專利名稱：：一種具有減緩農業(yè)面源污染功能的農田布局方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于農業(yè)
技術領域：
，特別涉及一種改進的農田布局方法，該方法通過農田布局設計，有效減緩農業(yè)面污染源對農田的影響。二
背景技術：
：農業(yè)面源污染，目前已成為影響水體環(huán)境質量的重要污染源。世界上許多國家和地區(qū)的研究結果已證實面源污染是導致水環(huán)境質量惡化的主要原因(A.MDuda.Addressingnon_pointsourcesofwaterpollutionmustbecomeaninternationalpriority[J].WaterSci.Technol.，1993,28:l-ll)，而面源污染物中，又以農業(yè)面源污染所占有的份額最大(Humenik，F(xiàn).J.，etal.Pollutionfromnon_pointsources:Whereweare.Whereweshouldgo.Envi.Sci.Tech.1987,21(8):737-742)。有關研究表明太湖流域農業(yè)面源氮的入湖量占總量的72%75%(張振克.太湖流域湖泊水環(huán)境問題、成因與對策[J].長江流域資源與環(huán)境，1999，9(8):81-87)，可見農業(yè)面源污染是造成太湖氮污染和富營養(yǎng)化的主要原因之一?？刂泼嬖次廴镜闹参锷鷳B(tài)工程技術有人工濕地、植物浮床、植物塘、緩沖帶等技術。人工濕地對氮磷的去除率分別在60%、90%以上(吳曉磊.人工濕地廢水處理機理[J].環(huán)境科學，1995，16(3):83-86)，但是人工濕地需要占用大面積的土地，估計每公頃濕地僅會g處理1020人的生活污水廢水(BrijGopal.Naturalandconst潔tedwetlandsforwastewatertreatment-potentialsandproblems[J].Wat.Sci.Tech.，1999，40:27-35)，因此在人口稠密地區(qū)的使用受到限制。植物浮床、植物塘利用植物系統(tǒng)對水體中的氮磷的吸收能力來凈化污水，對水體中的N、P具有很好的去除率(宋祥甫等.浮床水稻對富營養(yǎng)化水體中氮、磷的的去除效果及規(guī)律研究[J].環(huán)境科學學報，1998，189(5):489-494;許航等.水生植物塘脫氮除磷的效能及機理研究[J].哈爾濱建筑大學學報，1999,32(4):69-73)，但這種方法屬于先污染后治理的一種措施。緩沖帶是與附近水體相鄰的、對污染物、沉積物和洪水具有一定緩沖功能的水陸交錯帶生態(tài)系統(tǒng)研究人員曾于19982001年在意大利北部構建有交替種植的樹和灌木叢組成的緩沖帶，具有很好的養(yǎng)分攔截效果，緩沖帶減少了78%的總流失物(MaurizioB.，etal.EffectivenessofbufferstripsinremovingpollutantsinrunofffromacultivatedfieldinNorth-EastItaly[J].Agriculture,EcosystemsandEnvironment,2005，105:101-114)。研究人員還以蘆葦?shù)热郝涞鹊茸鳛榫彌_帶研究了它們的養(yǎng)分攔截效果(尹澄清等.白洋淀水陸交錯帶對陸源營養(yǎng)物質的截留作用初步研究[J].應用生態(tài)學報，1995，6(1):76-80)，但卻沒有形成一種適用于我國耕地現(xiàn)狀的、能減緩我國農田面源污染的農田布局模式。三
發(fā)明內容發(fā)明目的針對上述技術缺陷，考慮到我國耕地的實際情況，出于"源頭控制、提高生物吸收，到過程攔截"來控制農業(yè)面源污染的思路，結合緩沖帶的生態(tài)攔截作用，本發(fā)明提供一種改進的農田布局方法，該方法可以減緩農業(yè)面污染源對農田的影響。技術方案一種具有減緩農業(yè)面源污染功能的農田布局方法，首先提高農田作業(yè)區(qū)四周田埂的高度，然后在農田作業(yè)區(qū)相對的兩邊分別開設灌溉渠道和排水渠道，在農田作業(yè)區(qū)內，靠近排水渠道的一側裝設隔離裝置，隔離裝置將農田作業(yè)區(qū)分成兩塊，靠近灌溉渠道的是常規(guī)操作區(qū)，靠近排水渠道的是緩沖區(qū)，再在灌溉渠道內開設灌水口與常規(guī)操作區(qū)相通，由排水渠道內開設出水口與緩沖區(qū)相通。所述農田作業(yè)區(qū)四周的田埂高度為3040cm。所述隔離裝置開設在農田靠近排水渠道一側的34米處。所述隔離裝置為隔板或土堆。所述隔離裝置高度為2025cm。有益效果該方法不但可以利用緩沖帶攔截農田的養(yǎng)分流失，減緩農田因養(yǎng)分流失對周圍水環(huán)境的污染，而且緩沖帶內種植的作物可以利用攔截的養(yǎng)分來滿足作物生長，取得經濟效益和生態(tài)效益的雙贏。四圖l是本發(fā)明的布局結構示意圖，其中l(wèi)灌溉渠道，2灌水口，3常規(guī)操作區(qū)(農田區(qū)中按照當?shù)爻Ｒ?guī)農田管理模式進行種植作物，包括施肥、灌水)，4緩沖區(qū)(緩沖帶內種植作物，但不施用任何肥料)，5出水口，6排水渠道(農田排水最終經過排水渠輸送，匯集到不同的水源中，如河流、湖泊等)，7隔離裝置；圖2是宜興示范方稻季田面水及灌溉水總氮濃度變化；圖3是常熟示范方稻季30及60cm滲漏水總氮濃度變化；圖4是常熟示范方稻季30及60cm滲漏水總磷濃度變化。圖5是常熟站實驗區(qū)稻季30及60cm滲漏水總氮濃度變化圖6是常熟站實驗區(qū)稻季30及60cm滲漏水總磷濃度變化圖7是常熟站實驗區(qū)稻季30及60cm滲漏水硝態(tài)氮濃度變化圖8是常熟站實驗區(qū)稻季30及60cm滲漏水銨態(tài)氮濃度變化五具體實施例方式下面結合附圖，對本發(fā)明作詳細說明實施例1—種具有減緩農業(yè)面源污染功能的農田布局方法，首先提高農田作業(yè)區(qū)四周田埂的高度，然后在農田作業(yè)區(qū)相對的兩邊分別開設灌溉渠道1和排水渠道6，在農田作業(yè)區(qū)內，靠近排水渠道6的一側裝設隔離裝置7，隔離裝置7將農田作業(yè)區(qū)分成兩塊，靠近灌溉渠道的是常規(guī)操作區(qū)3，靠近排水渠道的是緩沖區(qū)4，再在灌溉渠道內開設灌水口2與常規(guī)操作區(qū)3相通，由排水渠道內開設出水口5與緩沖區(qū)4相通。所述隔離裝置開設在農田靠近排水渠道一側的34米處。所述隔離裝置為隔板或土堆。所述農田作業(yè)區(qū)四周的田埂高度為3040cm。所述隔離裝置高度為2025cm。實施例2實例(試驗)位于太湖流域宜興市大浦鎮(zhèn)和常熟市楊園鎮(zhèn)的"863"項目農業(yè)面4源污染控制示范區(qū)內，示范區(qū)面積均為13hm、提高示范區(qū)內農田四周的田埂，并在農田的排水側設置一條寬3m的緩沖帶，緩沖帶中照常種植水稻，但不施化肥。試驗設置優(yōu)化施肥(Y)與優(yōu)化施肥緩沖帶(YL)、常規(guī)施肥(C)與常規(guī)施肥緩沖帶(CL)2組共4個處理，采用大區(qū)處理，分別在示范區(qū)的優(yōu)化施肥與常規(guī)施肥區(qū)中隨機選取3個自然田塊(面積0.080.12hm2)作為研究的3次重復，同時分別在優(yōu)化施肥與常規(guī)施肥緩沖帶中相應的位置布置3的個無肥對照區(qū)(面積70m2)。優(yōu)化施肥的N、P、K用量分別為225U5、90kghm—2，常規(guī)施肥分別為290、0、37.5kg.hm—2(示范區(qū)所在地習慣通常稻季不施磷肥)。在每個自然地塊中分別埋設30cm、60cm深的簡易滲漏水采樣管，3次重復，分別測定田面水和30cm、60cm深的滲漏水以及灌溉水(IRRI)中的總氮、總磷濃度。試驗期間從2005年6月20日水稻移栽到10月20日水稻收獲，整個水稻生長期的田間管理措施均按當?shù)亓晳T方式進行，灌溉水為臨近稻田的河水。試驗監(jiān)測方法水稻生長期間，施肥后每2天取樣一次，連續(xù)采樣45次，隨后每10天取樣1次。采取的水樣包括灌溉水、田面水與30cm、60cm深的滲漏水，采樣期從2005年水稻移栽至收獲。所采水樣經普通濾紙過濾后，用過硫酸鉀高壓氧化處理后，測定溶解性總氮(DTN)與總磷(DTP)，DTN測定采用紫外分光光度法，DTP測定采用鉬藍比色法。水稻收獲時在每個處理的重復地塊內隨機選取5個樣方(lmX5m)收割測產，換算為每公頃產量。結果分析(1)產量比較2005年宜興大浦、常熟楊園示范方水稻樣方測產表明，不同施肥處理下的田塊與其緩沖帶內的水稻產量相近，產量的變化幅度在2.0%5.8%內。方差檢驗表明(表l)，施肥大田與緩沖帶的產量差異不明顯，說明緩沖帶的應用不會造成水稻減產，緩沖帶中截留大田側滲的養(yǎng)分足夠供應水稻生長發(fā)育之用。表1不同處理下水稻的產量(kghm一2)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>*在同一列內帶有相同字母的平均值之間無顯著差異(P=0.05，新復級差測驗)(2)緩沖帶與施肥大田田面水中氮素含量比較宜興大浦示范方不同處理稻季田面水中TN濃度變化表明(圖2)，秧苗移栽后，田面水TN濃度較高，約lOd后降到很低，直至水稻收獲。常規(guī)施肥氮濃度高于優(yōu)化施肥，說明施肥量高則田面水中的氮濃度高。緩沖帶內田面水中氮的濃度在施肥后一周內明顯低于大田，之后差別不明顯。部分時間緩沖帶內氮濃度下降不明顯，這可能與肥水串灌有關。優(yōu)化施肥與其緩沖帶內氮的平均濃度分別為20.3、13.8mgL—、常規(guī)施肥與其緩沖帶內氮的平均濃度分別為29.8、14.9mgL—、緩沖帶使田面水的DTN濃度減少31.7%50.9%。研究表明太湖地區(qū)30m2的試驗小區(qū)的整個稻季徑流量為960110365L(趙建寧，沈其榮，冉煒.太湖地區(qū)側滲水稻土連續(xù)施磷處理下稻田磷的徑流損失.農村生態(tài)環(huán)境.2005,21(3):2933)，若以此為標準估算，水稻生長季由緩沖帶截留的徑流氮量在20.651.8kghm—2。這表明緩沖帶具有較好的養(yǎng)分攔截作用，能作為控制農田氮素養(yǎng)分流失的一種有效措施。(3)滲漏水中氮素含量的動態(tài)變化常熟楊園示范方不同深度土壤滲漏水監(jiān)測結果表明(圖3)，秧苗移栽后氮素濃度呈先升后降的趨勢，高峰時30cm深滲漏水氮素濃度高達18.OmgL—1;在水稻的整個生長期中，氮素在土壤剖面中的濃度變化基本呈上高下低的趨勢，這表明土壤對氮素有吸附作用，稻田生態(tài)系統(tǒng)具有固定灌溉水中氮素養(yǎng)分的功能。同深度的土壤滲漏水測定表明(圖3)，在水稻的整個生長期中，緩沖帶中DTN濃度均比施肥大田的濃度低。這說明下滲的氮素在隨土壤水向周邊水體遷移的過程中濃度逐漸降低，緩沖帶對土壤養(yǎng)分氮素有攔截作用。緩沖帶攔截的這部分養(yǎng)分可被緩沖帶內種植的水稻吸收利用，從而減少了氮素養(yǎng)分向水體中的遷移。(4)田面水中磷素含量的動態(tài)變化宜興大浦示范方稻田田面水中磷濃度監(jiān)測表明，秧苗移栽后優(yōu)化施肥大田與其緩沖帶的田面水中總磷濃度均較高(常規(guī)施肥處理沒有施用磷肥)，施肥后優(yōu)化施肥處理的田面水中磷素濃度迅速升高，高峰時達到15.66mgL—、大約十天后降到0.40mgL—、與緩沖帶的磷濃度水平相當，直到水稻收獲。方差檢驗表明，緩沖帶中田面水的磷濃度明顯低于優(yōu)化施肥的大田，在施肥初期這種差異尤為明顯(表2)。表2宜興示范方不同處理稻田田面水磷素含量(mgL—0處理采樣時間Datesampling(mm-dd).06-23'06-2506-2706-2908-0508-0708-0908-22Y-015.66a*.2.30a0,51a0,40a0.51a0.09a0.08a0.29aC-01.44c0.32c..0.18a0.25a0.51a0.17a0.07a0.32aYL-0楊b1.63b0.42a0.36a0.40b0.07a0.09a0.26a*在同一列內帶有相同字母的平均值之間無顯著差異(P=0.05，新復級差測驗)由于肥水串灌的原因，部分緩沖帶中磷的濃度在施肥初期也有所升高，但其在整個稻季的平均濃度為1.OlmgL—、遠遠低于優(yōu)化施肥處理(2.48mgL—0。緩沖帶攔截的徑流磷占可溶性總磷的1/2多，同樣以趙建寧測得的稻季徑流量為標準計算，則緩沖帶在稻季可截留徑流磷的量在4.75.lkghm—2。這表明緩沖帶對磷素的徑流損失有較好的攔截作用，緩沖帶減少田面水中磷向水體的輸入量，減輕了施磷對水體的影響。(5)土壤滲漏水中磷素濃度變化常熟楊園示范方優(yōu)化施肥大田不同深度土壤滲漏水磷濃度監(jiān)測結果表明(圖4)，磷濃度上層高于下層這表明稻田生態(tài)系統(tǒng)具有固定灌溉水中磷的作用。這是由土壤對磷素的吸附作用造成的，這種吸附作用與土壤的質地有關，質地較細的土壤更易吸附土壤水中的可溶性磷素。6同深度的土壤滲漏水中磷濃度測定結果表明(圖4)，優(yōu)化施肥的大田滲漏水中磷濃度大于緩沖帶，尤其是30cm深的土壤滲漏水表現(xiàn)更為明顯，方差檢驗表明，在施肥初期優(yōu)化施肥大田和緩沖帶之間濃度的差異顯著，隨著時間的推移，磷素的濃度逐漸降低，到水稻收獲前期兩者之間基本沒有差異了。這表明稻田緩沖帶對滲漏水中磷素的水平遷移具有攔截作用，其攔截效果在施肥初期尤為明顯。有益成果(1)緩沖帶與施肥的大田當年水稻產量沒有顯著差異，緩沖帶利用大田流失的養(yǎng)分足夠水稻生長發(fā)育之用，不會造成水稻減產，不會造成農民經濟上的損失。(2)緩沖帶能顯著地攔截徑流養(yǎng)分，稻季攔截的DTN和DTP分別為20.651.8、4.75.lkghm—^而且對滲漏水中N、P養(yǎng)分的水平遷移具有明顯的攔截效果。緩沖帶減緩了農田氮、磷養(yǎng)分流失，是一種有效地減少農田面源污染的措施。實施例3實例(試驗)位于常熟農業(yè)生態(tài)國家實驗站農田試驗區(qū)內，實驗田面積均為760m、提高試驗田四周的田埂，并在農田的排水側3m處設置一隔板將試驗田分為常規(guī)操作區(qū)(F)和緩沖區(qū)(L)兩部分，緩沖帶中照常種植水稻，但不施化肥。在常規(guī)操作區(qū)和緩沖區(qū)中分別埋設30cm、60cm深的簡易滲漏水采樣管，監(jiān)測田面水和30cm、60cm深的滲漏水中的DTN、DTP、N03—-N、NH4+_N濃度試驗期間從2006年、2007年6月20日水稻移栽到10月20日水稻收獲，整個水稻生長期的田間管理措施均按當?shù)亓晳T方式進行，灌溉水為臨近稻田的河水。試驗監(jiān)測方法水稻生長期間，施肥后每2天取樣一次，連續(xù)采樣45次，隨后每10天取樣1次。采取的水樣包括灌溉水、田面水與30cm、60cm深的滲漏水，采樣期從水稻移栽至收獲。DTN采用過硫酸鉀高壓氧化_紫外分光光度法測定，DTP采用鉬藍比色法測定，N03—-N、NH4+-N采用流動分析儀測定。結果分析[OO58](1)產量比較水稻測產表明(表3)，常規(guī)操作區(qū)與緩沖區(qū)內的水稻產量相近，方差檢驗表明，常規(guī)操作區(qū)與緩沖區(qū)的水稻產量差異不明顯，說明緩沖帶的應用不會造成水稻減產，緩沖帶中截留常規(guī)操作區(qū)側滲的養(yǎng)分足夠供應水稻生長發(fā)育之用。表3常熟站常規(guī)操作區(qū)和緩沖區(qū)水稻的產量比較kg/ha<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>*在同一列內帶有相同字母的平均值之間無顯著差異(P=0.05，新復級差測驗)(2)緩沖區(qū)與常規(guī)操作區(qū)田面水中N、P素含量比較整個水稻生育期的養(yǎng)分濃度可發(fā)現(xiàn)(表4)，常規(guī)操作區(qū)田面水中養(yǎng)分濃度均高于緩沖區(qū)內的養(yǎng)分濃度。這表明緩沖帶具有較好的養(yǎng)分攔截作用，可以減少田面水向水體的養(yǎng)分輸入量，減輕了施肥對水體的影響，能作為控制農田養(yǎng)分流失的一種有效措施。表4熟站試驗田田面水中養(yǎng)分濃度(mg.L—0<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>(3)緩沖區(qū)與常規(guī)操作區(qū)滲漏水中N、P素含量比較緩沖區(qū)與常規(guī)操作區(qū)中同深度的土壤滲漏水測定表明(圖5，6，7，8)，在水稻的整個生長期中，緩沖區(qū)中DTN、DTP、N03—-N、NH4+_N濃度比常規(guī)操作區(qū)的濃度低，經方差檢驗每次施肥初期兩者的差異顯著，隨著時間的推移，養(yǎng)分濃度的逐漸降低，到水稻收獲前期兩者之間基本沒有差異。這說明緩沖帶對土壤養(yǎng)分具有攔截作用。緩沖帶攔截的這部分養(yǎng)分可被緩沖帶內種植的水稻吸收利用，從而減少了N、P養(yǎng)分向水體中的遷移。有益成果(1)常規(guī)操作區(qū)與緩沖區(qū)的水稻產量差異不明顯，緩沖帶的應用不會造成水稻減產，不會造成農民經濟上的損失。(2)緩沖帶具有較好的養(yǎng)分攔截作用，可以減少田面水、滲漏水向水體的養(yǎng)分輸入量，攔截的養(yǎng)分供緩沖帶種植的作物吸收利用，提高了肥料的利用效率，取得經濟效益和生態(tài)效益的雙贏。權利要求一種具有減緩農業(yè)面源污染功能的農田布局方法，其特征在于首先提高農田作業(yè)區(qū)四周田埂的高度，然后在農田作業(yè)區(qū)相對的兩邊分別開設灌溉渠道(1)和排水渠道(6)，在農田作業(yè)區(qū)內，靠近排水渠道(6)的一側裝設隔離裝置(7)，隔離裝置(7)將農田作業(yè)區(qū)分成兩塊，靠近灌溉渠道的是常規(guī)操作區(qū)(3)，靠近排水渠道的是緩沖區(qū)(4)，再在灌溉渠道內開設灌水口(2)與常規(guī)操作區(qū)(3)相通，由排水渠道內開設出水口(5)與緩沖區(qū)(4)相通。2.根據(jù)權利要求1所述的具有減緩農業(yè)面源污染功能的農田布局方法，其特征在于所述農田作業(yè)區(qū)四周的田埂高度為3040cm。3.根據(jù)權利要求1所述的具有減緩農業(yè)面源污染功能的農田布局方法，其特征在于所述隔離裝置開設在農田靠近排水渠道一側的34米處。4.根據(jù)權利要求1所述的具有減緩農業(yè)面源污染功能的農田布局方法，其特征在于所述隔離裝置為隔板或土堆。5.根據(jù)權利要求1所述的具有減緩農業(yè)面源污染功能的農田布局方法，其特征在于所述隔離裝置高度為2025cm。全文摘要一種具有減緩農業(yè)面源污染功能的農田布局方法，首先提高農田作業(yè)區(qū)四周田埂的高度，然后在農田作業(yè)區(qū)相對的兩邊分別開設灌溉渠道和排水渠道，在農田作業(yè)區(qū)內，靠近排水渠道的一側裝設隔離裝置，隔離裝置將農田作業(yè)區(qū)分成兩塊，靠近灌溉渠道的是常規(guī)操作區(qū)，靠近排水渠道的是緩沖區(qū)，再在灌溉渠道內開設灌水口與常規(guī)操作區(qū)相通，由排水渠道內開設出水口與緩沖區(qū)相通。該方法不但可以利用緩沖帶攔截農田的養(yǎng)分流失，減緩農田因養(yǎng)分流失對周圍水環(huán)境的污染，而且緩沖帶內種植的作物可以利用攔截的養(yǎng)分來滿足作物生長，取得經濟效益和生態(tài)效益的雙贏。文檔編號A01B79/00GK101715663SQ20091023222公開日2010年6月2日申請日期2009年12月10日優(yōu)先權日2009年12月10日發(fā)明者張剛,王德建,王燦申請人:中國科學院南京土壤研究所