一种拦截农田养分流失的碳坝构建方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种拦截农田养分流失的碳坝构建方法，属农业环境保护技术领域。
【背景技术】
[0002] 土壤中碳、氮是土壤质量的核心，是土壤肥力的物质基础，是植物养分的重要来 源。土壤中碳、氮不仅决定着土壤中养分循环和转化，而且也是这些养分元素最重要的"库" 和"源"。土壤有机碳的数量和质量影响着土壤性质、过程和行为，在维持土壤质量、控制养 分和污染物的生物有效性中起着重要的作用。土壤有机碳又在全球碳循环和气候变化中起 着关键的作用。土壤中碳素是植物生长所必需的营养元素，是土壤生产力的重要限制性因 素。土壤中碳循环将影响到其他重要的生物地球化学循环，乃至全球环境变化。在过去的 几百年中，人类活动向全球陆地碳循环中输人了双倍的碳量，已经引起了全球碳超载及一 系列的环境问题。
[0003] 土壤是陆地生态系统的核心，是连接大气圈、水圈、生物圈以及岩石圈的纽带。由 于土壤有机碳贮量的巨大库容，其较小幅度的变化就可能影响到碳向大气的排放，以温室 效应影响全球气候变化，同时也影响到陆地植被的养分供应，进而对陆地生态系统的分布、 组成、结构和功能产生深刻影响。据统计，农业利用使土壤损失的有机碳在410亿t一500 亿t之间（Cole等，1996)。一般地讲，利用方式转变后自然土壤有机碳含量在40-50年内将 降低20%-50% (Davidson等，1993 ;Hass等，1957)。低水平的农业生产，肥料使用不足，去 除、lei烧植物残留物，以及缺少水土保持措施，是历史上土壤有机碳降低的主要原因（杨 学明，2000)。
[0004] 传统的农业用地对土壤中的碳素都没有进行吸收和固定，这样的农田在施肥之后 营养物质十分充足，容易使植物生长过剩，同时植物生长后期容易营养不良，影响到作物 的产量等。此外，在农田排水时，很多的碳元素随水流就排出农田外，造成农田中养分流失， 每年都要对农田进行施肥，容易改变土壤的性质，不利于农户的种植，并且浪费资金。
[0005] 为了减少人为碳排放、增加土壤碳贮存延长土壤碳的固定时间等问题，就必须了 解农田中有机碳库的库容及其动态变化过程，培育土壤碳库意义重大，不仅可以大幅度减 少二氧化碳的排放，为减缓全球气候变暖做出贡献，而且也是农牧业的重要基础建设。
【发明内容】
[0006] 为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种拦截农田养分流失的碳坝构建方 法，利用碳坝内的碳坝材料先把农田中的碳素吸收固定，然后随着时间的推移，碳材料吸收 接近饱和，所吸收的氮磷元素也释放出来，这时，利用氮磷富集植物实现碳坝材料的再生， 释放出来的氮磷元素恰好提供给植物生长所需，有利于植物的成长，在农田中的排水处、农 田内纵向以及农田土层的下部均设置有碳坝，能够全面的把农田中的氮磷元素进行先吸收 后释放，有效的促进植物后期的生长，同时还可以持久的对土壤里的元素进行调节，减少农 业化肥的使用，保护微生物环境，保护土壤结构。
[0007] 为了达到上述目的，本发明提出如下技术方案：
[0008] -种拦截农田养分流失的碳坝构建方法，具体步骤为：
[0009] 第一步：确定碳坝的构成：本碳坝由表土碳坝格栅结构、底土碳坝吸盘结构和排 水口碳坝导槽结构构成；
[0010] 第二步：确定构成一种拦截农田养分流失的碳坝的三个结构的位置：表土碳坝格 栅结构位于田块内部，垂直设置在0_30cm表层土壤中，其长边方向与田块水流方向垂直； 底土碳坝吸盘结构位于田块地下50cm处，放置在两个表土碳坝格栅结构之间；排水口碳坝 导槽结构位于田块的最终排水位置；
[0011] 其中，所述的表土碳坝格栅结构包括碳坝格栅前立面、格栅方格网袋、粗粒碳坝材 料、碳坝再生滤网、石英砂层、氮磷富集植物、碳坝格栅后立面、细粒碳坝材料；所述的碳坝 格栅前立面和碳坝格栅后立面上设置有格栅方格网袋，设置在碳坝格栅前立面上的格栅方 格网袋内填充粗粒碳坝材料，设置在碳坝格栅后立面上的格栅方格网袋内填充细粒碳坝材 料，碳坝格栅前立面和碳坝格栅后立面的上部设置有碳坝再生滤网，碳坝再生滤网上部设 置有石英砂层，石英砂层上种植有氮磷富集植物；
[0012] 所述的底土碳坝吸盘结构包括粗粒碳坝材料、氮磷富集植物、细粒碳坝材料、培养 基质、底土碳坝吸盘排水口、斜面体下段、隔离网、斜面体上段、碳坝再生立柱；所述的底土 碳坝吸盘由斜面体下段和斜面体上段构成，斜面体下段和斜面体上段通过隔离网分隔，斜 面体上段内设置有粗粒碳坝材料，斜面体下段内设置有细粒碳坝材料，粗粒碳坝材料和细 粒碳坝材料上设置有碳坝再生立柱，碳坝再生立柱内设置有培养基质，所述的氮磷富集植 物种植在碳坝再生立柱上，底土碳坝吸盘排水口设置在斜面体下段的下角处；
[0013] 所述的排水口碳坝导槽结构包括粗粒碳坝材料、石英砂层、氮磷富集植物、细粒碳 坝材料、槽体表面滤网、出水口、水流、二级碳坝导槽、一级碳坝导槽溢流口、隔板、一级碳坝 导槽、进水口；所述的排水口碳坝导槽由一级碳坝导槽和二级碳坝导槽构成，所述的一级碳 坝导槽内填充粗粒碳坝材料，二级碳坝导槽内填充细粒碳坝材料，在粗粒碳坝材料和细粒 碳坝材料的上方设置有槽体表面滤网，槽体表面滤网的上表面为石英砂层，所述的氮磷富 集植物种植在石英砂层上，一级碳坝导槽和二级碳坝导槽之间通过隔板隔离，一级碳坝导 槽的左下角处设置有进水口，水流通过进水口进入一级碳坝导槽内，所述的一级导槽溢流 口设置在隔板的上部，出水口设置在二级碳坝导槽的右下角处；
[0014] 第三步：确定碳坝材料的构成：碳坝材料的分为粗粒碳坝材料和细粒碳坝材料两 种，细粒碳坝材料的粒径为0. 2cm，粗粒碳坝材料的粒径为0. 8cm，细粒碳坝材料和粗粒碳 坝材料的成分构成均为炭化生物质，同时混合相当于炭化生物质重量2%的生石灰和相当 于炭化生物质重量0. 5%的硝化抑制剂。
[0015] 作为优选：第二步中，所述的碳坝格栅前立面和碳坝格栅后立面为带方格孔的硬 质材料构成，方格孔与格栅方格网袋大小相同，格栅方格网袋内填充碳坝材料后通过压条 固定在碳坝格栅前立面和碳坝格栅后立面上。
[0016] 本发明的有益效果是：
[0017] 本发明利用碳坝内的碳坝材料先把农田中的碳素吸收固定，然后随着时间的推 移，碳材料吸收接近饱和，所吸收的氮磷元素也释放出来，这时，利用氮磷富集植物实现碳 坝材料的再生，释放出来的氮磷元素恰好提供给植物生长所需，有利于植物的成长，在农田 中的排水处、农田内纵向以及农田土层的下部均设置有碳坝，能够全面的把农田中的氮磷 元素进行先吸收后释放，有效的促进植物后期的生长，同时还可以持久的对土壤里的元素 进行调节，减少农业化肥的使用，保护微生物环境，保护土壤结构。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明的结构示意图；
[0019] 图2为本发明中表土碳坝格栅结构示意图；
[0020] 图3为本发明中底土碳坝吸盘结构示意图；
[0021] 图4为本发明中排水口碳坝导槽结构示意图。
[0022] 图中，1-表土碳坝格栅结构、2-底土碳坝吸盘结构、3-排水口碳坝导槽结构、4-田 块、5-碳坝格栅前立面、6-格栅方格网袋、7-粗粒碳坝材料、8-碳坝再生滤网、9-石英砂层、 10-氮磷富集植物、11-碳坝格栅后立面、12-细粒碳坝材料、13-培养基质、14-底土碳坝吸 盘排水口、15-斜面体下段、16-隔离网、17-斜面体上段、18-碳坝再生立柱、19-槽体表面滤 网、20-出水口、21-水流、22-二级碳坝导槽、23- -级碳坝导槽溢流口、24-隔板、25- -级 碳坝导槽、26-进水口。
【具体实施方式】
[0023] 下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024] 实施例1
[0025] 实验设计：在农田A中选择两块相同面积的区域，一块区域记作