干旱-半干旱地区小麦-玉米轮作系统养殖废水滴灌方法

摘要

本发明涉及一种干旱-半干旱地区小麦-玉米轮作系统养殖废水滴灌方法。该法采用达标处理的养殖废水，并充分利用农田滴灌系统的优势，确定小麦和玉米养殖污水的最大农田灌溉量及合理的灌溉频次，在保证作物产量和品质及环境安全的前提下，形成一套具有北方干旱-半干旱地区生态特色的水肥一体化大宗作物养殖废水灌溉体系。该方法在保证农作物获得高产的情况下，既能使养殖业废水得到有效的消纳，又能减少化学氮肥的施用量，进而减少面源污染。

说明书

技术领域

本发明涉及农业技术领域，具体涉及一种干旱-半干旱地区小麦-玉米轮作系统养殖废水滴灌方法。

背景技术

为了提高粮食产量，淮河流域化肥施用量已从1990年的495万吨增加到目前的702万吨，平均每公顷化肥用量约500公斤，而当地化肥的传统施用方式多为撒施，且多为一次性施入，从面使其有效利用率平均只有30%～35%左右，多余的化学肥料造成了大量的面源污染，这些污染物不仅随地表径流直接进入地表水体，污染河流与湖泊，而且渗入地下，污染土壤和地下水。而被污染的地下水亦最终排向地表水体，加剧了河流与湖泊的污染。

畜牧业是河南农业经济的重要支柱产业之一，占农业总产值的42%。沙颍河流域在河南省畜牧养殖业中占有重要地位。截至2007年，该流域已有集约化畜禽养殖场1000余个，每年的粪便产生量达1.70亿t，尿液排放量1.02亿t，是2007年的工业、生活污水量4%；COD排放量106.99万t、氨氮排放量10.48万t，分别是工业、生活排放量的1.5倍和1.2倍。由于经济、政策和技术等原因，当前畜禽养殖业粪便和废水处理率较低，畜禽养殖场每天所产生的大量废水多数未经处理而直接排放，其对周边水环境的污染风险已经大于工业、生活污水。同时，养殖废水中含有高量的有机质、氮、磷、钾等营养元素, 用其进行农田灌溉利用，不仅可有效地促进农作物生长和土壤肥力提高，而且还能部分替代化学肥料，降低农田化肥施用量，降低农田面源污染风险。因此, 农田灌溉利用被认为是养殖污水处理的一种简单而有效的方式。但是，在干旱-半干旱地区小麦-玉米轮作系统典型生态条件下，如何建立养殖废水合理的灌溉方法，例如合理的灌溉量、灌溉时机、灌溉频次以及根据养殖废水的灌溉量确定养殖规模，都是迫切需要研究解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种干旱-半干旱地区小麦-玉米轮作系统养殖废水滴灌方法，该方法在保证农作物获得高产的情况下，既能使养殖业废水得到有效的消纳，又能减少化学氮肥的施用量，进而减少面源污染。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种干旱-半干旱地区小麦-玉米轮作系统养殖废水滴灌方法，包括：

（1）在小麦季，按照如下步骤进行养殖废水的滴灌，其它管理措施按当地高产小麦栽培措施进行：

播种前灌一次底墒水，灌溉定额28～30吨/667m²；10月中旬至11月中旬，灌一次越冬水，灌溉定额28～30吨/667m²；3月中旬至4月中旬灌拔节水，每5天灌溉一次，共6次，每次18～20吨/667m²；五月上半月灌抽穗水，每4天灌溉一次，共4次，每次18～20吨/667m²；五月下半月灌灌浆水，每4天灌溉一次，共4次，每次18～20吨/667m²；

（2）在玉米季，按照如下方法进行养殖废水滴灌，其它管理措施按当地高产玉米栽培措施进行：

在玉米播种至出苗期间，计划灌水湿润层0-40cm，每次灌水18～20吨/667m²使土壤含水量为75～85%，每5天灌一次，共4次；玉米苗期计划灌水湿润层0-40cm，每次灌水20～24吨/667m²以使土壤含水量达到65～75%，每5天灌一次，共3次；拔节期计划灌水湿润层0-60cm，每次灌水17～20吨/667m²以使土壤含水量达至70～80%，每5天灌一次，共6次；抽雄-灌浆期计划灌水湿润层0-80cm，每次灌水20～22吨/667m²以使土壤含水量为75～85%，每5天灌一次，共6次；灌浆-成熟期灌水湿润层0-80cm，每次灌水18～20吨/667m²使土壤含水量68～75%，每7天灌一次，共4次。

上述养殖废水符合GB18596-2001《畜禽养殖业污染物排放标准》。

在所述步骤（1）中，与当地当季常规施肥量相比，以纯N计，减施氮肥3.5～4.5kg/667m²。

在所述步骤（2）中，与当地当季常规施肥量相比，以纯N计，减施氮肥4.5～5.5kg/667m²。

本发明具有积极有益的效果：

本发明系统参考了典型生态区的土壤类型、养分和污染物在土体中吸附、迁移规律、作物营养特性、作物耗水规律及水分和养分的土壤运移特征等，采用达标处理的养殖废水，并充分利用农田滴灌系统的优势，确定小麦和玉米养殖污水的最大农田灌溉量及合理的灌溉频次，在保证作物产量和品质及环境安全的前提下，形成一套具有北方干旱-半干旱地区生态特色的水肥一体化大宗作物养殖废水灌溉技术，为养殖废弃物农田资源化利用提供了一条很好的途径。

在干旱—半干旱小麦—玉米轮作区，利用本发明方法进行农田滴灌，在小麦和玉米两季内可安全消耗养殖废水734～824吨/667m²。参照GB18596-2001《畜禽养殖业污染物排放标准》，采用干清粪工艺的万头猪场每天的废水排放量按照120～180吨计算，1个万头猪场每年的养殖废水排放量为43800～65700吨，用于6.7～10.0公顷左右的农田进行灌溉利用较为科学、合理。

具体实施方式

以下结合具体实施例进一步阐述本发明。下述实施例中所涉及的方法，如无特别说明均为常规方法。

实施例1  该养殖废水滴灌方案分别于2009年-2010年和2010年-2011年度在新郑市薛店镇菜园马村进行了实施，土壤质地类型为砂土。所用养殖废水中主要营养成分含量：N 50mg/L，P 10mg/L。

（1）小麦季：

播种前灌1次底墒水，灌溉定额30吨/667m²；10月中旬-11月中旬，灌1次越冬水，灌溉定额30吨/667m²；3月中旬-4月中旬，灌拔节水，每5天灌溉一次，共6次，每次20吨/667m²，共120吨水/667m²；五月上半月，灌抽穗水，每4天灌溉一次，共4次，每次20吨/667m²，共80吨水/667m²；五月下半月，灌灌浆水，每4天灌溉一次，共4次，每次20吨/667m²，共80吨水/667m²。冬小麦整个生育期内共灌水340吨污水/667m²，具体灌溉方案见表1。

表1 冬小麦养殖污水滴灌量

按当地播种时间进行播种，本区域小麦需肥量为N 12kg/667m²、P₂O₅ 6kg/667m²、K₂O 3 kg/667m²，采用养殖废水灌溉，可减施化肥氮肥（纯N）4 kg/667m²，磷肥、钾肥和所施化学氮肥作为基肥施入土壤后，按当地耕地方式进行整地后播种，播种量11kg/667m²左右，按照如上方法进行养殖废水灌溉，其它管理措施按当地高产小麦栽培措施进行。在小麦生长期间发现，采用养殖废水滴灌后，小麦整个生育时期长势良好，土壤含水率稳定保持在田间持水量的65%左右，小麦产量达400㎏/667m²，保证了产量基本不降低。

（2）夏玉米季

在玉米播种-出苗期间（21天），每次灌20吨/667m²，每5天灌一次，共4次，该生育期共灌水80吨/667m²；玉米苗期（14天），每次灌20吨/667m²，每5天灌一次，共3次，该生育期共灌水60吨水/667m²；拔节期（28天），每次灌20吨/667m²，每5天灌一次，共6次，该生育期每亩共灌水120吨/667m²；抽雄-灌浆期（28天），每次灌20吨/667m²，每4天灌一次，共7次，该生育期共灌水140吨/667m²；灌浆-成熟期（28天），每次灌20吨/667m²，每7天灌一次，共4次，该生育期共灌水80吨/667m²。

整个生育期共灌养殖废水480吨/667m²，具体灌溉方案见表2。

表2   玉米养殖废水滴灌量

玉米季：小麦收获后，小麦秸秆全量还田，按当地时间进行播种。本区域玉米需肥量为N 14kg/667m²、P₂O₅ 6kg/667m²、K₂O 3 kg/667m²，采用养殖废水灌溉，可减施化学氮肥（纯N）5 kg/667m²，磷肥、钾肥和所施化学氮肥作为基肥施入土壤后，按当地耕地方式进行整地后播种，播种量3 kg/亩，按照如上方法进行养殖废水滴灌，其他管理措施按当地高产玉米栽培措施进行。在玉米生长期间发现，养殖废水滴灌提高了土壤含水率，土壤水分含量保持在田间持水量的65%左右，玉米苗期长势良好，养分供应充足，玉米抽雄期叶片叶绿素含量提高6%左右，株高提高5%左右。玉米成熟后产量达450kg/667m²，穗长和百粒重无明显降低，保证了产量不降低。

实施例2：该养殖废水滴灌方法于2010年-2011年度在新郑市薛店镇格大张村和郑州市航空港区“农业部华北小麦-玉米轮作营养与施肥科学观测实验站”进行了实施，土壤质地类型为轻壤土。所用养殖废水中主要营养成分含量：N 50mg/L，P 10mg/L。

（1）小麦季：

播种前灌1次底墒水，灌溉定额25吨/667m²；10月中旬-11月中旬，灌1次越冬水，灌溉定额25吨/667m²；3月中旬-4月中旬，灌拔节水，每6天灌溉一次，共5次，每次20吨/667m²，共100吨水/667m²；五月上半月，灌抽穗水，每4天灌溉一次，共4次，每次20吨/667m²，共80吨水/667m²；五月下半月，灌灌浆水，每4天灌溉一次，共4次，每次20吨/667m²，共80吨水/667m²。冬小麦整个生育期内共灌水310吨污水/667m²，具体灌溉方案见表3。

表3 冬小麦养殖污水滴灌量

按当地播种时间进行播种，本区域小麦需肥量为N 12kg/667m²、P₂O₅ 6kg/667m²、K₂O 3 kg/667m²，采用养殖废水灌溉，可减施化肥氮肥（纯N）4 kg/667m²，磷肥、钾肥和所施化学氮肥作为基肥施入土壤后，按当地耕地方式进行整地后播种，播种量11kg/667m²左右，按照如上方法进行养殖废水灌溉，其他管理措施按当地高产小麦栽培措施进行。在小麦生长期间发现，采用养殖废水滴灌后，小麦整个生育时期长势良好，土壤含水率稳定保持在田间持水量的70%左右，小麦产量达500㎏/667m²左右，保证了产量。

（2）夏玉米季

在玉米播种-出苗期间（21天），每次灌20吨/667m²，每7天灌一次，共3次，共灌水60吨/667m²；玉米苗期（14天），每次灌20吨/667m²，每7天灌一次，共2次，共灌水40吨水/667m²；拔节期（28天），相当于每次灌20吨/667m²，每5天灌一次，共6次，共灌水120吨/667m²；抽雄-灌浆期（28天），每次灌20吨/667m²，每4天灌一次，共7次，共灌水140吨/667m²；灌浆-成熟期（28天），每次灌20吨/667m²，每7天灌一次，共4次，共灌水80吨/667m²。

整个生育期共灌养殖废水440吨/667m²，具体灌溉方案见表4。

表4玉米养殖废水滴灌量

玉米季：小麦收获后，小麦秸秆全量还田，按当地时间进行播种。本区域玉米需肥量为N 14kg/667m²、P₂O₅ 6kg/667m²、K₂O 3 kg/667m²，采用养殖废水灌溉，可减施化学氮肥（纯N）5 kg/667m²，磷肥、钾肥和所施化学氮肥作为基肥施入土壤后，按当地耕地方式进行整地后播种，播种量3 kg/667m²，按照如上方法进行养殖废水滴灌，其他管理措施按当地高产玉米栽培措施进行。在玉米生长期间发现，养殖废水滴灌提高了土壤含水率，土壤水分含量保持在田间持水量的70%左右，玉米苗期长势良好，养分供应充足，玉米抽雄期叶片叶绿素含量提高7%左右，株高提高4%左右。玉米成熟后产量达600kg/667m²左右，穗长和百粒重无明显降低，保证了产量。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。