CN106233865A - 一种减少稻田养分流失的方法 - Google Patents

一种减少稻田养分流失的方法 Download PDF

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CN106233865A CN201610681595.0A CN201610681595A CN106233865A CN 106233865 A CN106233865 A CN 106233865A CN 201610681595 A CN201610681595 A CN 201610681595A CN 106233865 A CN106233865 A CN 106233865A
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蔡树美
张德闪
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Abstract

本发明提供一种减少稻田养分流失的方法，为在稻田中设置养分拦截系统，所述稻田养分拦截系统将稻田划分为施肥区和无肥区，控制水分从施肥区向无肥区的单向流动，利用无肥区拦截稻田养分流失。本发明进一步提供一种稻田养分拦截系统及其应用。本发明提供一种减少稻田养分流失的方法，能够达到减少稻田养分流失，保护农田生态环境的目的，在充分利用无肥区拦截的氮、磷养分的基础上，获得较理想的产量，并减少无肥区水稻产量损失。

Description

一种减少稻田养分流失的方法
技术领域
本发明属于农业生态环境保护领域，涉及一种减少稻田养分流失的方法，具体涉及一种利用稻田养分拦截系统减少稻田中氮、磷养分流失的方法。
背景技术
当前，全球范围内农业面源污染正成为水体污染的一个主要途径，被公认为是水体污染中最大的问题之一。防治农业面源污染不但是水污染治理的重中之重，也逐步成为现代农业和社会可持续发展的重大课题之一。
20世纪80年代，我国科技人员开始对农业面源污染开展研究工作。研究内容可归纳为以下几个方面。第一，结合防治湖泊等水体的富营养化开展了农业面源污染负荷调查评价，为综合防治提供科学依据。中科院南京土壤所于1990年完成了国家环保局下达的课题，对太湖流域的农田氮磷径流污染和渗漏污染作了深入研究，以后有关部门为治理太湖和滇池等湖泊污染进行了更为详细的面源污染调查评价，内容扩大至畜禽粪尿和生活污染源。第二，进行流域或区域的面源污染负荷调查评价，以明确防治面源污染在调查区水环境综合防治中地位，并采取相应的防治对策。此类工作有的是单项调查，例如城市和流域的降雨径流污染，也有的是综合性的，调查内容包括地表径流，化肥，农药，畜禽粪尿，农田渗漏和精养鱼塘等。第三，进行农田氮磷流失的专项研究。农化学家往往多从提高化肥利用率的角度出发开展研究，而目前农化学家与环保工作者联合，研究目的扩展至减少化肥对不环境的污染，通过田间和实验室模拟试验研究氮磷在不同农业条件下的径流流失和淋渗流失，尤以氮的流失研究为多。第四，进行农药污染的专题研究。此类研究偏重于农药对农作物、土壤的污染，以及农药对环境生物和人体健康的危害。此外，在引用国外现有技术的基础上，对面源污染的研究方法和数学建模也开展了不少工作，并开始采用遥感、地理信息系统和地球定位系统等新技术。
进入21世纪，随着我国农业源污染对水体富营养化影响的进一步加剧，农业源污染的防控逐步成为现代农业和社会、经济可持续发展的重大课题。根据《第一次全国污染源普查公报》，2007年我国农业源排放化学需氧量1324.09万吨，总氮270.46万吨，总磷28.47万吨，分别占全国污染物排放量的43.7％、57.2％、64.9％。我国农业源化学需氧量、总氮、总磷排放量已经超过生活源和工业源，成为我国主要污染源。
早期我国对农业面源污染的治理，主要按照点源污染的治理模式，试图通过一些位于河口、河道地带示范区的工程建设获得成效，由于面源污染的特征是产生于整个区域内，而在整个区域不同地点上，发生强度因降雨、土壤类型、土地利用类型和地形条件而变化。因此这种治理模式虽然在去除水体COD的方面取得了明显的效果，但在去除水体中N、P的效果方面有限，因而我国流域面积较大水域由农业面源污染所造成的水体富营养化正在进一步加剧。近年来，随着人们对面源污染认识的加深和基础研究的深入，我国农业面源污染的治理方式已从过去单一的末端治理工程转变为源头控制、过程阻断相结合的综合防治方式。目前我国农业污染呈现局部改善整体加剧、环境约束加深的态势，如何保证在农业可持续发展和粮食稳产高产的条件下防治农业面源污染，是我国当前面临的又不得不解决的难题。因此，开展农业面源污染防治技术的研发是当前我国一项迫切的任务。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种减少稻田养分流失的方法，用于解决现有技术中缺乏减少稻田中氮、磷养分流失的系统及方法的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种减少稻田养分流失的方法，为在稻田中设置稻田养分拦截系统，所述稻田养分拦截系统将稻田划分为施肥区和无肥区，并控制水分从施肥区向无肥区的单向流动。
上述稻田为水稻田。上述水分为水或/和养分。所述水为常规用水，如河水、雨水等。上述养分为稻田中的养分，主要为氮、磷、钾等养分，上述养分存在于肥料、土壤、水等中。
上述施肥区为施用肥料用于提供养分的稻田区域，其施肥量与常规稻田施肥量一致。
上述无肥区为不施任何肥料的稻田区域。
上述施肥区和无肥区的病虫害等管理措施与常规稻田一致。
优选地，所述施肥区与无肥区之间设有土埂，所述土埂将所述施肥区与无肥区相分隔。
更优选地，所述土埂的高度为20-25cm，所述土埂顶部的宽度为15-25cm。
优选地，所述施肥区与无肥区的面积之比为3-5：1。更优选地，所述施肥区与无肥区的面积之比为4：1。
优选地，所述施肥区与无肥区之间存在地势差，所述施肥区的地势高于等于所述无肥区的地势。
优选地，所述稻田养分拦截系统包括有施肥区、无肥区、进水口、水位控制口、排水口，所述进水口设置在所述施肥区，所述排水口设置在所述无肥区，所述水位控制口设置在所述施肥区与无肥区之间。
更优选地，所述进水口设置在所述施肥区周围边缘位置，所述进水口设有第一闸门。所述第一闸门可以控制进入施肥区的进水量和进水速度，保持施肥区种植所需的水层高度。具体来说，当要求进水速度快，将第一闸门开大；当要求进水速度慢，将第一闸门开小；达到施肥区所需水层高度时的进水量，关闭第一闸门。
更优选地，所述排水口设置在所述无肥区周围边缘位置，所述排水口设有第二闸门。所述第二闸门可以控制排出无肥区的排水速度，延长经过施肥区的含养分的水在无肥区内的驻留时间，提高养分的拦截效果。具体来说，当要求排水速度快，将第二闸门开大；当要求排水速度慢，将第二闸门开小。
上述第一闸门和第二闸门均为常规的可升降调节高度的闸门，所述闸门均可从市场上购买获得。
更优选地，所述进水口的宽度为30-40cm。
更优选地，所述排水口的宽度为30-40cm。
更优选地，所述第一闸门的宽度不大于所述进水口的宽度。
更优选地，所述第二闸门的宽度不大于所述排水口的宽度。
更优选地，所述水位控制口设置在所述施肥区与无肥区之间的土埂上，所述水位控制口贯穿土埂并分别与所述施肥区、无肥区相连通，所述水位控制口上设有第三闸门。所述第三闸门既可以控制施肥区中水的驻留时间，又可以控制排入无肥区的排水速度。具体来说，当第三闸门处于关闭状态时，由于第一闸门也处于关闭状态，水就可以长期驻留在施肥区中；当打开第三闸门将经过施肥区的含养分的水排入无肥区时，当要求排水速度快，将第三闸门开大；当要求排水速度慢，将第三闸门开小；当施肥区中水排空后，再次关闭第三闸门。
上述第三闸门为常规的可升降调节高度的闸门，所述第三闸门可从市场上购买获得。
更优选地，所述水位控制口的宽度为30-40cm。
更优选地，所述第三闸门的宽度不大于所述水位控制口的宽度。
更优选地，所述水位控制口与所述排水口之间距离保持尽可能远。所述水位控制部离排水口距离越远越好，这样可以延缓经过施肥区的含养分的水在无肥区内中流动速度，延长经过施肥区的含养分的水在无肥区内的驻留时间，提高养分的拦截效果。
进一步优选地，所述水位控制口与所述排水口之间距离大于所述无肥区短边的长度，且小于所述无肥区短边和长边的长度之和。
优选地，所述施肥区在水稻种植时的水层高度为3-5cm。
优选地，所述稻田养分拦截系统控制水分从施肥区向无肥区的单向流动，为将水经进水口流入施肥区，再经水位控制口流入无肥区后，通过出水口排出。
更优选地，所述水经进水口流入施肥区，需要打开第一闸门。
更优选地，所述水经水位控制口流入无肥区，需要打开第三闸门。
更优选地，所述水经水位控制口流入无肥区后，需要关闭第三闸门。
更优选地，所述水通过出水口排出，需要打开第二闸门。
更优选地，所述稻田养分拦截系统控制水分从施肥区向无肥区的单向流动中，将水流入施肥区，同时将肥料施入施肥区的土壤中，土壤中的养分和溶于水的肥料养分提供施肥区水稻种植的营养；含有未被施肥区水稻吸收的肥料养分和土壤养分的水再流入无肥区，再与无肥区土壤中养分相结合，提供无肥区水稻种植的营养；未被无肥区水稻吸收和土壤拦截的多余含有养分的水从无肥区排出。
优选地，所述施肥区的水稻播种或插秧时间要比无肥区提前6-8天。更优选地，所述施肥区的水稻播种或插秧时间要比无肥区提前7天。
优选地，所述无肥区水稻种植时，根据无肥区水稻在分蘖期、孕穗等关键期的长势，适时地将所述施肥区中的水分排到无肥区。从而能够减少无肥区水稻因缺肥和水而引起的产量损失。
优选地，所述施肥区栽培的水稻品种为常规水稻品种。
优选地，所述无肥区栽培的水稻品种为节水抗旱稻品种。
本发明第二方面提供一种稻田养分拦截系统，所述稻田养分拦截系统包括有施肥区、无肥区、进水口、水位控制口、排水口，所述进水口设置在所述施肥区，所述排水口设置在所述无肥区，所述水位控制口设置在所述施肥区与无肥区之间。
上述稻田为水稻田，所述稻田划分为施肥区和无肥区。所述施肥区为施用肥料用于提供养分的稻田区域，其施肥量与常规稻田施肥量一致。所述无肥区为不施任何肥料的稻田区域。
优选地，所述施肥区栽培的水稻品种为常规水稻品种。
优选地，所述无肥区栽培的水稻品种为节水抗旱稻品种。
优选地，所述进水口设置在所述施肥区周围边缘位置，所述进水口设有第一闸门。
更优选地，所述第一闸门的宽度不大于所述进水口的宽度。
优选地，所述排水口设置在所述无肥区周围边缘位置，所述排水口设有第二闸门。
更优选地，所述第二闸门的宽度不大于所述排水口的宽度。
上述第一闸门和第二闸门均为常规的可升降调节高度的闸门，所述闸门均可从市场上购买获得。
优选地，所述进水口的宽度为30-40cm。
优选地，所述排水口的宽度为30-40cm。
优选地，所述施肥区与无肥区之间设有土埂，所述土埂将所述施肥区与无肥区相分隔。
更优选地，所述土埂的高度为20-25cm，所述土埂顶部的宽度为15-25cm。
优选地，所述水位控制口设置在所述施肥区与无肥区之间的土埂上，所述水位控制口贯穿土埂并分别与所述施肥区、无肥区相连通，所述水位控制口上设有第三闸门。
更优选地，所述第三闸门的宽度不大于所述水位控制口的宽度。
上述第三闸门为常规的可升降调节高度的闸门，所述第三闸门可从市场上购买获得。
更优选地，所述水位控制口的宽度为30-40cm。
更优选地，所述水位控制口与所述排水口之间距离保持尽可能远。
进一步优选地，所述水位控制口与所述排水口之间距离大于所述无肥区短边的长度，且小于所述无肥区短边和长边的长度之和。
优选地，所述施肥区在水稻种植时的水层高度为3-5cm。
本发明第三方面提供一种稻田养分拦截系统在稻田中的应用。
优选地，所述稻田为水稻田。
如上所述，本发明提供一种减少稻田养分流失的方法，利用水稻养分吸收功能强的特点以及稻田的湿地功能，将稻田划分为施肥区和无肥区，并将无肥区构建成稻田养分拦截系统，将在施肥区稻田的含有较高浓度氮、磷养分的田水经过水位控制口排入无肥区，在无肥区经过水稻的充分吸收和稻田土壤的吸附拦截后，再排出稻田。该种方法能够达到减少稻田养分流失，保护农田生态环境的目的，无肥区的TN拦截率达到85％以上，TP拦截率达到65％以上，无肥区产量达到施肥区的85％以上，并能使无肥区获得了较理想的产量，具有现实的积极意义。
附图说明
图1显示为本发明中一种稻田养分拦截系统的结构示意图，其中，1：施肥区；2：无肥区；3：进水口；4：水位控制口；5：排水口；6：土埂。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
如图1所示，本发明提供一种稻田养分拦截系统，所述稻田养分拦截系统包括有施肥区1、无肥区2、进水口3、水位控制口4、排水口5，所述进水口3设置在所述施肥区1，所述排水口5设置在所述无肥区2，所述水位控制口4设置在所述施肥区1与无肥区2之间。
进一步优选的实施例中，如图1所示，所述稻田划分为施肥区1和无肥区2。所述施肥区1与无肥区2的面积之比为3-5：1，优选为4：1。
进一步优选的实施例中，如图1所示，所述进水口3设置在所述施肥区1周围边缘位置，所述进水口3设有第一闸门。所述进水口3的宽度为30-40cm。所述第一闸门的宽度不大于所述进水口3的宽度。所述第一闸门可以控制进入施肥区1的进水量和进水速度，保持施肥区1种植所需的水层高度。具体来说，当要求进水速度快，将第一闸门开大；当要求进水速度慢，将第一闸门开小；达到施肥区1所需水层高度时的进水量，关闭第一闸门。
进一步优选的实施例中，如图1所示，所述排水口5设置在所述无肥区2周围边缘位置，所述排水口5设有第二闸门。所述排水口5的宽度为30-40cm。所述第二闸门的宽度不大于所述排水口5的宽度。所述第二闸门可以控制排出无肥区2的排水速度，延长经过施肥区2的含养分的水在无肥区2内的驻留时间，提高养分的拦截效果。具体来说，当要求排水速度快，将第二闸门开大；当要求排水速度慢，将第二闸门开小。
进一步优选的实施例中，如图1所示，所述施肥区1与无肥区2之间设有土埂6，所述土埂6将所述施肥区1与无肥区2相分隔。所述土埂6的高度为20-25cm，所述土埂6顶部的宽度为15-25cm。
进一步优选的实施例中，如图1所示，所述水位控制口4设置在所述施肥区1与无肥区2之间的土埂6上，所述水位控制口4贯穿土埂6并分别与所述施肥区1、无肥区2相连通，所述水位控制口4上设有第三闸门。所述水位控制口4的宽度为30-40cm。所述第三闸门的宽度不大于所述水位控制口4的宽度。所述第三闸门既可以控制施肥区1中水的驻留时间，又可以控制排入无肥区2的排水速度。具体来说，当第三闸门处于关闭状态时，由于第一闸门也处于关闭状态，水就可以长期驻留在施肥区1中；当打开第三闸门将经过施肥区1的含养分的水排入无肥区2时，当要求排水速度快，将第三闸门开大；当要求排水速度慢，将第三闸门开小；当施肥区1中水排空后，再次关闭第三闸门。
进一步优选的实施例中，如图1所示，所述水位控制口4与所述排水口5之间距离保持尽可能远。所述水位控制口4离排水口5距离越远越好，这样可以延缓经过施肥区1的含养分的水在无肥区2内中流动速度，延长经过施肥区1的含养分的水在无肥区2内的驻留时间，提高养分的拦截效果。进一步优选地，所述水位控制口4与所述排水口5之间距离大于所述无肥区2短边的长度，且小于所述无肥区2短边和长边的长度之和。
进一步优选的实施例中，所述施肥区1在水稻种植时的水层高度为3-5cm。所述施肥区1的水稻播种或插秧时间要比无肥区2提前6-8天，优选为7天。所述施肥区1栽培的水稻品种为常规水稻品种。所述无肥区2栽培的水稻品种为节水抗旱稻品种。
进一步优选的实施例中，所述无肥区2水稻种植时，根据无肥区2水稻在分蘖期、孕穗等关键期的长势，适时地将所述施肥区1中的水分排到无肥区2。从而能够减少无肥区2水稻因缺肥和水而引起的产量损失。
如图1所示，本发明提供一种减少稻田养分流失的方法，为在稻田中设置稻田养分拦截系统，所述稻田养分拦截系统将稻田划分为施肥区和无肥区，并控制水分从施肥区向无肥区的单向流动。
进一步优选的实施例中，如图1所示，所述稻田养分拦截系统控制水分从施肥区向无肥区的单向流动，为将水经进水口流入施肥区，再经水位控制口流入无肥区后，通过出水口排出。
其中，如图1所示，所述水经进水口流入施肥区，需要打开第一闸门。所述水经水位控制口流入无肥区，需要打开第三闸门。所述水经水位控制口流入无肥区后，需要关闭第三闸门。所述水通过出水口排出，需要打开第二闸门。所述稻田养分拦截系统控制水分从施肥区向无肥区的单向流动中，将水流入施肥区，同时将肥料施入施肥区的土壤中，土壤中的养分和溶于水的肥料养分提供施肥区水稻种植的营养；含有未被施肥区水稻吸收的肥料养分和土壤养分的水再流入无肥区，再与无肥区土壤中养分相结合，提供无肥区水稻种植的营养；未被无肥区水稻吸收和土壤拦截的多余含有养分的水从无肥区排出。
实施例1
采用本发明中方法在上海郊区开展了稻田养分拦截的试验，施肥区水稻供试品种为常规水稻品种：寒优香晴，无肥区为节水抗旱稻品种：旱优8号，进行栽种。试验如图1所示设置稻田养分拦截系统，并将稻田划分为施肥区和无肥区两个处理区域，施肥区与无肥区之间设有土埂，其中，无肥区面积为1亩，施肥区面积为4亩，土埂高20-25cm，顶部的宽度为15-25cm。打开第一闸门，使用河水经进水口流入施肥区进行灌溉同时施用肥料，灌溉后打开第三闸门，含有养分的水经水位控制口流入无肥区，最后打开第二闸门，将流经无肥区的水经出水口排出。在水位控制口上安装4只水表，记录含有养分的水流入无肥区的水量。进水口的宽度为30-40cm，排水口的宽度为30-40cm，所述水位控制口的宽度为30-40cm。在施肥区进行灌溉时，施肥区的水层高度为3-5cm。施肥区的水稻播种或插秧时间要比无肥区提前7天。
在养分拦截试验中，表1是施肥区和无肥区的肥料使用情况。施肥区施用普通化肥，表1列出了氮、磷、钾的用量，肥料施用方法按当地习惯；无肥区不施任何肥料。在整个养分拦截试验中其他的管理措施和当地习惯相同。
表1稻田养分拦截试验的肥料使用情况统计(单位：kg/667m2)
处理 N P2O5 K2O
施肥区 20 4 4
无肥区 0 0 0
在稻田养分拦截试验中，施肥区向无肥区排水二次，无肥区排水一次，分别记录了水量，同时取样并检测了水中的养分含量，结果见表2。根据表2可知，按照纯养分量＝灌溉量×灌溉水养分浓度的公式进行计算，二次施肥区的排水共带入稻田无肥区的TN量为0.728kg/667m2，TP量为7.22g/667m2。如不考虑稻田渗漏的养分损失，稻田无肥区的拦截TN量为0.650kg/667m2，拦截TP量为4.86g/667m2。在不考虑稻田渗漏的养分损失的情况下，如按养分拦截率＝拦截的养分量/养分输入总量的公式进行计算，本试验中的TN拦截率达到89％，TP拦截率达到67％。
表2茭白田田水中养分浓度和灌溉量
在稻田养分拦截试验中，统计试验后施肥区和无肥区的产量，结果见表3。结果显示，尽管无肥区不施任何肥料，但其产量仍然达到施肥区的87.8％。
表3稻田养分拦截试验水稻产量结果
处理 产量(kg/667m2) 相对产量(％) 相对施肥量(％)
施肥区 425.5 100 100
无肥区 373.4 87.8 0
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种减少稻田养分流失的方法，为在稻田中设置稻田养分拦截系统，所述稻田养分拦截系统将稻田划分为施肥区和无肥区，并控制水分从施肥区向无肥区的单向流动。
2.根据权利要求1所述的一种减少稻田养分流失的方法，其特征在于，所述施肥区与无肥区之间设有土埂，所述土埂将所述施肥区与无肥区相分隔。
3.根据权利要求1所述的一种减少稻田养分流失的方法，其特征在于，所述施肥区与无肥区的面积之比为3-5：1。
4.根据权利要求1所述的一种减少稻田养分流失的方法，其特征在于，所述稻田养分拦截系统包括有施肥区、无肥区、进水口、水位控制口、排水口，所述进水口设置在所述施肥区，所述排水口设置在所述无肥区，所述水位控制口设置在所述施肥区与无肥区之间。
5.根据权利要求1或4任一所述的一种减少稻田养分流失的方法，其特征在于，所述控制水分从施肥区向无肥区的单向流动，为将水经进水口流入施肥区，再经水位控制口流入无肥区后，通过出水口排出。
6.根据权利要求1所述的一种减少稻田养分流失的方法，其特征在于，还包括以下条件中任一项或多项：
1)所述施肥区在水稻种植时的水层高度为3-5cm；
2)所述施肥区的水稻播种或插秧时间要比无肥区提前6-8天。
7.一种稻田养分拦截系统，其特征在于，所述稻田养分拦截系统包括有施肥区、无肥区、进水口、水位控制口、排水口，所述进水口设置在所述施肥区，所述排水口设置在所述无肥区，所述水位控制口设置在所述施肥区与无肥区之间。
8.根据权利要求7所述的一种稻田养分拦截系统，其特征在于，所述进水口设置在所述施肥区周围边缘位置，所述进水口设有第一闸门；所述排水口设置在所述无肥区周围边缘位置，所述排水口设有第二闸门。
9.根据权利要求7所述的一种稻田养分拦截系统，其特征在于，所述施肥区与无肥区之间设有土埂，所述土埂将所述施肥区与无肥区相分隔；所述水位控制口设置在所述施肥区与无肥区之间的土埂上，所述水位控制口贯穿土埂并分别与所述施肥区、无肥区相连通，所述水位控制口上设有第三闸门。
10.根据权利要求7-9任一所述的一种稻田养分拦截系统在稻田中的用途。
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