有机肥还田氮磷径流特性及河岸缓冲生态拦截技术

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近年来,我国政府高频出台了系列政策,旨在鼓励和引导农户施用有机肥,推进农业绿色发展。随着国家有机肥替代化肥行动方案的实施,预计有机肥的使用量和范围将有大幅度增加。肥料的大量施用易导致农田径流污染,要探究农田径流对地表水体的影响,就必须明确农田氮磷径流特性,但现有对农田氮磷径流特性的研究多是建立在施用化肥的基础上,与有机肥相关联的研究还不够深入。数学模型是研究农田污染物径流特性最常用的方法,通过收集降雨径流数据,建立预测模型进行相关模拟研究。地表水体是农田氮磷径流污染的直接受害者,研发经济高效的径流污染控制技术一直是水污染控制领域的难点。远离河岸的农田径流污染物在迁移过程中随着雨水沉积、下渗、植物吸收等一般难以汇入地表水体中,而临近河道两侧的农田径流水直接入河,对地表水体的影响较为严重,因此对近农田的地表水体采用河岸缓冲生态拦截技术是缓解肥料养分流失导致的水体污染最立竿见影的措施。河岸植被缓冲带被认为是一种经济有效的农业径流污染生态拦截技术,我国对河岸植被缓冲带的应用已有部分案例,但对缓冲带的建设、管理与维护还未形成规范、缺乏指导。本文通过构建有机肥还田氮磷径流模型,模拟我国典型情景模式下有机肥氮磷流失强度,探究有机肥还田氮磷径流特性。并以水功能区划要求的水质标准为控制点,因地制宜地设定河岸缓冲带的最适宽度,为缓冲带的植被栽种及农事管理给出建议,提出近农田地表水体生态拦截污染控制技术,为农业面源污染控制和管理的定量化提供有效的技术手段。研究结果表明:(1)分析有机肥还田氮磷径流特性发现:有机肥中颗粒态氮PN、颗粒态磷PP流失强度随着地面坡度的增大而增大,坡度80%时,施肥强度对径流流失强度影响不大;有机肥PN、PP的径流流失强度随降雨强度增大呈现非线性增大态势,降雨强度越大变化量就越大,且降雨强度对PP流失的影响程度大于PN。(2)有机肥径流中溶解态氮DN、溶解态磷DP的浓度均随着降雨强度、施肥强度的增大而增大。基于水环境安全的有机肥施用水平为120 kg N/hm~2,磷施用水平超过70 kg P/hm~2会导致径流中DP浓度超标,日常农业活动中若施肥后短时间经历强降雨可能会对近农田水体造成污染。(3)各地缓冲带的最适宽度存在明显的区域特征,施肥区宽度为100 m时,西北地区及东北地区的V类、IV类、III类水体的最适缓冲带宽度范围分别为0~5 m、5~10 m、5~10 m;华北地区对应的缓冲带宽度分别为5~10 m、5~10 m、10~15 m;西南地区和长江中下游地区的缓冲带宽度分别为5~10 m、10~15 m、15~20 m。华南地区各类水体的最适缓冲带宽度普遍较大,分别为10~15 m、15~20 m、20~30 m。(4)河岸缓冲带植被栽种及农事管理建议:缓冲带内实施退田还河、湖;将缓冲带划分为三个功能带,紧邻河岸向陆地延伸依次为灌草复合带、自然乔木带、草本植被带;植被选择遵循以当地乡土河岸植物为主的原则。作为农用地使用的缓冲带宜采取作物残茬覆盖耕作、横垄耕作等保护性耕作方式;施肥方式应选用基肥深施、追肥沟施、穴施,有机肥施用水平应低于120 kg N/hm~2、70 kg P/hm~2;缓冲带农事耕作应尽量减少对带内土地的扰动。
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