CN109315103A - 一种农田氮磷面源污染的防控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农田氮磷面源污染的防控方法，包括①农田面源污染的源头控制：减少化肥和化学农药的使用量；②农田沟渠拦截系统：在沿着田地的宽度方向等间距的开挖多条纵向沟渠，相邻两纵向沟渠之间等间距的开挖有多条横向沟渠，纵向沟渠和横向沟渠内从上到下依次铺设有生物碳层、土壤层、生物碳层和土壤层；③农田尾水净化拦截系统：在农田的地埂处设置有一条与多根纵向沟渠相互连通的集水沟，集水沟的较低一端的下方设置有净水装置，净水装置包括依次连通的集水沉砂池、水解酸化池、厌氧沉淀池、生态净化池和清水池。本发明不仅能够高效、快速去除农田中残留的氮元素和磷元素，还能够有效的控制氮磷的排放，实现农田排水的循环利用。

Description

一种农田氮磷面源污染的防控方法

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种农田氮磷面源污染的防控方法。

背景技术

农田面氮磷源污染主要是指农田生产活动中的各种污染物如沉淀物、营养物、农药、病菌等，通过径流、淋溶和农田排水等途径，以低浓度、大范围的形式从土壤圈向人圈扩散的污染过程。农田氮磷面源污染的形成是一个综合而复杂的过程，包括降雨径流过程、土壤侵蚀过程、地表溶质溶出过程和土壤溶质渗漏过程，这四个过程是相互联系、相互作用的，其发生过程受到土壤、地形、降雨、土地覆盖、人类活动等诸多因素的影响。农田生产中往往投入大量化肥、农药和农膜，土壤中盈余的养分在灌溉和降雨时，上述污染物广泛而隐蔽地分布在地表土壤 ，表现出极强的潜伏性，灌溉或降雨时，大量的污染物随水迁移，但污染物来源分散性强，其地理边界和空间位置也不易识别，并随雨强、雨量和农田管理措施的变化而出现空间和时间上的异质性。此外，受到土地利用、地形地貌、气相水文等诸多因素的影响，农田氮磷面源污染的排放过程随机而不确定。总之，各种污染物交互影响，导致农田氮磷面源污染治理难度极大。我国农田氮磷面源污染问题严重，呈逐年增长的趋势。据统计，我国农业面源污染已全面超过工业污染和城市污染，成为全国最大的环境污染源，全国氮、磷污染负荷中农业面源污染的贡献率已经超过50％，面对农田氮磷面源污染日益加剧的严重局面，政府不断加大投入，从颁布相关法律法规、标准规范来约农业生产过程中污染物排放，到不断更新农田种植技术，农田污染治理已经成为保护环境工作的重点之一。

目前,国内外关于农田面源污染的治理技术主要包括植被缓冲带、生态沟渠、植草过滤带、人工湿地、生态塘等；利用植被缓冲带、植草过滤带、人工湿地、生态塘控制农田面源污染，可以获得较好的氮磷去除效果，但占地面积大，在我国土地资源有限的情况下难以进一步推广，而生态沟渠虽然对水体中的氮磷减排也取得一些控制效果，但是对氮磷元素的去除效果较差。因此，研制开发一种容易实施、既能大幅节省成本及劳动投入、抵御水土流失、保障农田环境安全，又能提高资源利用率，有效控制农田径流和氮磷排放的农田氮磷面源污染的防控方法是客观需要的。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种容易实施、既能大幅节省成本及劳动投入、抵御水土流失、保障农田环境安全，又能提高资源利用率，有效控制农田径流和氮磷排放的农田氮磷面源污染的防控方法。

本发明所述农田氮磷面源污染的防控方法，包括以下防控工序：

①农田面源污染的源头控制：

a田地在种植作物时，用土壤调理剂与化肥配施，减少化肥的使用量，每亩施土壤调理剂与化肥的质量比为2～3:1，所述土壤调理剂的制备方法是将质量百分比含量为20～40%的生物质原料颗粒置入60～80%的金属盐溶液中进行浸泡，浸泡10～20h后将其干燥脱水、碳化后即可得到土壤调理剂；

b在田地内的种植物生长期，使用污染防控型肥或氮磷素减量肥代替化肥，使用生态控虫、物理控虫或生物控虫代替化学农药；

c田地的种植物采收后，将地块进行深翻后，每亩撒入a工序制得的土壤调理剂20～30kg；

②农田沟渠拦截系统：在沿着田地的宽度方向等间距的开挖多条纵向沟渠，相邻两纵向沟渠之间等间距的开挖有多条横向沟渠，相邻两纵向沟渠之间的间距为3～4m，相邻两横向沟渠之间的间距为3～4m，纵向沟渠和横向沟渠的纵向截面为矩形，纵向沟渠和横向沟渠内从上到下依次铺设有生物碳层、土壤层、生物碳层和土壤层，生物碳层的厚度为150～200mm，土壤层的厚度为200～250mm，纵向沟渠和横向沟渠的宽度为50～100mm，生物碳层中的生物碳由质量百分比含量为98～99.5%的玉米秸秆和0.5～2%的微生物菌剂组成，生物碳的其制备方法是：先将玉米秸秆粉碎成秸秆碎段，加入到质量分数为5～10%的氯化钙溶液中浸泡40～60h，过滤烘干进行碳化，自然冷却至室温后与微生物菌剂混合均匀后即可制得生物碳；

③农田尾水净化拦截系统：在农田的地埂处设置有一条与多根纵向沟渠相互连通的集水沟，所述集水沟的截面形状为矩形，集水沟两侧的侧壁采用秸秆和混凝土浇注砌成，集水沟内填充有氮磷吸附剂，集水沟的深度沿着田地的横向方向逐渐降低，且在集水沟的较低一端的下方设置有净水装置，所述净水装置包括依次连通的集水沉砂池、水解酸化池、厌氧沉淀池、生态净化池和清水池，集水沉砂池的顶部安装有过滤网，水解酸化池内的安装有软性纤维填料层，厌氧沉淀池内设置于弹性立体填料层，生态净化池内从上到下依次设置有防渗层、集水层、透水层、第一滤料层、第二滤料层、布水层、浸润层、防堵层和种植层，集水层内设置有集水管，集水管与厌氧沉淀池连通，布水层内安装有布水管，布水管与清水池连通，清水池内安装有水泵，水泵与布置在田地内的滴灌系统相连。

为了进一步的提高的农田径流效果，在田地内，沿着地埂的内侧设置有宽度为50～80cm、深度为80～100cm的隔离沟，隔离沟内种植有水葫芦。

进一步的，在工序①的a工序中，生物质颗粒为水葫芦、甘蔗渣、谷壳、花生壳、水稻杆和丝瓜藤粉碎后的混合物，混合物的粒径为0.2～0.5mm；所述金属盐溶液为氯化铁、氯化钙或氯化镁溶液。

进一步的，在工序②和③中，土壤层的土壤内掺杂有10～20%的生物质颗粒。

进一步的，在工序②中，所述微生物菌剂为酵母菌粉剂、解磷功能菌粉剂组成的其中一种或者二者的混合物。

进一步的，在工序③中，所述氮磷吸附剂包括以下质量份的原料：白云石凹凸棒粘土30～50份、沸石10～20份、水泥10～20份和生物质60～100份，其制备方法是：先将白云石凹凸棒粘土和沸石粉碎，过80～100目筛取筛下物，然后将筛下物置于钠盐与钠镁的混合液中进行离子交换处理，再将处理后的产物加热改性，加热改性的温度为800～1000℃，加热改性时间为1～2h，之后将改性后的白云石凹凸棒粘土、沸石、水泥加水搅拌成团，得到浆料，再将得到的浆料制成制成直径为15～20mm、长度为20～25mm的柱状颗粒，自然风干后在300～350℃的温度下煅烧20～30min，自然冷却后即可得到氮磷吸附剂。

进一步的，在工序③中，生态净化池的截面形状呈梯形，防渗层为200kg/m2的聚丙烯土工膜，集水层为粒径为15～20mm的砾石，集水层的厚度为200～250mm，透水层包括为粒径为5～10mm的砾石，透水层的厚度为100～150mm，第一滤料层为粒径为8～15mm的粉煤灰陶粒，第一滤料层的厚度为200～250mm，第二滤料层为粒径为3～7mm的页岩，第二滤料层的厚度为150～200mm，布水层为粒径10～20mm的沸石，布水层的厚度为150～200mm，浸润层为粒径为5～10mm的焦炭渣，浸润层的厚度为200～250mm，防堵层为聚氨酯滤网，种植层包括以下质量份的原料：粉煤灰20～30份、铜3～5份、锌3～5份、钼1～2份，粘土60～100份，种植层的厚度为200～300mm。

进一步的，在工序③中，集水沟内间隔布置有挡水台，挡水台高度低于集水沟的深度。

进一步的，在②和①的a工序中，碳化采用管式炉进行碳化，碳化时通入氮气进行气氛保护，加热速率为20～25℃/min,碳化的温度为650～700℃，保温时间为1～2h。

本发明产生的有益效果是：

（1）本发明从产生农田氮磷污染的源头控制，在种植农作物前，通过土壤调理剂和化肥配施技术的模式，能大幅的降低化肥的使用量，降低氮、磷的排放量，且本发明使用的土壤调理剂本身含有一定量的氮、磷及多种中、微量元素，具有良好的保水、保湿、保肥效果，在能够促进种植物生长的同时，还能够避免土壤板结，种植物生长期间，使用污染防控型肥或氮磷素减量肥代替化肥，进一步的减少化肥的使用量，使用生态控虫、物理控虫或生物控虫代替化学农药，减少了氮、磷元素的残留，种植物采收后，再在田地内撒施土壤调理剂，使农田中残留的氮磷元素得到较好的抑制，避免氮磷元素大面积的蔓延，从根本上降低氮磷的排放，从源头上控制氮磷元素的大面积的蔓延，

（2）本发明采用纵向沟渠和横向沟渠的布置模式，纵向沟渠和横向沟渠不仅能够在雨水多的时候使含有氮磷元素的水流导入到田地内部，能够取到拦截、消纳径流水中氮磷的作用，同时在，而且纵向沟渠和横向沟渠的表层设置成土壤层，不会影响田地的种植面积，纵向沟渠和横向沟渠上可以按田地的种植模式种植上相应的种植物，同时在纵向沟渠和横向沟渠内铺设生物碳层、土壤层、生物碳层和土壤层，生物碳层中的生物碳是一种良好的氮磷吸附剂，生物碳对径流水中氮磷元素具有较好的吸附作用，可以吸收流水中90%以上的氮磷元素，被吸附到生物碳上的氮元素和磷元素在微生物菌剂及土壤中微生物作用下集中降解掉，另外，生物碳可作为有机肥料使用，田地内的种植物采收后，将地块翻犁，将生物碳与田地内的土壤混合后，能增加土壤的肥力。

（3）本发明通过设置的污水处理拦截系统，能够对将田地内产生的径流水实现彻底的拦截和净化，该系统的占地面积小，不仅大幅降低农田排水中氮磷的浓度，有效的控制农田径流及氮磷排放，而且处理后的农田排水可用于农田灌溉，实现水资源的循环利用。

综上所述，本发明根据农田生产过程中的特点，提出了源头拦截技术、沟渠拦截技术、和尾水拦截技术相结合的可持续农田氮磷污染防控体系，在能够高效、快速去除农田中残留的氮元素和磷元素的同时，还能够有效的控制氮磷的排放，对于提高产量、减轻农业面源污染、促进农业持续发展、保护生态环境具有特别重要的意义，易于推广使用。

附图说明

图1为本发明的整体示意图；

图2为集水沟的结构示意图；

图3为生态净化池的结构示意图；

图中:1-田地,2-横向沟渠,3-纵向沟渠,4-滴灌系统,5-水泵,6-清水池,7-生态净化池, 71-防渗层，72-集水管，73-集水层，74-第一滤料层，75-布水管, 76-防堵层，77-种植层，78-浸润层，79-布水层，710-第二滤料层，711-透水层，

8-厌氧沉淀池,9-水解酸化池,10-集水沉砂池,11-集水沟,12-挡水台,13-隔离沟,14-地埂,15-生物碳层,16-土壤层。

具体实施方式

下面结合实施例和附图说明对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均实施例属于本发明的保护范围。

实施例1：

如图1～3所示，本实施例1所述农田氮磷面源污染的防控方法，包括以下防控工序：

①农田面源污染的源头控制：

a田地1在种植作物时，用土壤调理剂与化肥配施，减少化肥的使用量，每亩施土壤调理剂与化肥的质量比为2:1，所述土壤调理剂的制备方法是将质量百分比含量为20%的生物质原料颗粒置入60%的金属盐溶液中进行浸泡，浸泡10h后将其干燥脱水、碳化后即可得到土壤调理剂，碳化采用管式炉进行碳化，碳化时通入氮气进行气氛保护，加热速率为20℃/min,碳化的温度为650℃，保温时间为1h，所述生物质颗粒为水葫芦、甘蔗渣、谷壳、花生壳、水稻杆和丝瓜藤粉碎后的混合物，所述混合物的粒径为0.2mm；所述金属盐溶液为氯化铁溶液，土壤调理剂能大幅的降低化肥的使用量，降低氮、磷的排放量，且土壤调理剂本身含有一定量的氮、磷及多种中、微量元素，具有良好的保水、保湿、保肥效果，在能够促进种植物生长的同时，还能够避免土壤板结；

b在田地1内的种植物生长期，使用污染防控型肥或氮磷素减量肥代替化肥，使用生态控虫、物理控虫或生物控虫代替化学农药，尽可能的减少了氮、磷元素的残留；

c田地1的种植物采收后，将地块进行深翻后，每亩撒入a工序制得的土壤调理剂20kg，能够使农田中残留的氮磷元素得到较好的抑制，避免氮磷元素大面积的蔓延，从根本上降低氮磷的排放，从源头上控制氮磷元素的大面积的蔓延；

②农田沟渠拦截系统：在沿着田地1的宽度方向等间距的开挖多条纵向沟渠3，相邻两纵向沟渠3之间等间距的开挖有多条横向沟渠2，相邻两纵向沟渠3之间的间距为3m，相邻两横向沟渠2之间的间距为3m，纵向沟渠3和横向沟渠2不仅能够在雨水多的时候使含有氮磷元素的水流导入到田地1内部，能够取到拦截、消纳径流水中氮磷的作用，同时在，而且纵向沟渠3和横向沟渠2的表层设置成土壤层，不会影响田地1的种植面积，纵向沟渠3和横向沟渠2上可以按田地1的种植模式种植上相应的种植物，所述纵向沟渠3和横向沟渠2的纵向截面为矩形，纵向沟渠3和横向沟渠2内从上到下依次铺设有生物碳层15、土壤层16、生物碳层15和土壤层16，所述土壤层16的土壤内掺杂有10%的生物质颗粒，所述生物碳层15的厚度为150mm，所述土壤层16的厚度为200mm，所述纵向沟渠3和横向沟渠2的宽度为50mm，所述生物碳层15中的生物碳由质量百分比含量为98%的玉米秸秆和0.5%的微生物菌剂组成，生物碳的其制备方法是：先将玉米秸秆粉碎成秸秆碎段，加入到质量分数为5%的氯化钙溶液中浸泡40h，过滤烘干进行碳化，自然冷却至室温后与微生物菌剂混合均匀后即可制得生物碳，碳化采用管式炉进行碳化，碳化时通入氮气进行气氛保护，加热速率为20℃/min,碳化的温度为650℃，保温时间为1h，生物碳层15中的生物碳是一种良好的氮磷吸附剂，生物碳对径流水中氮磷元素具有较好的吸附作用，可以吸收流水中90%以上的氮磷元素，被吸附到生物碳上的氮元素和磷元素在微生物菌剂及土壤中微生物作用下集中降解掉，另外，生物碳可作为有机肥料使用，田地内的种植物采收后，将地块翻犁，将生物碳与田地内的土壤混合后，能增加土壤的肥力；

③农田尾水净化拦截系统：在农田1的地埂14处设置有一条与多根纵向沟渠3相互连通的集水沟11，所述集水沟11的截面形状为矩形，所述集水沟11两侧的侧壁采用秸秆和混凝土浇注砌成，所述集水沟11内填充有氮磷吸附剂，所述氮磷吸附剂包括以下质量份的原料：白云石凹凸棒粘土30份、沸石10份、水泥10份和生物质60份，其制备方法是：先将白云石凹凸棒粘土和沸石粉碎，过80目筛取筛下物，然后将筛下物置于钠盐与钠镁的混合液中进行离子交换处理，再将处理后的产物加热改性，加热改性的温度为800℃，加热改性时间为1h，之后将改性后的白云石凹凸棒粘土、沸石、水泥加水搅拌成团，得到浆料，再将得到的浆料制成制成直径为15mm、长度为20mm的柱状颗粒，自然风干后在300℃的温度下煅烧20min，自然冷却后即可得到氮磷吸附剂，

采用云石凹凸棒粘土、沸石和水泥为原料，利用钠盐与钠镁的混合液中对云石凹凸棒粘土、沸石进行离子交换处理，使其具有较大的阳离子交换量，而后得到的产物于高温中加热改性，将石凹凸棒粘土、沸石和水泥中的惰性钙活化为氧化钙，从而增强其对氮磷的吸附能力去除效率，又使其具有较高的固定容量和吸附效率；

所述集水沟11的深度沿着田地1的横向方向逐渐降低，且在集水沟11的较低一端的下方设置有净水装置，所述净水装置包括依次连通的集水沉砂池10、水解酸化池9、厌氧沉淀池8、生态净化池7和清水池6，所述集水沉砂池10的顶部安装有过滤网，集水沉砂池10的底部设置成锥斗型，集水沉砂池10设置在田地1的低洼处，用于拦截泥沙和大的悬浮物，所述水解酸化池9内的安装有软性纤维填料层，水解酸化池9将农田中有毒、结构不稳定、不易降解的污染物进行水解酸化处理，利用水解产酸菌活性强、适应能力强的特点将不易降解的污染物的大分子结构水解、酸化为可溶性小分子，为下一步生态净化对污染物中的氮磷元素去除打好基础，所述厌氧沉淀池8内设置于弹性立体填料层，厌氧沉淀池8通过厌氧微生物处理农田排水中大部分有机物，杀灭农田排水中的寄生虫和病菌，同时进一步沉淀不溶性物质和泥砂，所述生态净化池7内从上到下依次设置有防渗层71、集水层73、透水层711、第一滤料层74、第二滤料层710、布水层79、浸润层78、防堵层76和种植层77，所述集水层73内设置有集水管72，所述集水管72与厌氧沉淀池8连通，所述布水层79内安装有布水管75，所述布水管75与清水池6连通，将渗滤、微生物氧化、介质吸附技术有机结合，将农田排水引流到具有良好吸附性能的介质中，使农田排水在物质生态净化池7内进行分离、降解和吸附，使得农田排水中的氮元素和磷元素得到彻底的去除，优选地，生态净化池7的截面形状呈梯形，所述防渗层71为200kg/m2的聚丙烯土工膜，所述集水层73为粒径为15mm的砾石，所述集水层73的厚度为200mm，所述透水层711包括为粒径为5mm的砾石，所述透水层711的厚度为100mm，所述第一滤料层74为粒径为8mm的粉煤灰陶粒，所述第一滤料层74的厚度为200mm，所述第二滤料层710为粒径为3mm的页岩，所述第二滤料层710的厚度为150mm，所述布水层79为粒径10mm的沸石，所述布水层79的厚度为150mm，所述浸润层78为粒径为5mm的焦炭渣，所述浸润层78的厚度为200mm，所述防堵层76为聚氨酯滤网，所述种植层77包括以下质量份的原料：粉煤灰20份、铜3份、锌3份、钼1份，粘土60份，所述种植层77的厚度为200mm，所述清水池6内安装有水泵5，所述水泵5与布置在田地1内的滴灌系统4相连，经过滤、净化后的农田排水可回用于农田灌溉，实现水的循环利用，。

为了让径流水中的氮磷元素在田地内自行降解，可以在田地1内，沿着地埂14的内侧设置有宽度为50cm、深度为80cm的隔离沟13，所述隔离沟13内种植有水葫芦。

为了让进入集水沟内的农田排水中的氮磷元素尽量被集水沟内的氮磷吸附剂吸收，所述集水沟11内间隔布置有挡水台12，所述挡水台12高度低于集水沟11的深度，挡水台11能减缓农田排水在集水沟11内的流动速度。

将本实施例1的技术投入到农田种植过程总发现，从农田的生产源头控制的结果看，田地种植物种植前和生长期，农田排水的氮磷排放量明显降低，氮浓度的排放量降低了12.6%，磷元素的排放量降低了15.4%，通过生态沟渠拦截技术，生态沟渠中的生物碳层能够带走约52.6%的氮元素50.3%的磷元素，大大降低了农田氮磷面源的风险，同时，集水沟内的氮磷吸附剂能够阻挡农田水的外排，减少12.6%的农田排水，从而减少随水流走的氮磷元素，最后从集水沟排出的农田排水，经过农田尾水净化拦截系统的净化处理后 ，能够彻底将农田排水中的氮磷元素去除。

实施例2：

如图1～3所示，本实施例2所述农田氮磷面源污染的防控方法，包括以下防控工序：

①农田面源污染的源头控制：

a田地1在种植作物时，用土壤调理剂与化肥配施，减少化肥的使用量，每亩施土壤调理剂与化肥的质量比为2.5:1，所述土壤调理剂的制备方法是将质量百分比含量为30%的生物质原料颗粒置入70%的金属盐溶液中进行浸泡，浸泡15h后将其干燥脱水、碳化后即可得到土壤调理剂，碳化采用管式炉进行碳化，碳化时通入氮气进行气氛保护，加热速率为23℃/min,碳化的温度为680℃，保温时间为1.5h，所述生物质颗粒为水葫芦、甘蔗渣、谷壳、花生壳、水稻杆和丝瓜藤粉碎后的混合物，所述混合物的粒径为0.4mm；所述金属盐溶液为氯化铁、氯化钙或氯化镁溶液，土壤调理剂能大幅的降低化肥的使用量，降低氮、磷的排放量，且土壤调理剂本身含有一定量的氮、磷及多种中、微量元素，具有良好的保水、保湿、保肥效果，在能够促进种植物生长的同时，还能够避免土壤板结；

b在田地1内的种植物生长期，使用污染防控型肥或氮磷素减量肥代替化肥，使用生态控虫、物理控虫或生物控虫代替化学农药，尽可能的减少了氮、磷元素的残留；

c田地1的种植物采收后，将地块进行深翻后，每亩撒入a工序制得的土壤调理剂20～30kg，能够使农田中残留的氮磷元素得到较好的抑制，避免氮磷元素大面积的蔓延，从根本上降低氮磷的排放，从源头上控制氮磷元素的大面积的蔓延；

②农田沟渠拦截系统：在沿着田地1的宽度方向等间距的开挖多条纵向沟渠3，相邻两纵向沟渠3之间等间距的开挖有多条横向沟渠2，相邻两纵向沟渠3之间的间距为3.5m，相邻两横向沟渠2之间的间距为3.5m，纵向沟渠3和横向沟渠2不仅能够在雨水多的时候使含有氮磷元素的水流导入到田地1内部，能够取到拦截、消纳径流水中氮磷的作用，同时在，而且纵向沟渠3和横向沟渠2的表层设置成土壤层，不会影响田地1的种植面积，纵向沟渠3和横向沟渠2上可以按田地1的种植模式种植上相应的种植物，所述纵向沟渠3和横向沟渠2的纵向截面为矩形，纵向沟渠3和横向沟渠2内从上到下依次铺设有生物碳层15、土壤层16、生物碳层15和土壤层16，所述土壤层16的土壤内掺杂有15%的生物质颗粒，所述生物碳层15的厚度为180mm，所述土壤层16的厚度为225mm，所述纵向沟渠3和横向沟渠2的宽度为80mm，所述生物碳层15中的生物碳由质量百分比含量为98.6%的玉米秸秆和1.5%的微生物菌剂组成，生物碳的其制备方法是：先将玉米秸秆粉碎成秸秆碎段，加入到质量分数为8%的氯化钙溶液中浸泡50h，过滤烘干进行碳化，自然冷却至室温后与微生物菌剂混合均匀后即可制得生物碳，碳化采用管式炉进行碳化，碳化时通入氮气进行气氛保护，加热速率为24℃/min,碳化的温度为680℃，保温时间为1.5h，生物碳层15中的生物碳是一种良好的氮磷吸附剂，生物碳对径流水中氮磷元素具有较好的吸附作用，可以吸收流水中90%以上的氮磷元素，被吸附到生物碳上的氮元素和磷元素在微生物菌剂及土壤中微生物作用下集中降解掉，另外，生物碳可作为有机肥料使用，田地内的种植物采收后，将地块翻犁，将生物碳与田地内的土壤混合后，能增加土壤的肥力；；

③农田尾水净化拦截系统：在农田1的地埂14处设置有一条与多根纵向沟渠3相互连通的集水沟11，所述集水沟11的截面形状为矩形，所述集水沟11两侧的侧壁采用秸秆和混凝土浇注砌成，所述集水沟11内填充有氮磷吸附剂，所述氮磷吸附剂包括以下质量份的原料：白云石凹凸棒粘土40份、沸石15份、水泥15份和生物质80份，其制备方法是：先将白云石凹凸棒粘土和沸石粉碎，过90目筛取筛下物，然后将筛下物置于钠盐与钠镁的混合液中进行离子交换处理，再将处理后的产物加热改性，加热改性的温度为900℃，加热改性时间为1.5h，之后将改性后的白云石凹凸棒粘土、沸石、水泥加水搅拌成团，得到浆料，再将得到的浆料制成制成直径为18mm、长度为22mm的柱状颗粒，自然风干后在320℃的温度下煅烧25min，自然冷却后即可得到氮磷吸附剂，

采用云石凹凸棒粘土、沸石和水泥为原料，利用钠盐与钠镁的混合液中对云石凹凸棒粘土、沸石进行离子交换处理，使其具有较大的阳离子交换量，而后得到的产物于高温中加热改性，将石凹凸棒粘土、沸石和水泥中的惰性钙活化为氧化钙，从而增强其对氮磷的吸附能力去除效率，又使其具有较高的固定容量和吸附效率；

所述集水沟11的深度沿着田地1的横向方向逐渐降低，且在集水沟11的较低一端的下方设置有净水装置，所述净水装置包括依次连通的集水沉砂池10、水解酸化池9、厌氧沉淀池8、生态净化池7和清水池6，所述集水沉砂池10的顶部安装有过滤网，集水沉砂池10的底部设置成锥斗型，集水沉砂池10设置在田地1的低洼处，用于拦截泥沙和大的悬浮物，所述水解酸化池9内的安装有软性纤维填料层，水解酸化池9将农田中有毒、结构不稳定、不易降解的污染物进行水解酸化处理，利用水解产酸菌活性强、适应能力强的特点将不易降解的污染物的大分子结构水解、酸化为可溶性小分子，为下一步生态净化对污染物中的氮磷元素去除打好基础，所述厌氧沉淀池8内设置于弹性立体填料层，厌氧沉淀池8通过厌氧微生物处理农田排水中大部分有机物，杀灭农田排水中的寄生虫和病菌，同时进一步沉淀不溶性物质和泥砂，所述生态净化池7内从上到下依次设置有防渗层71、集水层73、透水层711、第一滤料层74、第二滤料层710、布水层79、浸润层78、防堵层76和种植层77，所述集水层73内设置有集水管72，所述集水管72与厌氧沉淀池8连通，所述布水层79内安装有布水管75，所述布水管75与清水池6连通，将渗滤、微生物氧化、介质吸附技术有机结合，将农田排水引流到具有良好吸附性能的介质中，使农田排水在物质生态净化池7内进行分离、降解和吸附，使得农田排水中的氮元素和磷元素得到彻底的去除，优选地，生态净化池7的截面形状呈梯形，所述防渗层71为200kg/m2的聚丙烯土工膜，所述集水层73为粒径为18mm的砾石，所述集水层73的厚度为225mm，所述透水层711包括为粒径为8mm的砾石，所述透水层711的厚度为125mm，所述第一滤料层74为粒径为12mm的粉煤灰陶粒，所述第一滤料层74的厚度为225mm，所述第二滤料层710为粒径为5mm的页岩，所述第二滤料层710的厚度为175mm，所述布水层79为粒径15mm的沸石，所述布水层79的厚度为175mm，所述浸润层78为粒径为8mm的焦炭渣，所述浸润层78的厚度为225mm，所述防堵层76为聚氨酯滤网，所述种植层77包括以下质量份的原料：粉煤灰25份、铜4份、锌4份、钼1.5份，粘土80份，所述种植层77的厚度为250mm，所述清水池6内安装有水泵5，所述水泵5与布置在田地1内的滴灌系统4相连，经过滤、净化后的农田排水可回用于农田灌溉，实现水的循环利用，。

为了让径流水中的氮磷元素在田地内自行降解，可以在田地1内，沿着地埂14的内侧设置有宽度为70cm、深度为90cm的隔离沟13，所述隔离沟13内种植有水葫芦。

为了让进入集水沟内的农田排水中的氮磷元素尽量被集水沟内的氮磷吸附剂吸收，所述集水沟11内间隔布置有挡水台12，所述挡水台12高度低于集水沟11的深度，挡水台11能减缓农田排水在集水沟11内的流动速度。

将本实施例2的技术投入到农田种植过程总发现，从农田的生产源头控制的结果看，田地种植物种植前和生长期，农田排水的氮磷排放量明显降低，氮浓度的排放量降低了13.8%，磷元素的排放量降低了17.2%，通过生态沟渠拦截技术，生态沟渠中的生物碳层能够带走约56.8%的氮元素49.9%的磷元素，大大降低了农田氮磷面源的风险，同时，集水沟内的氮磷吸附剂能够阻挡农田水的外排，减少14.6%的农田排水，从而减少随水流走的氮磷元素，最后从集水沟排出的农田排水，经过农田尾水净化拦截系统的净化处理后 ，能够彻底将农田排水中的氮磷元素去除。

实施例3

如图1～3所示，本实施例3所述农田氮磷面源污染的防控方法，包括以下防控工序：

①农田面源污染的源头控制：

a田地1在种植作物时，用土壤调理剂与化肥配施，减少化肥的使用量，每亩施土壤调理剂与化肥的质量比为3:1，所述土壤调理剂的制备方法是将质量百分比含量为40%的生物质原料颗粒置入80%的金属盐溶液中进行浸泡，浸泡20h后将其干燥脱水、碳化后即可得到土壤调理剂，碳化采用管式炉进行碳化，碳化时通入氮气进行气氛保护，加热速率为25℃/min,碳化的温度为700℃，保温时间为2h，所述生物质颗粒为水葫芦、甘蔗渣、谷壳、花生壳、水稻杆和丝瓜藤粉碎后的混合物，所述混合物的粒径为0.5mm；所述金属盐溶液为氯化铁、氯化钙或氯化镁溶液，土壤调理剂能大幅的降低化肥的使用量，降低氮、磷的排放量，且土壤调理剂本身含有一定量的氮、磷及多种中、微量元素，具有良好的保水、保湿、保肥效果，在能够促进种植物生长的同时，还能够避免土壤板结；

b在田地1内的种植物生长期，使用污染防控型肥或氮磷素减量肥代替化肥，使用生态控虫、物理控虫或生物控虫代替化学农药，尽可能的减少了氮、磷元素的残留；

c田地1的种植物采收后，将地块进行深翻后，每亩撒入a工序制得的土壤调理剂20～30kg，能够使农田中残留的氮磷元素得到较好的抑制，避免氮磷元素大面积的蔓延，从根本上降低氮磷的排放，从源头上控制氮磷元素的大面积的蔓延；

②农田沟渠拦截系统：在沿着田地1的宽度方向等间距的开挖多条纵向沟渠3，相邻两纵向沟渠3之间等间距的开挖有多条横向沟渠2，相邻两纵向沟渠3之间的间距为4m，相邻两横向沟渠2之间的间距为4m，纵向沟渠3和横向沟渠2不仅能够在雨水多的时候使含有氮磷元素的水流导入到田地1内部，能够取到拦截、消纳径流水中氮磷的作用，同时在，而且纵向沟渠3和横向沟渠2的表层设置成土壤层，不会影响田地1的种植面积，纵向沟渠3和横向沟渠2上可以按田地1的种植模式种植上相应的种植物，所述纵向沟渠3和横向沟渠2的纵向截面为矩形，纵向沟渠3和横向沟渠2内从上到下依次铺设有生物碳层15、土壤层16、生物碳层15和土壤层16，所述土壤层16的土壤内掺杂有20%的生物质颗粒，所述生物碳层15的厚度为200mm，所述土壤层16的厚度为250mm，所述纵向沟渠3和横向沟渠2的宽度为100mm，所述生物碳层15中的生物碳由质量百分比含量为99.5%的玉米秸秆和2%的微生物菌剂组成，生物碳的其制备方法是：先将玉米秸秆粉碎成秸秆碎段，加入到质量分数为10%的氯化钙溶液中浸泡60h，过滤烘干进行碳化，自然冷却至室温后与微生物菌剂混合均匀后即可制得生物碳，碳化采用管式炉进行碳化，碳化时通入氮气进行气氛保护，加热速率为25℃/min,碳化的温度为700℃，保温时间为2h，生物碳层15中的生物碳是一种良好的氮磷吸附剂，生物碳对径流水中氮磷元素具有较好的吸附作用，可以吸收流水中90%以上的氮磷元素，被吸附到生物碳上的氮元素和磷元素在微生物菌剂及土壤中微生物作用下集中降解掉，另外，生物碳可作为有机肥料使用，田地内的种植物采收后，将地块翻犁，将生物碳与田地内的土壤混合后，能增加土壤的肥力；

③农田尾水净化拦截系统：在农田1的地埂14处设置有一条与多根纵向沟渠3相互连通的集水沟11，所述集水沟11的截面形状为矩形，所述集水沟11两侧的侧壁采用秸秆和混凝土浇注砌成，所述集水沟11内填充有氮磷吸附剂，所述氮磷吸附剂包括以下质量份的原料：白云石凹凸棒粘土50份、沸石20份、水泥20份和生物质100份，其制备方法是：先将白云石凹凸棒粘土和沸石粉碎，过100目筛取筛下物，然后将筛下物置于钠盐与钠镁的混合液中进行离子交换处理，再将处理后的产物加热改性，加热改性的温度为1000℃，加热改性时间为2h，之后将改性后的白云石凹凸棒粘土、沸石、水泥加水搅拌成团，得到浆料，再将得到的浆料制成制成直径为20mm、长度为25mm的柱状颗粒，自然风干后在350℃的温度下煅烧30min，自然冷却后即可得到氮磷吸附剂，

采用云石凹凸棒粘土、沸石和水泥为原料，利用钠盐与钠镁的混合液中对云石凹凸棒粘土、沸石进行离子交换处理，使其具有较大的阳离子交换量，而后得到的产物于高温中加热改性，将石凹凸棒粘土、沸石和水泥中的惰性钙活化为氧化钙，从而增强其对氮磷的吸附能力去除效率，又使其具有较高的固定容量和吸附效率；

所述集水沟11的深度沿着田地1的横向方向逐渐降低，且在集水沟11的较低一端的下方设置有净水装置，所述净水装置包括依次连通的集水沉砂池10、水解酸化池9、厌氧沉淀池8、生态净化池7和清水池6，所述集水沉砂池10的顶部安装有过滤网，集水沉砂池10的底部设置成锥斗型，集水沉砂池10设置在田地1的低洼处，用于拦截泥沙和大的悬浮物，所述水解酸化池9内的安装有软性纤维填料层，水解酸化池9将农田中有毒、结构不稳定、不易降解的污染物进行水解酸化处理，利用水解产酸菌活性强、适应能力强的特点将不易降解的污染物的大分子结构水解、酸化为可溶性小分子，为下一步生态净化对污染物中的氮磷元素去除打好基础，所述厌氧沉淀池8内设置于弹性立体填料层，厌氧沉淀池8通过厌氧微生物处理农田排水中大部分有机物，杀灭农田排水中的寄生虫和病菌，同时进一步沉淀不溶性物质和泥砂，所述生态净化池7内从上到下依次设置有防渗层71、集水层73、透水层711、第一滤料层74、第二滤料层710、布水层79、浸润层78、防堵层76和种植层77，所述集水层73内设置有集水管72，所述集水管72与厌氧沉淀池8连通，所述布水层79内安装有布水管75，所述布水管75与清水池6连通，将渗滤、微生物氧化、介质吸附技术有机结合，将农田排水引流到具有良好吸附性能的介质中，使农田排水在物质生态净化池7内进行分离、降解和吸附，使得农田排水中的氮元素和磷元素得到彻底的去除，优选地，生态净化池7的截面形状呈梯形，所述防渗层71为200kg/m2的聚丙烯土工膜，所述集水层73为粒径为20mm的砾石，所述集水层73的厚度为250mm，所述透水层711包括为粒径为10mm的砾石，所述透水层711的厚度为150mm，所述第一滤料层74为粒径为15mm的粉煤灰陶粒，所述第一滤料层74的厚度为250mm，所述第二滤料层710为粒径为7mm的页岩，所述第二滤料层710的厚度为200mm，所述布水层79为粒径20mm的沸石，所述布水层79的厚度为200mm，所述浸润层78为粒径为10mm的焦炭渣，所述浸润层78的厚度为250mm，所述防堵层76为聚氨酯滤网，所述种植层77包括以下质量份的原料：粉煤灰30份、铜5份、锌5份、钼2份，粘土100份，所述种植层77的厚度为300mm，所述清水池6内安装有水泵5，所述水泵5与布置在田地1内的滴灌系统4相连，经过滤、净化后的农田排水可回用于农田灌溉，实现水的循环利用，。

为了让径流水中的氮磷元素在田地内自行降解，可以在田地1内，沿着地埂14的内侧设置有宽度为80cm、深度为100cm的隔离沟13，所述隔离沟13内种植有水葫芦。

为了让进入集水沟内的农田排水中的氮磷元素尽量被集水沟内的氮磷吸附剂吸收，所述集水沟11内间隔布置有挡水台12，所述挡水台12高度低于集水沟11的深度，挡水台11能减缓农田排水在集水沟11内的流动速度。

将本实施例3的技术投入到农田种植过程总发现，从农田的生产源头控制的结果看，田地种植物种植前和生长期，农田排水的氮磷排放量明显降低，氮浓度的排放量降低了12.7%，磷元素的排放量降低了16.5%，通过生态沟渠拦截技术，生态沟渠中的生物碳层能够带走约57.2%的氮元素58.2%的磷元素，大大降低了农田氮磷面源的风险，同时，集水沟内的氮磷吸附剂能够阻挡农田水的外排，减少11.7%的农田排水，从而减少随水流走的氮磷元素，最后从集水沟排出的农田排水，经过农田尾水净化拦截系统的净化处理后 ，能够彻底将农田排水中的氮磷元素去除。

综上所述，本发明根据农田生产过程中的特点，提出了源头拦截技术、沟渠拦截技术和尾水拦截技术相结合的可持续农田氮磷面源污染防控体系，在能够高效、快速去除农田中残留的氮元素和磷元素的同时，还能够有效的控制氮磷的排放，对于提高产量、减轻农业面源污染、促进农业持续发展、保护生态环境具有特别重要的意义。

Claims (9)

1.一种农田氮磷面源污染的防控方法，其特征在于：包括以下防控工序：

①农田面源污染的源头控制：

a田地（1）在种植作物时，用土壤调理剂与化肥配施，减少化肥的使用量，每亩施土壤调理剂与化肥的质量比为2～3:1，所述土壤调理剂的制备方法是将质量百分比含量为20～40%的生物质原料颗粒置入60～80%的金属盐溶液中进行浸泡，浸泡10～20h后将其干燥脱水、碳化后即可得到土壤调理剂；

b在田地（1）内的种植物生长期，使用污染防控型肥或氮磷素减量肥代替化肥，使用生态控虫、物理控虫或生物控虫代替化学农药；

c田地（1）的种植物采收后，将地块进行深翻后，每亩撒入a工序制得的土壤调理剂20～30kg；

②农田沟渠拦截系统：在沿着田地（1）的宽度方向等间距的开挖多条纵向沟渠（3），相邻两纵向沟渠（3）之间等间距的开挖有多条横向沟渠（2），相邻两纵向沟渠（3）之间的间距为3～4m，相邻两横向沟渠（2）之间的间距为3～4m，所述纵向沟渠（3）和横向沟渠（2）的纵向截面为矩形，纵向沟渠（3）和横向沟渠（2）内从上到下依次铺设有生物碳层（15）、土壤层（16）、生物碳层（15）和土壤层（16），所述生物碳层（15）的厚度为150～200mm，所述土壤层（16）的厚度为200～250mm，所述纵向沟渠（3）和横向沟渠（2）的宽度为50～100mm，所述生物碳层（15）中的生物碳由质量百分比含量为98～99.5%的玉米秸秆和0.5～2%的微生物菌剂组成，生物碳的其制备方法是：先将玉米秸秆粉碎成秸秆碎段，加入到质量分数为5～10%的氯化钙溶液中浸泡40～60h，过滤烘干进行碳化，自然冷却至室温后与微生物菌剂混合均匀后即可制得生物碳；

③农田尾水净化拦截系统：在农田（1）的地埂（14）处设置有一条与多根纵向沟渠（3）相互连通的集水沟（11），所述集水沟（11）的截面形状为矩形，所述集水沟（11）两侧的侧壁采用秸秆和混凝土浇注砌成，所述集水沟（11）内填充有氮磷吸附剂，所述集水沟（11）的深度沿着田地（1）的横向方向逐渐降低，且在集水沟（11）的较低一端的下方设置有净水装置，所述净水装置包括依次连通的集水沉砂池（10）、水解酸化池（9）、厌氧沉淀池（8）、生态净化池（7）和清水池（6），所述集水沉砂池（10）的顶部安装有过滤网，所述水解酸化池（9）内的安装有软性纤维填料层，所述厌氧沉淀池（8）内设置于弹性立体填料层，所述生态净化池（7）内从上到下依次设置有防渗层（71）、集水层（73）、透水层（711）、第一滤料层（74）、第二滤料层（710）、布水层（79）、浸润层（78）、防堵层（76）和种植层（77），所述集水层（73）内设置有集水管（72），所述集水管（72）与厌氧沉淀池（8）连通，所述布水层（79）内安装有布水管（75），所述布水管（75）与清水池（6）连通，所述清水池（6）内安装有水泵（5），所述水泵（5）与布置在田地（1）内的滴灌系统（4）相连。

2.根据权利要求1所述的一种农田氮磷面源污染的防控方法，在田地（1）内，沿着地埂（14）的内侧设置有宽度为50～80cm、深度为80～100cm的隔离沟（13），所述隔离沟（13）内种植有水葫芦。

3.根据权利要求1所述的一种农田氮磷面源污染的防控方法，其特征在于：在工序①的a工序中，所述生物质颗粒为水葫芦、甘蔗渣、谷壳、花生壳、水稻杆和丝瓜藤粉碎后的混合物，所述混合物的粒径为0.2～0.5mm；所述金属盐溶液为氯化铁、氯化钙或氯化镁溶液。

4.根据权利要求1所述的一种农田氮磷面源污染的防控方法，其特征在于：在工序②和③中，所述土壤层（16）的土壤内掺杂有10～20%的生物质颗粒。

5.根据权利要求1所述的一种农田氮磷面源污染的防控方法，其特征在于：在工序②中，所述微生物菌剂为酵母菌粉剂、解磷功能菌粉剂组成的其中一种或者二者的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种农田氮磷面源污染的防控方法，其特征在于：在工序③中，所述氮磷吸附剂包括以下质量份的原料：白云石凹凸棒粘土30～50份、沸石10～20份、水泥10～20份和生物质60～100份，其制备方法是：先将白云石凹凸棒粘土和沸石粉碎，过80～100目筛取筛下物，然后将筛下物置于钠盐与钠镁的混合液中进行离子交换处理，再将处理后的产物加热改性，加热改性的温度为800～1000℃，加热改性时间为1～2h，之后将改性后的白云石凹凸棒粘土、沸石、水泥加水搅拌成团，得到浆料，再将得到的浆料制成制成直径为15～20mm、长度为20～25mm的柱状颗粒，自然风干后在300～350℃的温度下煅烧20～30min，自然冷却后即可得到氮磷吸附剂。

7.根据权利要求1所述的一种农田氮磷面源污染的防控方法，其特征在于：在工序③中，所述生态净化池（7）的截面形状呈梯形，所述防渗层（71）为200kg/m2的聚丙烯土工膜，所述集水层（73）为粒径为15～20mm的砾石，所述集水层（73）的厚度为200～250mm，所述透水层（711）包括为粒径为5～10mm的砾石，所述透水层（711）的厚度为100～150mm，所述第一滤料层（74）为粒径为8～15mm的粉煤灰陶粒，所述第一滤料层（74）的厚度为200～250mm，所述第二滤料层（710）为粒径为3～7mm的页岩，所述第二滤料层（710）的厚度为150～200mm，所述布水层（79）为粒径10～20mm的沸石，所述布水层（79）的厚度为150～200mm，所述浸润层（78）为粒径为5～10mm的焦炭渣，所述浸润层（78）的厚度为200～250mm，所述防堵层（76）为聚氨酯滤网，所述种植层（77）包括以下质量份的原料：粉煤灰20～30份、铜3～5份、锌3～5份、钼1～2份，粘土60～100份，所述种植层（77）的厚度为200～300mm。

8.根据权利要求1所述的一种农田氮磷面源污染的防控方法，其特征在于：在工序③中，所述集水沟（11）内间隔布置有挡水台（12），所述挡水台（12）高度低于集水沟（11）的深度。

9.根据权利要求1所述的一种农田氮磷面源污染的防控方法，其特征在于：在②和①的a工序中，碳化采用管式炉进行碳化，碳化时通入氮气进行气氛保护，加热速率为20～25℃/min,碳化的温度为650～700℃，保温时间为1～2h。