一种农田径流流失养分循环利用系统及应用的制作方法
【专利摘要】一种农田径流流失养分循环利用系统及应用，属于农业面源污染控制领域。由农田、灌排沟渠和生态塘构成，农田田埂高度为30～40cm，宽度50～70cm，单块农田面积0.2～0.3hm2，农田单灌单排，灌排沟渠硬质化，沟渠切面成等腰梯形状；农田生态塘用来收集农田地表径流水，生态塘和农田面积比为1：40～50，生态塘深度为100～120cm。本农田养分循环利用系统不但可以减少农田地表径流养分流失，而且由于农田地表径流流失养分的循环利用，可以减少农田化肥的投入量，保证农田养分的高效利用，减轻农田流失养分对周围环境的影响，对实现农作物高产和农业生态环境安全具有重要意义。
【专利说明】一种农田径流流失养分循环利用系统及应用
[0001]一、【技术领域】
本发明属于农业面源污染控制领域，特别涉及一种农田径流流失养分循环利用系统及应用。
[0002]二、【背景技术】
富营养化是我国湖泊、河流面临的重大环境问题。有关水质调查表明，2008年太湖水体总氮、总磷浓度分别达到3.5和0.2 mg.L—1 (成芳等.太湖水质现状与主要污染物分析[J].上海海洋大学学报，2010，19(1): 105-110);巢湖水体总氮、总磷浓度分别达到2.5和
0.2 mg.L—1 (董文涛等.巢湖流域非点源污染来源、影响及控制研究[J].环境整治，2011，5: 74-77)，均达到V类水质标准，属于严重超标。据报道，我国湖泊水库氮磷养分负荷有一半以上来自农业(YAN W J, et al.Phosphorus export by runoff from agriculturalfield plots with different crop cover in Lake Taihu watershed[J].Journal ofEnvironmental Science, 2001, 13(4): 502-507)，为提高粮食产量，太湖地区部分高产稻田的施氮量达到270- 300 kg.1ιπ2,巢湖流域稻田化肥投入量已达到1000 kg.1ιπ2左右(董文涛等.巢湖流域非点源污染来源、影响及控制研究[J].环境整治，2011，5: 74-77)，过高的氮肥投入不仅使氮肥利用率过低，而且会通过地表径流等途径进入周围的水体，对生态环境造成严重影响，成为水体污染的主要污染源(刘立军等.实时、实地氮肥管理对水稻产量和氮素利用率的影响[J].中国农业科学，2003，36(12): 1456-1461 ;徐国伟等.秸杆还田与实地氮肥管理对水稻产量及品质的影响[J].中国农学通报，2006，22(10):209-215)。
[0003]巢湖流域的研究表明，稻麦轮作农田径流总氮流失量为45.27~101.38 kg.hm_2，总磷流失量为0.30~0.61 kg ^hnT2 (王桂苓.巢湖流域稻麦轮作农田径流氮磷流失研究[J].水土保持学报，2010，24(2): 6-10，29)。大量研究表明，通过农田原位减排措施和工程防治技术能对径流养分的输出起到一定的拦截作用，可以在一定程度上减少面源污染；在工程防治技术方面，利用植物篱麻袋覆盖技术能够减少地表径流量和养分流失量22.7%和36.8%(米艳华等.云南红壤坡耕地的水土流失及其综合治理[J].水土保持学报，2006，20(2): 17-21)。此外，人工湿地也是控制农业面源水体污染的一条重要途径。但这些措施对已经径流输出的养分难以有效防治，需要通过增加农田生态塘环节，用以较长时间的贮留和净化农田流失水体，以减轻其对周围水体环境的危害。
[0004]三、
【发明内容】
技术问题:
针对上述技术不足之处，本发明的目的是通过在农田排水沟渠末端增加生态塘，在其中种植养分富集植物，拦截农田地表径流养分流失，减轻农业面源污染。
[0005]本发明的另一目的在于将生态塘中的养分富集植物打捞还田利用，实现农田流失养分的循环利用。
[0006]本发明的另一目的在于确定生态塘和农田的适宜面积比例问题，构建农田径流流失养分循环利用系统工程。[0007]技术方案:
一种农田径流流失养分循环利用系统，由农田、灌排沟渠和生态塘构成，所述农田作业区四周的田埂高度为30?40 cm，宽度50?70 cm，单块农田面积0.2?0.3 hm2，所述农田实行单灌单排，灌排沟渠硬质化，沟渠切面成等腰梯形状，上底60?80 cm,下底20?30cm,高70?80 cm ;所述农田生态塘用来收集农田地表径流水，生态塘和农田面积比为1:40?50,生态塘深度为100?120 cm。
[0008]所述的农田径流流失养分循环利用系统在控制农业面源污染方面的应用。其特征在于，当遇到暴雨或者农田需要排水搁田时，将农田地表径流水通过排水沟渠汇集到农田生态塘中，并在生态塘种植养分富集植物，拦截农田水体流失养分，一季作物收获后，将生态塘中的养分富集植物制成有机肥或直接还田利用，实现农田流失养分的循环利用。小麦季在生态塘中种植养分富集植物水芹菜和黑麦草，拦截农田水体流失养分。
[0009]有益效果
本发明与现有技术相比，具有如下优点:
本发明通过在农田排水沟渠末端增加生态塘环节，并在生态塘种植养分富集植物，用以较长时间的贮留和净化农田流失水体，再将养分富集植物制成有机肥或直接还田利用，使农田流失养分得以循环利用，实现经济效益和生态效益的双赢。
[0010](I)农田地表径流流失养分，由农田经过排水沟到生态塘，在生态塘中种植水生植物，通过水生植物拦截农田水体流失养分，再将水生植物富集养分还田利用，实现农田流失养分的循环利用。
[0011](2)农田地表径流流失养分的循环利用，对减少农田化肥的过量投入，保证农田养分的高效利用，缓解水体富营养化对环境的影响，实现农作物高产和农业生态环境安全具
有重要意义。
[0012](3)在农田排水渠末端设置生态塘，小麦季在其中种植养分富集植物水芹菜和黑麦草，拦截农田水体流失养分，再将养分富集植物还田综合利用，实现麦季农田流失养分的循环利用，是一种有效的减少农田面源污染的措施。
[0013](4)水稻季，生态塘中所有水生植物N，P, K养分总拦截量分别为67.8，8.1，99.7 kg，占总区域N，P, K流入量分别为21.84%，90.31%, 55.73% ;小麦季，除去养分拦截植物种植初期所施苗肥中当季被吸收利用的N，P, K养分，生态塘植物实际拦截麦季农田流失N，P, K养分的量分别为18.0，1.9，22.0 kg。植物养分拦截量占本灌排单元农田地表径流水体养分流失的77.0%, 80.4%, 105.8%。
[0014]四、【专利附图】
【附图说明】
图1是本发明的布局结构示意图，其中I为农田(农田管理措施均按稻麦高产栽培技术要求进行)，2为生态塘，3为农田灌水渠道入口，4为农田灌水渠道，5为农田排水渠道(农田排水经过排水渠道汇集于生态塘)，6为生态塘入水口，7为生态塘出水口，8为明渠流量计。
[0015]图2无锡市太湖水稻示范园稻季农田地表径流水量
图3无锡市太湖水稻示范园稻季农田地表径流水体中流失总N量 图4无锡市太湖水稻示范园稻季农田地表径流水体中流失总P量 图5无锡市太湖水稻示范园稻季农田地表径流水体中流失K量 图6苏州市望亭农业示范园麦季农田地表径流水量图7苏州市望亭农业示范园麦季农田地表径流水体中流失总N量 图8苏州市望亭农业示范园麦季农田地表径流水体中流失总P量 图9苏州市望亭农业示范园麦季农田地表径流水体中流失K量 五、【具体实施方式】
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述:
实施例1 农田流失养分循环利用系统工程构建:在无锡市太湖水稻示范园完成了农田一生态塘养分循环系统工程的构建。农田面积为18.6 hm2，生态塘面积为0.4 hm2。农田生态塘面积比例为46:1。农田每次发生地表径流，所有农田排水汇集向生态塘中。
[0016]试验在无锡市太湖水稻示范园实验田中进行，农田面积为18.6 hm2，选择地力相对一致的平整试验田5块，每块田面积在0.25 hm2左右，每块田都有独立的灌排水沟，每块田四周有高约3(T40 cm，宽度5(T60 cm的土埂。农田实行单灌单排，灌排沟渠硬质化，沟渠切面成等腰梯形状，上底60~80 cm，下底20~30 cm，高70~80 cm。每次灌水时单位面积的灌水量大致相当，农田径流口的高度为每次灌水所需田间最大存水量的高度，让径流自由发生。通过在农田排水渠道出口处装置明渠流量计测定每次发生径流的排水量，同时每次排水时，取水样测定水体中养分含量，计算出养分的输出量。设置农田生态塘面积在
0.4 hm2左右，生态塘深度为100~120 cm，在其中种植水葫芦、睡莲、水浮莲、美人蕉，并在生态塘四周种植了几种挺水植物。
[0017]试验作物为水稻，2009年6月15日插秧，2009年10月30日收获，单位面积农田N, P, K施用量分别为305.7，44.9，150.8 kg.hm-2。整个水稻生长季的田间管理措施均按水稻高产栽培技术要求进行，灌溉水为临近稻田的河水。
[0018]试验监测方法
在水稻季，当农田有地表径流发生时，通过明渠流量计测定径流量，在径流的前、中、后前分别取水样8~10次，将它们混合均匀带到实验室测定。所采水样经普通滤纸过滤后，分别用紫外分光光度法、紫外消解钥蓝比色法和火焰光度法测定水中总N、总P、K的浓度。
[0019]结果分析
(I)农田地表径流量和养分流失量
农田地表径流量和养分流失量测定表明(图2，3，4，5 )，整个水稻季本区域农田地表径流水量为4518.0 m3.hm_2，其中N，P, K流失量分别为16.6，0.5，9.6 kg.hm_2，稻季农田地表径流水体中N，K的流失量要明显大于P素。稻田NPK的流失量大小是施肥时期和施肥量共同作用的结果，从几幅图中出现峰值的时期来看，施肥时期对稻田养分流失量的影响较大。
[0020](2)生态塘中水生植物的配置、生物产量和养分拦截量
在水稻移栽前，考虑不同品种水生植物对水体养分拦截能力不同以及景观效果，从农田排水口到生态塘出水口依次种养:水葫芦、睡莲、水浮莲、美人蕉。种养面积分别为:1300, 1000, 1300, 200 m2。此外，在生态塘的四周种植挺水植物。
[0021]在水生植物生长后期测定其生物产量和养分含量，不同品种水生植物:水葫芦、睡莲、水浮莲和美人蕉的总干物重分别为1194.4，626.7，931.7和386.7 kg。N，P, K养分拦截量分别为63.7，7.5，94.6 kg (表1)。生态塘周围挺水植物慈菇、茭白等的N，P, K养分拦截量分别为4.1, 0.6，5.1 kg ο
[0022]表1生态塘中不同品种水生植物养分总拦截量(kg)
【权利要求】
1.一种农田径流流失养分循环利用系统，其特征在于，由农田、灌排沟渠和生态塘构成，所述农田作业区四周的田埂高度为30?40 Cm，宽度50?70 cm，单块农田面积0.2?0.3 hm2，所述农田实行单灌单排，灌排沟渠硬质化，沟渠切面成等腰梯形状，上底60?80cm，下底20?30 cm,高70?80 cm ;所述农田生态塘用来收集农田地表径流水，生态塘和农田面积比为1:40?50，生态塘深度为100?120 cm。
2.权利要求1所述的农田径流流失养分循环利用系统在控制农业面源污染方面的应用。
3.根据权利要求2所述一种农田径流流失养分循环利用系统的应用，其特征在于，当遇到暴雨或者农田需要排水搁田时，将农田地表径流水通过排水沟渠汇集到农田生态塘中，并在生态塘种植养分富集植物，拦截农田水体流失养分，一季作物收获后，将生态塘中的养分富集植物制成有机肥或直接还田利用，实现农田流失养分的循环利用。
4.根据权利要求3所述一种农田径流流失养分循环利用系统的应用，其特征在于，小麦季在生态塘中种植养分富集植物水芹菜和黑麦草，拦截农田水体流失养分。
【文档编号】E02B3/00GK103469761SQ201310365551
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】刘红江, 郑建初, 陈留根, 郭智, 周炜 申请人:江苏省农业科学院