一種農田徑流流失養分循環利用系統及應用的制作方法
【專利摘要】一種農田徑流流失養分循環利用系統及應用，屬于農業面源污染控制領域。由農田、灌排溝渠和生態塘構成，農田田埂高度為30～40cm，寬度50～70cm，單塊農田面積0.2～0.3hm2，農田單灌單排，灌排溝渠硬質化，溝渠切面成等腰梯形狀；農田生態塘用來收集農田地表徑流水，生態塘和農田面積比為1：40～50，生態塘深度為100～120cm。本農田養分循環利用系統不但可以減少農田地表徑流養分流失，而且由于農田地表徑流流失養分的循環利用，可以減少農田化肥的投入量，保證農田養分的高效利用，減輕農田流失養分對周圍環境的影響，對實現農作物高產和農業生態環境安全具有重要意義。
【專利說明】一種農田徑流流失養分循環利用系統及應用
[0001]一、【技術領域】
本發明屬于農業面源污染控制領域，特別涉及一種農田徑流流失養分循環利用系統及應用。
[0002]二、【背景技術】
富營養化是我國湖泊、河流面臨的重大環境問題。有關水質調查表明，2008年太湖水體總氮、總磷濃度分別達到3.5和0.2 mg.L—1 (成芳等.太湖水質現狀與主要污染物分析[J].上海海洋大學學報，2010，19(1): 105-110);巢湖水體總氮、總磷濃度分別達到2.5和
0.2 mg.L—1 (董文濤等.巢湖流域非點源污染來源、影響及控制研究[J].環境整治，2011，5: 74-77)，均達到V類水質標準，屬于嚴重超標。據報道，我國湖泊水庫氮磷養分負荷有一半以上來自農業(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)，為提高糧食產量，太湖地區部分高產稻田的施氮量達到270- 300 kg.1ιπ2,巢湖流域稻田化肥投入量已達到1000 kg.1ιπ2左右(董文濤等.巢湖流域非點源污染來源、影響及控制研究[J].環境整治，2011，5: 74-77)，過高的氮肥投入不僅使氮肥利用率過低，而且會通過地表徑流等途徑進入周圍的水體，對生態環境造成嚴重影響，成為水體污染的主要污染源(劉立軍等.實時、實地氮肥管理對水稻產量和氮素利用率的影響[J].中國農業科學，2003，36(12): 1456-1461 ;徐國偉等.秸桿還田與實地氮肥管理對水稻產量及品質的影響[J].中國農學通報，2006，22(10):209-215)。
[0003]巢湖流域的研究表明，稻麥輪作農田徑流總氮流失量為45.27~101.38 kg.hm_2，總磷流失量為0.30~0.61 kg ^hnT2 (王桂苓.巢湖流域稻麥輪作農田徑流氮磷流失研究[J].水土保持學報，2010，24(2): 6-10，29)。大量研究表明，通過農田原位減排措施和工程防治技術能對徑流養分的輸出起到一定的攔截作用，可以在一定程度上減少面源污染；在工程防治技術方面，利用植物籬麻袋覆蓋技術能夠減少地表徑流量和養分流失量22.7%和36.8%(米艷華等.云南紅壤坡耕地的水土流失及其綜合治理[J].水土保持學報，2006，20(2): 17-21)。此外，人工濕地也是控制農業面源水體污染的一條重要途徑。但這些措施對已經徑流輸出的養分難以有效防治，需要通過增加農田生態塘環節，用以較長時間的貯留和凈化農田流失水體，以減輕其對周圍水體環境的危害。
[0004]三、
【發明內容】
技術問題:
針對上述技術不足之處，本發明的目的是通過在農田排水溝渠末端增加生態塘，在其中種植養分富集植物，攔截農田地表徑流養分流失，減輕農業面源污染。
[0005]本發明的另一目的在于將生態塘中的養分富集植物打撈還田利用，實現農田流失養分的循環利用。
[0006]本發明的另一目的在于確定生態塘和農田的適宜面積比例問題，構建農田徑流流失養分循環利用系統工程。[0007]技術方案:
一種農田徑流流失養分循環利用系統，由農田、灌排溝渠和生態塘構成，所述農田作業區四周的田埂高度為30?40 cm，寬度50?70 cm，單塊農田面積0.2?0.3 hm2，所述農田實行單灌單排，灌排溝渠硬質化，溝渠切面成等腰梯形狀，上底60?80 cm,下底20?30cm,高70?80 cm ;所述農田生態塘用來收集農田地表徑流水，生態塘和農田面積比為1:40?50,生態塘深度為100?120 cm。
[0008]所述的農田徑流流失養分循環利用系統在控制農業面源污染方面的應用。其特征在于，當遇到暴雨或者農田需要排水擱田時，將農田地表徑流水通過排水溝渠匯集到農田生態塘中，并在生態塘種植養分富集植物，攔截農田水體流失養分，一季作物收獲后，將生態塘中的養分富集植物制成有機肥或直接還田利用，實現農田流失養分的循環利用。小麥季在生態塘中種植養分富集植物水芹菜和黑麥草，攔截農田水體流失養分。
[0009]有益效果
本發明與現有技術相比，具有如下優點:
本發明通過在農田排水溝渠末端增加生態塘環節，并在生態塘種植養分富集植物，用以較長時間的貯留和凈化農田流失水體，再將養分富集植物制成有機肥或直接還田利用，使農田流失養分得以循環利用，實現經濟效益和生態效益的雙贏。
[0010](I)農田地表徑流流失養分，由農田經過排水溝到生態塘，在生態塘中種植水生植物，通過水生植物攔截農田水體流失養分，再將水生植物富集養分還田利用，實現農田流失養分的循環利用。
[0011](2)農田地表徑流流失養分的循環利用，對減少農田化肥的過量投入，保證農田養分的高效利用，緩解水體富營養化對環境的影響，實現農作物高產和農業生態環境安全具
有重要意義。
[0012](3)在農田排水渠末端設置生態塘，小麥季在其中種植養分富集植物水芹菜和黑麥草，攔截農田水體流失養分，再將養分富集植物還田綜合利用，實現麥季農田流失養分的循環利用，是一種有效的減少農田面源污染的措施。
[0013](4)水稻季，生態塘中所有水生植物N，P, K養分總攔截量分別為67.8，8.1，99.7 kg，占總區域N，P, K流入量分別為21.84%，90.31%, 55.73% ;小麥季，除去養分攔截植物種植初期所施苗肥中當季被吸收利用的N，P, K養分，生態塘植物實際攔截麥季農田流失N，P, K養分的量分別為18.0，1.9，22.0 kg。植物養分攔截量占本灌排單元農田地表徑流水體養分流失的77.0%, 80.4%, 105.8%。
[0014]四、【專利附圖】

【附圖說明】
圖1是本發明的布局結構示意圖，其中I為農田(農田管理措施均按稻麥高產栽培技術要求進行)，2為生態塘，3為農田灌水渠道入口，4為農田灌水渠道，5為農田排水渠道(農田排水經過排水渠道匯集于生態塘)，6為生態塘入水口，7為生態塘出水口，8為明渠流量計。
[0015]圖2無錫市太湖水稻示范園稻季農田地表徑流水量
圖3無錫市太湖水稻示范園稻季農田地表徑流水體中流失總N量 圖4無錫市太湖水稻示范園稻季農田地表徑流水體中流失總P量 圖5無錫市太湖水稻示范園稻季農田地表徑流水體中流失K量 圖6蘇州市望亭農業示范園麥季農田地表徑流水量圖7蘇州市望亭農業示范園麥季農田地表徑流水體中流失總N量 圖8蘇州市望亭農業示范園麥季農田地表徑流水體中流失總P量 圖9蘇州市望亭農業示范園麥季農田地表徑流水體中流失K量 五、【具體實施方式】
下面結合實施例及附圖對本發明作進一步描述:
實施例1 農田流失養分循環利用系統工程構建:在無錫市太湖水稻示范園完成了農田一生態塘養分循環系統工程的構建。農田面積為18.6 hm2，生態塘面積為0.4 hm2。農田生態塘面積比例為46:1。農田每次發生地表徑流，所有農田排水匯集向生態塘中。
[0016]試驗在無錫市太湖水稻示范園實驗田中進行，農田面積為18.6 hm2，選擇地力相對一致的平整試驗田5塊，每塊田面積在0.25 hm2左右，每塊田都有獨立的灌排水溝，每塊田四周有高約3(T40 cm，寬度5(T60 cm的土埂。農田實行單灌單排，灌排溝渠硬質化，溝渠切面成等腰梯形狀，上底60~80 cm，下底20~30 cm，高70~80 cm。每次灌水時單位面積的灌水量大致相當，農田徑流口的高度為每次灌水所需田間最大存水量的高度，讓徑流自由發生。通過在農田排水渠道出口處裝置明渠流量計測定每次發生徑流的排水量，同時每次排水時，取水樣測定水體中養分含量，計算出養分的輸出量。設置農田生態塘面積在
0.4 hm2左右，生態塘深度為100~120 cm，在其中種植水葫蘆、睡蓮、水浮蓮、美人蕉，并在生態塘四周種植了幾種挺水植物。
[0017]試驗作物為水稻，2009年6月15日插秧，2009年10月30日收獲，單位面積農田N, P, K施用量分別為305.7，44.9，150.8 kg.hm-2。整個水稻生長季的田間管理措施均按水稻高產栽培技術要求進行，灌溉水為臨近稻田的河水。
[0018]試驗監測方法
在水稻季，當農田有地表徑流發生時，通過明渠流量計測定徑流量，在徑流的前、中、后前分別取水樣8~10次，將它們混合均勻帶到實驗室測定。所采水樣經普通濾紙過濾后，分別用紫外分光光度法、紫外消解鑰藍比色法和火焰光度法測定水中總N、總P、K的濃度。
[0019]結果分析
(I)農田地表徑流量和養分流失量
農田地表徑流量和養分流失量測定表明(圖2，3，4，5 )，整個水稻季本區域農田地表徑流水量為4518.0 m3.hm_2，其中N，P, K流失量分別為16.6，0.5，9.6 kg.hm_2，稻季農田地表徑流水體中N，K的流失量要明顯大于P素。稻田NPK的流失量大小是施肥時期和施肥量共同作用的結果，從幾幅圖中出現峰值的時期來看，施肥時期對稻田養分流失量的影響較大。
[0020](2)生態塘中水生植物的配置、生物產量和養分攔截量
在水稻移栽前，考慮不同品種水生植物對水體養分攔截能力不同以及景觀效果，從農田排水口到生態塘出水口依次種養:水葫蘆、睡蓮、水浮蓮、美人蕉。種養面積分別為:1300, 1000, 1300, 200 m2。此外，在生態塘的四周種植挺水植物。
[0021]在水生植物生長后期測定其生物產量和養分含量，不同品種水生植物:水葫蘆、睡蓮、水浮蓮和美人蕉的總干物重分別為1194.4，626.7，931.7和386.7 kg。N，P, K養分攔截量分別為63.7，7.5，94.6 kg (表1)。生態塘周圍挺水植物慈菇、茭白等的N，P, K養分攔截量分別為4.1, 0.6，5.1 kg ο
[0022]表1生態塘中不同品種水生植物養分總攔截量(kg)
【權利要求】
1.一種農田徑流流失養分循環利用系統，其特征在于，由農田、灌排溝渠和生態塘構成，所述農田作業區四周的田埂高度為30?40 Cm，寬度50?70 cm，單塊農田面積0.2?0.3 hm2，所述農田實行單灌單排，灌排溝渠硬質化，溝渠切面成等腰梯形狀，上底60?80cm，下底20?30 cm,高70?80 cm ;所述農田生態塘用來收集農田地表徑流水，生態塘和農田面積比為1:40?50，生態塘深度為100?120 cm。
2.權利要求1所述的農田徑流流失養分循環利用系統在控制農業面源污染方面的應用。
3.根據權利要求2所述一種農田徑流流失養分循環利用系統的應用，其特征在于，當遇到暴雨或者農田需要排水擱田時，將農田地表徑流水通過排水溝渠匯集到農田生態塘中，并在生態塘種植養分富集植物，攔截農田水體流失養分，一季作物收獲后，將生態塘中的養分富集植物制成有機肥或直接還田利用，實現農田流失養分的循環利用。
4.根據權利要求3所述一種農田徑流流失養分循環利用系統的應用，其特征在于，小麥季在生態塘中種植養分富集植物水芹菜和黑麥草，攔截農田水體流失養分。
【文檔編號】E02B3/00GK103469761SQ201310365551
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月20日 優先權日:2013年8月20日
【發明者】劉紅江, 鄭建初, 陳留根, 郭智, 周煒 申請人:江蘇省農業科學院