一種利用生態塘攔截稻田徑流流失養分的植物配置方法
【專利摘要】本發明涉及一種利用生態塘攔截稻田地表徑流流失養分的植物配置方法，屬于環境生態學領域。在農田排水溝末端增加生態塘環節，根據稻季農田養分流失特征，以及不同水生植物的養分富集特點和景觀效果，在農田生態塘配置水葫蘆、水芹菜、睡蓮、慈菇、濕生美人蕉等水生植物，攔截稻季農田地表徑流流失養分。針對稻季農田養分流失高峰一般出現在水稻移栽到返青期這一基本特征，通過配置不同水生植物以及調節水生植物的初始放量，使生態塘水生植物群體在這一時間段能夠達到最快的生長速度，攔截大量流失的農田養分。減少農田地表徑流對周圍水環境的影響，為農業生產可持續發展和農業生態環境安全提供理論支撐。
【專利說明】一種利用生態塘攔截稻田徑流流失養分的植物配置方法
[0001]一、【技術領域】
本發明屬于環境生態學領域，具體涉及一種利用生態塘攔截稻田地表徑流養分流失的植物配置方法。
[0002]二、【背景技術】
農業面源污染已成為水體污染的重要污染源。氮、磷等養分物質通過農田地表徑流、排水和地下滲漏等方式，進入農田周圍水體是江河湖泊富營養化的重要原因(YAN W J, etal.Phosphorus export by runoff from agricultural field plots with differentcrop cover in Lake Taiku watershed [J].Journal of Environmental Science, 2001,13(4): 502-507 ；TU Q Y, et al.Chaohu Lake eutrophication study[M].Hefe1:University Press of Science and Technology of China, 1990: 226),其貢獻率遠超過城市生活污水的點源污染和工業的點源污染(王鷗等.農業面源污染的綜合防治與補償經濟制的建立[J].農業面源污染與綜合防治，2004，(11): 18-19)。需從源頭控制和加強治理來確保水質達標和流域生態安全。
[0003]關于減少農田地表徑流養分流失，前人在農田原位減排措施(Banzai K.Redsoil runoff and its control in Island Basins [J].Japanese Journal of TropicalAgriculture, 2002, 46(5): 329-337 ;陳光榮等.糧草豆隔帶種植保護性耕作對坡地水土流失的影響[J].水土保持學報，2009，23(4): 54-58)和工程防治技術(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;喻定芳等.北京地區等高草籬防治坡耕地水土流失效果[J].農業工程學報，2010，26(12): 89-96)等方面已有大量研究，這些措施對徑流養分的輸出起到一定攔截作用，可以在一定程度上減少面源污染，但對已經徑流輸出的養分難以有效防治。筆者等(劉紅江等.稻田流失養分循環利用系統構建研究初探[J].生態環境學報，2010，19(10): 2275-2279)在前人研究的基礎上，通過在農田排水溝渠末端增加生態塘，通過在其中種植水生植物，凈化農田地表徑流流失水體，減輕農業面源污染，已有相關報道。此外，前人定位試驗監測發現(郭智等.稻麥兩熟農田稻季養分徑流流失特征[J].生態環境學報，2010，19(7): 1622-1627)，常規施肥條件下，稻季農田地表徑流氮、磷流失量分別為達到11.29和0.19 kg.hm_2，其養分流失高峰出現在水稻移栽到返青期這一段時間，約占稻季農田地表徑流氮磷流失量的60%左右。
[0004]因此，針對稻季農田地表徑流養分流失的上述特點，通過研究主要養分富集植物水葫蘆自身的生長特性，根據水葫蘆適宜生長的外界氣候條件，在確定生態塘水葫蘆放養時間的基礎上，明確合適的水葫蘆生長的初始放養量，使稻季農田養分流失高峰和生態塘中水生植物的生長高峰基本吻合，有效攔截農田地表徑流高峰期養分流失。兼顧不同植物的養分富集能力和景觀效果，在生態塘配置以浮水植物水葫蘆為主，輔以挺水植物水芹菜、睡蓮、慈菇，以及濕生美人蕉等養分富集植物，綜合攔截稻季農田地表徑流流失養分，為保證我國農業生態環境安全提供技術支撐。
[0005]三、
【發明內容】
發明目的:本發明的目的是通過農田生態塘養分富集植物的合理配置有效攔截稻田地表徑流水體養分流失，根據不同植物的生長特性和養分富集能力，確定主要養分富集植物的初始放養量和放養規模，使稻季農田養分流失高峰和生態塘水生植物的生長高峰基本吻合，減輕農業面源污染。
[0006]技術方案:
一種利用生態塘攔截稻田地表徑流流失養分的植物配置方法，其特征在于:通過在農田生態塘種植養分富集植物，攔截稻季農田地表徑流流失養分，兼顧養分富集能力和景觀效果的同時，使水稻移栽到返青期出現的農田養分流失高峰與水生植物的生長高峰相吻合，減少農田流失養分對周圍環境的影響。
[0007]所述養分富集植物以浮水植物水葫蘆為主，輔以挺水植物水芹菜、睡蓮、慈菇以及濕生美人蕉。按照水葫蘆鮮重I kg.πL-22的初始放養量在農田生態塘放養水葫蘆。
[0008]在農田生態塘種養水芹菜、睡蓮、慈菇、美人蕉，采用生產上的普通種苗，按照水芹菜30株/平方米，睡蓮3株/平方米，慈菇15株/平方米，美人蕉20株/平方米的密度種植，幾種水生植物的面積配比依次在4:4:1:2左右。
[0009]有益效果:
本發明根據稻季農田養分流失特征和水生植物的生長特性及養分富集能力，兼顧景觀效果的同時，在農田生態塘合理配置養分富集植物，使稻季農田養分流失高峰和生態塘水生植物的生長高峰基本吻合，有效攔截農田地表徑流養分流失，從源頭控制農田水體富營養化問題。
[0010]本發明水葫蘆初始放養量為I kg.πL-2的處理，當6月底到7月初農田流失養分高峰出現時，水葫蘆的階段生長量最大，能夠快速富集農田流失養分。農田生態塘水葫蘆、水芹菜、睡蓮、慈菇、美人蕉富集N，P, K養分量占整個稻季農田養分流失量的66.4%，97.9%,81.5%。通過在農田生態塘合理時空配置養分富集植物能夠有效攔截稻季農田流失養分，減輕農業面源污染。
[0011]四、【專利附圖】

【附圖說明】
圖1是本發明的稻季水生植物在生態塘配置俯視示意圖，其中I為生態塘入水口，2為生態塘出水口，3為水葫蘆，4為水芹菜，5為睡蓮，6為慈菇，7為濕生美人蕉。
[0012]圖2蘇州市望亭農業示范園稻季農田地表徑流水量
圖3蘇州市望亭農業示范園稻季農田地表徑流水體中流失總N量 圖4蘇州市望亭農業示范園稻季農田地表徑流水體中流失總P量 圖5蘇州市望亭農業示范園稻季農田地表徑流水體中流失K量 圖6不同初始放養量水葫蘆生物產量和階段干物質增產量 圖7不同初始放養量水葫蘆N、P養分富集量
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
試驗在蘇州市望亭農業示范園實驗田中進行，農田面積為5.2 hm2。選擇地力相對一致的平整試驗田3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，每次灌水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。
[0013]試驗作物為水稻，2012年水稻季農田施肥量為:施N、P、K分別為270.0，67.5，135.0 kg.hm_2，肥料運籌，基蘗肥:穗肥=6:4，施用時期分別為6月15日施基肥，6月22日施分蘗肥，8月I日施穗肥，P、K肥全部作為基肥施用。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。
[0014]在本灌排單元農田排水口設置生態塘，生態塘面積約2300.0 m2，深度為農田水平面以下100-120 cm，用來收集稻季農田地表徑流水，農田排水溝和周邊以及生態塘四周的道路全部硬質化，所有農田排水最終通過一個排水口匯集到生態塘，在排水溝的末端安裝明渠流量計，流量計出水口與排水溝的底部相平。在農田排水溝于接近生態塘的地方設計旁路系統，平時處于關閉狀態，當稻季遇到暴雨，生態塘達到最大儲水量時，打開旁路系統渠道閘門，將徑流水直接排向外河。
[0015]在生態塘設置水葫蘆不同初始放養量試驗，放養時間為5月16日，初始放養量設置為0.5，I, 2 kg*m_2 3個水平，采用直徑12 cm的PVC管圍欄小區，小區面積2 m2，試驗重復4次。研究不同初始放養量條件下的水葫蘆生長和養分攔截情況。
[0016]為了有效攔截水稻季本灌排單元農田流失養分，在水稻移栽前，根據水生植物的養分富集能力和景觀效果，在農田生態塘種養水葫蘆、水芹菜、睡蓮、慈菇、美人蕉，面積分別為1100 m2，320 m2，280 m2, 80 m2和150 m2 (幾種水生植物的面積配比依次在4:4:1:2左右。)水稻季結束，將生態塘中所有水生植物打撈還田或堆制成有機肥綜合利用。
[0017]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全N、全P、K的濃度。
[0018]結果分析
(I)稻季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)，試驗年度稻季農田共發生地表徑流10次，總地表徑流水量為4.4X IO3 m3.hm_2。整個稻季,農田地表徑流水體中總N、總P、K流失量分別為15.46，0.65，11.82 kg.hnT2，分別占稻季農田N、P、K肥總投入量的
5.73%, 0.96%, 8.75%。稻季農田養分流失高峰出現在6月底到7月初這一時間段，占整個稻季農田養分流失的60%以上。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。
[0019](2)不同初始放養量條件下水葫蘆生物產量和養分富集量
不同初始放養量條件下水葫蘆生長速度(圖6)，從5月16日放養開始，水葫蘆的生物產量逐漸增加，到8月中下旬水葫蘆的生物產量增長減慢，只至基本停止生長。總體來看，初始放養量大的處理，水葫蘆的生物產量在不同時期均較大。不同初始放養量水葫蘆均出現兩個生長高峰，分別在6月底到7月上旬，以及7月底到8月上旬這兩個階段，水葫蘆的第一個生長高峰與農田養分的流失高峰基本吻合，其中以初始放養量I kg.M-2處理的生長速度最快。
[0020]不同初始放養量條件下水葫蘆養分富集量(圖7)，從初始放養開始，隨著生育進程的推進，水葫蘆N、P養分富集變化趨勢和干物質生產量變化趨勢基本一致，都是呈逐漸增加的趨勢；到8月底水葫蘆的生長基本停止，其養分富集量也基本停止增加。就不同初始放養量而言，特別是其放養前期，初始放養量大的處理，由于生物產量增長較快，因此其氮磷養分富集量較快。
[0021]本研究還發現，就階段養分富集量而言，在6月底到7月上旬，當農田出現養分流失高峰時，初始放養量為I kg.πm-2處理的水葫蘆，在這一階段的氮、磷富集量分別達到300.2，15.3 g.m_2，要明顯大于其它兩個處理，能夠更有效應對農田養分流失高峰。整個水稻季，初始放養量I kg.m_2處理的水葫蘆，氮、磷素富集量分別為962.9，92.15 g.m_2。
[0022]( 3 )稻田生態塘植物配置及流失養分攔截效果
在水稻移栽前，按照鮮重I kg.πm-2的初始放養量，在總面積約2300 m2的農田生態塘放養了 1100 m2的水葫蘆。另外，考慮景觀效果，在農田生態塘劃分不同小區，種養水芹菜、睡蓮、慈菇、美人蕉，采用生產上的普通種苗，按照水芹菜30株/平方米，睡蓮3株/平方米，慈菇15株/平方米，美人蕉20株/平方米的密度種植，面積分別為320 m2，280 m2，80 m2和150 m2。攔截稻季農田流失養分。
[0023]表1生態塘養分攔截植物生物產量和養分富集量(kg)
【權利要求】
1.一種利用生態塘攔截稻田地表徑流流失養分的植物配置方法，其特征在于:通過在農田生態塘種植養分富集植物，攔截稻季農田地表徑流流失養分，兼顧養分富集能力和景觀效果的同時，使水稻移栽到返青期出現的農田養分流失高峰與水生植物的生長高峰相吻合，減少農田流失養分對周圍環境的影響。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:所述養分富集植物是浮水植物水葫蘆，其方法為在水稻移栽前，按照水葫蘆鮮重I kg.π 2的初始放養量在農田生態塘放養水葫蘆。
3.根據權利要求1或2所述`的方法，其特征在于:在農田生態塘種養水芹菜、睡蓮、慈菇、美人蕉，按照水芹菜30株/平方米，睡蓮3株/平方米，慈菇15株/平方米，美人蕉20株/平方米的密度種植，幾種水生植物的面積配比依次在4:4:1:2。
【文檔編號】C02F3/32GK103466799SQ201310365555
【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, 盛婧, 朱普平 申請人:江蘇省農業科學院