[发明专利]一种用碳素控制农田土壤氮素面源污染的方法

摘要

本发明公开一种用碳素控制农田土壤氮素面源污染的方法。该方法包括当1.0g/kg≤0-30cm耕作层土壤初始全氮含量＜2.0g/kg，且C0/N0＜10时，需对土壤增碳；当2.0g/kg≤0-30cm耕作层土壤初始全氮含量≤3.0g/kg，且C0/N0＜10时，需对土壤减氮；当0-30cm耕作层土壤初始全氮含量＞3.0g/kg，且C0/N0＜10时，需对土壤土壤增碳减氮；当0-30cm耕作层土壤初始全氮含量＜1.0g/kg，且C0/N0＜10时，需对土壤增碳增氮。该方法在保障作物正常生长下，能使土壤硝酸盐等、田面水总氮、无机氮、土壤100cm处渗滤水NO3--N浓度大幅度下降。

主权项

1.一种用碳素控制农田土壤氮素面源污染的方法，包括以下步骤：（1）土壤初始碳储量、氮储量及碳氮比的计算：土壤初始碳储量的计算公式为：C₀＝B×R×L×C_C（式1），土壤初始氮储量的计算公式为：N₀＝B×R×L×C_N（式2），土壤初始碳氮比的计算公式为：（式3），式1、式2、式3中，C₀表示0-30cm耕作层土壤初始碳储量，单位为吨/公顷，N₀表示0-30cm耕作层土壤初始氮储量，单位为吨/公顷；B表示土壤容重，单位为t/m³，R表示农田面积，单位为m²，L表示土壤耕作层厚度，单位为m，L=0.3m，C_C表示土壤初始含碳量，以质量分数计，C_N表示土壤初始全氮含量，以质量分数计；或（2）土壤增碳当1.0g/kg≤0-30cm耕作层土壤初始全氮含量＜2.0g/kg，且时，需对土壤增碳，所述的土壤增碳是指通过向土壤施入外源的碳原材料来增加土壤中的碳素含量，增施的碳素量的计算公式为：（式4），式4中，C_d为对土壤增施的碳素量，单位为吨/公顷，N_碳源材料表示施入的碳源材料中的氮素量，单位为吨/公顷，C₀表示0-30cm耕作层土壤初始碳储量，单位为吨/公顷，N₀表示0-30cm耕作层土壤初始氮储量，单位为吨/公顷；C_t为0-30cm耕作层土壤目标碳储量，单位为吨/公顷，N_t表示0-30cm耕作层土壤目标氮储量，单位为吨/公顷，表示0-30cm耕作层土壤目标碳氮比，10为0-30cm耕作层土壤目标碳氮比值，C_d=M×G,N_碳源材料=M×K，M表示施入的碳源材料用量，单位为顿/公顷，G表示施入的碳源材料中的碳含量，以质量分数计；K表示施入的碳源材料中的氮含量，以质量分数计；为了保障作物正常生长，需保持氮素总量与实施区域农田作物习惯施入的氮素总量一致，需要在土壤中再补充纯氮，在土壤中再补充的纯氮的计算公式为：N_补=N_c—N_碳源材料×A（式5），式5中N_补为需要在土壤中再补充的纯氮量，单位为顿/公顷，N_c为实施区域农田作物习惯的纯氮投入量，单位为顿/公顷；A为施入的碳源材料中的氮素量N_碳源材料在当季的同效当量；或（3）土壤减氮当2.0g/kg≤0-30cm耕作层土壤初始全氮含量≤3.0g/kg，且时，需对土壤减氮，所述的土壤减氮是与实施区域农田作物习惯的纯氮投入量相比，减少30%的氮素量的施入，其减少的氮素量的计算公式为：N_r=N_c×30%（式6）土壤减氮所施入的氮素量的计算公式为：N_d=N_c－N_r（式7），式6、式7中，N_c表示实施区域农田作物习惯的纯氮投入量,单位为顿/公顷,N_r表示减少的氮素量，单位为顿/公顷,30%为系数；N_d为土壤减氮向土壤中施入的氮素量，单位为顿/公顷；或（4）土壤增碳减氮当0-30cm耕作层土壤初始全氮含量＞3.0g/kg，且时，需对土壤土壤增碳减氮，所述的土壤增碳减氮是通过向土壤施入外源碳原材料来增加土壤中的碳素含量，并与实施区域农田作物习惯的纯氮投入量相比，减少氮素量的施入，减少的氮素量为实施区域农田作物习惯的纯氮投入量的50%，则，需要施入农田的氮素量的计算公式为：N_d＝50%×N_C（式8），式8中，N_d表示施入土壤的氮素量，单位为吨/公顷；N_c表示实施区域农田作物习惯的纯氮投入量,单位为吨/公顷，50%为系数；需对土壤增施的碳素量的计算公式为：式9中，C_d为达到0-30cm耕作层土壤目标碳氮比，需对土壤增施的碳素量，单位为吨/公顷，N_d表示施入土壤的氮素量,单位为吨/公顷，N_碳源材料表示施入的碳原材料中的氮素量，单位为吨/公顷，C_氮源材料表示施入的氮原材料中的碳素量，单位为吨/公顷，C₀表示0-30cm耕作层土壤初始碳储量，单位为吨/公顷，N₀表示0-30cm耕作层土壤初始氮储量，单位为吨/公顷；C_t为0-30cm耕作层土壤目标碳储量，单位为吨/公顷，N_t表示0-30cm耕作层土壤目标氮储量，单位为吨/公顷，表示0-30cm耕作层土壤目标碳氮比，10为0-30cm耕作层土壤目标碳氮比值，C_d=M×G，N_碳源材料=M×K，C_氮源材料=U×Q，M为施入的碳源材料的用量，单位为吨/公顷，G为施入的碳源材料中的碳含量，以质量分数计，K为施入的碳源材料中的氮含量，以质量分数计；U为施入的氮源材料的用量，单位为吨/公顷，Q为施入的氮源材料中的碳含量，以质量分数计，S为施入的氮源材料中的氮含量，以质量分数计；或（5）土壤增碳增氮当0-30cm耕作层土壤初始全氮含量＜1.0g/kg，且时，需对土壤增碳增氮，所述的土壤增碳增氮是指不仅要通过施入外源碳源材料来增加土壤中的碳素含量，并且在按实施区域农田作物习惯的纯氮投入量施入纯氮的基础上，增加氮素量的施入，增加施入的氮素量为实施区域农田作物习惯的纯氮投入量的30%；增加施入的氮素量计算公式为：N_d=30%N_C（式10），式10中，N_C表示实施区域农田作物习惯的纯氮投入量,单位为吨/公顷，N_d表示增加施入的氮素量，单位为吨/公顷；30%为系数；增施的碳素量的计算公式为：式11中，C_d表示为达到0-30cm耕作层土壤目标碳氮比，需对土壤增施的碳素量，单位为吨/公顷，N_d表示为达到0-30cm耕作层土壤目标碳氮比，需对土壤增加施入的氮素量，单位为吨/公顷，N_碳源材料表示施入的碳原材料中的氮素量，单位为吨/公顷，C_氮源材料表示施入的氮原材料中的碳素量，单位为吨/公顷，C_t为0-30cm耕作层土壤目标碳储量，单位为吨/公顷，N_t表示0-30cm耕作层土壤目标氮储量，单位为吨/公顷，表示0-30cm耕作层土壤目标碳氮比，10为0-30cm耕作层土壤目标碳氮比值，C₀表示0-30cm耕作层土壤初始碳储量，单位为吨/公顷，N₀表示0-30cm耕作层土壤初始氮储量，单位为吨/公顷；C_d=M×G，N_碳源材料=M×K，C_氮源材料=U×Q，M为施入的碳源材料的用量，单位为吨/公顷，G为施入的碳源材料中的碳含量，以质量分数计，K为施入的碳源材料中的氮含量，以质量分数计；U为施入的氮源材料的用量，单位为吨/公顷，Q为施入的氮源材料中的碳含量，以质量分数计，S为施入的氮源材料中的氮含量，以质量分数计。