CN108668807A - 小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法及应用 - Google Patents

小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN108668807A
CN108668807A CN201810486070.0A CN201810486070A CN108668807A CN 108668807 A CN108668807 A CN 108668807A CN 201810486070 A CN201810486070 A CN 201810486070A CN 108668807 A CN108668807 A CN 108668807A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rich water
wheat
soil
water
nitrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810486070.0A
Other languages
English (en)
Inventor
杜会英
张克强
沈仕洲
王风
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Agro Environmental Protection Institute Ministry of Agriculture
Original Assignee
Agro Environmental Protection Institute Ministry of Agriculture
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agro Environmental Protection Institute Ministry of Agriculture filed Critical Agro Environmental Protection Institute Ministry of Agriculture
Priority to CN201810486070.0A priority Critical patent/CN108668807A/zh
Publication of CN108668807A publication Critical patent/CN108668807A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G22/00—Cultivation of specific crops or plants not otherwise provided for
    • A01G22/20—Cereals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01C—PLANTING; SOWING; FERTILISING
    • A01C21/00—Methods of fertilising, sowing or planting
    • A01C21/005—Following a specific plan, e.g. pattern

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Cultivation Of Plants (AREA)

Abstract

本发明属于农业种植和污染防治技术领域，涉及小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法及应用。本发明的养殖肥水施用方法，以养殖肥水作为水、氮磷资源进行小麦玉米轮作系统施用，在保证作物产量的前提下，降低土壤硝态氮残留量、硝态氮淋溶量、氧化亚氮和二氧化碳排放量；以养殖肥水中总氮的浓度为基准，当养殖肥水中总氮浓度为100～150mg/L时，直接施用，当养殖肥水中总氮浓度＜100mg/L或＞150mg/L时，将养殖肥水进行增浓或稀释后施用。上述方法科学、合理，易于实施，处理效果显著，将肥水作为养分和水资源进行农田循环利用，既防止养殖肥水随意排放污染水体，又充分利用肥水中的氮磷养分，达到了施肥与灌溉的双重目的，实现生产和环境的双赢。

Description

小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法及应用
技术领域
本发明属于农业种植和污染防治技术领域，具体而言，涉及一种小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法及应用。
背景技术
近年来，我国畜禽养殖业由分散养殖向集约化、规模化方向快速发展。养殖粪污每年产生量约38亿吨，其中氮养分含量1350万吨，磷养分含量510万吨，养分含量相当于我国化肥年产量的27％，到目前为止，还有40％没有有效利用，一方面，这些没有被利用的粪污(尤其是养殖过程中产生的尿液、冲洗圈舍的水)随意排放，成为最大的面源污染源，其对周边水环境的污染风险已经大于工业、生活污水，生态环境制约日益凸显。另一方面，我国农业年用水量达到全年总用水量的60％以上，而水资源贫乏及地域分布不均造成我国严重的农业用水危机，农灌区地下水严重超采，导致地下水位下降等诸多生态环境问题。
将养殖过程中产生的废水或污水，如尿液、冲洗圈舍的水经过处理，达到一定水质标准，变成养殖肥水，其中含有丰富的有机质、氮和磷等养分，用其进行农田灌溉利用，作为水、养分资源等进行农田施用，是减轻肥水中氮磷等养分排放污染水体的重要途径，还可以促进农作物生长和土壤肥力提高，降低农田化肥施用量，也是缓解农业水资源短缺的重要措施之一，达到了施肥与灌溉的双重目的，实现生产和环境的双赢。
农田灌溉利用被认为是养殖肥水处理的一种简单而有效的方式。然而，由于缺乏科学施肥指导和受“施肥越多越增产”传统施肥观念的影响，施用人员在施肥中存在盲目性、随意性等诸多不合理现象。不仅会导致肥料利用率低和施肥经济效益下降，肥料损失增加，而且会造成环境污染。因而，如何建立养殖肥水合理的施用灌溉方法，例如合理的施用量、施用浓度、施用时机以及兼顾作物产量与环境风险的养殖肥水的施用方法，成为迫切需要研究解决的问题。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法，该方法综合考虑养殖肥水替代化肥施用对地下水和大气等的环境影响，在保证小麦玉米产量的前提下，降低硝态氮淋溶量、氧化亚氮和二氧化碳的排放量，确定了适宜的养殖肥水施用量，减少了环境污染，有效缓解了目前养殖肥水利用的方面存在不合理的问题；方法简单，易于操作，效果显著。
本发明的第二目的在于提供一种所述的小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法在华北干旱或半干旱地区小麦玉米轮作农田中的应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
根据本发明的一个方面，本发明提供一种小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法，以养殖肥水作为水、氮磷资源进行小麦玉米轮作系统施用，在保证作物产量的前提下，降低土壤硝态氮残留量、硝态氮淋溶量、氧化亚氮排放量和二氧化碳排放量；
以养殖肥水中总氮的浓度为基准，当养殖肥水中总氮浓度为100～150mg/L时，直接施用，当养殖肥水中总氮浓度＜100mg/L或＞150mg/L时，将养殖肥水进行增浓或稀释后施用。
作为进一步优选技术方案，养殖肥水的施用时期包括小麦越冬期、小麦拔节期和玉米种植后的1～7天；
优选地，养殖肥水的施用量为每亩50～60立方米，优选为每亩52～58立方米，进一步优选为每亩55立方米。
作为进一步优选技术方案，当养殖肥水中总氮浓度为150.01～450mg/L时，将养殖肥水与清水按照1：1.5～3的比例混合后施用，优选按照1：1.8～2.2的比例混合，进一步优选按照1：2的比例混合。
作为进一步优选技术方案，小麦玉米轮作周期结束后，将1～5米的土体分成厚度相等的若干层，采集样品，测定每一层土壤容重和硝态氮含量，计算1～5米土体中硝态氮残留量；
优选地，土壤硝态氮残留量的计算方法包括：
式中，W为硝态氮残留量；Ti为第i层土层厚度；Pi为第i层土层容重；Ci为第i层土层硝态氮质量分数含量。
作为进一步优选技术方案，小麦玉米轮作期内通过土壤1～5米土体的硝态氮淋溶量，采用土壤溶液提取法和公式计算法相结合的方式计算得到；
优选地，在小麦玉米轮作系统内，4月到9月每隔4～6天采集一次土壤溶液，10月到次年3月每隔15～30天采集一次土壤溶液，测定土壤溶液中硝态氮的质量浓度，根据公式计算每次硝态氮的淋溶量，累加，得到小麦玉米轮作期内通过土壤1～5米土体的硝态氮淋溶量；
优选地，硝态氮淋溶量的公式计算法包括：
式中，Q为小麦玉米轮作周期土壤硝态氮淋溶量；Ci为土壤溶液中硝态氮的质量浓度；△H为水势差；ΔZ为水势探头所在土层深度的差；Δti为第i个时间段；Ks为饱和导水率；h为土壤基质势；α、n和m为通过水分特征曲线拟合时获得的土壤水力参数。
作为进一步优选技术方案，氧化亚氮排放量和二氧化碳排放量通过采用静态箱法原位动态监测获得，4月到9月每隔12～16天采集一次气体，10月到次年3月每隔28～35天采集一次气体，测定气体中氧化亚氮和/或二氧化碳的浓度，通过气体浓度随时间变化来计算单位面积的气体排放通量。
作为进一步优选技术方案，气体排放通量的计算方法包括：
F＝ρ×V/A×Δc/Δt×273/(273+T)×k
式中，F为排放通量；ρ为标准状态下气体密度kg/m3；V为采集箱内有效空间体积m3；A为采集箱覆盖的土壤面积m2；△c为气体浓度差；△t为时间间隔h；T为采样时箱内温度℃；k为N2O与N、CO2与C之间的单位换算常数。
作为进一步优选技术方案，所述养殖肥水包括家畜养殖过程中产生的尿液和/或冲洗圈舍的水经过处理后适用于农田施用的水；
优选地，所述养殖肥水中，总氮的浓度为100～450mg/L，铵态氮浓度为80～320mg/L，硝态氮浓度小于10mg/L，总磷的浓度为40～100mg/L；
优选地，所述家畜包括牛、养、马和猪中的至少一种。
作为进一步优选技术方案，在该小麦玉米轮作系统中，除施用养殖肥水以外，不施用其他的化学肥料、有机肥和/或生物肥。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种如上所述的小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法在华北干旱或半干旱地区小麦玉米轮作系统中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明根据作物农田土壤肥力、作物所需养分和水分的需求，确定了适宜的养殖肥水农田施用方法，在保证作物产量前提下，减少硝态氮淋溶、土壤硝态氮残留量、氧化亚氮和二氧化碳排放量，形成了一种养殖肥水全量代替化肥的农田施用方法。该方法将养殖肥水作为水、氮磷资源进行农田循环利用，作物所需的氮磷养分由肥水中氮磷替代，减轻肥水中氮磷养分随意排放造成的污染水体，既能使养殖肥水得到有效的利用，又保护了环境，减少了污染。在肥水农田利用过程中，根据小麦玉米养分需求量，进行适量施用，控制硝态氮的淋溶，在保证作物产量和品质及环境安全的前提下，达到了节约成本和资源并兼顾环境保护的技术效果，为养殖废弃物农田资源化利用提供了一条更好的途径。
2、本发明科学、合理、高效，操作简单，易于实施，效果显著，既可以充分发挥养殖肥水的肥效作用，满足小麦、玉米生产发育需要，提高产量和产品品质，并能有效防止环境污染，削减农田面源污染发生量，又有助于改良土壤肥力和结构，是一种适应社会资源与环境需求的绿色高效的施肥方法，对于促进我国农业的可持续生产具有重要的意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的养殖肥水带入氮量与轮作周期内产量、土壤硝态氮残留量的关系曲线图；
图2为本发明实施例提供的养殖肥水带入氮量与轮作周期内产量、硝态氮淋溶量的关系曲线图；
图3为本发明实施例提供的养殖肥水带入氮量与轮作周期内产量、氧化亚氮排放量的关系曲线图；
图4为本发明实施例提供的养殖肥水带入氮量与轮作周期内产量、二氧化碳排放量的关系曲线图。
具体实施方式
下面将结合实施方式和实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式和实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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。未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
第一方面，在至少一个实施例中提供一种小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法，以养殖肥水作为水、氮磷资源进行小麦玉米轮作系统施用，在保证作物产量的前提下，降低土壤硝态氮残留量、硝态氮淋溶量、氧化亚氮排放量和二氧化碳排放量；
以养殖肥水中总氮的浓度为基准，当养殖肥水中总氮浓度为100～150mg/L时，直接施用，当养殖肥水中总氮浓度＜100mg/L或＞150mg/L时，将养殖肥水进行增浓或稀释后施用。
本发明主要针对目前养殖肥水在利用方面所存在的问题，而提供一种适合华北缺水地区，养殖肥水小麦玉米农田替代化肥施用方法。综合考虑肥水替代化肥施用对地下水和大气的影响，在保证小麦玉米产量的前提下，降低硝态氮淋溶、氧化亚氮和二氧化碳的排放；该方法易于操作、效果显著。
本发明综合考虑了肥水来源、气候和水文条件以及作物周年的养分需求等因素，确定了养殖肥水的施用浓度和施用量，不仅可以有效地消纳养殖场的废弃物，同时可节约化学肥料的投入，一方面为养殖场的废弃资源找到合理科学的出路，另一方面减少了其他化学肥料的投入，降低了成本还减少了农田面源污染负荷，适宜的肥水施用方式，可以使小麦玉米增产，不致影响农产品质量，并能有效防止环境污染。
发明所采用的养殖肥水为达标处理后的养殖肥水，在保证农作物获得高产的情况下，进一步的，在保证作物产量和品质及环境安全的前提下，既能使养殖肥水得到有效的利用，又能减少面源污染，还有助于改良土壤肥力和结构，即节约了资源、又具有生态和环境效益，是一种适应社会资源与环境需求的绿色高效的施肥方法，对于促进我国农业的可持续生产具有重要的意义。
需要说明的是，本发明的兼顾小麦玉米轮作产量与环境风险的养殖肥水替代化肥农田施用方法，在小麦－玉米轮作种植中，整个生育期内不施用氮磷等其他化学肥料，小麦玉米生长所需要的氮磷养分等利用养殖肥水中氮磷，从而实现养殖肥水农田替代化肥农田施用，其除草、杀虫等管理措施可按农民习惯种植进行。所述环境风险指标包括小麦玉米轮作农田土壤硝态氮淋溶量和氧化亚氮排放量等。
可以理解的是，上述“养殖肥水中总氮浓度＜100mg/L或＞150mg/L时，将养殖肥水进行增浓或稀释后施用”，可以理解为当养殖肥水中总氮浓度＜100mg/L时，将其总氮浓度增加至100～150mg/L后，再进行施用；或者，当养殖肥水中总氮浓度＞150mg/L时，将其总氮浓度稀释至100～150mg/L后，再进行施用。
在一种优选的实施方式中，所述养殖肥水包括家畜养殖过程中产生的尿液和/或冲洗圈舍的水经过处理后适用于农田施用的水；
优选地，所述养殖肥水中，总氮的浓度为100～450mg/L，铵态氮浓度为80～320mg/L，硝态氮浓度小于10mg/L，总磷的浓度为40～100mg/L；
优选地，所述家畜包括牛、养、马和猪中的至少一种。
例如，养殖肥水为奶牛养殖过程中产生的粪尿、冲洗圈舍的水经过厌氧处理后的水，其应符合《农田灌溉水质标准》的要求。优选的，肥水中，总氮的浓度为100～450mg/L，铵态氮浓度为80～320mg/L，硝态氮浓度小于10mg/L，总磷的浓度为40～100mg/L。
在一种优选的实施方式中，在该小麦玉米轮作系统中，除施用养殖肥水以外，不施用其他的化学肥料、有机肥和/或生物肥。所述的“化学肥料、有机肥、生物肥”按照本领域的常规术语理解即可，即在本发明的小麦玉米轮作系统中，采用了养殖肥水全量代替了其他农用肥料，在整个生育期，除了施用该养殖肥水以外，不施用任何的其他农用肥料。
优选地，养殖肥水贮存池与小麦玉米轮作农田之间通过低压输水管道或防渗渠相连；从而可避免肥水在施用过程中渗漏，泵加压后，肥水通过管道施入农田。
在一种优选的实施方式中，养殖肥水的施用时期包括小麦越冬期、小麦拔节期和玉米种植后的1～7天；
优选地，养殖肥水的施用量为每亩50～60立方米，优选为每亩52～58立方米，进一步优选为每亩55立方米。
在一种优选的实施方式中，以养殖肥水中总氮的浓度为基准，当养殖肥水中总氮浓度为100～150mg/L时，直接施用，当养殖肥水中总氮浓度为150.01～450mg/L时，将养殖肥水与清水按照1：1.5～3的比例混合后施用，优选按照1：1.8～2.2的比例混合，进一步优选按照1：2的比例混合。
本发明的养殖肥水施用方法是在小麦越冬期、小麦拔节期、玉米种植后一周内进行农田肥水施用，根据肥水中总氮的浓度进行混匀施用，即当养殖肥水中总氮浓度为100～150mg/L时，直接施用，而在该浓度范围外的养殖肥水，则经过增浓或稀释后再施用，施用量优选为55立方米/亩。
进一步的，在小麦越冬期，小麦种植当年11月底至12月初进行肥水施用，每亩肥水施用量为55立方米；在小麦拔节期，冬小麦种植次年3月底进行肥水施用，每亩肥水施用量为55立方米；在玉米种植后一周内，种植当年6月中旬进行肥水施用，每亩肥水施用量为55立方米。此施用量和施用时期可保证小麦玉米轮作产量，同时降低硝态氮淋溶和氧化亚氮和二氧化碳的排放。即该施用量和施用时期，与施用化学肥料(小麦玉米轮作周期化学肥料氮施入量为420kg/ha，磷(P2O5)施入量为180kg/ha)相比，肥水农田施用处理土壤硝态氮淋溶量、氧化亚氮和二氧化碳排放量显著降低。
本发明进行施肥的操作只有3次，与传统习惯的4－5次施肥相比，极大的解放了劳动力，省工省力，施肥简单，降低了劳动成本，科学、合理、高效。
对肥水小麦玉米农田施用农田后，土壤硝态氮残留量、淋出2米土体的硝态氮淋溶量、土壤氧化亚氮和二氧化碳排放量进行评估，确定环境风险的程度。
这里需要说明的是，本发明对于土体米数以及土层的厚度没有特殊限制，本发明下面主要以2米土体硝态氮残留量、土壤氧化亚氮和二氧化碳排放量等为例，进行进一步的详细说明，而这不应该理解为对本发明的限制。
在一种优选的实施方式中，小麦玉米轮作周期结束后，将1～5米的土体分成厚度相等的若干层，采集样品，测定每一层土壤容重和硝态氮含量，计算1～5米土体中硝态氮残留量；
优选地，土壤硝态氮残留量的计算方法包括：
式中，W为硝态氮残留量；Ti为第i层土层厚度；Pi为第i层土层容重；Ci为第i层土层硝态氮质量分数含量。
典型但非限制的，可以将1米、2米、3米、4米或5米等的土体分成厚度相等的若干层，例如可以为，将2米土体分成10层，每20厘米一层，采集样品，测定每一层土壤容重和硝态氮含量，计算2米土体中硝态氮的残留量。
得出土壤硝态氮残留量数据后，将该数据与小麦玉米产量、土壤硝态氮淋溶量、氧化亚氮和二氧化碳排放量等其他结果进行综合考虑，以确定肥水农田施用的效果。
在一种优选的实施方式中，土壤硝态氮淋溶量采用土壤溶液提取法和公式计算法相结合的方式计算得到；
优选地，在小麦玉米轮作系统内，4月到9月每隔4～6天例如每隔4天、5天或6天采集一次土壤溶液，10月到次年3月每隔15～30天采集一次土壤溶液，测定土壤溶液中硝态氮的质量浓度，根据公式计算每次硝态氮的淋溶量，然后一定时间段内土壤硝态氮淋溶量进行累加，得到小麦玉米轮作期内通过土壤1～5米土体例如1米、2米、4米或5米的硝态氮淋溶量；
优选地，硝态氮淋溶量的公式计算法包括：
式中，Q为小麦玉米轮作周期土壤硝态氮淋溶量；Ci为土壤溶液中硝态氮的质量浓度；△H为水势差；ΔZ为水势探头所在土层深度的差；Δti为第i个时间段；Ks为饱和导水率；h为土壤基质势；α、n和m为通过水分特征曲线拟合时获得的土壤水力参数。
得出土壤硝态氮淋溶量数据后，将该数据与小麦玉米产量、土壤硝态氮残留量、氧化亚氮和二氧化碳排放量等其他结果进行综合考虑，以确定肥水农田施用的效果。
在一种优选的实施方式中，土壤氧化亚氮排放量和二氧化碳排放量通过采用静态箱法原位动态监测获得，4月到9月每隔12～16天例如每隔12天、14天或16天采集一次气体，10月到次年3月每隔28～35天例如每隔28天、29天、30天、31天或35天采集一次气体，测定气体中氧化亚氮和/或二氧化碳的浓度，通过气体浓度随时间变化来计算单位面积的气体排放通量；
优选地，气体排放通量的计算方法包括：
F＝ρ×V/A×Δc/Δt×273/(273+T)×k
式中，F为排放通量；ρ为标准状态下气体密度kg/m3；V为采集箱内有效空间体积m3；A为采集箱覆盖的土壤面积m2；△c为气体浓度差；△t为时间间隔h；T为采样时箱内温度℃；k为N2O与N、CO2与C之间的单位换算常数。
需要说明的是，上述静态箱法的具体操作方式是本领域技术人员可以得知的，采用本领域公知的设备和操作方式进行采集测定即可，本发明对此不做过多限定。
由以上可以看出，本发明根据肥水养分含量、农田土壤肥力和作物的需肥和需水规律，确定了一种水肥田搭配的小麦玉米农田施用方法。采用养殖肥水替代化肥进行小麦玉米轮作农田施用，以肥水中总氮的浓度为基准，当肥水中总氮浓度介于100～150mg/L时，肥水直接施用，当肥水总氮浓度介于150～450mg/L时，肥水与清水1：2稀释混匀后施用。
第二方面，在至少一个实施例中提供一种上述的小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法在华北干旱或半干旱地区小麦玉米轮作系统中的应用。
本发明的主要优势包括：
(1)本发明根据肥水的养分含量、农田土壤肥力情况以及小麦玉米所需养分和水分的特征，确定小麦玉米农田适宜的肥水施用量，保证小麦玉米产量的同时考虑农田环境安全，形成一种尤其适用于华北地区养殖肥水替代化肥小麦玉米农田施用方法。
(2)肥水氮带入量与小麦玉米产量采用抛物线法，土壤硝态氮淋溶量、氧化亚氮和二氧化碳排放量采用动态监测与模型计算，同时，考虑四者得出在小麦玉米不降低产量的前提下，土壤硝态氮残留量、硝态氮淋溶量、氧化亚氮和二氧化碳排放量较低的养殖肥水氮带入量。
(3)本发明将肥水作为养分和水资源进行农田循环利用，一方面防止养殖肥水随意排放污染水体，另一方面将充分利用肥水中的氮磷养分，缓解农业水资源短缺，节约化学肥料和地下水，达到了施肥与灌溉的双重目的，实现生产和环境的双赢。
下面结合具体实施例和附图，对本发明作进一步说明。
实施例
一种小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法，包括：
某养殖场经处理后的达标肥水，其中，TN(总氮的浓度)329.6－417.1mg/L，NO3 －－N(硝态氮浓度)1.8－6.4mg/L，NH4 +－N(铵态氮浓度)203.9－302.8mg/L，TP(总磷浓度)50.6－70.0mg/L，pH值7.4－8.4。
从2013年到2016年进行养殖肥水农田施用。对养殖肥水进行三个处理施用，即施用时，分别用低浓度肥水(肥水与清水的质量比为1：4)、中浓度肥水(肥水与清水的质量比为1：2)和高浓度肥水(肥水与清水的质量比为1：1)肥水进行小麦玉米农田施用；并采用一组不施用养殖肥水的作为对照组。
施用的时期包括小麦越冬期、小麦拔节期和玉米种植后，施用量为每亩55立方米。每个处理3次重复(一年一次)。选用的试验小区面积为52m2(长8m×宽6.5m)，试验小区随机区组排列，每个小区四周1m土体内用塑料布隔开，各小区之间有1m保护行。试验小区灌溉采用畦灌，灌水量利用超声波流量计计量，灌溉误差允许1％以内。管道灌溉系统由混水系统、灌溉管网、超声波管道精量控制三部分组成。
1)计算2米土体硝态氮残留量
小麦玉米轮作周期结束后，将2米的土体分成10层，每20厘米一层，采集样品，测定每一层土壤容重和硝态氮含量，采用以下公式计算2米土体中硝态氮残留量：
式中，W为硝态氮残留量；Ti为第i层土层厚度；Pi为第i层土层容重；Ci为第i层土层硝态氮质量分数含量。
2)构建经过2米土体硝态氮的监测体系
土壤硝态氮淋溶量采用土壤溶液提取法和公式计算法相结合的方式计算得到；在小麦玉米轮作系统内，4月到9月每隔5天采集一次2米深土壤溶液，10月到次年3月每隔15～30天采集一次2米深土壤溶液，测定土壤溶液中硝态氮的质量浓度，根据公式计算每次硝态氮的淋溶量，然后一定时间段内土壤硝态氮淋溶量进行累加，得到小麦玉米轮作期内通过土壤2米土体的硝态氮的淋溶量。硝态氮淋溶量的公式计算法包括：
式中，Q为小麦玉米轮作周期土壤硝态氮淋溶量；Ci为土壤溶液中硝态氮的质量浓度；△H为水势差；ΔZ为水势探头所在土层深度的差；Δti为第i个时间段；Ks为饱和导水率；h为土壤基质势；α、n和m为通过水分特征曲线拟合时获得的土壤水力参数。
3)构建土壤氧化亚氮和二氧化碳动态监测体系
采用静态箱法原位动态监测，4月到9月每隔两周采集一次气体，10月到次年3月每隔一个月采集一次气体，测定气体中氧化亚氮的浓度，通过气体浓度随时间变化来计算单位面积的气体排放通量。气体排放通量的计算方法包括：
F＝ρ×V/A×Δc/Δt×273/(273+T)×k
式中，F为排放通量；ρ为标准状态下气体密度kg/m3；V为采集箱内有效空间体积m3；A为采集箱覆盖的土壤面积m2；△c为气体浓度差；△t为时间间隔h；T为采样时箱内温度℃；k为N2O与N、CO2与C之间的单位换算常数。
4)产品采集与分析
冬小麦收获时每个试验小区采收两个1m2的小麦样品，风干后脱粒，分籽粒和秸秆2部分称量其干质量。夏玉米每个试验小区收获10株，分肉穗和秸秆2部分，风干称量干质量。
土壤样品在玉米收获时采集，采集深度为2米，用土钻在每个试验小区按照“S”形分0－20、20－40、40－60、60－80、80－100、100－120、120－140、140－160、160－180和180－200cm10个层次采集，同层次混合，带回实验室测定土壤硝态氮含量。用2mol/LKCl浸提，流动注射分析仪(FIA－6000+，北京吉天仪器有限公司)测定。2米土体处土壤溶液采集后，冰盒保存带回实验室测定。
按照上述方式将养殖肥水进行小麦玉米农田施用，获得的小麦玉米产量见表1。其中，CK为对照组，BSL为施用低浓度肥水，BSM为施用中浓度肥水，BSH为施用高浓度肥水。
养殖肥水带入氮量与作物产量、硝态氮残留等指标的相关曲线方程见表2。
表1 轮作周期小麦玉米产量
表2养殖肥水带入氮量与作物产量等指标的相关曲线方程
项目 方程 显著性
产量 y＝－300000x2+0.0372x+6.8021 R2＝0.9716
硝态氮残留 y＝0.0007x2－0.027x+19.357 R2＝0.9995
硝态氮淋溶 y＝0.0002x2+0.0139x+16.507 R2＝0.9998
氧化亚氮排放量 y＝0.001x+0.4506 R2＝0.9318
二氧化碳排放量 y＝1.9019x+2170.1 R2＝0.9354
图1显示了养殖肥水带入氮量与轮作周期内产量、土壤硝态氮残留量的关系曲线图，图2显示了养殖肥水带入氮量与轮作周期内产量、硝态氮淋溶量的关系曲线图，图3显示了养殖肥水带入氮量与轮作周期内产量、氧化亚氮排放量的关系曲线图，图4显示了养殖肥水带入氮量与轮作周期内产量、二氧化碳排放量的关系曲线图。
由以上可以看出，不施肥处理与肥水施用处理产量差异显著，随着肥水施用带入的氮量的增加，作物产量增加；此外，采用高浓度肥水相对于采用中浓度肥水作物的产量增加的并不显著。而是否肥水施入越多越好，则通过对土壤硝态氮残留量的计算、土壤硝态氮的淋溶量、土壤氧化亚氮和二氧化碳的长期原位监测综合评价。而目前现有技术中的发明多采用收获后测定土壤中硝态氮的残留量，不是作物生长期间淋出根系的量，本发明监测了淋出2米土体的硝态氮量，同时监测的生育期内作物肥水施用对土壤氧化亚氮和二氧化碳排放量的影响。
此外，通过图1－图4也可以看出，随着养殖肥水带入氮量的增加，2米土壤中硝态氮的残留量和硝态氮淋溶量均显著增加，而低浓度和中浓度养殖肥水处理土壤氧化亚氮和二氧化碳排放量随着肥水带入氮量的增加而不增加，高浓度养殖肥水处理氧化亚氮和二氧化碳排放量显著增加。因此，养殖肥水农田施用，综合产量和土壤硝态氮残留、硝态氮淋溶量、土壤氧化亚氮和二氧化碳排放量的影响，在此肥水养分状况下，中浓度肥水(肥水TN329.6－417.1mg/L，与清水以1：2的比例稀释后的肥水)小麦玉米农田施用效果最佳。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法，其特征在于，以养殖肥水作为水、氮磷资源进行小麦玉米轮作系统施用，在保证作物产量的前提下，降低土壤硝态氮残留量、硝态氮淋溶量、氧化亚氮排放量和二氧化碳排放量；
以养殖肥水中总氮的浓度为基准，当养殖肥水中总氮浓度为100～150mg/L时，直接施用，当养殖肥水中总氮浓度＜100mg/L或＞150mg/L时，将养殖肥水进行增浓或稀释后施用。
2.根据权利要求1所述的小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法，其特征在于，养殖肥水的施用时期包括小麦越冬期、小麦拔节期和玉米种植后的1～7天；
优选地，养殖肥水的施用量为每亩50～60立方米，优选为每亩52～58立方米，进一步优选为每亩55立方米。
3.根据权利要求1所述的小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法，其特征在于，当养殖肥水中总氮浓度为150.01～450mg/L时，将养殖肥水与清水按照1：1.5～3的比例混合后施用，优选按照1：1.8～2.2的比例混合，进一步优选按照1：2的比例混合。
4.根据权利要求1所述的小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法，其特征在于，小麦玉米轮作周期结束后，将1～5米的土体分成厚度相等的若干层，采集样品，测定每一层土壤容重和硝态氮含量，计算1～5米土体中硝态氮残留量；
优选地，土壤硝态氮残留量的计算方法包括：
式中，W为硝态氮残留量；Ti为第i层土层厚度；Pi为第i层土层容重；Ci为第i层土层硝态氮质量分数含量。
5.根据权利要求1所述的小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法，其特征在于，小麦玉米轮作期内通过土壤1～5米土体的硝态氮淋溶量，采用土壤溶液提取法和公式计算法相结合的方式计算得到；
优选地，在小麦玉米轮作系统内，4月到9月每隔4～6天采集一次土壤溶液，10月到次年3月每隔15～30天采集一次土壤溶液，测定土壤溶液中硝态氮的质量浓度，根据公式计算每次硝态氮的淋溶量，累加，得到小麦玉米轮作期内通过土壤1～5米土体的硝态氮淋溶量；
优选地，硝态氮淋溶量的公式计算法包括：
式中，Q为小麦玉米轮作周期土壤硝态氮淋溶量；Ci为土壤溶液中硝态氮的质量浓度；△H为水势差；ΔZ为水势探头所在土层深度的差；Δti为第i个时间段；Ks为饱和导水率；h为土壤基质势；α、n和m为通过水分特征曲线拟合时获得的土壤水力参数。
6.根据权利要求1所述的小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法，其特征在于，氧化亚氮排放量和二氧化碳排放量通过采用静态箱法原位动态监测获得，4月到9月每隔12～16天采集一次气体，10月到次年3月每隔28～35天采集一次气体，测定气体中氧化亚氮和/或二氧化碳的浓度，通过气体浓度随时间变化来计算单位面积的气体排放通量。
7.根据权利要求6所述的小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法，其特征在于，气体排放通量的计算方法包括：
F＝ρ×V/A×Δc/Δt×273/(273+T)×k
式中，F为排放通量；ρ为标准状态下气体密度kg/m3；V为采集箱内有效空间体积m3；A为采集箱覆盖的土壤面积m2；△c为气体浓度差；△t为时间间隔h；T为采样时箱内温度℃；k为N2O与N、CO2与C之间的单位换算常数。
8.根据权利要求1～7任一项所述的小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法，其特征在于，所述养殖肥水包括家畜养殖过程中产生的尿液和/或冲洗圈舍的水经过处理后适用于农田施用的水；
优选地，所述养殖肥水中，总氮的浓度为100～450mg/L，铵态氮浓度为80～320mg/L，硝态氮浓度小于10mg/L，总磷的浓度为40～100mg/L；
优选地，所述家畜包括牛、养、马和猪中的至少一种。
9.根据权利要求1～7任一项所述的小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法，其特征在于，在该小麦玉米轮作系统中，除施用养殖肥水以外，不施用其他的化学肥料、有机肥和/或生物肥。
10.如权利要求1～9任一项所述的小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法在华北干旱或半干旱地区小麦玉米轮作系统中的应用。
CN201810486070.0A 2018-05-18 2018-05-18 小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法及应用 Pending CN108668807A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810486070.0A CN108668807A (zh) 2018-05-18 2018-05-18 小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810486070.0A CN108668807A (zh) 2018-05-18 2018-05-18 小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法及应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108668807A true CN108668807A (zh) 2018-10-19

Family

ID=63805230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810486070.0A Pending CN108668807A (zh) 2018-05-18 2018-05-18 小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108668807A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109596455A (zh) * 2018-12-28 2019-04-09 广西壮族自治区林业科学研究院 用于精准确定杉树专用肥中n、p、k含量的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101519321A (zh) * 2009-02-26 2009-09-02 农业部环境保护科研监测所 华北地区潮土小麦玉米畜禽粪便有机肥与化肥配施方法
CN102160495A (zh) * 2010-12-23 2011-08-24 西北农林科技大学 一种农田非点源污染物原位消解方法
CN102577728A (zh) * 2012-03-27 2012-07-18 河南农业大学 干旱-半干旱地区小麦-玉米轮作系统养殖废水滴灌方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101519321A (zh) * 2009-02-26 2009-09-02 农业部环境保护科研监测所 华北地区潮土小麦玉米畜禽粪便有机肥与化肥配施方法
CN102160495A (zh) * 2010-12-23 2011-08-24 西北农林科技大学 一种农田非点源污染物原位消解方法
CN102577728A (zh) * 2012-03-27 2012-07-18 河南农业大学 干旱-半干旱地区小麦-玉米轮作系统养殖废水滴灌方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109596455A (zh) * 2018-12-28 2019-04-09 广西壮族自治区林业科学研究院 用于精准确定杉树专用肥中n、p、k含量的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Effects of non-flooded mulching cultivation on crop yield, nutrient uptake and nutrient balance in rice–wheat cropping systems
Dabin et al. Contribution of green manure legumes to nitrogen dynamics in traditional winter wheat cropping system in the Loess Plateau of China
Li et al. Managing irrigation and fertilization for the sustainable cultivation of greenhouse vegetables
Chen et al. Recovery efficiency and loss of 15N-labelled urea in a rice-soil system under water saving irrigation in the Songnen Plain of Northeast China
CN104756699B (zh) 兼顾环境容量的豫北潮土区夏玉米高产栽培施肥方法
Li et al. Improving winter wheat grain yield and water-/nitrogen-use efficiency by optimizing the micro-sprinkling irrigation amount and nitrogen application rate
Uprety et al. Technologies for climate change mitigation-agriculture sector
CN107609686A (zh) 一种砒砂岩区沙地农业开发利用适应性规模的确定方法
Yang et al. Can reduced-input direct seeding improve resource use efficiencies and profitability of hybrid rice in China?
Sainju et al. Cover crop effects on soil carbon and nitrogen under bioenergy sorghum crops
Yang et al. Effects of sheep manure combined with chemical fertilizers on maize yield and quality and spatial and temporal distribution of soil inorganic nitrogen
Patil et al. Soil water conservation and yield of winter sorghum (Sorghum bicolor L. Moench) as influenced by tillage, organic materials and nitrogen fertilizer in semi-arid tropical India
Wang et al. Regulation of nitrogen balance and yield on greenhouse eggplant under biochar addition in Mollisol.
Hui-Min et al. Fertilization and catch crop strategies for improving tomato production in North China
CN108668807A (zh) 小麦玉米轮作系统养殖肥水施用方法及应用
CN102017857B (zh) 露天菜地次生盐渍化的防治方法
Kang et al. Utilization of liquid pig manure for resource cycling agriculture in rice–green manure crop rotation in South Korea
CN110178513A (zh) 一种提高坡耕地红壤肥力的玉米施肥方法
Powlson et al. Contribution of improved nitrogen fertilizer use to development of a low carbon economy in China
Jiang et al. Study on methane emission factor of paddy fields in Hubei Province
CN114375629A (zh) 一种利用低聚糖化合物促进农田土壤从秸秆中掘氮方法
Verloop et al. Organic matter dynamics in an intensive dairy production system on a Dutch Spodosol
CN109964767B (zh) 一种基于新整治稻田产量提升的双季稻种植方法
Yang et al. How does crop rotation influence soil moisture, mineral nitrogen, and nitrogen use efficiency?
Makannikova et al. Cultivation of agricultural crops with irrigation in Amur region.

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181019

RJ01 Rejection of invention patent application after publication