專利名稱：一種減少旱地氮磷面源污染的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及農(nóng)田養(yǎng)分減排、水生植物栽培技術(shù)。該項技術(shù)適用于旱地，尤其是肥料施用量較高的菜地、苗木生產(chǎn)基地等。
背景技術(shù)：
近年來，隨著人民生活水平的提高，人們對糧食的需求進一步增加。在我國有限的耕地條件下，要獲得更高作物產(chǎn)量，只能依靠更高的化肥投入。目前我國化肥施用量已接近世界總量的1/3，而耕地面積卻只占世界總面積的1/7。尤其是旱地，單位面積化肥投入量更大，一些地區(qū)西紅柿、黃瓜、茄子等蔬菜的化肥投入量高達60-90kg/畝。大量的養(yǎng)分投入，造成了土壤和水質(zhì)的嚴重污染。另一方面，隨著畜牧業(yè)的發(fā)展及有機農(nóng)業(yè)的興起，有機肥在旱地開始大量使用，也造成了污染的加劇。從農(nóng)田流失的氮、磷、重金屬進入水體已成為區(qū)域水質(zhì)惡化的重要原因。已有的研究表明，農(nóng)業(yè)面源污染占水體污染的比例已達到50%左右。目前控制農(nóng)業(yè)面源污染的技術(shù)，主要包括減少化肥投入、人工濕地、生態(tài)溝渠等技術(shù)。通過減少化肥投入的措施，能有效地減少徑流中氮磷的流失，但常常導(dǎo)致作物的減產(chǎn)。利用人工濕地控制農(nóng)業(yè)面源污染，可獲得較好的氮磷去除效果，但占地面積較大，在我國土地資源有限的情況下難以進一步地推廣。而生態(tài)溝渠雖然對水體中的氮磷減排也取得一些控制效果，但是對磷素的去除效果較差，而且日常需要對溝渠進行清理和疏通，維護較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種減少旱地氮磷面源污染的方法，該方法土壤磷素原位減排、水生植物濕地吸附和有機肥替代部分化肥相結(jié)合，從發(fā)生中、流失后、污染源三方面對旱地面 源污染進行同時阻控，以達到有效地防控農(nóng)田氮磷的污染的目的，同時實現(xiàn)廢棄資源的再利用，具有十分廣泛的應(yīng)用前景。為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，達到所述的目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案:一種減少旱地氮磷面源污染的方法，包括如下部分:首先，采用FGD石膏，即煙氣脫硫石膏，對旱地土壤超量磷素進行固定，減少可溶態(tài)磷素的徑流損失，實現(xiàn)農(nóng)田原位磷素減排；其次，構(gòu)建溝渠塘濕地系統(tǒng)，進行生物固定高效脫氮除磷；再次，濕地植物肥料化還田，減少化學肥料可溶性氮磷的投入。所述方法從發(fā)生中、流失后、污染源三個方面同時阻控，最終實現(xiàn)控制旱地氮磷污染的目的。FGD石膏(又稱脫硫石膏)是對含硫燃料(主要是煤)燃燒后產(chǎn)生的煙氣進行含硫凈化處理而得到的工業(yè)副產(chǎn)石膏。根據(jù)預(yù)計，我國每年將產(chǎn)生純度85%以上的煙氣脫硫石膏850萬噸。大量的F⑶石膏堆放不僅侵占土地，而且造成資源浪費。研究表明，脫硫石膏具有較高的游離水、松散的細小顆粒，能有效固定磷和重金屬等污染物。將脫硫石膏用于土壤磷和重金屬的固定，不僅廉價易得，且實現(xiàn)工業(yè)廢渣二次資源再利用，符合循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展要求。所述FGD石膏對旱地土壤超量磷素進行固定為將FGD石膏單獨或與有機、無機肥料充分混合，均勻撒施于農(nóng)田表面。所述FGD石膏施用量為100_300kg/畝或有機肥施用量的10_20%。所述溝渠塘濕地系統(tǒng)包括用于匯集徑流水體的溝渠，和種植有水生植物的聚水塘，所述水生植物采用易收割與氮磷高富集的水生植物，具體類型根據(jù)塘狀況及季節(jié)而定，為防止可能出現(xiàn)的二次污染，于秋季9月底10月初將水生植物收獲。溝渠塘濕地系統(tǒng)的構(gòu)建可利用田地原有的溝渠、塘。所述水生植物種植區(qū)域臨近進水口 一側(cè)，留出排水口空間,種植面積為80%。所述水生植物類型及放養(yǎng)密度為水葫蘆2_4kg/m2，菱角20_25kg/畝，或荇菜20-30株/m2其中的一種或幾種的混合。所述濕地植物肥料化還田為在作物種植前將收割的水生植物作為有機肥料均勻施入田間。所述水生植物畝施用量折合成干物質(zhì)為300_500kg。本發(fā)明的原理
(I)考慮到磷素在水體中較難去除，因此，本發(fā)明的第一步采用FGD石膏粉作為固定劑減少土壤磷素向水體的流失，其原理是FGD石膏粉的主要成分是CaSO4. 2H20。它施用到土壤后，會和土壤表層過量的磷酸根離子發(fā)生反應(yīng)，形成Ca3(PCM)2沉淀，從而減少土壤可溶性磷的流失。(2)對于隨著降雨產(chǎn)生的地表徑流而大量流失的氮以及部分磷，第二步采用水生植物去除徑流水體中的氮磷，其原理是一方面，水生植物在水體中生長，吸收利用水體的氮磷等養(yǎng)分；另一方面水生植物生長過程中發(fā)生硝化反硝化作用，部分氮以氣體形式排放到大氣中，水體中氮被削減。(3)第三步以收獲的水生植物作為有機肥，替代部分化學肥料的投入，從而減少土壤氮磷的流失，其原理是水生植物有機肥釋放養(yǎng)分緩慢，符合作物生長對養(yǎng)分的需求規(guī)律，避免了化學肥料一次投入而造成的過量氮磷流失。本發(fā)明公開的一種減少旱地氮磷面源污染的方法，將燃煤電廠脫硫處理過程中產(chǎn)生的廢FGD石膏，主要成分為CaSO4 2H20,與有機肥、化肥適量摻混，通過其對有機肥或農(nóng)田中磷和重金屬的固定作用，有效控制有機肥或農(nóng)田中磷和重金屬的溶解釋放，從而減少對環(huán)境的污染。徑流水體氮減排的特征是，在農(nóng)田周邊塘中，種植水葫蘆、菱、水芹等生物量大的水生植物,農(nóng)田排放的徑流水體經(jīng)排水溝匯集,進入塘后通過水生植物的吸收,實現(xiàn)對水體中農(nóng)田流失氮的減排。該方法實現(xiàn)了廢棄資源的再利用，用于旱地面源污染控制具有十分廣泛的應(yīng)用前景。與其他發(fā)明相比，本發(fā)明的優(yōu)點
(O 從流失中、流失后、污染源三個方面同時阻控，更為有效地減少氮磷向環(huán)境的排放，且并不減少作物產(chǎn)量。(2)以F⑶石膏作為土壤磷素的固定劑，實現(xiàn)廢棄資源的再利用。(3)流程簡單，方便易操作。FGD石膏粉及水生植物在農(nóng)田表層均勻撒施，簡單易操作；水生植物在塘水中生長，最終一次性撈除，方便可行。
本發(fā)明適用于旱地，特別是肥料施用量較高的菜地，也適用于茶葉、花卉苗木等種植的農(nóng)田。本發(fā)明能明顯減少農(nóng)田氮磷的污染，而且操作簡單、易于推廣、成本低廉。


圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意 其中I是農(nóng)田，2是排水溝渠，3是匯水塘，排水溝渠中的水匯入塘中；4是塘中水生植物種植區(qū)，5是外河，6是水生植物從水塘收割后施用到農(nóng)田。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述。應(yīng)理解下述具體實施方式
僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。實施例1
如圖1所示，農(nóng)田I中種植蔬菜。在春季蔬菜種植前，將9噸/公頃雞糞有機肥與1. 8噸/公頃FGD石膏粉混合，均勻撒施到農(nóng)田I中。農(nóng)田I與排水溝渠2相通，降雨時菜田排水進入排水溝渠2，排水溝渠2的末端通向匯水塘3。農(nóng)田I與匯水塘3兩者的面積比例為20:1ο匯水塘3中種植紅菱，4月初栽種,種植密度為20kg/m2，栽種面積為水塘面積的80%，種植在匯水塘靠近溝渠的一側(cè)，四周用泡沫簡易圍攔，留出排水口空間，排水口與外河5相通，水體養(yǎng)分經(jīng)紅菱吸收5-7天后，水體排向外河5。10月初紅菱腐敗前，將紅菱整體打撈收獲。經(jīng)簡易堆置，于蔬菜種植前將其施用到菜田，每畝施用量為400kg，以干物質(zhì)量計。實施例2
農(nóng)田I中種植茶葉，冬季將2噸/畝豬糞有機肥、30kg/畝過磷酸鈣與300kg/畝FGD石膏粉混合，均勻撒施到農(nóng)田I中。農(nóng)田I與排水溝渠2相通，降雨時農(nóng)田I排水進入排水溝渠2，排水溝渠2的末端通向匯水塘3。農(nóng)田I與匯水塘3兩者的面積比例為20:1。匯水塘3中種植水葫蘆,5月初栽種,種植密度為3kg/m2，栽種面積為匯水塘面積的80%，種植在匯水塘靠近溝渠的一側(cè)，四周用泡沫簡易圍攔，留出排水口空間，排水口與外河5相通，水體養(yǎng)分經(jīng)水葫蘆吸收5-7天后，水體排向外河5。10月初水葫蘆腐敗前，將水葫蘆整體打撈收獲。經(jīng)簡易堆置30天后,將其施用到農(nóng)田I中，每畝施用量為300kg干物質(zhì)量。實施例1-2所述的減少旱地氮磷面源污染的方法，與實施前相比，實施后農(nóng)田磷流失率減少81. 3-86. 2%，氮流失率減少57. 4-59. 6%，減少農(nóng)田化學氮肥投入8. 7_9kg/畝。上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種減少旱地氮磷面源污染的方法，包括如下部分:首先，采用FGD石膏，即煙氣脫硫石膏，對旱地土壤超量磷素進行固定；其次，構(gòu)建溝渠塘濕地系統(tǒng)；再次，濕地植物肥料化還田。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減少旱地氮磷面源污染的方法，其特征在于:所述FGD石膏對旱地土壤超量磷素進行固定具體為:將FGD石膏單獨或與有機、無機肥料充分混合，均勻撒施于農(nóng)田表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的減少旱地氮磷面源污染的方法，其特征在于:所述FGD石膏施用量為100-300kg/畝或有機肥施用量的10-20%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減少旱地氮磷面源污染的方法，其特征在于:所述溝渠塘濕地系統(tǒng)包括用于匯集徑流水體的溝渠，和種植有水生植物的聚水塘。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的減少旱地氮磷面源污染的方法，其特征在于:所述水生植物種植區(qū)域臨近進水口一側(cè)，留出排水口空間，種植面積為80%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5任一項所述的減少旱地氮磷面源污染的方法，其特征在于:所述水生植物類型及放養(yǎng)密度為:水葫蘆2-4kg/m2，菱角20-25kg/畝，或荇菜20-30株/m2其中的一種或幾種的混合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減少旱地氮磷面源污染的方法，其特征在于:所述濕地植物肥料化還田為:在作物種植前將收割的水生植物作為有機肥料均勻施入田間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的減少旱地氮磷面源污染的方法，其特征在于:所述水生植物畝施用量折合成干物質(zhì) 為300-500kg。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種減少旱地氮磷面源污染的方法，包括如下部分首先，采用FGD石膏，即煙氣脫硫石膏，對旱地土壤超量磷素進行固定，減少可溶態(tài)磷素的徑流損失，實現(xiàn)農(nóng)田原位磷素減排；其次，構(gòu)建溝渠塘濕地系統(tǒng)，進行生物固定高效脫氮除磷；再次，濕地植物肥料化還田，減少化學肥料可溶性氮磷的投入。所述方法從發(fā)生中、流失后、污染源三個方面同時阻控，最終實現(xiàn)控制旱地氮磷污染的目的。本發(fā)明所述的方法土壤磷素原位減排、水生植物濕地吸附和有機肥替代部分化肥相結(jié)合，從發(fā)生中、流失后、污染源三方面對旱地面源污染進行同時阻控，以達到有效地防控農(nóng)田氮磷的污染的目的，同時實現(xiàn)廢棄資源的再利用，具有十分廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號B09C1/00GK103071671SQ20131004018
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者盛婧, 鄭建初, 陳留根, 劉紅江, 朱普平, 周煒 申請人:江蘇省農(nóng)業(yè)科學院