本發(fā)明涉及降低農(nóng)業(yè)排放污染物
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種削減農(nóng)田面源污染物的方法。
背景技術(shù)：
：近些年來，稻田施用化肥、農(nóng)藥過量，不僅利用率低，而且隨稻田排水流失的氮磷等元素量大，造成嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)面源污染，因其隨機(jī)性大、涉及范圍廣、排放點(diǎn)不固定、污染負(fù)荷的時(shí)空變幅大，污染控制和治理的難度與代價(jià)均比較大，已成為頭號(hào)環(huán)境治理難題。我國《2010年第一次全國污染源普查公報(bào)》顯示，2007年由農(nóng)業(yè)形成的總氮、總磷排放量占污染物排放總量的57.2％、67.4％，可見農(nóng)業(yè)面源污染已成為我國環(huán)境污染的主要來源。農(nóng)業(yè)面源污染中，種植業(yè)主要水污染物流失量：總氮159.78萬t，總磷10.87萬t，占流失總量的33.8%和25.7%。其中，引起水污染物產(chǎn)生主要的原因是氮肥、磷肥沒有得到農(nóng)作物的有效吸收，而導(dǎo)致氮、磷流失，以及灌溉排水系統(tǒng)沒有對(duì)農(nóng)田排出的水進(jìn)行有效處理。傳統(tǒng)灌溉排水系統(tǒng)的局限性：傳統(tǒng)的灌溉排水系統(tǒng)是為適應(yīng)傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式而發(fā)展起來，主要功能是將水源的水適時(shí)適量輸送到農(nóng)田，為作物產(chǎn)高產(chǎn)提供良好水分條件，又將農(nóng)田多余水分及時(shí)排除，同時(shí)控制地下水位，以保持適宜高產(chǎn)水分條件，減少澇漬危害。其重點(diǎn)解決水少（干旱）、水多（澇、漬）和鹽堿化的問題，與之相應(yīng)的工程措施是灌溉渠道系統(tǒng)和排水溝道系統(tǒng)。傳統(tǒng)的灌溉排水系統(tǒng)主要從水量方面調(diào)節(jié)土壤水分，除為鹽堿化土壤改良外，沒有考慮改善水質(zhì)與環(huán)境問題，也沒有提供有利于解決此問題的手段。即傳統(tǒng)灌溉排水系統(tǒng)未能從根本上解決農(nóng)田面源污染問題。因此，急需研究一種削減農(nóng)田面源污染物的方法，既解決水量問題又解決水質(zhì)問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供了一種削減農(nóng)田面源污染物的方法，能降低農(nóng)田排水量，同時(shí)還能夠有效降低農(nóng)田面源污染物。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種削減農(nóng)田面源污染物的方法，包括以下步驟：s1.通過采用間歇灌的方式降低農(nóng)田的氮磷流失；s2.農(nóng)田排出的水流入排水草溝，所述排水草溝縱斷面為梯形，上底寬于下底0.05~0.2m，深度為0.2~0.5m，縱坡1/900~1/1500，長度為50~300m，排水草溝內(nèi)種植有沉水植物；s3.排水草溝排出的水流入塘堰濕地，塘堰濕地結(jié)構(gòu)設(shè)置為前部淺、中部深、后部淺，前部和后部的平均水深為0.30~0.45m，中部的平均水深0.40~0.60m，塘堰濕地面積與承接排水的農(nóng)田面積比為1：10~15，塘堰濕地中種植有水生植物；s4.塘堰濕地排出的水流入骨干生態(tài)溝，所述骨干生態(tài)溝的縱斷面為梯形，上底寬于下底0.6~1m，深度為1~2m，縱坡1/1500~1/2500，長度為80~300m，骨干生態(tài)溝中的水面低于骨干生態(tài)溝上底所在平面0.1~0.5m；骨干生態(tài)溝中種植有水生植物。進(jìn)一步的，所述步驟（1）中，氮肥分四次施入，當(dāng)所述農(nóng)田種植為水稻時(shí)，底肥施入氮肥總重量的25~32%，移栽后10～12天施入氮肥總重量的25~32%作為分蘗肥，移栽后35～40天施入氮肥總重量的25~32%作為拔節(jié)肥，移栽后60～65天施入剩余的氮肥作為穗肥。優(yōu)選的，所述步驟（2）中，所述排水草溝縱斷面的上底為0.3m、下底為0.2m、深度為0.25m，縱坡1/1000。優(yōu)選的，所述步驟（3）中，所述塘堰濕地的前部平均水深為0.30m，中部的平均水深為0.50m，后部的平均水深為0.30m，整個(gè)塘堰濕地的平均水深0.45m，塘堰濕地面積與承接排水的農(nóng)田面積比為1：14。優(yōu)選的，所述步驟（4）中，骨干生態(tài)溝的縱斷面上底為2m、下底為1.2m、深度為1.2m，縱坡1/2000。優(yōu)選的，所述排水草溝內(nèi)種植有包括野苦麻、水花生、辣草和水草在內(nèi)的沉水植物；所述塘堰濕地中種植有包括美人蕉、茭白、蓮藕、睡蓮和水葫蘆在內(nèi)的水生植物；所述骨干生態(tài)溝中種植有包括水草、辣草和水葫蘆在內(nèi)水生植物。優(yōu)選的，所述排水草溝中，以排水草溝的長度計(jì)算種植密度，野苦麻的種植密度為1~2株/m，水花生的種植密度為8~12株/m，辣草的種植密度為18~25株/m，水草的種植密度為70~90株/m。優(yōu)選的，所述塘堰濕地劃分為2~5塊相互連通的塘堰部分，每個(gè)塘堰部分設(shè)有獨(dú)立的進(jìn)水口和出水口；至少其中一個(gè)塘堰部分種植有包括美人蕉、茭白和蓮藕的水生植物，其中另一個(gè)塘堰部分種植有包括蓮藕、睡蓮和茭白的水生植物；在塘堰濕地中水生植物的種植密度為5~11株/m2。優(yōu)選的，所述骨干生態(tài)溝分為依次連通的前段生態(tài)溝、中段生態(tài)溝和后段生態(tài)溝，前段生態(tài)溝長度為1/50至1/20骨干生態(tài)溝的長度，中段生態(tài)溝長度為1/2至2/3骨干生態(tài)溝的長度，剩余為后段生態(tài)溝；以骨干生態(tài)溝的長度計(jì)算種植密度，前段生態(tài)溝中，水草的種植密度為70~90株/m，水葫蘆的種植密度為40~50株/m；中段生態(tài)溝中，水草的種植密度為100~210株/m，水葫蘆的種植密度為30~50株/m；后段生態(tài)溝中，水草的種植密度為15~40株/m，水葫蘆的種植密度為30~50株/m。本發(fā)明還進(jìn)一步提供了塘堰濕地的另外一種設(shè)置方式，所述塘堰濕地劃分為4塊依次連通的1號(hào)塘堰部分、2號(hào)塘堰部分、3號(hào)塘堰部分和4號(hào)塘堰部分；所述1號(hào)塘堰部分和3號(hào)塘堰部分從上部進(jìn)水，下部出水，種植浮葉植物、沉水植物、漂浮植物和采用無土栽培漂浮于水面上的蔬菜中的一種或多種；所述2號(hào)塘堰部分和4號(hào)塘堰部分從下部進(jìn)水，上部出水，種植挺水植物；所述浮葉植物包括睡蓮，所述沉水植物包括黑藻和狐尾藻；所述漂浮植物包括水葫蘆；所述蔬菜包括空心菜、西洋菜、生菜；所述挺水植物包括蘆葦和蘆竹。以上所述的削減農(nóng)田面源污染物的方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）本發(fā)明從產(chǎn)生農(nóng)田水污染物的源頭進(jìn)行控制，通過改良水肥管理模式提高氮肥、磷肥其他肥料的利用率，降低氮、磷的排放量。（2）本發(fā)明設(shè)置了合理的排水草溝的過流斷面，梯形斷面有利于植物的生長，且配合合適的斷面上底、下底、高以及縱坡，保證了進(jìn)入和排出排水草溝的水流量適宜，另外還在排水草溝中種植了沉水植物，實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)田排水的第一層過濾，對(duì)農(nóng)田排水的總氮和總磷負(fù)荷削減率分別為21.84%和25.85%。（3）本發(fā)明在排水草溝后面設(shè)置了塘堰濕地，在塘堰濕地中種植水生植物，且做出了前部淺、中部深、后部淺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高了水生植物對(duì)污染物的沉降和吸附吸收時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)田排水的第二層過濾，對(duì)總氮和總磷負(fù)荷的削減率均達(dá)到了23%左右。（4）本發(fā)明在塘堰濕地后面設(shè)置了生態(tài)骨干溝，生態(tài)骨干溝設(shè)計(jì)了合理的斷面，保持合理的水流流速，并在生態(tài)骨干溝中不同地段種植不同的水生植物，實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)田排水的第三層過濾，骨干生態(tài)溝對(duì)總氮和總磷負(fù)荷削減率分別達(dá)到16.25%和14.36%。（5）本發(fā)明中的排水草溝可以利用現(xiàn)有的排水系統(tǒng)，塘堰濕地可以利用南方現(xiàn)有的水塘和洼地改造，生態(tài)骨干溝可以充分利用目前田間排水溝道，投資少，見效快，有利于在南方大規(guī)模推廣。（6）本發(fā)明相當(dāng)于設(shè)置有“四道防線”：第一道防線，田間節(jié)水減排，田間節(jié)水灌溉、控制排水結(jié)合水肥高效利用，系減少面源污染排放的源頭控制；第二道防線，排水草溝，主要承接農(nóng)田地表排水、地下滲漏水而將其引入塘堰濕地，對(duì)田間排水進(jìn)行凈化；第三道防線：塘堰濕地，通過植物吸收、底泥吸附、微生物降解等綜合作用，對(duì)排水進(jìn)行凈化；第四道防線，生態(tài)骨干溝，將塘堰濕地排水帶入各類容泄區(qū)系，對(duì)濕地排出的水再次凈化。通過上述四道防線，能降低農(nóng)田排水量，同時(shí)能有效降低農(nóng)田面源污染物，既解決水量問題又解決水質(zhì)問題。具體實(shí)施方式以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于以下實(shí)施例。實(shí)施例1一種削減農(nóng)田面源污染物的方法，包括以下步驟：s1.灌溉方式：通過采用間歇灌的方式降低農(nóng)田的氮磷流失；施肥方式：四次施入氮肥的施肥方法，底肥施入氮肥總重量的30%，移栽后10～12天施入氮肥總重量的30%作為分蘗肥，移栽后35～40天施入氮肥總重量的30%作為拔節(jié)肥，移栽后60～65天施入氮肥總重量的30%作為10%的穗肥，即4次氮肥施肥比為3:3:3:1。s2.農(nóng)田排出的水流入排水草溝，所述排水草溝縱斷面為梯形，上底為0.3m、下底為0.2m、深度為0.25m，縱坡1/1000，長度為96.5m，排水草溝內(nèi)種植有沉水植物，沉水植物實(shí)地測量結(jié)果見表1；表1草溝植物平均高度及密度植物種類平均高度（cm）密度（株/m）水草3080水花生4010辣草4021野苦麻301s3.排水草溝排出的水流入塘堰濕地，塘堰濕地結(jié)構(gòu)設(shè)置為前部淺、中部深、后部淺，前部和后部的平均水深為0.30m，中部的平均水深0.50m，整個(gè)塘堰濕地的平均水深為0.45m；塘堰濕地面積與承接排水的農(nóng)田面積比為1：14；塘堰濕地劃分為相互連通的1號(hào)塘堰部分和2號(hào)塘堰部分，1號(hào)塘堰部分為225m2，2號(hào)塘堰部分為192m2，每個(gè)塘堰部分設(shè)有獨(dú)立的進(jìn)水口和出水口；至少其中1號(hào)塘堰部分種植有美人蕉、茭白和蓮藕，2號(hào)塘堰部分種植有蓮藕、睡蓮和茭白。對(duì)1號(hào)塘堰部分的植物種類、高度和數(shù)量進(jìn)行實(shí)地測量，測量結(jié)果見表2：表21號(hào)塘堰部分植物平均高度及數(shù)量植物種類平均高度（cm）數(shù)量（株）美人蕉12085茭白2202160蓮藕12020荷葉903802號(hào)塘堰部分的地塊，對(duì)植物的種類、高度和數(shù)量進(jìn)行了實(shí)地測量。植物種類有荷葉、睡蓮、茭白，另有零星水花生，濕地出口處有43株禾苗，測量結(jié)果如表3：表32號(hào)塘堰部分植物平均高度及密度植物種類平均高度（cm）數(shù)量（株）蓮藕1109睡蓮5112茭白2181280s4.塘堰濕地排出的水流入骨干生態(tài)溝，濕地出口到骨干生態(tài)溝入口距離為20m，骨干生態(tài)溝的縱斷面為梯形，上底為2m、下底為1.2m、深度為1.2m，縱坡1/2000，長度為102m，骨干生態(tài)溝中種植有水生植物，水深為1m。骨干生態(tài)溝分為依次連通的前段生態(tài)溝、中段生態(tài)溝和后段生態(tài)溝，前段生態(tài)溝為自骨干生態(tài)溝入口起計(jì)算2.2m的長度，中段生態(tài)溝長度為50m，剩余為后段生態(tài)溝；對(duì)骨干生態(tài)溝的植物種類、平均高度和數(shù)量進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查，其中，對(duì)前段生態(tài)溝選取了2m長度進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，測量結(jié)果如表4：表4前段生態(tài)溝植物平均高度及密度植物種類平均高度（cm）密度（株/m）水草4080株水葫蘆6050株對(duì)中段生態(tài)溝選取了50m長度進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，測量結(jié)果如表5：表5中段生態(tài)溝植物平均高度及密度植物種類平均高度（cm）密度（株/m）水草50200辣草3040對(duì)后段生態(tài)溝選取了50m長度進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，測量結(jié)果如表6：表6后段生態(tài)溝植物平均高度及密度植物種類平均高度密度（株/m）水草4016水葫蘆6040試驗(yàn)效果：（1）早稻品種的種植2013-2014年，為充分驗(yàn)證第一道防線的凈化效果，在桂林灌溉試驗(yàn)中心站內(nèi)同步開展水肥綜合調(diào)控對(duì)比試驗(yàn)，共設(shè)置12個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，開展2個(gè)處理，6次重復(fù)，試驗(yàn)分為常規(guī)灌溉w1和間歇灌溉w2，每個(gè)小區(qū)的尺寸為5m×15m，每個(gè)小區(qū)面積為75m2，試驗(yàn)設(shè)計(jì)處理表，如表7所示，其中w1n1f1為當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)的水肥管理方式。表7站內(nèi)試驗(yàn)小區(qū)處理設(shè)計(jì)處理編號(hào)灌溉施氮肥（kg·hm-2）施肥次數(shù)w1n1f1淹灌1802w2n1f2間歇灌溉1804w1——傳統(tǒng)淹灌模式；w2——間歇灌溉；n1——氮肥：180kg·hm-2；f1——氮肥分2次施肥，其中：底肥50%，移栽后10天50%的分蘗肥，即氮肥施肥比基肥：蘗肥=5：5，該模式與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的模式相同；f2——氮肥分4次施肥，其中：底肥30%，移栽后10～12天30%的分蘗肥，移栽后35～40天30%的拔節(jié)肥，移栽后60～65天10%的穗肥，即4次氮肥施肥比為3:3:3:1。除灌溉模式及施氮肥次數(shù)不同外，各處理其他條件相同，施氮肥總量均為180kg·hm-2，氮肥底肥為碳酸氫銨，追肥為尿素，各處理施磷肥總量為40kg·hm-2（以p2o5計(jì)），施鉀肥總量為70kg·hm-2（以k2o計(jì)），磷肥、鉀肥作為底肥一次性施入。不同灌溉模式處理的灌溉標(biāo)準(zhǔn)見表8。表8不同灌溉模式處理的灌溉標(biāo)準(zhǔn)單位：mm（2）灌溉及水肥綜合調(diào)控的效果：2014年早稻生育期試驗(yàn)典型處理：（a）w1n1f1——傳統(tǒng)淹灌模式，磷肥、鉀肥1次施肥，氮肥分2次施肥；（b）w2n1f2——間歇灌溉，磷肥、鉀肥1次施肥，氮肥分4次施肥。這兩種模式比較，其排水量分別為1574和1020m3/hm-2。在n1施肥模式下，間歇灌溉w2比常規(guī)灌溉w1減少排水35.2％，間歇灌溉w2的稻田排水量明顯減少。另外，不同施肥處理稻田排水污染物分析見表9：表9施肥處理稻田排水氮磷濃度分析表由表9可以看出，除氨態(tài)氮外，w2n1f2模式比w1n1f1模式各類污染物均有所削減，從分析結(jié)果可以看出，w2n1f2模式是能減少稻田排水量、降低排水氮磷濃度（除an外）的優(yōu)選模式。（3）排水草溝、塘堰濕地和骨干生態(tài)溝對(duì)水質(zhì)的改良效果：2014年至2016年期間，為了驗(yàn)證排水草溝、塘堰濕地和骨干生態(tài)溝對(duì)水質(zhì)的改良效果，在（1）的試驗(yàn)地上繼續(xù)采用w2n1f2模式種植早稻、中稻或晚稻。具體數(shù)據(jù)分析如下：2014年早稻期間，排水草溝對(duì)農(nóng)田排水的總氮和總磷起到了較好的去除效果，負(fù)荷削減率分別為21.84%和25.85%。2015年早稻期間，排水草溝對(duì)農(nóng)田排水中總氮和總磷的負(fù)荷削減率分別為8.3%和8.8%；晚稻期間，排水草溝對(duì)總氮和總磷的負(fù)荷削減率分別為19.4%和19.0%。2015年水稻全生育期（早稻和晚稻），排水草溝對(duì)農(nóng)田排水中總氮和總磷的負(fù)荷去除率分別為17.4%和17.1%。2016年中稻期間，由于降雨量較大，排水草溝進(jìn)出口的氮磷負(fù)荷排放均較大，而后期隨著降雨的減少，氮磷負(fù)荷逐漸降低并趨于零值，總氮和總磷負(fù)荷的變化趨勢一致，排水草溝對(duì)總氮和總磷的負(fù)荷削減率分別為23.6%和-8.1%。2014年早稻期間，塘堰濕地對(duì)總氮總磷負(fù)荷的削減率較高，均達(dá)到了23%左右。2015年早稻期間，塘堰濕地對(duì)農(nóng)田排水中總氮和總磷的負(fù)荷削減率分別為25.7%和7.4%；晚稻期間，塘堰濕地對(duì)總氮、總磷的負(fù)荷負(fù)荷削減率分別為4.3%和14.1%。2015年水稻全生育期（早稻和晚稻），塘堰濕地對(duì)農(nóng)田排水中總氮和總磷的負(fù)荷負(fù)荷削減率分別為12.6%和11.7%。2016年中稻期間，塘堰濕地對(duì)總氮和總磷的負(fù)荷去除率分別為22.2%和45.0%?？梢姡?016年中稻期間，塘堰濕地對(duì)稻田排水中的總氮和總磷不受雨水影響，仍然具有較好的去除效果。2014年早稻期間，骨干生態(tài)溝體現(xiàn)出了較好的氮磷負(fù)荷去除效果，總氮和總磷負(fù)荷削減率分別達(dá)到16.25%和14.36%。2015年早稻期間，塘堰濕地對(duì)農(nóng)田排水中總氮和總磷的負(fù)荷削減率分別為20.3%和4.7%；晚稻期間，塘堰濕地對(duì)總氮和總磷的負(fù)荷削減率分別為17.8%和11.3%。2015年水稻全生育期（早稻和晚稻），塘堰濕地對(duì)農(nóng)田排水中總氮和總磷的負(fù)荷削減率分別為18.0%和9.7%。2016年中稻期間，骨干生態(tài)溝出口的總氮和總磷濃度在大部分時(shí)段都小于或等于干溝進(jìn)口的濃度，且變化趨勢相同，前期由于降雨較多，故負(fù)荷量大，總氮、總磷負(fù)荷隨著后期降雨的減少而逐漸降低，2016年中稻期間干溝對(duì)總氮和總磷的負(fù)荷削減率分別為12.9%和12.9%。由上述試驗(yàn)效果可以看出，灌溉及水肥綜合調(diào)控、排水草溝、塘堰濕地和骨干生態(tài)溝構(gòu)成“四道防線”，每道防線對(duì)總氮（tn）、總磷（tp）等負(fù)荷的削減均有一定效果，尤其是塘堰濕地削減效果最好，各防線協(xié)同運(yùn)行綜合治理效果更為明顯，能有效削減農(nóng)田面源污染物。實(shí)施例2本實(shí)施例的s1、s2、s4的步驟均與實(shí)施例1相同，僅對(duì)s3的步驟做了另外一種處理。塘堰濕地劃分為4塊依次連通的1號(hào)塘堰部分、2號(hào)塘堰部分、3號(hào)塘堰部分和4號(hào)塘堰部分；1號(hào)塘堰部分和3號(hào)塘堰部分從上部進(jìn)水，下部出水，種植浮葉植物、沉水植物、漂浮植物和采用無土栽培漂浮于水面上的蔬菜中的一種或多種；2號(hào)塘堰部分和4號(hào)塘堰部分從下部進(jìn)水，上部出水，種植挺水植物；浮葉植物包括睡蓮，沉水植物包括黑藻和狐尾藻；漂浮植物包括水葫蘆；蔬菜包括空心菜、西洋菜、生菜；挺水植物包括蘆葦和蘆竹。種植方法：睡蓮、蘆葦、蘆竹在陸地上采用盆栽種植后再移入塘中，種植密度為15~18株/m2，黑藻、狐尾藻、水葫蘆等直接拋入塘內(nèi)即可種植，覆蓋塘內(nèi)密度約為80%；空心菜、西洋菜、生菜等浮水植物采用無土栽培技術(shù)種植于厚約2cm的泡沫板上，使其漂浮在生物塘水面上，種植密度為20~30株/m2。試驗(yàn)效果：在各個(gè)塘堰部分分別單獨(dú)種植黑藻、水葫蘆、蘆葦、狐尾藻和空心菜，蘆葦種于下部進(jìn)水、上部出水的塘堰部分，黑藻、水葫蘆、狐尾藻和空心菜上部進(jìn)水、下部出水種于的塘堰部分，污染物去除分析結(jié)果見表13：表10植物貢獻(xiàn)去除率植物種類cod去除率tn去除率tp去除率黑藻4%5%6%水葫蘆6%10%9%蘆葦3%8%4%狐尾藻4%11%5%空心菜7%10%9%由表13可見，上述水生植物可有效提高cod、tn、tp去除率。當(dāng)前第1頁12