一種應(yīng)用生物炭與硝化抑制劑減緩農(nóng)業(yè)面源污染的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)面源污染研究領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用生物炭與硝化抑制劑減緩農(nóng)業(yè) 面源污染的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)集約化農(nóng)業(yè)包括糧食作物和園藝經(jīng)濟(jì)作物等，復(fù)種指數(shù)高、氮肥通常過(guò)量投 入，帶來(lái)嚴(yán)重的面源污染以及土壤質(zhì)量退化等重大問(wèn)題，制約著農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。大量活性 氮排放進(jìn)入大氣，引起大氣沉降不斷增加。大氣沉降是一個(gè)全球性問(wèn)題，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能的 威脅逐漸增加。長(zhǎng)江三角洲是中國(guó)工業(yè)和農(nóng)業(yè)都很發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，活性氮排放量很大，導(dǎo) 致氮沉降量也很大。大氣沉降中的氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)陸地和水域生態(tài)系統(tǒng)的影響越來(lái)越明 顯，直接影響水體質(zhì)量和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分平衡，加劇面源污染。因此需要提供一種減緩農(nóng) 業(yè)面源污染的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供生物炭或/和硝化抑制劑在減緩農(nóng)業(yè)面源污染中的應(yīng)用。
[0004] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種減緩農(nóng)業(yè)面源污染的方法。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0006] 生物炭或/和硝化抑制劑在減緩農(nóng)業(yè)面源污染中的應(yīng)用。
[0007] 上述的應(yīng)用，其在于向農(nóng)業(yè)土壤中施加生物炭或/和硝化抑制劑以緩解農(nóng)業(yè)面源 污染。
[0008] 所述的農(nóng)業(yè)面源污染為由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮肥的氮素氣態(tài)損失及隨后的大氣沉降所 造成的面源污染。
[0009] 所述的硝化抑制劑為氯甲基啦啶或雙氰胺。
[0010] 所述的氮素氣態(tài)損失為氮素以N20和NOx等氣態(tài)氮形式的排放。
[0011] -種減緩農(nóng)業(yè)面源污染的方法，該方法為向農(nóng)業(yè)土壤中施加生物炭或/和硝化抑 制劑以阻控氮肥的氮素氣態(tài)損失及隨后的大氣沉降所造成的農(nóng)業(yè)面源污染。
[0012] 所述的農(nóng)業(yè)土壤為稻麥田或菜地。
[0013] 生物炭和硝化抑制劑組合使用以阻控氮肥的氮素氣態(tài)損失及隨后的大氣沉降所 造成的農(nóng)業(yè)面源污染。
[0014] 所述生物炭或硝化抑制劑的施加量為：所述生物炭或硝化抑制劑的施加量分別 為:所述生物炭的施加量為氮肥質(zhì)量的0.5~200倍，所述硝化抑制劑的添加量為硝化抑制 劑和氮肥總質(zhì)量的0.2%~5%。所述生物炭的施加量?jī)?yōu)選為氮肥質(zhì)量的5~200倍，所述硝 化抑制劑的添加量?jī)?yōu)選為硝化抑制劑和氮肥總質(zhì)量的〇. 2%~0.5%。
[0015] 硝化抑制劑和生物炭同時(shí)施用時(shí)，生物炭的施用量?jī)?yōu)選為15~25t.ha<，硝化抑制 劑的添加量?jī)?yōu)選為硝化抑制劑和氮肥總質(zhì)量的〇. 2%~0.3%。一般情況下，常規(guī)的氮肥施 肥量為160kg N ha-krop-1。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)表明，生物炭施用到土壤中可以改善土壤肥力、提高作物產(chǎn)量、 降低氧化亞氮(N2〇)排放，同時(shí)還能增加土壤中的碳固定。硝化抑制劑通過(guò)抑制土壤中的硝 化作用提高氮肥利用率、減少N 20和NOx排放的同時(shí)，也能保證作物的產(chǎn)量。因此，向農(nóng)田中 施入生物炭和添加硝化抑制劑是減緩面源污染的有效措施。
[0017] 本發(fā)明方法選擇我國(guó)典型農(nóng)區(qū)長(zhǎng)江中下游開展系統(tǒng)研究，針對(duì)該流域典型生態(tài)系 統(tǒng)中化肥氮的各損失途徑進(jìn)行綜合定量，尤其是氧化亞氮與NOx排放以及隨后的大氣沉降， 明確化肥通過(guò)何種不同途徑進(jìn)入面源污染的實(shí)際貢獻(xiàn)份額。針對(duì)稻作體系和菜地體系提出 利用硝化抑制劑和生物炭等高效阻控化肥氮?dú)鈶B(tài)損失、綜合治理面源污染的技術(shù)方案。目 前，國(guó)內(nèi)外沒(méi)有方案或報(bào)道利用生物炭或硝化抑制劑阻控氮肥氣態(tài)損失，從而減緩大氣沉 降，最終實(shí)現(xiàn)減緩農(nóng)業(yè)面源污染。
[0018] 本發(fā)明的有益效果：
[0019] 本發(fā)明一種綜合應(yīng)用生物炭與硝化抑制劑減緩面源污染的方法，屬于農(nóng)業(yè)面源污 染研究領(lǐng)域，專用于減緩稻田和菜地生態(tài)系統(tǒng)氮素氣態(tài)損失及隨后的大氣沉降導(dǎo)致的面源 污染?？捎糜趶V泛的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，操作方便，材料易得，可廣泛應(yīng)用于稻田和菜地農(nóng)業(yè)面 源污染和防控研究。本實(shí)例研究表明，生物炭與硝化抑制劑減緩面源污染隨生態(tài)系統(tǒng)、時(shí) 間、空間的變異性都十分明顯，包含著氮素循環(huán)各過(guò)程的豐富內(nèi)涵，值得深入研究。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1.為各處理氮肥偏生產(chǎn)力、吸氮量和氮肥利用率
[0021] 注:N1:常規(guī)氮施肥，N2:4/3常規(guī)施肥C0:不施用生物炭，Cl: 20t. ha"1生物炭，C2: 40t. ha-1生物炭；同列不同字母表示處理間差異顯著(P〈0.05); #*p〈0.001; #p〈0.01; *p〈 0.05; n. s.差異不顯著
[0022] 圖2.不同氮肥水平下常規(guī)尿素(U)和新型硝化抑制劑(CP)氮肥處理土壤中0-15cm 內(nèi)a) N〇3--N與b) NH/-N濃度比較
[0023] 圖3.N20累積排放量與施氮水平之間的定量關(guān)系曲線圖
[0024]圖4.不同氮肥水平尿素(U)和新型硝化抑制劑(CP)氮肥對(duì)菜地土壤N0排放通量的 影響
【具體實(shí)施方式】
[0025] 實(shí)施例一、生物炭施用對(duì)稻麥輪作系統(tǒng)氧化亞氮排放和作物產(chǎn)量的影響
[0026] 以我國(guó)稻麥輪作系統(tǒng)為對(duì)象，研究小麥秸桿生物炭施用對(duì)N20排放規(guī)律的影響；結(jié) 合小麥和水稻總產(chǎn)量進(jìn)而評(píng)估對(duì)該生態(tài)系統(tǒng)的綜合影響，為生物炭減緩農(nóng)業(yè)面源污染的應(yīng) 用提供科學(xué)依據(jù)。在不施氮肥(N0)或施250kg/hm 2/crop氮肥(N1)的條件下，田間原位觀測(cè) 小麥季施用0(80)、20(81)、40丨/111112(82)生物炭對(duì)稻麥輪作系統(tǒng)他0周年排放和谷物產(chǎn)量，設(shè) 置不施氮肥不施生物炭（Ν0Β0)、不施氮肥施20t/hm 2生物炭（N0B1)、施氮肥不施生物炭 (N1B0)、氮肥與20t/hm2生物炭配施(N1B1)、氮肥與40t/hm 2生物炭配施(N1B2)等5個(gè)處理，各 處理3次重復(fù)。結(jié)果表明，單施氮肥(N1B0)與不施氮肥(Ν0Β0)處理相比，增加了稻麥輪作產(chǎn) 量82.8%，增加了他0排放6.5倍。單施生物炭(勵(lì)81)與不施生物炭(勵(lì)80)處理相比，顯著增 產(chǎn)25.4%，卻不能減少N 20排放。在施氮同時(shí)，配施20t/hm2生物炭與單施氮肥處理相比，顯著 增加稻麥輪作產(chǎn)量21.6%，小麥和水稻總產(chǎn)量也比配施40t/hm2生物炭處理高;配施40t/hm2 生物炭與單施氮肥處理相比，顯著降低稻麥輪作系統(tǒng)N20排放20.9%，比配施20t/hm2生物炭 的排放量低。隨著生物炭配施量的增加，N 20減排效果更明顯(表1)。
[0027] 表1生物炭施用對(duì)稻麥輪作體系周年N20排放通量、累積排放量和產(chǎn)量的影響(n = 3)
[0028]
[0029] 注：同列不同字母表示處理間差異顯著(p〈0.05).
[0030] 實(shí)施例二、生物炭對(duì)土壤理化性質(zhì)、N20排放量和蔬菜產(chǎn)量的影響
[0031] 田間試驗(yàn)設(shè)9個(gè)處理，氮肥施用水平為不施氮肥(N0)、常規(guī)施肥量每年4茬作物施 1200kg/hm2/yr(Nl)和4/3常規(guī)氮肥施用量(N2)，施用生物炭水平則為不施用生物炭(C0)、 施用20t/hm 2生物炭(C1)和施用40t/hm2生物炭(C2)。每個(gè)處理分別設(shè)置3個(gè)重復(fù)，蔬菜種植 體系、翻耕和灌溉水平、施肥方法及時(shí)間等都按照當(dāng)?shù)毓芾泶胧┻M(jìn)行。試驗(yàn)期間連續(xù)種植9 荏蔬菜，分另ll為莧菜（Amaranthus mangostanus L ·)、空心菜（Ipomoea aquatica Forssk ·)、菜秩（Brassica chinensis L.)、香菜（Coriandrum sativum L·)、空心菜 (Ipomoea aquatica Forssk.)、菜秩（Brassica chinensis L·)、覓菜（Amaranthus mangostanus L.)、菜秩（Brassica chinensis L.)和疲菜（Spinacia oleracea L.)〇
[0032] 在相同的生物炭水平下，氮肥顯著增加了土壤全氮1.9-25%、土壤電導(dǎo)率17.2-241.1 %和土壤容重0.75-9.3%。除此之外，雖然氮肥的施用還顯著增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量 7.1-23.4% (p〈0.01)，但在不施用生物炭的處理中，氮肥的施用顯著減少了土壤有機(jī)質(zhì)含 量7.7-13.8% (p〈0.01，表2)。從表2中還可以看出，在相同的生物炭水平下，氮肥的施用顯 著減少了0.1-1.19個(gè)單位的土壤pH值(p〈0.01)。
[0033] 表2氮肥與生物炭處理對(duì)菜地土壤理化性質(zhì)的影響
[0034]
[0035] 注:NO :不施用氮肥，N1:常規(guī)氮施肥，N2 :4/3常規(guī)施肥CO:不施用生物炭，Cl: 20t ha-1生物炭，C2:40t ha-1生物炭；同列不同字母表示處理間差異顯著（P〈0.05) 0.001;林ρ〈0·01 ;邱〈0.05;11.8.差異不顯著
[0036] 在相同的氮肥水平下，生物炭的施用顯著增加了菜地土壤全氮0.6-16.6 %和土壤 有機(jī)質(zhì)含量4.2-48.3%。除此之外，生物炭的施用還顯著減降低了土壤pH值，土壤電導(dǎo)率和 土壤容重(P〈〇. 01)。生物炭在N1和N2組處理中顯著降低了0.02-0.23個(gè)單位的土壤pH值，但 是在N0組中生物炭顯著增加了0.11-0.23個(gè)單位的土壤pH值(p〈0.01)。在整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi)，氮 肥與生物炭對(duì)土壤全氮、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤酸堿度、土壤電導(dǎo)率和土壤容重的影響均存在交 互效應(yīng)(表2，p〈0.05)。
[0037] 試驗(yàn)期內(nèi)各處理N20累積排放量存在顯著差異(表3)。最高的N20累積排放量出現(xiàn)在 呢0)處理，排放量為128.9±7.21^~11 &-1，比對(duì)照處理勵(lì)0)高出158.8%。雙因子方差分析 顯示，在相同的生物炭水平下，氮肥顯著增加了50.8-158.8%的N 20累積排放量;而在相同 的氮肥施用水平下，生物炭顯著降低了4.2-38.9%的N20累積排放量。在不施用氮肥的N0組 處理中（N0C0、N0C1和N0C2)，生物炭的施用增加了菜地N 20累積排放量，但不顯著。施用氮肥 各處理的菜地N20排放系數(shù)變化范圍為0.58±0.15至1.89±0.16%。在相同的生物炭水平 下，氮肥的施用顯著增加了8.6-124.6%的菜地N2〇排放系數(shù);而在相同的氮肥施用水平下， 生物炭顯著的施用顯著減少了15.9-66.6%的N2〇排放系數(shù)(p〈0.05)。在整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi)，氮 肥與生物炭對(duì)菜地N 20累積排放量和N20排放系數(shù)的影響存在交互效應(yīng)(p〈0.05)。
[0038] 表3氮肥與生物炭處理菜地N2O排放量、排放系數(shù)和單位產(chǎn)量N2O排放量
[0039]
[0041 ] 注:NO :不施用氮肥，N1:常規(guī)氮施肥，N2 :4/3常規(guī)施肥CO:不施用生物炭，Cl: 20t ha^1生物炭，C2:40t ha^1生物炭；同列不同字