一种应用生物炭与硝化抑制剂减缓农业面源污染的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于农业面源污染研究领域，涉及一种应用生物炭与硝化抑制剂减缓农业 面源污染的方法。
【背景技术】
[0002] 我国集约化农业包括粮食作物和园艺经济作物等，复种指数高、氮肥通常过量投 入，带来严重的面源污染以及土壤质量退化等重大问题，制约着农业可持续发展。大量活性 氮排放进入大气，引起大气沉降不断增加。大气沉降是一个全球性问题，对生态系统功能的 威胁逐渐增加。长江三角洲是中国工业和农业都很发达的地区之一，活性氮排放量很大，导 致氮沉降量也很大。大气沉降中的氮磷等营养元素对陆地和水域生态系统的影响越来越明 显，直接影响水体质量和农业生态系统养分平衡，加剧面源污染。因此需要提供一种减缓农 业面源污染的方法。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供生物炭或/和硝化抑制剂在减缓农业面源污染中的应用。
[0004] 本发明的另一目的在于提供一种减缓农业面源污染的方法。
[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006] 生物炭或/和硝化抑制剂在减缓农业面源污染中的应用。
[0007] 上述的应用，其在于向农业土壤中施加生物炭或/和硝化抑制剂以缓解农业面源 污染。
[0008] 所述的农业面源污染为由农业生产中氮肥的氮素气态损失及随后的大气沉降所 造成的面源污染。
[0009] 所述的硝化抑制剂为氯甲基啦啶或双氰胺。
[0010] 所述的氮素气态损失为氮素以N20和NOx等气态氮形式的排放。
[0011] -种减缓农业面源污染的方法，该方法为向农业土壤中施加生物炭或/和硝化抑 制剂以阻控氮肥的氮素气态损失及随后的大气沉降所造成的农业面源污染。
[0012] 所述的农业土壤为稻麦田或菜地。
[0013] 生物炭和硝化抑制剂组合使用以阻控氮肥的氮素气态损失及随后的大气沉降所 造成的农业面源污染。
[0014] 所述生物炭或硝化抑制剂的施加量为：所述生物炭或硝化抑制剂的施加量分别 为:所述生物炭的施加量为氮肥质量的0.5~200倍，所述硝化抑制剂的添加量为硝化抑制 剂和氮肥总质量的0.2%~5%。所述生物炭的施加量优选为氮肥质量的5~200倍，所述硝 化抑制剂的添加量优选为硝化抑制剂和氮肥总质量的〇. 2%~0.5%。
[0015] 硝化抑制剂和生物炭同时施用时，生物炭的施用量优选为15~25t.ha<，硝化抑制 剂的添加量优选为硝化抑制剂和氮肥总质量的〇. 2%~0.3%。一般情况下，常规的氮肥施 肥量为160kg N ha-krop-1。
[0016] 根据本发明的实验表明，生物炭施用到土壤中可以改善土壤肥力、提高作物产量、 降低氧化亚氮(N2〇)排放，同时还能增加土壤中的碳固定。硝化抑制剂通过抑制土壤中的硝 化作用提高氮肥利用率、减少N 20和NOx排放的同时，也能保证作物的产量。因此，向农田中 施入生物炭和添加硝化抑制剂是减缓面源污染的有效措施。
[0017] 本发明方法选择我国典型农区长江中下游开展系统研究，针对该流域典型生态系 统中化肥氮的各损失途径进行综合定量，尤其是氧化亚氮与NOx排放以及随后的大气沉降， 明确化肥通过何种不同途径进入面源污染的实际贡献份额。针对稻作体系和菜地体系提出 利用硝化抑制剂和生物炭等高效阻控化肥氮气态损失、综合治理面源污染的技术方案。目 前，国内外没有方案或报道利用生物炭或硝化抑制剂阻控氮肥气态损失，从而减缓大气沉 降，最终实现减缓农业面源污染。
[0018] 本发明的有益效果：
[0019] 本发明一种综合应用生物炭与硝化抑制剂减缓面源污染的方法，属于农业面源污 染研究领域，专用于减缓稻田和菜地生态系统氮素气态损失及随后的大气沉降导致的面源 污染。可用于广泛的农业生态系统，操作方便，材料易得，可广泛应用于稻田和菜地农业面 源污染和防控研究。本实例研究表明，生物炭与硝化抑制剂减缓面源污染随生态系统、时 间、空间的变异性都十分明显，包含着氮素循环各过程的丰富内涵，值得深入研究。
【附图说明】
[0020] 图1.为各处理氮肥偏生产力、吸氮量和氮肥利用率
[0021] 注:N1:常规氮施肥，N2:4/3常规施肥C0:不施用生物炭，Cl: 20t. ha"1生物炭，C2: 40t. ha-1生物炭；同列不同字母表示处理间差异显著(P〈0.05); #*p〈0.001; #p〈0.01; *p〈 0.05; n. s.差异不显著
[0022] 图2.不同氮肥水平下常规尿素(U)和新型硝化抑制剂(CP)氮肥处理土壤中0-15cm 内a) N〇3--N与b) NH/-N浓度比较
[0023] 图3.N20累积排放量与施氮水平之间的定量关系曲线图
[0024]图4.不同氮肥水平尿素(U)和新型硝化抑制剂(CP)氮肥对菜地土壤N0排放通量的 影响
【具体实施方式】
[0025] 实施例一、生物炭施用对稻麦轮作系统氧化亚氮排放和作物产量的影响
[0026] 以我国稻麦轮作系统为对象，研究小麦秸杆生物炭施用对N20排放规律的影响；结 合小麦和水稻总产量进而评估对该生态系统的综合影响，为生物炭减缓农业面源污染的应 用提供科学依据。在不施氮肥(N0)或施250kg/hm 2/crop氮肥(N1)的条件下，田间原位观测 小麦季施用0(80)、20(81)、40丨/111112(82)生物炭对稻麦轮作系统他0周年排放和谷物产量，设 置不施氮肥不施生物炭（Ν0Β0)、不施氮肥施20t/hm 2生物炭（N0B1)、施氮肥不施生物炭 (N1B0)、氮肥与20t/hm2生物炭配施(N1B1)、氮肥与40t/hm 2生物炭配施(N1B2)等5个处理，各 处理3次重复。结果表明，单施氮肥(N1B0)与不施氮肥(Ν0Β0)处理相比，增加了稻麦轮作产 量82.8%，增加了他0排放6.5倍。单施生物炭(勵81)与不施生物炭(勵80)处理相比，显著增 产25.4%，却不能减少N 20排放。在施氮同时，配施20t/hm2生物炭与单施氮肥处理相比，显著 增加稻麦轮作产量21.6%，小麦和水稻总产量也比配施40t/hm2生物炭处理高;配施40t/hm2 生物炭与单施氮肥处理相比，显著降低稻麦轮作系统N20排放20.9%，比配施20t/hm2生物炭 的排放量低。随着生物炭配施量的增加，N 20减排效果更明显(表1)。
[0027] 表1生物炭施用对稻麦轮作体系周年N20排放通量、累积排放量和产量的影响(n = 3)
[0028]
[0029] 注：同列不同字母表示处理间差异显著(p〈0.05).
[0030] 实施例二、生物炭对土壤理化性质、N20排放量和蔬菜产量的影响
[0031] 田间试验设9个处理，氮肥施用水平为不施氮肥(N0)、常规施肥量每年4茬作物施 1200kg/hm2/yr(Nl)和4/3常规氮肥施用量(N2)，施用生物炭水平则为不施用生物炭(C0)、 施用20t/hm 2生物炭(C1)和施用40t/hm2生物炭(C2)。每个处理分别设置3个重复，蔬菜种植 体系、翻耕和灌溉水平、施肥方法及时间等都按照当地管理措施进行。试验期间连续种植9 荏蔬菜，分另ll为苋菜（Amaranthus mangostanus L ·)、空心菜（Ipomoea aquatica Forssk ·)、菜秩（Brassica chinensis L.)、香菜（Coriandrum sativum L·)、空心菜 (Ipomoea aquatica Forssk.)、菜秩（Brassica chinensis L·)、觅菜（Amaranthus mangostanus L.)、菜秩（Brassica chinensis L.)和疲菜（Spinacia oleracea L.)〇
[0032] 在相同的生物炭水平下，氮肥显著增加了土壤全氮1.9-25%、土壤电导率17.2-241.1 %和土壤容重0.75-9.3%。除此之外，虽然氮肥的施用还显著增加了土壤有机质含量 7.1-23.4% (p〈0.01)，但在不施用生物炭的处理中，氮肥的施用显著减少了土壤有机质含 量7.7-13.8% (p〈0.01，表2)。从表2中还可以看出，在相同的生物炭水平下，氮肥的施用显 著减少了0.1-1.19个单位的土壤pH值(p〈0.01)。
[0033] 表2氮肥与生物炭处理对菜地土壤理化性质的影响
[0034]
[0035] 注:NO :不施用氮肥，N1:常规氮施肥，N2 :4/3常规施肥CO:不施用生物炭，Cl: 20t ha-1生物炭，C2:40t ha-1生物炭；同列不同字母表示处理间差异显著（P〈0.05) 0.001;林ρ〈0·01 ;邱〈0.05;11.8.差异不显著
[0036] 在相同的氮肥水平下，生物炭的施用显著增加了菜地土壤全氮0.6-16.6 %和土壤 有机质含量4.2-48.3%。除此之外，生物炭的施用还显著减降低了土壤pH值，土壤电导率和 土壤容重(P〈〇. 01)。生物炭在N1和N2组处理中显著降低了0.02-0.23个单位的土壤pH值，但 是在N0组中生物炭显著增加了0.11-0.23个单位的土壤pH值(p〈0.01)。在整个试验期内，氮 肥与生物炭对土壤全氮、土壤有机质、土壤酸碱度、土壤电导率和土壤容重的影响均存在交 互效应(表2，p〈0.05)。
[0037] 试验期内各处理N20累积排放量存在显著差异(表3)。最高的N20累积排放量出现在 呢0)处理，排放量为128.9±7.21^~11 &-1，比对照处理勵0)高出158.8%。双因子方差分析 显示，在相同的生物炭水平下，氮肥显著增加了50.8-158.8%的N 20累积排放量;而在相同 的氮肥施用水平下，生物炭显著降低了4.2-38.9%的N20累积排放量。在不施用氮肥的N0组 处理中（N0C0、N0C1和N0C2)，生物炭的施用增加了菜地N 20累积排放量，但不显著。施用氮肥 各处理的菜地N20排放系数变化范围为0.58±0.15至1.89±0.16%。在相同的生物炭水平 下，氮肥的施用显著增加了8.6-124.6%的菜地N2〇排放系数;而在相同的氮肥施用水平下， 生物炭显著的施用显著减少了15.9-66.6%的N2〇排放系数(p〈0.05)。在整个试验期内，氮 肥与生物炭对菜地N 20累积排放量和N20排放系数的影响存在交互效应(p〈0.05)。
[0038] 表3氮肥与生物炭处理菜地N2O排放量、排放系数和单位产量N2O排放量
[0039]
[0041 ] 注:NO :不施用氮肥，N1:常规氮施肥，N2 :4/3常规施肥CO:不施用生物炭，Cl: 20t ha^1生物炭，C2:40t ha^1生物炭；同列不同字