专利名称：一种设施农业面源污染物就地拦截与消纳方法
技术领域：
本发明涉及环境保护技术领域，具体是一种设施农业面源污染物就地三重拦截与消纳方法。
背景技术：
氮和磷是农业面源污染的主要污染物质。设施农业是我国重要的蔬菜生产基地，也是农业面源污染的重要策源地，该区域通过向环境释放大量氮和磷为主要污染形式。设施农业区面积大、分布广、复种指数高，在产量和产值大量增加的同时，化肥投入强度大(但氮肥的利用率仅为30% 35%，磷肥为10% 20%)，农业固体废弃物产生量多(农业固体废弃物处理率仅为5%)，造成向环境释放大量盈余氮磷污染物，严重影响生态环境安全。在我国人多地少的基本情况和农田仍然是农民生活基本依托的背景下，提高土地的集约化程度是一种必然趋势，因此设施农业 面源污染削减将是农业生产可持续发展面临的重大挑战。
发明内容
本发明的目的是针对目前设施农业氮磷面源污染严重的现状，一种设施农业面源污染物就地三重拦截与消纳方法。实现对设施农业生产过程面源污染的有效削减。本发明采用大田试验方法，以大棚蔬菜为研究对象，从减少氮磷用量、增加氮磷吸收、防止氮磷流失、循环利用氮磷四个方面考虑，形成对设施农业污染物的源头控制、过程阻断拦截、终点吸收固定三重拦截和消纳集成组装方法，实现对设施农业生产过程面源污染的就地削减。本发明的技术方案为:
该方法由源头控制、过程阻断拦截、终点吸收固定三部分组成；I)源头控制是通过防控型氮磷高效物种的筛选优化配置、节肥调控措施和节水控污措施，达到源头控制面源污染物；2)过程阻断拦截是通过设施农业水肥循环利用、控害防污和氮磷减失植物篱生物截污，控制设施农业径流氮磷流失量；3)终点吸收固定是通过对土壤氮磷的吸收固定、田头固体废弃物的无害化和资源化处理，实现农业固废资源化循环利用。本发明采用大田试验等试验方法，从减低设施农用化学物资用量，源头控制面源污染物；增加设施农蔬菜对氮磷的吸收，就地削减面源污染物；拦截设施农业农田径流氮磷，提高设施农业水肥循环利用率；对农田固废进行无害化处理，实现农田废弃物就近资源化循环利用四个方面着手，形成对农业污染物的源头控制、过程阻断拦截、终点吸收固定三重拦截和消纳方法。本发明使设施农田减少氮肥投入量35%，磷肥投入减少22%，化学农药投入减少41.4%，农业废弃物资源化和无害化处理利用率达到91.7%，缩短处理周期46.2% ；就地削减氮38.45%,削减磷25.42%ο
图1是设施农业面源污染物就地三重拦截与消纳方法的框图。
具体实施方式
(一)实施地点与时间
本发明针对设施农业面源污染特点，以控制氮磷面源污染物为核心，选择滇池流域设施农业重点区域上蒜乡集约化设施农业生产基地为代表性区域开展为期三年(2010 2012年)的应用研究。 (二)试验材料与方法供试材料为大棚蔬菜。在晋宁县上蒜乡集约化设施农业生产基地实施大田试验113组。1、源头控制试验
(O污染防控型氮磷高效物种的筛选与优化配置
利用蔬菜不同品种间对氮磷养分利用的差异，筛选出氮磷高效利用的品种；再利用筛选出的氮磷高效利用的品种间的互惠作用进行优化配置，调控蔬菜种植结构，协调水肥供应，提高养分有效利用率，建立具有持续发展(经济效益与环境效益的平衡)及稳定性的污染防控型农作制度。在晋宁县上蒜乡实施湖盆地污染防控型物种筛选大田试验50组。选择6种不同类型主栽蔬菜(叶菜类、茄果类、瓜类、豆类、葱蒜类、根菜类)在滇池流域晋宁县上蒜乡蔬菜基地进行当地乡土种和引入种不同模式的大田培育试验。筛选NP养分高效利用的污染削减型蔬菜品种(找出主要物种对N、P的吸收利用效果以及N:P的偶合关系)，研究其在污染防控条件下的水肥利用性状和生产性状，提出NP养分高效利用的污染削减型种植品种。试验处理:CK;N0P2K2 ；N1P2K2 ；N2P2K2 ；N3P2K2 ；N2P0K2 ；N2P1K2 ；N2P3K2 ；N1P1K2 (重复4次)
在晋宁县上蒜乡实施氮磷高效利用蔬菜品种优化配置大田试验20组，研究不同科属种间采用间作、套作、轮作和复种耕作制度，调控蔬菜种植结构，提高养分有效利用率。试验处理:叶菜类-茄果类轮作；瓜类-豆类轮作；葱蒜类-根菜类轮作；
叶菜类-茄果类间作；瓜类-豆类间作；葱蒜类-根菜类间作；
重复4次。(2)节肥调控措施
由污染防控型肥料的使用、氮磷素减量技术、节肥施用方式组成。利用污染防控型肥料的控释和缓释性，提高肥料的利用效率，减少氮磷肥料的流失率；通过氮磷素减量减少氮磷的用量，源头控制氮磷施入量；利用节肥施用方式减少氮磷的流失途径。I)污染防控型肥料的使用措施
为了在示范区推广使用污染防控型肥料，首先要污染防控型肥料的筛选(不同N、P素形态肥料肥效比较)，在晋宁县上蒜乡大棚蔬菜(茄果类和瓜类)上布置不同形态氮磷肥控失效果试验5组。研究集约化条件下土壤-蔬菜系统养分循环和平衡状况，协调肥料肥效对蔬菜需肥规律，提高蔬菜水肥有效性和肥料利用率。目的是对不同N、P素形态肥效试验，找出提高当地肥料利用率的肥料品种，合理使用肥料，减少氮磷的流失；研究集约化条件下土壤-蔬菜系统养分循环和平衡状况，协 调肥料肥效对蔬菜需肥规律，提高蔬菜水肥有效性和肥料利用率。试验处理:对照1-NO;对照2-P0;对照3-N0P0;农民常用肥；尿素；硫包衣尿素；树脂包衣尿素；碳酸氢铵；SSP ;磷酸一铵；DAP ;硝磷铵；多肽能氮肥；钙镁磷肥；DAP ;施可丰复合肥；榕风缓释肥；新型控失肥；新型控释肥。其中各处理N、P、K用量、比例完全相同)。重复4次。2) N、P素减量措施
在晋宁县上蒜乡实施蔬菜(白菜、辣椒、青瓜、荷兰豆、大蒜、萝卜)N、P素减量大田试验10组。试验处理:CK； N0P2K2 ；N1P2K2 ；N2P2K2 ；N3P2K2 ；N2P0K2 ；N2P1K2 ；N2P3K2 ；N1P1K2
重复4次。3)节肥方式措施
在晋宁县上蒜乡实施布置不同施肥方式试验5组。试验处理:农民习惯；穴施；条施；环施；叶面施；滴施；喷施；烧施。通过不同施肥方式氮磷流失定量比较，找出提高当地肥料利用率的施肥方式，减少氮磷的流失(其中各处理N、P、K用量、比例完全相同)。重复4次。 4)节水控污措施
利用设施农业蔬菜需水特点，按蔬菜不同生育期对水分的不同需求适时进行定量滴灌，使集约化条件下土壤-蔬菜系统养分循环和平衡状况，协调水肥对蔬菜需肥规律的关系提高蔬菜水肥有效性和肥料利用率，减少水肥的流失。通过干管、支管和毛管上的滴头，在低压下直接向土壤供应已过滤的水分和肥料，并在重力和毛细管的作用下进入蔬菜根际，在防止产生地表径流和土壤深层渗漏同时，使蔬菜根区的土壤保持最优含水状况。通过氮磷流失定量比较，找出减少氮磷的流失和提高当地肥料利用率的灌溉和施肥方式。在晋宁县上蒜乡实施节水控污大田试验10组。试验处理:滴灌；喷灌；浇灌 重复4次。2、过程阻断试验
(I)氮磷减失植物篱生物截污
利用植物篱物种对农田水氮磷截留的贡献，构建适应湖盆区的植设施农业排水沟生物截污系统，有效控制农田氮，磷的流失。在上蒜乡柴河流域竹园村委会设施农业示范基地实施氮磷减失植物篱生物截污田间试验5组。试验处理:空心菜；水芹菜；茼蒿；薄荷；小米菜；韭菜；黄豆；马铃薯等。(2)水肥循环利用
通过农田径流的导流、循环利用、蓄积过滤，使排出农田径流所含的污染物质降低到所能控制的最低限度，提高农田养分循环利用效率。导流使农田径流按所设计的路线流动，防止其直接进入自然水系；循环利用使导流后的径流多次得到利用，在此过程中蔬菜可吸收径流中过剩的营养物质；蓄积过滤可将农田雨后过剩的径流暂时收集，并通过土壤和所配置的生物措施得到过滤和吸纳，蓄积的径流可在雨后进一步利用。减少农田径流养分流失，提高农田养分循环利用效率
在晋宁县上蒜乡实施农田径流N、P减失技术研究大田试验10组。试验处理:对照蓄积；导流+生物缓冲+蓄积；导流+生物缓冲+蓄积+循环利用处理。(3)控害防污
利用研发出的生物源农药新产品防治病虫害的用药重点放在虫源集中地(温室、大棚等)、种群高峰期(2-6月、9-12月)、幼虫1-2龄期、嗜好作物种类及苗期，宜早、晚喷药，并统一防治；高效低毒低成本生物源农药新产品46%克植蝇(Kilpestar)可湿性粉剂稀释成1000-1200倍液或26%阿维 杀虫单微乳剂稀释成600-1200倍液对斑潜蝇进行叶面喷雾防治，0.9%阿维.印楝素(绿保)乳油稀释成1200-1500倍液对斑潜蝇进行叶面喷雾防治，每种药剂的施药间隔期为10天，两者可进行交替用药；这样，就可达到控虫源、断虫路、压基数以及将斑潜蝇控制在经 济受害允许水平以下的目的。3.终点吸收固定试验
(I)土壤磷的吸收固定措施
利用新型的高效土壤结构改良剂具有的较絮凝性状，来维系良好的土壤结构，减少径流，防止土壤氮磷养分过多流失。试验处理:①硫酸亚铁②硫酸铝③聚丙烯酰胺
通过施用硫酸亚铁(FES)、硫酸铝(ALS)和聚丙烯酰胺(PAM)这三种土壤改良剂，同时以空白和目前农田较为常用的土壤杀菌剂五氯硝基苯(PCNB)作为对照，开展对设施农业中磷素流失研究，旨在为设施农业土壤原位磷素固持提供技术支撑。试验土壤样品为设施农业土壤(Facilities agricultural soil),土壤样品采集深度为30 cm，手工剥离其枯枝、石块等杂质，取少量土壤用于初始土壤性质分析，土壤经风干、磨细和过20目筛，装入风口袋中备用。田间试验在滇池流域上蒜乡的设施农业中进行。(2)农业固废田头无害化处理措施
采用太阳能辅助生物能对农田固废进行无害化处理，提高和保持农田固废水解发酵温度，大幅度提高病原生物的灭杀作用和养分的可利用水平，使蔬菜秸杆得到资源化循环利用。在晋宁县上蒜乡实施农业固废田头无害化处理大田试验23组。试验处理:田头太阳能固废分散式处理装置；农民习惯 同一农户不设重复，以23组试验为重复。4次重复。每个试验蔬菜品种相同。(三)观测记载内 容
每处理在不同生育期观测记载其生物性状。在不同生育期对病虫害种类和危害程度观测记载。(四)样品采集与分析
1、土壤
土壤样品采集:分层(0-20cm、20-40cm、40-60cm)采集土壤样品，每一处理整个生育期取3次土壤样品，每小区取3个样点，取样点在畦上两株之间。将取自同一土层的土样于田间混合均匀后自然风干，磨碎过20目、60目和80目筛，测定相关项目。具体采样时期包括:蔬菜种植前、生长中期、收获期。土壤样品测定指标包括:水分、温度、pH、有机质；TN、水解N、NH4+-N、NO3-N ;TP、速效P、Ca-p, FE-P, Al-P, O-P ;全K、速效K ;容重、密度、机械组成、团粒结构状况、孔隙度、通气性、氧化还原状况等。土壤最后计算营养元素氮、磷、钾吸收利用率、损失率和残留率。2、植株样品
植株样品采集:根据蔬菜生长规律，每次施肥前各小区取植株2株，每处理共取8株分别测量植株株高、茎围、鲜重和烘干重(开花时对花的经济性状进行定性描述)，并测定相关项目。植株样品采集整株植物样，具体采样时期与土壤样品一致。植株样品分析:按照上述采样时期，采集植株样品分析植株生物量(地上、地下)、商品产量、水分、TN、TP、ΤΚ、Ν03-Ν、硝酸盐、蛋白质、维生素C、可溶性糖。3、水体
地下水样具体采样时期与土壤样品一致，每次需同时采集灌溉水、地表径流和地下水。施肥前每处理挖深80cm剖 面一个，待剖面坑里水汇集至刚澄清，取水样600ml，测定地下水TN、NH4+-N、NO3-N, TP、水溶性总磷、TK。灌溉水进出水口测定进水量、出水量，pH、全氮磷钾含量、泥沙含量。径流水进出水口测定进水量、出水量，pH、全氮磷钾含量、径流泥沙含量。
权利要求
1.一种设施农业面源污染物就地三重拦截与消纳方法，其特征是:该方法由源头控制、过程阻断拦截、终点吸收固定三部分组成；I)源头控制是通过防控型氮磷高效物种的筛选和优化配置、节肥调控措施和节水控污措施，达到源头控制面源污染物；2)过程阻断拦截是通过设施农业水肥循环利用、控害防污和氮磷减失植物篱生物截污，控制设施农业径流氮磷流失量；3)终点吸收固定是通过对土壤氮磷的吸收固定、田头固体废弃物的无害化和资源化处理，实现农 业固废资源化循环利用。
全文摘要
本发明涉及一种设施农业面源污染物就地三重拦截与消纳方法，属环境保护技术领域。利用设施农业污染物的源头控制、过程阻断拦截、终点吸收固定三重拦截和消纳方法，对面源污染源-流-汇过程和决定面源污染形成的水-肥关键要素进行过程关键点控制，从减少氮磷用量、增加氮磷吸收、防止氮磷流失和循环利用氮磷四方面实现设施农业面源污染就地削减。本发明使设施农田减少氮肥投入量35%，磷肥投入减少22%，化学农药投入减少41.4%，农业废弃物资源化和无害化处理利用率达到91.7%，缩短处理周期46.2%；就地削减氮38.45%，削减磷25.42%。本发明可以广泛地应用于设施农业面源污染物的拦截与控制。
文档编号A01G1/00GK103190268SQ201310124849
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月11日 优先权日2013年4月11日
发明者洪丽芳, 付利波, 尹梅, 陈华, 陈检锋, 苏帆, 杨育华, 赵光顺, 尹胜鑫, 任石所, 周萍丽 申请人:云南省农业科学院农业环境资源研究所