农用化肥的高效转化和利用的方法
【专利摘要】一种农用化肥的高效转化和利用的方法，包括：在稻作前期，利用不同浮萍生长期不同的特点，向稻田中投入一定量的多品种复合配比的浮萍，并且在稻田的排水口处安装浮萍拦截装置，以防止浮萍随水流流出，在水稻秧苗还未需要大量吸收养分时，浮萍吸收田面水中营养物质用于自身生长，以将营养物质存储在浮萍体内；在水稻分蘖期，浮萍在田间大量堆积并开始逐渐消解，供给分蘖期之后各生长时期水稻所需的营养物质；在晒田期，浮萍沉降到泥土里并逐渐腐烂成为绿肥，在为水稻后续提供养分的同时改良土壤环境。本发明具有操作简单、成本低廉的优点，能够将农田中过多的氮、磷转化为水稻生长所需的养分，提高了化肥利用率，达到了防止稻田面源污染和培肥土壤的效果，可用于水稻的栽培。
【专利说明】农用化肥的高效转化和利用的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种农用化肥的高效利用方法，具体涉及一种通过复合浮萍对农用化肥的高效转化和利用的方法，属于农业【技术领域】。
【背景技术】
[0002]农作物施肥过程中，作物对氮素的利用率仅为20% -35%，氮素大部分被土壤吸附，供作物逐渐吸收利用，还有5%?10%挥发到大气中；随降水径流和渗漏排出农田的氮素中有20% -25%是当季施用的氮素化肥，而就地表水(湖泊等)硝态氮的污染而论，氮素化肥占了 50%以上。作物对磷肥的利用率也很低，通常情况下当季作物利用率只有5% -15%，加上后效一般也不超过25%，所以约占施肥总量75%?90%的磷滞留在土壤中。长期而过量地施用磷肥，常常导致农田耕层土壤处于富磷状态，为改变该状态可通过径流等途径加速磷向水体迀移的速度。
[0003]农业面源氮、磷污染对水环境的恶化有着十分显著的贡献，富营养化现象的发生及地下水和饮用水的污染与农田氮、磷营养元素的流失有着密切的关系。为了降低农业面源污染对水体富营养化及地下水污染的贡献，国内外在控制营养物质的来源上投入了大量的人财物力，但因农业面源污染范围广、污染过程复杂等原因，目前对农业面源污染的治理还没有理想的技术方法。
[0004]浮萍是《中国植物志》中所述的常见的一类小型的漂浮型水生被子植物，并已在《Jaclyn Marie Hill a, Sven Kaehler b, Martin Patrick Hill ；Baseline isotopedata for Spirodelasp.:Nutrient differentiat1nin aquatic systems,waterresearch, 2012, (46): 3553-3562》、《Elena A.Gilnter, Oxana V.Popeyko, YuryS.0vodov ；Act1n of β-galactosidase in medium on the Lemna minor(L.) calluspolysaccharides, Carbohydrate Research, 2009, (344): 2602-2605》、《朱晔荣，王勇等;浮萍相关研宄的几方面重要进展生物学通报，2010，45 (4):4-6》、《李华，陈英旭等；浮萍对稻田田面水中氮素转化与可溶性氮的影响，2006，20(5):94-129))等中公开。
[0005]浮萍虽然小而简单，但是其作用巨大，多年来不仅被广泛应用于植物生理学、遗传学、生态学和环境检测等方面，而且被广泛应用于水体污染的治理。更有报道显示浮萍还能有效降解废水中有毒有害物质，净化废水。虽然浮萍对水体中过多的氮、磷营养物质有很好吸收富集作用，但是在实践应用过程中，若使用不当会与目标作物争肥，影响作物生长，并会产生浮萍泛滥的二次污染的风险。
[0006]经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103395886A (公开公告日2013.11.20)，公开了一种生态沟处理面源污染物的方法，通过构建生态沟，并对生态沟进行管理与维护，以达到对面源污染物氮、磷产生好的处理效果。但是农业面源污染的污染源相当广泛，氮、磷流失途径多，较难将面源污水集中起来，用该方法进行处理。
[0007]中国专利文献号CN104054496A(公开公告日2014.09.24)，公开了一种桂花苗圃的面源污染防控栽培方法，通过整地施肥、隔行种植桂花树，再在行间内种植醅浆草，以改变桂花苗圃中土壤结构，减少N、P及水土流失，促进土壤有机质及养分含量的增加。但该方法对目标作物的生产有较大的影响，且对水体中的N、P的防控作用有限。
【发明内容】
[0008]本发明针对现有技术存在的不足，提供一种农用化肥的高效转化和利用的方法，通过复合浮萍将农田中过多的氮、磷进行转化和利用，有效减少农田的氮、磷流失，提高农用化肥的利用率，并对农田系统起到生态修复功能，以提高农业生产的经济效益和社会效益。
[0009]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0010]一种农用化肥的高效转化和利用的方法，其包括:在稻作前期，利用不同浮萍生长期不同的特点，向稻田中投入一定量的多品种复合配比的浮萍，并且在稻田的排水口处安装浮萍拦截装置，以防止所述浮萍随水流流出，在水稻秧苗还未需要大量吸收养分时，所述浮萍吸收田面水中营养物质用于自身生长，以将营养物质存储在该浮萍体内；在水稻分蘖期，所述浮萍在田间大量堆积并开始逐渐消解，供给分蘖期之后各生长时期水稻所需的营养物质；在晒田期，所述浮萍沉降到泥土里并逐渐腐烂成为绿肥，在为水稻后续提供养分的同时改良土壤环境。
[0011]进一步地，所述的稻作前期是指，在稻田整地、施基肥和灌水之后，插秧之前。
[0012]进一步地，所述的浮萍包括青萍、少根紫萍和多根紫萍，从水域中采集该青萍、少根紫萍和多根紫萍之后，将其中的杂质挑出。
[0013]进一步地，所述的投入一定量的多品种复合配比的浮萍是指，青萍:少根紫萍:多根紫萍的鲜重比为I?9:1?3:1?3 ;投入量为200g/m2。
[0014]进一步地，所述的浮萍拦截装置包括:起刚性支撑作用的夹板、用于拦截浮萍的网、用于过滤田面水的无织造布和起固定作用的固定槽；所述夹板上开有大孔洞，所述网的网孔直径为2mm，所述夹板设置于所述固定槽内并根据水位而上下移动。
[0015]本发明实质上是一种稻田多生态位的开发，从对农业面源污染采取绿色安全治理的理念出发，利用不同浮萍生长期的差异，将多品种的浮萍进行配比，投养在稻田中；在稻作前期浮萍大量生长时，水稻还未大量吸收营养物质，不仅避免了浮萍与水稻争肥的可能性，而且将稻田田面水中有可能随水流流失的过多的营养物质高效的吸收存储在浮萍体内，大大降低了化肥施用后的流失量；浮萍生长到一定程度后沉降到土壤中并自身逐渐消解，从而为水稻之后的生长提供养分，降低了稻田面源污染，提高了化肥的利用率；与此同时，设置的浮萍拦截装置将浮萍保持在稻田中，保证了浮萍的应用效果，同时防止了浮萍泛滥，避免了对其他水体造成的二次污染。
[0016]与现有技术相比，所述农用化肥的高效转化和利用的方法具有操作简单、成本低廉的优点，能够将农田中过多的氮、磷高效转化为水稻生长所需的养分，有效减少了农田的氮、磷流失，同时在稻田内部实现了垂直空间的充分利用，从生态角度看，充填了空缺生态位，大大提高了农化肥的利用率和稻田利用率；本发明还达到了防止稻田面源污染和培肥土壤的效果，对农田系统有很好的生态修复功能，在化肥减量、净化农田排水、防治或减轻农业面源污染具有重要的意义，大大提高了农业生产的经济效益和社会效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为实施例1对N的转换效率示意图。
[0018]图2为实施例2对P的转换效率示意图。
[0019]图3为实施例3稻田田面水中铵态氮浓度随时间的变化示意图。
[0020]图4为实施例3稻田田面水中硝态氮浓度随时间的变化示意图。
[0021]图5为实施例3稻田田面水中总氮浓度随时间的变化示意图。
[0022]图6为实施例3稻田田面水中总磷浓度随时间的变化示意图。
【具体实施方式】
[0023]本发明所述农用化肥的高效转化和利用的方法包括:在稻作前期，即稻田整地、施基肥和灌水之后，插秧之前，利用不同浮萍生长期不同的特点，向稻田中投入一定量的多品种复合配比的浮萍，该浮萍包括青萍、少根紫萍和多根紫萍，从水域中采集该青萍、少根紫萍和多根紫萍之后，将其中的杂质挑出，所述的青萍:少根紫萍:多根紫萍的鲜重比为I?9:1?3:1?3 ;投入量为200g/m2;并且在稻田的排水口处安装浮萍拦截装置，以防止所述浮萍随水流流出；在水稻秧苗还未需要大量吸收养分时，所述浮萍吸收田面水中有可能随水流流失的营养物质用于自身生长，以将营养物质存储在该浮萍体内；在水稻分蘖期，所述浮萍在田间大量堆积并开始逐渐消解，供给分蘖期之后各生长时期水稻所需的营养物质；在晒田期，所述浮萍沉降到泥土里并逐渐腐烂成为绿肥，在为水稻后续提供养分的同时改良土壤环境。
[0024]所述的浮萍拦截装置包括:夹板、网、无织造布和固定槽。所述夹板起刚性支撑作用，该夹板上开有大孔洞，设置于所述固定槽内并根据水位而上下移动。所述网用于拦截浮萍，其网孔直径为2_。所述无织造布用于过滤田面水。所述固定槽起固定作用。
[0025]下面结合实施例和附图对本发明作详细的说明。下述实施例以本发明的技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明技术方案前提下所做的任何显而易见的改动，都属于本发明权利要求的保护范围。
[0026]实施例1
[0027]本实施例的主要材料:NH4CL、KNO3, l/10Hogland营养液(pH 5.5)，青萍，少根紫萍，多根紫萍。
[0028]以一般污水水体中浓度为依据，在l/10Hogland营养液的基础上，将其中氮素营养调节为含Memo 3-为1:1，含N浓度为10.5mg/Lo取多个350ml —次性透明塑料杯，分别倒入200ml上述培养液。挑选长势良好的青萍、少根紫萍和多根紫萍品种，设置五个浮萍投放处理A、B、C、D和E，它们的青萍:少根紫萍:多根紫萍的鲜重比依次分别为9:1:1、1:3:1、1:1:3,3:1:1和4:2:2，各处理中浮萍的投放量为0.lg，每个处理设4个重复，并做不投放浮萍的空白对照。每天以去离子水补充损失的水分。
[0029]测定项目为浮萍对N的转化率，浮萍对N的转化率=产生的有机态N含量/浮萍消耗的无机态N含量；测定方法为:等浮萍出现衰老消解(30天)后，每15天测定一次，无机态的NH4+、N03_的消耗量，并测定TN以计算有机N的含量。
[0030]浮萍通过吸收培养液中的无机态的NH4+、N03_离子来满足自身的生长需求，在浮萍衰老后，通过浮萍机体的消解向培养介质中释放有机态的N。试验结果表明，在培养液中培养浮萍一定时间后，浮萍可向培养液中释放大量的有机态N，但不同处理之间有所差异。如图1所示，随着时间的推移，浮萍释放有机态的N逐渐增多，45天时，处理B释放的相对量最多，说明以少根紫萍为优势种时，最早开始释放有机态N ;处理C在75天时释放的有机态N才急剧上升，这可能是以多根紫萍为优势种时，多根紫萍的生长最为缓慢，浮萍植株到达衰老期比较一致的缘故；在75天时，5个处理释放的有机态的N分别是消耗的无机态N的91.1%,94.6%,89.1%、91.6%和90.1 %，说明各处理对培养液中的无机态N均有很高的转化率。
[0031]实施例2
[0032]本实施例的主要材料:K H2P04、l/10Hogland营养液(pH 5.5)，青萍，少根紫萍，多根紫萍。
[0033]以一般污水水体中浓度为依据，在l/10Hogland营养液的基础上，将其中磷素调节为含P浓度为7.5mg/Lo取多个350ml —次性透明塑料杯，分别倒入200ml上述培养液；挑选长势良好的青萍、少根紫萍和多根紫萍品种，设置五个浮萍投放处理A、B、C、D和E，它们的青萍:少根紫萍:多根紫萍的鲜重比依次分别为9:1:1、1:3:1、1:1:3、3:1:1和7:2.5:1.5，各处理浮萍的投放量为0.lg，每个处理设4个重复，并做不投放浮萍的空白对照。每天以去离子水补充损失的水分。
[0034]测定项目为浮萍对P的转化率，浮萍对P的转化率=产生的有机态P含量/浮萍消耗的无机态P含量；测定方法为:等浮萍出现衰老消解(30天)后，每15天测定一次，测定无机态的H2PO4-的消耗量，和TP的含量以计算浮萍释放的有机态P的量。
[0035]浮萍通过吸收培养液中的无机态的H2PO4-离子来满足自身的生长需求，在浮萍衰老后，通过浮萍机体的消解向培养介质中释放有机态的P。试验结果表明，在培养液中培养浮萍一定时间后，浮萍可向培养液中释放大量的有机态P，但不同处理之间有所差异。如图2所示，随着时间的推移，浮萍释放的有机态氮也逐渐升高，但在试验过程中，处理A释放的有机态P较少，75天时，对无机态P的转化率仅为35.1 %，这可能是以青萍为优势种时，由于青萍的个体最小，对无机态P的利用量较有限；与有机态N的释放规律一致，处理B和D在45天时就已大量释放有机态P，而处理C在75天时，才大量释放有机态P。在75天时，五个处理释放的有机态的P分别是消耗的无机态P的85.1%、90.8%、91.3%、88.5%和89.3%，说明各处理对培养液中的无机态P均有很高的转化率。
[0036]实施例3
[0037]本实施例的主要材料为水稻种植试验田、青萍、少根紫萍和多根紫萍。
[0038]试验田面积596rn2，用田埂分为6个小区，埂高20cm，并用塑料膜包被，每小区面积为96rn2(8m x 12m);试验田设有一进水口和出水口，出水口装有浮萍拦截装置，该浮萍拦截装置包括:夹板、网、无织造布和固定槽；夹板起刚性支撑作用，设置于固定槽内并根据水位而上下移动，该夹板上开有大孔洞。网用于拦截浮萍，其网孔直径为2mm。无织造布用于过滤田面水。固定槽起固定作用。设2个处理:处理I不投放浮萍(CK);处理2投放浮萍，投放量为200g/rn2。青萍:少根紫萍:多根紫萍的鲜重比的范围为I?9:1?3:1?3。
[0039]在投放浮萍30天(分蘖期)、60天(孕穗期)和90天(乳熟期)时，取田面水测定nh4+-n、no3_-n、TN和TP。实验结果表明，放养浮萍后，稻田田面水中N、P的浓度有显著的变化，但nh4+-n、N03--N、TN、TP的变化有所不同。
[0040]如图3所示，30天和60天时，施浮萍处理田面水中NH4+-N浓度显著高于CK，而90天时，无显著差异，且随着时间的推移，施浮萍处理nh4+-n浓度逐渐下降。因前期浮萍大量覆盖水面，形成了一个缺氧的水体环境，加强了反硝化作用，产生大量的nh4+-n;后期随着浮萍的消解，厌氧环境逐渐解除，加上水稻生长的吸收利用，nh4+-n的含量也逐渐减少。
[0041]如图4所示，各时期田面水的NCV-N的浓度都显著高于CK，且随着时间的推移，施浮萍处理NCV-N浓度逐渐下降，因浮萍的存在为田面水提供了更多的氮源，随着浮萍的减少，NO3--N浓度也逐渐下降。
[0042]如图5所示，各时期施浮萍处理田面水的TN浓度也显著高于CK，随着时间的推移，田面水的TN先增加后下降，且90天时，施浮萍处理田面水的TN有很大的提升，因浮萍进入衰老期，开始大量的消解，产量大量的有机态氮。
[0043]如图6所示，随着时间的推移，CK的田面水中的TP逐渐下降，而施浮萍处理的田面水中的TP先下降后再升高，且除了 30天时，施浮萍处理的田面水中的TP低于CK外，60天和90天时，施浮萍处理的田面水中的TP显著高于CK，因前期浮萍的生长，吸收了田面水中的P素，使田面水中TN浓度下降，但在后期浮萍的消解对田面水释放了大量的P素，使田面水中TN浓度有了很大的提高。
【权利要求】
1.一种农用化肥的高效转化和利用的方法，其特征在于:所述方法包括:在稻作前期，利用不同浮萍生长期不同的特点，向稻田中投入一定量的多品种复合配比的浮萍，并且在稻田的排水口处安装浮萍拦截装置，以防止所述浮萍随水流流出，在水稻秧苗还未需要大量吸收养分时，所述浮萍吸收田面水中营养物质用于自身生长，以将营养物质存储在该浮萍体内；在水稻分蘖期，所述浮萍在田间大量堆积并开始逐渐消解，供给分蘖期之后各生长时期水稻所需的营养物质；在晒田期，所述浮萍沉降到泥土里并逐渐腐烂成为绿肥，在为水稻后续提供养分的同时改良土壤环境。
2.根据权利要求1所述的农用化肥的高效转化和利用的方法，其特征在于:所述的稻作前期是指，在稻田整地、施基肥和灌水之后，插秧之前。
3.根据权利要求1或2所述的农用化肥的高效转化和利用的方法，其特征在于:所述的浮萍包括青萍、少根紫萍和多根紫萍，从水域中采集该青萍、少根紫萍和多根紫萍之后，将其中的杂质挑出。
4.根据权利要求3所述的农用化肥的高效转化和利用的方法，其特征在于:所述的投入一定量的多品种复合配比的浮萍是指，青萍:少根紫萍:多根紫萍的鲜重比为1?9:1?3 ?3 ；投入量为200^0
5.根据权利要求1所述的农用化肥的高效转化和利用的方法，其特征在于:所述的浮萍拦截装置包括:起刚性支撑作用的夹板、用于拦截浮萍的网、用于过滤田面水的无织造布和起固定作用的固定槽；所述夹板上开有大孔洞，所述网的网孔直径为2皿，所述夹板设置于所述固定槽内并根据水位而上下移动。
【文档编号】A01G1/00GK104472177SQ201410728402
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月4日 优先权日:2014年12月4日
【发明者】沈健英, 黄荣松, 陈侠桦, 郭利利 申请人:上海交通大学