[发明专利]一种阻控坡耕地氮磷流失的方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业生态环境保护领域，更具体的涉及一种阻控坡耕地氮磷流失的方法。操作简单、不与农作物争地、生物炭能重复利用、植物篱有较高的经济效益。

背景技术

坡耕地是指分布在山坡上地面平整度差、跑水跑肥跑土问题突出、作物产量低的旱地。我国坡耕地约为3.59亿亩，占全国耕地面积的比例近1/5。坡耕地土壤养分流失是由于降雨作用于表层土壤，发生径流引起土壤中氮、磷等养分溶解流失，或径流泥沙含有和吸附的颗粒态养分随径流迁移，进入水体的过程。

坡耕地由于其倾斜度，使地表在遇到强降雨后迅速出现沿斜坡移动的径流，土壤中的氮磷钾等作物生长必需的营养物质随径流和泥沙流失出农田。有研究表明，三峡库区坡耕地土壤氮和磷5-8月份平均流失量分别为1.038kg·hm^-2、0.509kg·hm^-2。土壤中的氮磷元素是一把双刃剑，保存在农田土壤里是植物生长必需的营养物质，流失到农田外则是农田面源污染的重要污染物。

研究表明，坡耕地地表径流中的氮、磷养分主要是硝态氮、铵态氮和无机磷。国内坡耕地养分流失防控技术多采用免耕、植物篱、优化施肥、横坡垄作等农艺措施；有研究者通过施用化控制剂，采用化学协同调控的技术手段进行面源污染的防治；也有人根据坡地坡度的变化构建立体的农业系统，对坡地农业面源污染物进行多重拦截和控制，这些技术的应用在一定程度上阻控了或减轻了面源污染发生的风险。

土壤胶体对NH₄⁺的吸附主要靠静电引力，吸附和解吸的平衡受土壤胶体类型、粘粒含量和土壤pH值等因素的影响，土壤胶体成分中对NH₄⁺的吸附能力为蛭石>蒙脱石>伊利石>高岭石>倍半氧化物；土壤对磷（H₂PO₄^-、HPO₄^2-、PO₄^3-）的吸附机制主要为专性吸附，且主要发生在铁、铝氧化物的表面，因此，加入Fe(NO₃)₃，就能大大增强其吸附磷的能力。

生物炭对减少土壤中氮素流失的机理目前主要有：（1）生物炭的小孔隙结构（小于0.9nm）能够降低土壤养分的渗漏速度，延缓水溶性离子的溶解迁移时间，加强对移动性强、易淋溶流失养分的吸附；（2）其表面丰富的含氧官能团使生物炭具有较高离子吸附交换能力且有一定的吸附容量，能够吸附土壤中溶解态NH₄⁺、NO₃^-等离子。如果在生物炭中加入Fe(NO₃)₃，一方面使生物炭表面带正电荷，有利于硝化细菌和反硝化细菌附着在其表面，另一方面铁离子能加速NH₄⁺-N向NO₂^--N转化，进行短程硝化反硝化作用。同时，反硝化细菌利用生物炭作为缓释碳源进行反硝化作用，使NO₃^-经过反硝化脱氮为N₂排入大气，减少土壤中NO₃^-因淋溶而进入河流。

生物炭对减少土壤中磷素流失的机理主要有：（1）通过它的阴离子交换能力或者通过影响与磷相互作用的阳离子的活性/有效性改变磷的有效性；（2）通过改变微生物的土壤环境对磷的有效性和吸收提供间接影响。

目前，大部分研究者将生物炭均匀的施入土壤中，能起到改良土壤、增加肥效、提高土壤有机质含量的作用，但是对于坡耕地径流在地表停留时间较短，生物炭均匀的施入土壤表层对于阻控氮磷流失的作用较小。也有人将生物炭和土壤按一定比例填埋在农业面源污染污水收集沟塘下面，但是在地块面积小的坡耕地上不实用，并且没有种植植物以吸收生物炭中积蓄的氮磷，使生物炭不能重复使用。

发明内容