一步地，本公开中的所有范围都是包含性的和可组合的，并且对范围中所述的值的提及包括该范围内的每个值。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文所使用的术语和/或包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。本发明的实质特点和显著效果可以从下述的实施例中得以体现，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，因此，它们并不对本发明作任何限制，本领域的技术人员根据本发明的内容做出一些非本质的改进和调整，均属于本发明的保护范围。

作为所述的“多孔炭”，要求其具体：

小于2nm的孔径的孔，该部分的孔具有容积S；

小于50nm的孔径的孔，该部分的孔具有容积L；

所述容积S占所述容积L的比例不低于18％；

与此同时所述多孔炭具有不低于400m

基于此，所述“多孔炭”的一种示意性制备方法包括步骤：生物质的预处理、热处理，具体包括以下工序(a)～(b)

工序(a)、预处理

该工序(a)可供参考的热处理通常的操作过程是：将生物质与增孔剂以1:(1～3)的质量比混合，加水浸泡时间不低于10h，干燥处理，得到混合物

作为所述的“生物质”，其主要作用之一是提供“碳”，基于此可以举出例如木屑、植物秸秆等、生物质炭(如木屑、植物秸秆等制备得到的炭化物)、活性炭、碳纳米管和石墨烯中的一种或任意组合

作为所述的“增孔剂”，可以是碳酸钾、氢氧化钾、氯化锌等金属盐，也可以是高温蒸汽、氨气或二氧化碳气体。

作为所述的“浸泡”，其主要作用是将增孔剂与生物质充分混合，基于此，所述“浸泡时间”不宜过短，若“浸泡时间”低于10h则会影响最终所得多孔炭的孔，尤其是微孔的量的占比。也会影响其表面积。

作为所述的“干燥处理”，其方式没有特殊的要求，主要能够去除水分，例如可以将其置于100℃下的烘箱烘干过夜；或者进行自然风干，或者冷冻干燥。

工序(b)：热处理

该工序(b)可供参考的热处理通常的操作过程是：在惰性气体保护的氛围下，对所述混合物进行热处理；

所述处理温度为700℃-900℃；热处理时间为1-3h；

热处理结束后，取出研磨。

作为所述的“惰性气体”，可以举出例如氮气、氩气等。

作为所述的“热处理时间”，不宜过长，热处理时间过长使得微孔孔道坍塌，降低微孔容积。

以下具体实施例中所使用的“多孔炭(MC)”的具体制备方法如下：

称取10g木屑(100目)，并以质量比1：1与碳酸钾混合，并加入超纯水震荡24h并烘干，将烘干后混合物放入管式炉中，向管式炉中通入氮气，在700℃下热解2h从而制得多孔炭，制备出的如图11、12所示的，具有丰富微孔结构(<2nm)、较大比表面积的多孔炭。

以下具体实施例中所使用的“多孔炭(MC

称取10g木屑(100目)，并以质量比1：1与碳酸钾混合，并加入超纯水震荡6h并烘干，将烘干后混合物放入管式炉中，向管式炉中通入氮气，在700℃下热解2h从而制得多孔炭，制备出的如图11、12所示的，具有丰富微孔结构(<2nm)、较大比表面积的多孔炭。

以下具体实施例中所使用的“多孔炭(MC

称取10g木屑(100目)，并以质量比1：1与氯化锌混合，并加入超纯水震荡24h并烘干，将烘干后混合物放入管式炉中，向管式炉中通入氮气，在700℃下热解2h从而制得多孔炭，制备出的如图11、12所示的，具有丰富微孔结构(<2nm)、较大比表面积的多孔炭。

以下具体实施例中所使用的“水稻秸秆生物炭(RC)”的具体制备方法如下：

称取10g水稻秸秆(100目)，放入管式炉中，向管式炉中通入氮气，在700℃下热解2h从而制得水稻秸秆生物炭RC，具有如图11、12所示的孔径特征和比表面积。

以下具体实施例中所使用的“多孔炭(MC

称取10g木屑(100目)，并以质量比2：1与氢氧化钾混合，并加入超纯水震荡24h并烘干，将烘干后混合物放入管式炉中，向管式炉中通入氮气，在700℃下热解2h从而制得多孔炭，制备出的如图14所示的，具有丰富微孔结构(<2nm)、较大比表面积的多孔炭。

以下具体实施例中所使用的“常规生物质炭(TC)”的具体制备方法如下：

称取10g木屑(100目)，放入管式炉中，向管式炉中通入氮气，在700℃下热解2h从而制得常规生物质炭(TC)，具有如图14所示的孔径特征和比表面积。

实施例1

一、将收集的水稻土壤进行厌氧土壤培养实验以及水稻盆栽实验，其中，

经检测土壤中的溶解性有机质含量约160mgkg

按照水稻土壤量计算，施加2wt％多孔炭作为实验组(MC组)；

按照水稻土壤量计算，施加2wt％水稻秸秆生物炭作为对比组(RC组)；

同时，设置空白作为对照处理组(CK组)；

以上三组最终形成的种植水稻的土壤层的厚度均是20cm

二、分别以水土质量比2：1在血清瓶进行土壤培养以及在盆栽桶里进行水稻种植，培养水稻至成熟期(水稻生长期进行全淹水分管理，土壤表面覆盖的水层厚度为0-8cm，形成厌氧培养环境)

并且，实验持续进行两年以验证其长期有效性，期间监测土壤相关参数、孔隙水相关参数以及成熟籽粒砷含量。水稻盆栽实验持续进行两年以验证多孔炭抑制稻米砷累积的长期有效性。

至水稻成熟的水稻总体生长时间为136天。

1、土壤相关参数监测

1)土壤厌氧培养实验

在0～80d培养期间，如图1所示，可以看出多孔炭能够通过持续吸附土壤溶解性有机质(图1(c))，减少土壤微生物厌氧呼吸的碳源和微生物还原铁矿过程中的电子穿梭体，进而持续抑制土壤铁还原过程(图1(a)、(b))，减少土壤二氧化碳和甲烷排放量(图1(d)、(e))。但是，水稻秸秆生物炭处理组中的生物质炭不能显著吸附土壤溶解性有机质，使得土壤溶解性有机质含量、铁还原过程、二氧化碳和甲烷排放量与对照处理组没有显著差别(图1)。

如图2所示的相关性分析实验结果，佐证了多孔炭通过吸附土壤溶解性有机质，抑制铁还原和砷释放。将土壤亚铁或溶解态砷与溶解性有机质含量进行相关性分析：土壤溶解性有机质含量与土壤低结晶态亚铁含量呈现显著正相关性(r＝0.837,p<0.01,图2)。土壤溶解性有机质含量与土壤溶解态总砷含量同样呈现显著正相关性(r＝0.827,p<0.01,图3)。因此，土壤溶解性有机质对于土壤铁还原情况起显著作用，在此基础上利用多孔炭的吸附作用吸附土壤溶解性有机质从而抑制土壤铁还原过程。

2、孔隙水相关参数监测

1)第一年水稻盆栽实验

在0-92d期间，多孔炭可持续抑制孔隙水中溶解态有机质的释放(图4(c))、Eh下降(图4(a))、二价铁离子释放的过程(图4(b))。

在92-136天，多孔炭不能再高效吸附孔隙水中溶解性有机质，孔隙水中溶解性有机质含量(图4(c))、Eh下降(图4(a))、二价铁离子释放的过程(图4(b))与对照处理组没有明显差别。但是，在整个水稻种植期，水稻秸秆生物炭处理组的孔隙水中溶解性有机质的释放(图4(c))、Eh下降(图4(a))、二价铁离子释放的过程(图4(b))与对照处理组没有明显差别。

2)第二年水稻盆栽实验

为了验证多孔炭抑制水稻盆栽砷释放的长期有效性，第一年盆栽土壤继续进行第二年水稻盆栽实验，不外源添加炭材料。第一年所述种植的水稻成熟后，进行第二年水稻种植前，对所述土壤需进行休耕处理：自然温度下、自然落干(晒田)220d；

实验结果表明，第二年多孔炭处理组仍能显著抑制孔隙水中溶解性有机质含量(图5(c))、Eh下降(图5(a))、二价铁离子释放的过程(图5(b))。此外，总结以上实验结果发现，虽然在第一年水稻种植后期，多孔炭不能高效抑制孔隙水中溶解性有机质的释放有机质含量(图5(c))，但是在第二年水稻种植过程中，仍然可以高效抑制孔隙水中溶解性有机质的释放(图5(c))。以上结果表明，水稻盆栽土，休耕期的落干过程，可以再生多孔炭厌氧抑制孔隙水溶解性有机质(图5(c))的能力。

如图6所示的相关性分析实验结果佐证了多孔炭通过抑制孔隙水中溶解性有机质释放，进而阻控二价铁释放和砷释放。进一步分析两年孔隙水溶解态总铁、溶解态总砷与孔隙水溶解性有机质含量进行相关性分析：孔隙水溶解性有机质含量与孔隙水溶解态总铁含量呈现显著正相关性(r＝0.737,p<0.01,图6)；孔隙水溶解性有机质含量与土壤溶解态总砷含量同样呈现显著正相关性(r＝0.656,p<0.01,图7)。

3.多孔炭抑制稻米砷累积

收集水稻盆栽实验第一年和第二年的稻米，检测稻米中砷含量和砷形态(图8)。对于两年盆栽实验收获稻米中的总砷含量：多孔炭处理组生产的稻米砷含量显著低于对照处理组，抑制砷累积量为40.7％-89.8％；水稻秸秆生物炭处理组生产的稻米砷含量与对照处理组没有明显差别。对于两年水稻盆栽实验收获稻米中的砷形态：稻米中的无机三价砷含量为0.140-0.214mgkg

甲基砷可以诱导水稻直穗病，在第一年的水稻盆栽实验中，对照处理组中出现了明显的水稻直穗病(图9)，而多孔炭处理组中稻米均正常灌浆并收获，表明多孔炭处理可以防控水稻直穗病的发生。土壤中甲基砷的还原通常在硫酸盐还原条件下进行，水稻盆栽孔隙水中硫酸盐检测结果表明多孔炭处理组中硫酸盐的还原更慢(图10)，进而佐证了多孔炭可以抑制稻米累积甲基砷并防控水稻直穗病。

实施例2

本实施例基本同实施例1，区别之处仅在于多孔炭的施用量；

按照水稻土壤量计算，施加2wt％多孔炭作为对比组(MC-2组，该组同实施例1)；

按照水稻土壤量计算，施加1wt％多孔炭作为实验组(MC-1组)；

按照水稻土壤量计算，施加3wt％多孔炭作为实验组(MC-3组)；

通过土壤培养实验，在0～180d培养期间，分别测试三组持续吸附土壤溶解性有机质的能力、减少土壤给电子能力以及持续抑制土壤铁还原过程的能力；

如图13所示，为MC-1，MC-2，MC-3组持续吸附土壤溶解性有机质(图13(c))，减少土壤微生物厌氧呼吸的碳源和微生物还原铁矿过程中的电子穿梭体，持续抑制土壤铁还原过程(图13(a)、(b))，通过三组对比可以看出，随着多孔炭施加量的增加，其抑制土壤溶解性有机质的能力随之加强以及抑制土壤铁还原过程更持久。

实施例3

1、炭材料进行淹水条件下的延迟土壤全还原过程实验步骤

称取8g稻田土壤装入50mL血清瓶中，加入0.4g(5％w/w)多孔炭(MC

如图15-20示，稻田土壤淹水培养过程中，加入多孔炭(MC

2、炭材料延迟土壤全还原过程机制探究

经实验探究，稻田土壤中的有机质包括颗粒态有机质和矿物结合态有机质，并且以矿物结合态有机质为主。稻田淹水过程中铁矿物的还原溶解一方面释放矿物结合态有机质为厌氧微生物提供碳源，另一方面释放的溶解性有机质可以作为电子穿梭体介导铁矿还原。因而，亟需开发新技术通过抑制土壤矿物结合态有机质释放，实现稻田土壤矿物结合态有机质分解减缓和温室气体减排。

多孔炭(MC

3、炭材料对腐殖酸钠和土壤溶液DOM的吸附实验步骤

多孔炭(MC

多孔炭(MC

如图19a、b所示，多孔炭(MC

如图20a、b所示，多孔炭(MC

实施例4

本实施例基本同实施例3，区别之处仅在于多孔炭的施用量；

按照水稻土壤量计算，施加5wt％多孔炭作为对比组(MC

按照水稻土壤量计算，施加0.5wt％多孔炭作为实验组(MC

按照水稻土壤量计算，施加1wt％多孔炭作为实验组(MC

按照水稻土壤量计算，施加2wt％多孔炭作为实验组(MC

按照水稻土壤量计算，施加3wt％多孔炭作为实验组(MC

按照水稻土壤量计算，不施加多孔炭作为空白组(CK组)；

通过土壤培养实验，在0～40d培养期间，分别测试土壤二氧化碳排放、甲烷排放和铁还原情况；

如图21所示，为不同多孔炭施加土壤中二氧化碳排放(图21(a))、甲烷排放(图21(b))和铁还原(图21(c))动态规律。通过对比可以看出，随着多孔炭施加量的增加，其抑制二氧化碳排放、甲烷排放和铁还原的能力增强。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。