一种减少旱地氮磷面源污染的方法

摘要

本发明公开了一种减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，即烟气脱硫石膏，对旱地土壤超量磷素进行固定，减少可溶态磷素的径流损失，实现农田原位磷素减排；其次，构建沟渠塘湿地系统，进行生物固定高效脱氮除磷；再次，湿地植物肥料化还田，减少化学肥料可溶性氮磷的投入。所述方法从发生中、流失后、污染源三个方面同时阻控，最终实现控制旱地氮磷污染的目的。本发明所述的方法土壤磷素原位减排、水生植物湿地吸附和有机肥替代部分化肥相结合，从发生中、流失后、污染源三方面对旱地面源污染进行同时阻控，以达到有效地防控农田氮磷的污染的目的，同时实现废弃资源的再利用，具有十分广泛的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于农业资源与环境保护技术领域，具体涉及农田养分减排、水生植物栽培技术。该项技术适用于旱地，尤其是肥料施用量较高的菜地、苗木生产基地等。

背景技术

近年来，随着人民生活水平的提高，人们对粮食的需求进一步增加。在我国有限的耕地条件下，要获得更高作物产量，只能依靠更高的化肥投入。目前我国化肥施用量已接近世界总量的1/3，而耕地面积却只占世界总面积的1/7。尤其是旱地，单位面积化肥投入量更大，一些地区西红柿、黄瓜、茄子等蔬菜的化肥投入量高达60-90kg/亩。大量的养分投入，造成了土壤和水质的严重污染。另一方面，随着畜牧业的发展及有机农业的兴起，有机肥在旱地开始大量使用，也造成了污染的加剧。从农田流失的氮、磷、重金属进入水体已成为区域水质恶化的重要原因。已有的研究表明，农业面源污染占水体污染的比例已达到50%左右。

目前控制农业面源污染的技术，主要包括减少化肥投入、人工湿地、生态沟渠等技术。通过减少化肥投入的措施，能有效地减少径流中氮磷的流失，但常常导致作物的减产。利用人工湿地控制农业面源污染，可获得较好的氮磷去除效果，但占地面积较大，在我国土地资源有限的情况下难以进一步地推广。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，但是对磷素的去除效果较差，而且日常需要对沟渠进行清理和疏通，维护较为复杂。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种减少旱地氮磷面源污染的方法，该方法土壤磷素原位减排、水生植物湿地吸附和有机肥替代部分化肥相结合，从发生中、流失后、污染源三方面对旱地面源污染进行同时阻控，以达到有效地防控农田氮磷的污染的目的，同时实现废弃资源的再利用，具有十分广泛的应用前景。

为解决上述现有技术存在的问题，达到所述的目的，本发明采取如下的技术方案：一种减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，即烟气脱硫石膏，对旱地土壤超量磷素进行固定，减少可溶态磷素的径流损失，实现农田原位磷素减排；其次，构建沟渠塘湿地系统，进行生物固定高效脱氮除磷；再次，湿地植物肥料化还田，减少化学肥料可溶性氮磷的投入。所述方法从发生中、流失后、污染源三个方面同时阻控，最终实现控制旱地氮磷污染的目的。

FGD石膏（又称脱硫石膏）是对含硫燃料（主要是煤）燃烧后产生的烟气进行含硫净化处理而得到的工业副产石膏。根据预计，我国每年将产生纯度85%以上的烟气脱硫石膏850万吨。大量的FGD石膏堆放不仅侵占土地，而且造成资源浪费。研究表明，脱硫石膏具有较高的游离水、松散的细小颗粒，能有效固定磷和重金属等污染物。将脱硫石膏用于土壤磷和重金属的固定，不仅廉价易得，且实现工业废渣二次资源再利用，符合循环经济发展要求。

所述FGD石膏对旱地土壤超量磷素进行固定为：将FGD石膏单独或与有机、无机肥料充分混合，均匀撒施于农田表面。

所述FGD石膏施用量为100-300kg/亩或有机肥施用量的10-20%。

所述沟渠塘湿地系统包括用于汇集径流水体的沟渠，和种植有水生植物的聚水塘，所述水生植物采用易收割与氮磷高富集的水生植物，具体类型根据塘状况及季节而定，为防止可能出现的二次污染，于秋季9月底10月初将水生植物收获。沟渠塘湿地系统的构建可利用田地原有的沟渠、塘。

所述水生植物种植区域临近进水口一侧，留出排水口空间，种植面积为80%。

所述水生植物类型及放养密度为：水葫芦2-4kg/m²，菱角20-25kg/亩，或荇菜20-30株/m²其中的一种或几种的混合。

所述湿地植物肥料化还田为：在作物种植前将收割的水生植物作为有机肥料均匀施入田间。

所述水生植物亩施用量折合成干物质为300-500kg。

本发明的原理：

（1）考虑到磷素在水体中较难去除，因此，本发明的第一步采用FGD石膏粉作为固定剂减少土壤磷素向水体的流失，其原理是：FGD石膏粉的主要成分是CaSO₄.2H₂O。它施用到土壤后，会和土壤表层过量的磷酸根离子发生反应，形成Ca₃(PO4)₂沉淀，从而减少土壤可溶性磷的流失。

（2）对于随着降雨产生的地表径流而大量流失的氮以及部分磷，第二步采用水生植物去除径流水体中的氮磷，其原理是：一方面，水生植物在水体中生长，吸收利用水体的氮磷等养分；另一方面水生植物生长过程中发生硝化反硝化作用，部分氮以气体形式排放到大气中，水体中氮被削减。

（3）第三步以收获的水生植物作为有机肥，替代部分化学肥料的投入，从而减少土壤氮磷的流失，其原理是：水生植物有机肥释放养分缓慢，符合作物生长对养分的需求规律，避免了化学肥料一次投入而造成的过量氮磷流失。

本发明公开的一种减少旱地氮磷面源污染的方法,将燃煤电厂脱硫处理过程中产生的废FGD石膏，主要成分为CaSO₄ 2H₂0，与有机肥、化肥适量掺混，通过其对有机肥或农田中磷和重金属的固定作用，有效控制有机肥或农田中磷和重金属的溶解释放，从而减少对环境的污染。径流水体氮减排的特征是，在农田周边塘中，种植水葫芦、菱、水芹等生物量大的水生植物，农田排放的径流水体经排水沟汇集，进入塘后通过水生植物的吸收，实现对水体中农田流失氮的减排。该方法实现了废弃资源的再利用，用于旱地面源污染控制具有十分广泛的应用前景。

与其他发明相比，本发明的优点：

（1）  从流失中、流失后、污染源三个方面同时阻控，更为有效地减少氮磷向环境的排放，且并不减少作物产量。

（2）  以FGD石膏作为土壤磷素的固定剂，实现废弃资源的再利用。

（3）  流程简单，方便易操作。FGD石膏粉及水生植物在农田表层均匀撒施，简单易操作；水生植物在塘水中生长，最终一次性捞除，方便可行。

本发明适用于旱地，特别是肥料施用量较高的菜地，也适用于茶叶、花卉苗木等种植的农田。本发明能明显减少农田氮磷的污染，而且操作简单、易于推广、成本低廉。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

其中1是农田， 2是排水沟渠，3是汇水塘，排水沟渠中的水汇入塘中；4是塘中水生植物种植区，5是外河，6是水生植物从水塘收割后施用到农田。

具体实施方式

    下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

如图1所示，农田1中种植蔬菜。在春季蔬菜种植前，将9吨/公顷鸡粪有机肥与1.8吨/公顷 FGD石膏粉混合，均匀撒施到农田1中。农田1与排水沟渠2相通，降雨时菜田排水进入排水沟渠2，排水沟渠2的末端通向汇水塘3。农田1与汇水塘3两者的面积比例为20:1。汇水塘3中种植红菱，4月初栽种，种植密度为20kg/m²，栽种面积为水塘面积的80%，种植在汇水塘靠近沟渠的一侧，四周用泡沫简易围拦，留出排水口空间，排水口与外河5相通，水体养分经红菱吸收5-7天后，水体排向外河5。10月初红菱腐败前，将红菱整体打捞收获。经简易堆置，于蔬菜种植前将其施用到菜田，每亩施用量为400kg，以干物质量计。

实施例2

农田1中种植茶叶，冬季将2吨/亩猪粪有机肥、30kg/亩过磷酸钙与300kg/亩 FGD石膏粉混合，均匀撒施到农田1中。农田1与排水沟渠2相通，降雨时农田1排水进入排水沟渠2，排水沟渠2的末端通向汇水塘3。农田1与汇水塘3两者的面积比例为20:1。汇水塘3中种植水葫芦，5月初栽种，种植密度为3kg/m²，栽种面积为汇水塘面积的80%，种植在汇水塘靠近沟渠的一侧，四周用泡沫简易围拦，留出排水口空间，排水口与外河5相通，水体养分经水葫芦吸收5-7天后，水体排向外河5。10月初水葫芦腐败前，将水葫芦整体打捞收获。经简易堆置30天后，将其施用到农田1中，每亩施用量为300kg干物质量。

实施例1-2所述的减少旱地氮磷面源污染的方法，与实施前相比，实施后农田磷流失率减少81.3-86.2%，氮流失率减少57.4-59.6%，减少农田化学氮肥投入8.7-9kg/亩。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。