CN107500471B - 一种阻控坡耕地氮磷流失的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明具体公开了一种阻控坡耕地氮磷流失的方法，包括步骤：1)沿坡耕地坡面开挖多条等间距的首尾依次相连的横向沟渠；2)在横向沟渠中从下至上依次填充生物炭‑中间层土壤‑生物炭‑表层土壤；在横向沟渠上部形成导水渠，在中间层土壤中埋设灌溉渗水管网；3)在各横向沟渠内开挖一个或多个渗水井；4)在表层土壤内种植植物篱，以拦截泥沙和径流；5)沿坡耕地坡面底部再开挖一条过滤沟渠，过滤沟渠内填充生物炭层，在该生物炭层内埋设导流管；6)在待过滤水暂存渠内种植用于保持待过滤水暂存渠内表层土壤的植物篱。本发明方法不但能够很好的阻控氮磷流失，避免农业化肥的面源污染，同时还能够在干旱时对作物进行渗水灌溉。

Description

一种阻控坡耕地氮磷流失的方法
技术领域
本发明涉及农业生态环境保护领域，特别涉及一种阻控坡耕地氮磷流失的方法。
背景技术
坡耕地是指分布在山坡上地面平整度差、跑水跑肥跑土问题突出、作物产量低的旱地。我国坡耕地约为3.59亿亩，占全国耕地面积的比例近1/5。坡耕地土壤养分流失是由于降雨作用于表层土壤，发生径流引起土壤中氮、磷等养分溶解流失，或径流泥沙含有和吸附的颗粒态养分随径流迁移，进入水体的过程。坡耕地由于其倾斜度，使地表在遇到强降雨后迅速出现沿斜坡移动的径流，土壤中的氮磷钾等作物生长必需的营养物质随径流和泥沙流失出农田。土壤中的氮磷元素是一把双刃剑，保存在农田土壤里是植物生长必需的营养物质，流失到农田外则是农田面源污染的重要污染物。
土壤胶体对NH4+的吸附主要靠静电引力，吸附和解吸的平衡受土壤胶体类型、粘粒含量和土壤pH值等因素的影响，土壤胶体成分中对NH4+的吸附能力为蛭石>蒙脱石>伊利石>高岭石>倍半氧化物；土壤对磷(H2PO4-、HPO42-、PO43-)的吸附机制主要为专性吸附，且主要发生在铁、铝氧化物的表面，因此，加入Fe(NO3)3，就能大大增强其吸附磷的能力。
生物炭对减少土壤中氮素流失的机理目前主要有：(1)生物炭的小孔隙结构(小于0.9nm)能够降低土壤养分的渗漏速度，延缓水溶性离子的溶解迁移时间，加强对移动性强、易淋溶流失养分的吸附；(2)其表面丰富的含氧官能团使生物炭具有较高离子吸附交换能力且有一定的吸附容量，能够吸附土壤中溶解态NH4+、NO3-等离子。如果在生物炭中加入Fe(NO3)3，一方面使生物炭表面带正电荷，有利于硝化细菌和反硝化细菌附着在其表面，另一方面铁离子能加速NH4+-N向NO2--N转化，进行短程硝化反硝化作用。同时，反硝化细菌利用生物炭作为缓释碳源进行反硝化作用，使NO3-经过反硝化脱氮为N2排入大气，减少土壤中NO3-因淋溶而进入河流。
生物炭对减少土壤中磷素流失的机理主要有：(1)通过它的阴离子交换能力或者通过影响与磷相互作用的阳离子的活性/有效性改变磷的有效性；(2)通过改变微生物的土壤环境对磷的有效性和吸收提供间接影响。
目前，大部分研究者将生物炭均匀的施入土壤中，能起到改良土壤、增加肥效、提高土壤有机质含量的作用，但是对于坡耕地径流在地表停留时间较短，生物炭均匀的施入土壤表层对于阻控氮磷流失的作用较小。也有人将生物炭和土壤按一定比例填埋在农业面源污染污水收集沟塘下面，但是在地块面积小的坡耕地上不实用，并且没有种植植物以吸收生物炭中积蓄的氮磷，使生物炭不能重复使用。
此外，由于坡耕地的蓄水能力差，生长在其上的作物在雨水稀少的时节很难得到足够的水分以供生长需要，单纯的通过喷灌、浇灌等方式难以使水分充足的供应给作物根部。
发明内容
本发明目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种阻控坡耕地氮磷流失的方法。
本发明的技术方案是：一种阻控坡耕地氮磷流失的方法，包括如下步骤：
1)沿坡耕地坡面开挖多条等间距的横向沟渠，各条横向沟渠的首尾之间依次挖通相连；
2)在每条横向沟渠中从下至上依次填充生物炭-中间层土壤-生物炭-表层土壤，用于将导致水体富营养化的氮磷吸附在生物炭表面或者固定在土壤中；所述表层土壤的上表面低于坡耕地坡面，形成导水渠；其中在填充中间层土壤的时候依次沿各条横向沟渠埋设灌溉渗水管网；
3)在每条横向沟渠内从表层土壤开始向下开挖一个或多个渗水井，在所述渗水井的井口设置水篦子作为井盖；
4)在表层土壤内种植植物篱，以拦截坡面以及导水渠内的泥沙和径流；
5)沿坡耕地坡面底部再开挖一条与各横向沟渠相平行的过滤沟渠，所述过滤沟渠内填充生物炭层，同时在该生物炭层内埋设导流管；在生物炭层上方填充表层土壤，该表层土壤的上表面低于坡耕地坡面底部，使过滤沟渠的上部形成待过滤水暂存渠；所述导流管用于将经过过滤沟渠内的生物炭过滤后的水排出坡耕地外；
6)在所述待过滤水暂存渠内种植用于保持待过滤水暂存渠内表层土壤的植物篱。
所述横向沟渠的深度为0.5-0.9m，宽度为0.3-0.5m，长度与坡耕地长度一致，所形成的导水渠深度低于坡耕地坡面5-10cm。
所述过滤沟渠的深度为0.8-1m，宽度为2-2.5m，长度与坡耕地长度一致，所形成的待过滤水暂存渠深度低于坡耕地坡面底部30-50cm。
所述导流管直径为7～11cm，长度为1-3m，位于生物炭内的一端管口包裹350-450目的不锈钢丝网，导流管露出过滤沟渠外长度为15～25cm，每隔4～6m埋设1根导流管。
所述渗水井的深度为2-5m，直径为20-30cm。
所述植物篱品种为多年生金银花、黄花菜经济植物篱，或者百喜草和白三叶草混杂种植的植物篱。
本发明的有益效果：本发明实施例中提供了一种阻控坡耕地氮磷流失的方法，通过植物篱-土壤-生物炭-土壤-生物炭沟比传统的生物炭和土壤混施能更加快速、多重的吸附、过滤坡耕地径流和泥沙中的氮磷；植物篱既能起到拦截、消纳径流水中氮磷的作用，又能增加经济效益；土壤、生物炭与植物篱三重拦截比单一技术效果好；通过本发明的导水渠和渗水井能够在雨水多的时候使富含氮磷的水流被导入到坡耕地内部，有利于坡耕地的蓄水保墒作用，同时通过在坡耕地内所埋设的灌溉渗水管网能够在干旱时给坡耕地进行直接对作物根部进行供水的渗水灌溉作业。本发明方法不但能够很好的阻控氮磷流失，避免农业化肥的面源污染，同时还能够在干旱时对作物进行渗水灌溉。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的坡耕地示意图。
附图标记说明：1、坡耕地坡面；2、横向沟渠；3、渗水井；4、过滤沟渠。
具体实施方式
下面对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
参见图1、图2，本发明实施例提供了一种阻控坡耕地氮磷流失的方法，包括如下步骤：
1)沿坡耕地坡面1开挖多条等间距的横向沟渠2，各条横向沟渠2的首尾之间依次挖通相连；
2)在每条横向沟渠2中从下至上依次填充生物炭-中间层土壤-生物炭-表层土壤，用于将导致水体富营养化的氮磷吸附在生物炭表面或者固定在土壤中；所述表层土壤的上表面低于坡耕地坡面1，形成导水渠；其中在填充中间层土壤的时候依次沿各条横向沟渠2埋设灌溉渗水管网；所述的渗水管网为沿横向沟渠2的一整条通水管路，整个通水管路包括一用于灌溉时输入灌溉水的进水口，通水管路上密布有若干出水孔，且在通水管路上包裹有土工布。
3)在每条横向沟渠2内从表层土壤开始向下开挖一个或多个渗水井3，在所述渗水井3的井口设置水篦子作为井盖；
4)在表层土壤内种植植物篱，以拦截坡面以及导水渠内的泥沙和径流；
5)沿坡耕地坡面1底部再开挖一条与各横向沟渠2相平行的过滤沟渠4，所述过滤沟渠4内填充生物炭层，同时在该生物炭层内埋设导流管；在生物炭层上方填充表层土壤，该表层土壤的上表面低于坡耕地坡面1底部，使过滤沟渠4的上部形成待过滤水暂存渠；所述导流管用于将经过过滤沟渠4内的生物炭过滤后的水排出坡耕地外；
6)在所述待过滤水暂存渠内种植用于保持待过滤水暂存渠内表层土壤的植物篱。
进一步地，所述横向沟渠2的深度为0.5-0.9m，宽度为0.3-0.5m，长度与坡耕地长度一致，所形成的导水渠深度低于坡耕地坡面5-10cm。
进一步地，所述过滤沟渠的深度为0.8-1m，宽度为2-2.5m，长度与坡耕地长度一致，所形成的待过滤水暂存渠深度低于坡耕地坡面1底部30-50cm。
进一步地，所述导流管直径为7～11cm，长度为1-3m，位于生物炭内的一端管口包裹350-450目的不锈钢丝网，导流管露出过滤沟渠外长度为15～25cm，每隔4～6m埋设1根导流管。
进一步地，所述渗水井3的深度为2-5m，直径为20-30cm。
进一步地，所述植物篱品种为多年生金银花、黄花菜经济植物篱，或者百喜草和白三叶草混杂种植的植物篱。
综上所述，本发明实施例中提供了一种阻控坡耕地氮磷流失的方法，通过植物篱-土壤-生物炭-土壤-生物炭沟比传统的生物炭和土壤混施能更加快速、多重的吸附、过滤坡耕地径流和泥沙中的氮磷；植物篱既能起到拦截、消纳径流水中氮磷的作用，又能增加经济效益；土壤、生物炭与植物篱三重拦截比单一技术效果好；通过本发明的导水渠和渗水井能够在雨水多的时候使富含氮磷的水流被导入到坡耕地内部，有利于坡耕地的蓄水保墒作用，同时通过在坡耕地内所埋设的灌溉渗水管网能够在干旱时给坡耕地进行直接对作物根部进行供水的渗水灌溉作业。本发明方法不但能够很好的阻控氮磷流失，避免农业化肥的面源污染，同时还能够在干旱时对作物进行渗水灌溉。如表1所示，为实验测试得出的南方某坡耕地地区在6-10月份雨季期间，将某块坡耕地分为相同面积的两部分，其中一部分采用传统的坡耕地结构，另一部分采用本发明的坡耕地结构，其中在6月份的时候通过对土壤均匀施入氮肥和磷肥，并检测了整体坡耕地各个部分的初始氮磷初测值(其中含氮量的范围在200-210mg/kg内；含磷量的范围在100-110mg/kg内)，经过6-10月份的雨季后，测得传统坡耕地的氮磷含量和本发明坡耕地的氮磷含量，通过二者的对比值，可以明显的看出采用本发明方法的坡耕地结构，其氮磷含量测值远远高于传统坡耕地的氮磷测值，尤其是在雨季，其效果更佳显著。因此，本发明方法能够很有效的针对坡耕地阻控氮磷流失。
表1南方某坡耕地地区氮磷含量测试对比表
Figure BDA0001397752070000071
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种阻控坡耕地氮磷流失的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）沿坡耕地坡面开挖多条等间距的横向沟渠，各条横向沟渠的首尾之间依次挖通相连；所述横向沟渠的深度为0.5-0.9m，宽度为0.3-0.5m，长度与坡耕地长度一致；
2）在每条横向沟渠中从下至上依次填充生物炭-中间层土壤-生物炭-表层土壤，用于将导致水体富营养化的氮磷吸附在生物炭表面或者固定在土壤中；所述表层土壤的上表面低于坡耕地坡面，形成导水渠，所形成的导水渠深度低于坡耕地坡面5-10cm；其中在填充中间层土壤的时候依次沿各条横向沟渠埋设灌溉渗水管网；
3）在每条横向沟渠内从表层土壤开始向下开挖一个或多个渗水井，在所述渗水井的井口设置水篦子作为井盖；所述渗水井的深度为2-5m，直径为20-30cm；
4）在表层土壤内种植植物篱，以拦截坡面以及导水渠内的泥沙和径流；
5）沿坡耕地坡面底部再开挖一条与各横向沟渠相平行的过滤沟渠，所述过滤沟渠内填充生物炭层，同时在该生物炭层内埋设导流管；在生物炭层上方填充表层土壤，该表层土壤的上表面低于坡耕地坡面底部，使过滤沟渠的上部形成待过滤水暂存渠；所述导流管用于将经过过滤沟渠内的生物炭过滤后的水排出坡耕地外；
6）在所述待过滤水暂存渠内种植用于保持待过滤水暂存渠内表层土壤的植物篱。
2.如权利要求1所述的一种阻控坡耕地氮磷流失的方法，其特征在于，所述过滤沟渠的深度为0.8-1m，宽度为2-2.5m，长度与坡耕地长度一致，所形成的待过滤水暂存渠深度低于坡耕地坡面底部30-50cm。
3.如权利要求1所述的一种阻控坡耕地氮磷流失的方法，其特征在于，所述导流管直径为7~11cm，长度为1-3m，位于生物炭内的一端管口包裹350-450目的不锈钢丝网，导流管露出过滤沟渠外长度为15~25cm，每隔4~6m埋设1根导流管。
4.如权利要求1所述的一种阻控坡耕地氮磷流失的方法，其特征在于，所述植物篱品种为多年生金银花、黄花菜经济植物篱，或者百喜草和白三叶草混杂种植的植物篱。
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