農(nóng)業(yè)氮面源污染量的一種確定技術(shù)的制作方法
【專利摘要】農(nóng)業(yè)氮面源污染量的一種確定技術(shù) 屬于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，具體涉及種植業(yè)肥料施用與流失秸稈產(chǎn)生與利用畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖的農(nóng)業(yè)氮污染產(chǎn)生與排放量確定的一種數(shù)學(xué)模型 農(nóng)業(yè)總氮污染源產(chǎn)生量 ( 噸 ) =農(nóng)田面積×(K1+K2)×年施氮量+3.35×種植業(yè)面積×10-2+28.3×(豬+5×牛+雞/30)+3.95×10-3×漁業(yè)增產(chǎn)量噸； 農(nóng)業(yè)總氮污染排放量 ( 噸 ) =農(nóng)田面積×(K1+K2)×年平均施氮量+3.35×秸稈燃燒和焚燒面積×10-2+28.3×(豬+5×牛+雞/30)+3.95×10-3×漁業(yè)增產(chǎn)量噸；污染源產(chǎn)生量中的豬、牛、雞（萬頭、萬羽）是指養(yǎng)殖總量；污染排放中的豬、牛、雞（萬頭、萬羽）是指是指未進行糞污處理的養(yǎng)殖量；面積單位：公頃；施氮量：噸/公頃；漁業(yè)增產(chǎn)量：噸。
【專利說明】農(nóng)業(yè)氮面源污染量的一種確定技術(shù)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利屬于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，專利代碼為A01。具體涉及農(nóng)業(yè)施肥、禾桿、畜牧業(yè)、漁業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)業(yè)氮面源污染量確定的一種數(shù)學(xué)模型。

【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境污染分為點源污染與面源污染，點源污染指有固定排放點的污染源，面源污染則沒有固定污染排放點。根據(jù)面源污染發(fā)生區(qū)域和特點，一般將其分為生活污染和農(nóng)業(yè)面源污染兩大類；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，農(nóng)田中的泥沙、營養(yǎng)鹽、廢料、致病菌等分散污染源在降水或灌溉過程中，通過農(nóng)田地表徑流、農(nóng)田滲漏和揮發(fā)等形式進入水體而形成農(nóng)業(yè)面源污染。當(dāng)前，中國農(nóng)業(yè)環(huán)境面源污染主要體現(xiàn)在過量化肥的施用、露天焚燒秸桿、不可降解農(nóng)膜丟棄、大型養(yǎng)殖場禽畜糞污不做無害化處理隨意堆放等，這些污染源中的氮對環(huán)境的污染，尤其對水環(huán)境的污染影響最大。
[0003]據(jù)美國1990年的調(diào)查評估報告顯示，美國面源污染約占總污染量的2/3，其中農(nóng)業(yè)面源污染占面源污染總量的68 %?83 %，導(dǎo)致50 %?70 %的地面水體受污染或受影響。經(jīng)過10多年的有效治理控制，美國的農(nóng)業(yè)面源污染已大幅減少；據(jù)2006年統(tǒng)計，美國農(nóng)業(yè)面源污染面積比1990年減少了 65% ；
目前，中國農(nóng)業(yè)面源污染占河流和湖泊富營養(yǎng)問題的60%?80%，農(nóng)業(yè)面源污染已成為三大環(huán)境污染之一，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中大量施用化肥、農(nóng)藥以及集約化養(yǎng)殖導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)污染，已成為環(huán)境污染的主要原因；而化肥利用率低，農(nóng)藥施用過量，加劇了農(nóng)業(yè)面源污染的程度。研究結(jié)果表明，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用的化肥除被植物吸收外，有相當(dāng)部分進入水體和土體，還有相當(dāng)部分以氣態(tài)損失，主要包括氨揮發(fā)、硝化和反硝化形式逸散到空氣中；
中國的農(nóng)業(yè)面源污染研究始于20世紀(jì)80年代的湖泊、水庫富養(yǎng)化調(diào)查和河流水質(zhì)規(guī)劃研究。在農(nóng)業(yè)面源污染模型方面，中國也有了一定的發(fā)展。如陳西平等人研究了涪陵地區(qū)5種污染物的各次降雨沖刷預(yù)測方程；徐向陽等定量分析了農(nóng)田降水、產(chǎn)流、下滲、排水、蒸散發(fā)、灌溉之間的關(guān)系，建立了一個模擬農(nóng)業(yè)排水和產(chǎn)沙的氨氮流失數(shù)學(xué)模型；李懷恩以面源污染物的遷移轉(zhuǎn)化機理為基礎(chǔ)，從宏觀角度和較大尺度上來直接研究野外實際流域的非點源污染的發(fā)生過程與特點，建立次暴雨非點源污染負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型，該模型包括了降雨徑流模型和污染物的產(chǎn)生與遷移模型。此外，還有王昕皓等人提出了非點源污染負(fù)荷計算的單元坡面模型法；這些研究比較單一，大部分只涉及到水土流失方面的面源污染及農(nóng)田降水、下滲、灌溉之間面源污染排放研究，與本專利的研究的重點差異很大。目前中國的絕大多數(shù)江、河、湖、海的水污染嚴(yán)重，已經(jīng)危機到居民飲水安全，太湖藍藻事件的暴發(fā)敲響了面源污染的警鐘。急切需要一個比較全面的，囊括種植業(yè)的施肥、秸桿利用、畜禽養(yǎng)殖業(yè)、水產(chǎn)業(yè)養(yǎng)殖業(yè)及生活污染全部內(nèi)容的面源污染量確定技術(shù)，用簡明扼要的方法確定面源污染量，指導(dǎo)政府進行污染防治決策。
[0004]本專利以南水北調(diào)中線主要水源涵養(yǎng)區(qū)面源氮污染為研究對象，對種植業(yè)的肥料施用與流失、秸桿產(chǎn)生與利用、畜禽養(yǎng)殖的污染產(chǎn)生與排放、水產(chǎn)業(yè)的養(yǎng)殖方式與污染的產(chǎn)排狀況進行深入全面研究。在此基礎(chǔ)上對各種類型的面源污染產(chǎn)排情況進行對比分析，發(fā)明了適合所有區(qū)域的農(nóng)業(yè)氮面源污染量的一種確定技術(shù)。經(jīng)檢索國內(nèi)外相關(guān)文獻:未發(fā)現(xiàn)有與“農(nóng)業(yè)氮面源污染量的一種確定技術(shù)”相同內(nèi)容的報道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]農(nóng)業(yè)氮面源污染源數(shù)量確定的數(shù)學(xué)模型:
農(nóng)業(yè)面源總氮污染源產(chǎn)生量(噸)=農(nóng)田面積X (K1+K2) X年施氮量+3.35X種植業(yè)面積X 10-2+28.3 X (豬+5 X牛+雞/30) +3.95 X 10-3 X漁業(yè)增產(chǎn)量噸；
農(nóng)業(yè)面源總氮污染排放量(噸)=農(nóng)田面積X (K1+K2) X年平均施氮量+3.35X秸桿燃燒和焚燒面積X 10-2+28.3 X (豬+5 X牛+雞/30) +3.95 X 10-3 X漁業(yè)增產(chǎn)量噸；
污染源產(chǎn)生量中的豬、牛、雞(萬頭、萬羽)是指養(yǎng)殖總量；污染排放中的豬、牛、雞(萬頭、萬羽)是指是指未進行糞污處理的養(yǎng)殖量；面積單位:公頃；施氮量:噸/公頃；漁業(yè)增產(chǎn)量:噸。

【具體實施方式】
[0006]種植業(yè)農(nóng)業(yè)氮污染量確定數(shù)學(xué)模型 6.1氮肥損失污染量確定數(shù)學(xué)模型
以耕地總面積中旱地和水田分別占耕地比例。平地(坡度< 5度)、緩坡地(坡度5?15度)和陡坡地(> 15度)，分別占農(nóng)田總面積的比例，確定地表徑流肥料養(yǎng)分流失污染量，每個區(qū)域肥料氮地表徑流、淋溶流失都有相應(yīng)的流失系數(shù)。揮發(fā)和硝化、反硝化損失，目前氮肥的當(dāng)季利用率只有30%?40%，氮肥施入土壤后有3個去向，一是被當(dāng)季作物吸收利用(一般為30%?40%) ;二是殘留在土壤中(25%?35%);三是離開土壤通過揮發(fā)及硝化、反硝化損失(20%?60%)。可以自己進行實驗確定揮發(fā)及硝化、反硝化損失的比例。本專利在南水北調(diào)中線主要水源區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染研究時，是應(yīng)用了中科院的一個實驗數(shù)據(jù)，按照總氮損失11.32%計算水源涵養(yǎng)區(qū)使用氮肥地表徑流、淋溶、揮發(fā)及硝化、反硝化損失。
[0007]秸桿氮污染量產(chǎn)生與去向確定數(shù)學(xué)模型
種植業(yè)氮污染量涉及秸桿主要是指糧食作物中的谷類、豆類和經(jīng)濟作物中油菜的秸桿產(chǎn)量，蔬菜、薯類等其他作物不做統(tǒng)計。根據(jù)秸桿中氮素的去向?qū)⒔諚U使用方式進行分類。燃料、田間焚燒、還田、堆肥、飼料、原料、丟棄、其它幾種形式，秸桿燃燒、焚燒后會將秸桿中的氮以氮氧化物形式排放到空氣中造成大氣污染，還田堆肥和飼料是將秸桿中的氮素重新還入土壤的過程。小麥、水稻、玉米等秸桿的氮素含量在0.5%?0.9%。在此處秸桿平均含氮量統(tǒng)一按照0.7%進行計算，確定秸桿每年產(chǎn)生的氮素總量、秸桿燃燒焚燒后排放到大氣氮總量、直接還田和堆肥還田氮總量、飼料應(yīng)用氮總量、秸桿以其它方式帶走氮素量。
[0008]畜禽養(yǎng)殖業(yè)農(nóng)業(yè)氮污染量確定數(shù)學(xué)模型
依據(jù)畜禽養(yǎng)殖組織模式的不同，將畜禽養(yǎng)殖業(yè)分為規(guī)?；B(yǎng)殖場、養(yǎng)殖小區(qū)和養(yǎng)殖專業(yè)戶三類，以規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖豬養(yǎng)殖當(dāng)量平均產(chǎn)生糞便292.83千克、尿液354.1千克來確定區(qū)域畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生糞便與尿液總量，然后折合總氮產(chǎn)排量。將雞、牛的養(yǎng)殖量換算成豬的養(yǎng)殖量。無論是肉牛、疫牛、奶牛生長過程都會超過I年，因此在污染量確定程中以I頭存欄牛相當(dāng)于5頭出欄豬；大部分為農(nóng)戶養(yǎng)殖的土雞正常養(yǎng)殖時間接近2年或2年以上，蛋雞養(yǎng)殖周期為1.5年，因此蛋雞、肉雞、土雞全部按照平均30只雞相當(dāng)于I頭出欄豬，折算糞便、尿液中氮的產(chǎn)生和排放總量。在畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染量確定時，無論規(guī)模化養(yǎng)殖還是農(nóng)戶小批量養(yǎng)殖，都要產(chǎn)生畜禽糞便和尿液污染源，不能因為農(nóng)戶小批量養(yǎng)殖利用畜禽養(yǎng)殖糞便、尿液進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而忽略農(nóng)戶小批量養(yǎng)殖對區(qū)域農(nóng)業(yè)氮面源污染總量數(shù)據(jù)的影響。因此在計算區(qū)域農(nóng)業(yè)氮面源污染總量時建議以全部畜禽養(yǎng)殖量為基數(shù)。
[0009]水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)氮污染量確定數(shù)學(xué)模型
水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)氮污染量確定，主要是對規(guī)模化養(yǎng)殖場和養(yǎng)殖專業(yè)戶的池塘養(yǎng)殖、工廠化養(yǎng)殖、網(wǎng)箱養(yǎng)殖、圍欄養(yǎng)殖情況，確定其廢水去向、養(yǎng)殖投入飼料總量、產(chǎn)生的養(yǎng)殖總產(chǎn)量與氮污染產(chǎn)排量之間的關(guān)系，然后依據(jù)實際的增產(chǎn)量來確定氮的產(chǎn)生和排放總量。
[0010]農(nóng)業(yè)氮面源污染總量確定數(shù)學(xué)模型
以區(qū)域耕地、農(nóng)田、焚燒面積(公頃)，豬、牛、雞總量(萬頭、萬羽)，每公頃耕地氮肥施入量(噸)為數(shù)據(jù)，依據(jù)K「涇流、淋溶損失系數(shù)、K2-揮發(fā)及硝化反硝化損失系數(shù)，確定區(qū)域農(nóng)業(yè)氮面源污染量的產(chǎn)生與排放總量。
【權(quán)利要求】
1.農(nóng)業(yè)氮面源污染量的一種確定技術(shù)，其特征在于: 本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域；具體涉及種植業(yè)的肥料施用與流失、秸桿產(chǎn)生與利用、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖的氮污染產(chǎn)生與排放過程中，確定農(nóng)業(yè)氮面源污染總量的一種數(shù)學(xué)模型。 農(nóng)業(yè)總氮污染源產(chǎn)生量(噸)=農(nóng)田面積X (KJK2) X年施氮量+3.35 X種植業(yè)面積 X 1(Γ2+28.3 X (豬 +5 X 牛 + 雞 /30) +3.95 X I(T3 X 漁業(yè)增產(chǎn)量噸； 農(nóng)業(yè)總氮污染排放量(噸)=農(nóng)田面積X (KJK2) X年平均施氮量+3.35X秸桿燃燒和焚燒面積X 10_2+28.3 X (豬+5 X牛+雞/30) +3.95 X 10_3 X漁業(yè)增產(chǎn)量噸； 污染源產(chǎn)生量中的豬、牛、雞(萬頭、萬羽)是指養(yǎng)殖總量；污染排放中的豬、牛、雞(萬頭、萬羽)是指是指未進行糞污處理的養(yǎng)殖量；面積單位:公頃；施氮量:噸/公頃；漁業(yè)增產(chǎn)量:噸。
【文檔編號】G06Q50/02GK104268787SQ201410560676
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】何文, 葛紅心, 簡紅忠, 高鵬, 王曉峰, 何錦飛, 王永琦, 李拴曹, 田越 申請人:何文