一種利用生態(tài)塘攔截稻田徑流流失養(yǎng)分的植物配置方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用生態(tài)塘攔截稻田地表徑流流失養(yǎng)分的植物配置方法，屬于環(huán)境生態(tài)學(xué)領(lǐng)域。在農(nóng)田排水溝末端增加生態(tài)塘環(huán)節(jié)，根據(jù)稻季農(nóng)田養(yǎng)分流失特征，以及不同水生植物的養(yǎng)分富集特點(diǎn)和景觀效果，在農(nóng)田生態(tài)塘配置水葫蘆、水芹菜、睡蓮、慈菇、濕生美人蕉等水生植物，攔截稻季農(nóng)田地表徑流流失養(yǎng)分。針對(duì)稻季農(nóng)田養(yǎng)分流失高峰一般出現(xiàn)在水稻移栽到返青期這一基本特征，通過配置不同水生植物以及調(diào)節(jié)水生植物的初始放量，使生態(tài)塘水生植物群體在這一時(shí)間段能夠達(dá)到最快的生長(zhǎng)速度，攔截大量流失的農(nóng)田養(yǎng)分。減少農(nóng)田地表徑流對(duì)周圍水環(huán)境的影響，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境安全提供理論支撐。
【專利說明】一種利用生態(tài)塘攔截稻田徑流流失養(yǎng)分的植物配置方法
[0001]一、【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明屬于環(huán)境生態(tài)學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種利用生態(tài)塘攔截稻田地表徑流養(yǎng)分流失的植物配置方法。
[0002]二、【背景技術(shù)】
農(nóng)業(yè)面源污染已成為水體污染的重要污染源。氮、磷等養(yǎng)分物質(zhì)通過農(nóng)田地表徑流、排水和地下滲漏等方式，進(jìn)入農(nóng)田周圍水體是江河湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的重要原因(YAN W J, etal.Phosphorus export by runoff from agricultural field plots with differentcrop cover in Lake Taiku watershed [J].Journal of Environmental Science, 2001,13(4): 502-507 ；TU Q Y, et al.Chaohu Lake eutrophication study[M].Hefe1:University Press of Science and Technology of China, 1990: 226),其貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)超過城市生活污水的點(diǎn)源污染和工業(yè)的點(diǎn)源污染(王鷗等.農(nóng)業(yè)面源污染的綜合防治與補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)制的建立[J].農(nóng)業(yè)面源污染與綜合防治，2004，(11): 18-19)。需從源頭控制和加強(qiáng)治理來確保水質(zhì)達(dá)標(biāo)和流域生態(tài)安全。
[0003]關(guān)于減少農(nóng)田地表徑流養(yǎng)分流失，前人在農(nóng)田原位減排措施(Banzai K.Redsoil runoff and its control in Island Basins [J].Japanese Journal of TropicalAgriculture, 2002, 46(5): 329-337 ;陳光榮等.糧草豆隔帶種植保護(hù)性耕作對(duì)坡地水土流失的影響[J].水土保持學(xué)報(bào)，2009，23(4): 54-58)和工程防治技術(shù)(米艷華等.云南紅壤坡耕地的水土流失及其綜合治理[J].水土保持學(xué)報(bào)，2006，20(2): 17-21;喻定芳等.北京地區(qū)等高草籬防治坡耕地水土流失效果[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26(12): 89-96)等方面已有大量研究，這些措施對(duì)徑流養(yǎng)分的輸出起到一定攔截作用，可以在一定程度上減少面源污染，但對(duì)已經(jīng)徑流輸出的養(yǎng)分難以有效防治。筆者等(劉紅江等.稻田流失養(yǎng)分循環(huán)利用系統(tǒng)構(gòu)建研究初探[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2010，19(10): 2275-2279)在前人研究的基礎(chǔ)上，通過在農(nóng)田排水溝渠末端增加生態(tài)塘，通過在其中種植水生植物，凈化農(nóng)田地表徑流流失水體，減輕農(nóng)業(yè)面源污染，已有相關(guān)報(bào)道。此外，前人定位試驗(yàn)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)(郭智等.稻麥兩熟農(nóng)田稻季養(yǎng)分徑流流失特征[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2010，19(7): 1622-1627)，常規(guī)施肥條件下，稻季農(nóng)田地表徑流氮、磷流失量分別為達(dá)到11.29和0.19 kg.hm_2，其養(yǎng)分流失高峰出現(xiàn)在水稻移栽到返青期這一段時(shí)間，約占稻季農(nóng)田地表徑流氮磷流失量的60%左右。
[0004]因此，針對(duì)稻季農(nóng)田地表徑流養(yǎng)分流失的上述特點(diǎn)，通過研究主要養(yǎng)分富集植物水葫蘆自身的生長(zhǎng)特性，根據(jù)水葫蘆適宜生長(zhǎng)的外界氣候條件，在確定生態(tài)塘水葫蘆放養(yǎng)時(shí)間的基礎(chǔ)上，明確合適的水葫蘆生長(zhǎng)的初始放養(yǎng)量，使稻季農(nóng)田養(yǎng)分流失高峰和生態(tài)塘中水生植物的生長(zhǎng)高峰基本吻合，有效攔截農(nóng)田地表徑流高峰期養(yǎng)分流失。兼顧不同植物的養(yǎng)分富集能力和景觀效果，在生態(tài)塘配置以浮水植物水葫蘆為主，輔以挺水植物水芹菜、睡蓮、慈菇，以及濕生美人蕉等養(yǎng)分富集植物，綜合攔截稻季農(nóng)田地表徑流流失養(yǎng)分，為保證我國(guó)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境安全提供技術(shù)支撐。
[0005]三、
【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是通過農(nóng)田生態(tài)塘養(yǎng)分富集植物的合理配置有效攔截稻田地表徑流水體養(yǎng)分流失，根據(jù)不同植物的生長(zhǎng)特性和養(yǎng)分富集能力，確定主要養(yǎng)分富集植物的初始放養(yǎng)量和放養(yǎng)規(guī)模，使稻季農(nóng)田養(yǎng)分流失高峰和生態(tài)塘水生植物的生長(zhǎng)高峰基本吻合，減輕農(nóng)業(yè)面源污染。
[0006]技術(shù)方案:
一種利用生態(tài)塘攔截稻田地表徑流流失養(yǎng)分的植物配置方法，其特征在于:通過在農(nóng)田生態(tài)塘種植養(yǎng)分富集植物，攔截稻季農(nóng)田地表徑流流失養(yǎng)分，兼顧養(yǎng)分富集能力和景觀效果的同時(shí)，使水稻移栽到返青期出現(xiàn)的農(nóng)田養(yǎng)分流失高峰與水生植物的生長(zhǎng)高峰相吻合，減少農(nóng)田流失養(yǎng)分對(duì)周圍環(huán)境的影響。
[0007]所述養(yǎng)分富集植物以浮水植物水葫蘆為主，輔以挺水植物水芹菜、睡蓮、慈菇以及濕生美人蕉。按照水葫蘆鮮重I kg.πL-22的初始放養(yǎng)量在農(nóng)田生態(tài)塘放養(yǎng)水葫蘆。
[0008]在農(nóng)田生態(tài)塘種養(yǎng)水芹菜、睡蓮、慈菇、美人蕉，采用生產(chǎn)上的普通種苗，按照水芹菜30株/平方米，睡蓮3株/平方米，慈菇15株/平方米，美人蕉20株/平方米的密度種植，幾種水生植物的面積配比依次在4:4:1:2左右。
[0009]有益效果:
本發(fā)明根據(jù)稻季農(nóng)田養(yǎng)分流失特征和水生植物的生長(zhǎng)特性及養(yǎng)分富集能力，兼顧景觀效果的同時(shí)，在農(nóng)田生態(tài)塘合理配置養(yǎng)分富集植物，使稻季農(nóng)田養(yǎng)分流失高峰和生態(tài)塘水生植物的生長(zhǎng)高峰基本吻合，有效攔截農(nóng)田地表徑流養(yǎng)分流失，從源頭控制農(nóng)田水體富營(yíng)養(yǎng)化問題。
[0010]本發(fā)明水葫蘆初始放養(yǎng)量為I kg.πL-2的處理，當(dāng)6月底到7月初農(nóng)田流失養(yǎng)分高峰出現(xiàn)時(shí)，水葫蘆的階段生長(zhǎng)量最大，能夠快速富集農(nóng)田流失養(yǎng)分。農(nóng)田生態(tài)塘水葫蘆、水芹菜、睡蓮、慈菇、美人蕉富集N，P, K養(yǎng)分量占整個(gè)稻季農(nóng)田養(yǎng)分流失量的66.4%，97.9%,81.5%。通過在農(nóng)田生態(tài)塘合理時(shí)空配置養(yǎng)分富集植物能夠有效攔截稻季農(nóng)田流失養(yǎng)分，減輕農(nóng)業(yè)面源污染。
[0011]四、【專利附圖】

【附圖說明】
圖1是本發(fā)明的稻季水生植物在生態(tài)塘配置俯視示意圖，其中I為生態(tài)塘入水口，2為生態(tài)塘出水口，3為水葫蘆，4為水芹菜，5為睡蓮，6為慈菇，7為濕生美人蕉。
[0012]圖2蘇州市望亭農(nóng)業(yè)示范園稻季農(nóng)田地表徑流水量
圖3蘇州市望亭農(nóng)業(yè)示范園稻季農(nóng)田地表徑流水體中流失總N量 圖4蘇州市望亭農(nóng)業(yè)示范園稻季農(nóng)田地表徑流水體中流失總P量 圖5蘇州市望亭農(nóng)業(yè)示范園稻季農(nóng)田地表徑流水體中流失K量 圖6不同初始放養(yǎng)量水葫蘆生物產(chǎn)量和階段干物質(zhì)增產(chǎn)量 圖7不同初始放養(yǎng)量水葫蘆N、P養(yǎng)分富集量
五、【具體實(shí)施方式】
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
實(shí)施例1
試驗(yàn)在蘇州市望亭農(nóng)業(yè)示范園實(shí)驗(yàn)田中進(jìn)行，農(nóng)田面積為5.2 hm2。選擇地力相對(duì)一致的平整試驗(yàn)田3塊，每塊田面積在0.25 hm2左右，每塊田都有獨(dú)立的灌排水溝，每塊田四周有高約3(T40 cm，寬度5(T60 cm的土埂，每次灌水單位面積的灌水量大致相當(dāng)，農(nóng)田徑流口的高度為每次灌水所需田間最大存水量的高度，讓徑流自由發(fā)生。通過在農(nóng)田排水渠道出口處裝置明渠流量計(jì)測(cè)定每次發(fā)生徑流的排水量，同時(shí)每次排水時(shí)，取水樣測(cè)定水體中養(yǎng)分含量，計(jì)算出養(yǎng)分的輸出量。
[0013]試驗(yàn)作物為水稻，2012年水稻季農(nóng)田施肥量為:施N、P、K分別為270.0，67.5，135.0 kg.hm_2，肥料運(yùn)籌，基蘗肥:穗肥=6:4，施用時(shí)期分別為6月15日施基肥，6月22日施分蘗肥，8月I日施穗肥，P、K肥全部作為基肥施用。整個(gè)水稻生長(zhǎng)季的田間管理措施均按水稻高產(chǎn)栽培技術(shù)要求進(jìn)行，灌溉水為臨近稻田的河水。
[0014]在本灌排單元農(nóng)田排水口設(shè)置生態(tài)塘，生態(tài)塘面積約2300.0 m2，深度為農(nóng)田水平面以下100-120 cm，用來收集稻季農(nóng)田地表徑流水，農(nóng)田排水溝和周邊以及生態(tài)塘四周的道路全部硬質(zhì)化，所有農(nóng)田排水最終通過一個(gè)排水口匯集到生態(tài)塘，在排水溝的末端安裝明渠流量計(jì)，流量計(jì)出水口與排水溝的底部相平。在農(nóng)田排水溝于接近生態(tài)塘的地方設(shè)計(jì)旁路系統(tǒng)，平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)?shù)炯居龅奖┯?，生態(tài)塘達(dá)到最大儲(chǔ)水量時(shí)，打開旁路系統(tǒng)渠道閘門，將徑流水直接排向外河。
[0015]在生態(tài)塘設(shè)置水葫蘆不同初始放養(yǎng)量試驗(yàn)，放養(yǎng)時(shí)間為5月16日，初始放養(yǎng)量設(shè)置為0.5，I, 2 kg*m_2 3個(gè)水平，采用直徑12 cm的PVC管圍欄小區(qū)，小區(qū)面積2 m2，試驗(yàn)重復(fù)4次。研究不同初始放養(yǎng)量條件下的水葫蘆生長(zhǎng)和養(yǎng)分?jǐn)r截情況。
[0016]為了有效攔截水稻季本灌排單元農(nóng)田流失養(yǎng)分，在水稻移栽前，根據(jù)水生植物的養(yǎng)分富集能力和景觀效果，在農(nóng)田生態(tài)塘種養(yǎng)水葫蘆、水芹菜、睡蓮、慈菇、美人蕉，面積分別為1100 m2，320 m2，280 m2, 80 m2和150 m2 (幾種水生植物的面積配比依次在4:4:1:2左右。)水稻季結(jié)束，將生態(tài)塘中所有水生植物打撈還田或堆制成有機(jī)肥綜合利用。
[0017]試驗(yàn)監(jiān)測(cè)方法
在水稻季，當(dāng)農(nóng)田有地表徑流發(fā)生時(shí)，通過明渠流量計(jì)測(cè)定徑流量，在徑流的前、中、后前分別取水樣8~10次，將它們混合均勻帶到實(shí)驗(yàn)室測(cè)定。所采水樣經(jīng)普通濾紙過濾后，分別用紫外分光光度法、紫外消解鑰藍(lán)比色法和火焰光度法測(cè)定水中全N、全P、K的濃度。
[0018]結(jié)果分析
(I)稻季農(nóng)田地表徑流量和養(yǎng)分流失量
農(nóng)田地表徑流量和養(yǎng)分流失量測(cè)定表明(圖2，3，4，5)，試驗(yàn)?zāi)甓鹊炯巨r(nóng)田共發(fā)生地表徑流10次，總地表徑流水量為4.4X IO3 m3.hm_2。整個(gè)稻季,農(nóng)田地表徑流水體中總N、總P、K流失量分別為15.46，0.65，11.82 kg.hnT2，分別占稻季農(nóng)田N、P、K肥總投入量的
5.73%, 0.96%, 8.75%。稻季農(nóng)田養(yǎng)分流失高峰出現(xiàn)在6月底到7月初這一時(shí)間段，占整個(gè)稻季農(nóng)田養(yǎng)分流失的60%以上。稻田NPK的流失量大小是施肥時(shí)期和施肥量共同作用的結(jié)果，從幾幅圖中出現(xiàn)峰值的時(shí)期來看，施肥時(shí)期對(duì)稻田養(yǎng)分流失量的影響較大。
[0019](2)不同初始放養(yǎng)量條件下水葫蘆生物產(chǎn)量和養(yǎng)分富集量
不同初始放養(yǎng)量條件下水葫蘆生長(zhǎng)速度(圖6)，從5月16日放養(yǎng)開始，水葫蘆的生物產(chǎn)量逐漸增加，到8月中下旬水葫蘆的生物產(chǎn)量增長(zhǎng)減慢，只至基本停止生長(zhǎng)?？傮w來看，初始放養(yǎng)量大的處理，水葫蘆的生物產(chǎn)量在不同時(shí)期均較大。不同初始放養(yǎng)量水葫蘆均出現(xiàn)兩個(gè)生長(zhǎng)高峰，分別在6月底到7月上旬，以及7月底到8月上旬這兩個(gè)階段，水葫蘆的第一個(gè)生長(zhǎng)高峰與農(nóng)田養(yǎng)分的流失高峰基本吻合，其中以初始放養(yǎng)量I kg.M-2處理的生長(zhǎng)速度最快。
[0020]不同初始放養(yǎng)量條件下水葫蘆養(yǎng)分富集量(圖7)，從初始放養(yǎng)開始，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，水葫蘆N、P養(yǎng)分富集變化趨勢(shì)和干物質(zhì)生產(chǎn)量變化趨勢(shì)基本一致，都是呈逐漸增加的趨勢(shì)；到8月底水葫蘆的生長(zhǎng)基本停止，其養(yǎng)分富集量也基本停止增加。就不同初始放養(yǎng)量而言，特別是其放養(yǎng)前期，初始放養(yǎng)量大的處理，由于生物產(chǎn)量增長(zhǎng)較快，因此其氮磷養(yǎng)分富集量較快。
[0021]本研究還發(fā)現(xiàn)，就階段養(yǎng)分富集量而言，在6月底到7月上旬，當(dāng)農(nóng)田出現(xiàn)養(yǎng)分流失高峰時(shí)，初始放養(yǎng)量為I kg.πm-2處理的水葫蘆，在這一階段的氮、磷富集量分別達(dá)到300.2，15.3 g.m_2，要明顯大于其它兩個(gè)處理，能夠更有效應(yīng)對(duì)農(nóng)田養(yǎng)分流失高峰。整個(gè)水稻季，初始放養(yǎng)量I kg.m_2處理的水葫蘆，氮、磷素富集量分別為962.9，92.15 g.m_2。
[0022]( 3 )稻田生態(tài)塘植物配置及流失養(yǎng)分?jǐn)r截效果
在水稻移栽前，按照鮮重I kg.πm-2的初始放養(yǎng)量，在總面積約2300 m2的農(nóng)田生態(tài)塘放養(yǎng)了 1100 m2的水葫蘆。另外，考慮景觀效果，在農(nóng)田生態(tài)塘劃分不同小區(qū)，種養(yǎng)水芹菜、睡蓮、慈菇、美人蕉，采用生產(chǎn)上的普通種苗，按照水芹菜30株/平方米，睡蓮3株/平方米，慈菇15株/平方米，美人蕉20株/平方米的密度種植，面積分別為320 m2，280 m2，80 m2和150 m2。攔截稻季農(nóng)田流失養(yǎng)分。
[0023]表1生態(tài)塘養(yǎng)分?jǐn)r截植物生物產(chǎn)量和養(yǎng)分富集量(kg)
【權(quán)利要求】
1.一種利用生態(tài)塘攔截稻田地表徑流流失養(yǎng)分的植物配置方法，其特征在于:通過在農(nóng)田生態(tài)塘種植養(yǎng)分富集植物，攔截稻季農(nóng)田地表徑流流失養(yǎng)分，兼顧養(yǎng)分富集能力和景觀效果的同時(shí)，使水稻移栽到返青期出現(xiàn)的農(nóng)田養(yǎng)分流失高峰與水生植物的生長(zhǎng)高峰相吻合，減少農(nóng)田流失養(yǎng)分對(duì)周圍環(huán)境的影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述養(yǎng)分富集植物是浮水植物水葫蘆，其方法為在水稻移栽前，按照水葫蘆鮮重I kg.π 2的初始放養(yǎng)量在農(nóng)田生態(tài)塘放養(yǎng)水葫蘆。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述`的方法，其特征在于:在農(nóng)田生態(tài)塘種養(yǎng)水芹菜、睡蓮、慈菇、美人蕉，按照水芹菜30株/平方米，睡蓮3株/平方米，慈菇15株/平方米，美人蕉20株/平方米的密度種植，幾種水生植物的面積配比依次在4:4:1:2。
【文檔編號(hào)】C02F3/32GK103466799SQ201310365555
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】劉紅江, 鄭建初, 陳留根, 盛婧, 朱普平 申請(qǐng)人:江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院