CN105191606B - 一种利用生物氮泵控制农田氮素淋失的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用生物氮泵控制农田氮素淋失的方法，属农业环境保护技术领域；本发明利用植物根系不同层次分布，选用深根系、氮生物累积能力强的植物作为氮泵植物，对深层土壤过量的氮素进行吸收，同时，利用束根装置对氮泵植物的根系进行束缚，避免在浅层土壤与待种植物竞争氮素，从而既保证农业正常生产过程，又避免氮素对土壤生态环境的影响，本方法改善了土壤环境，减少了对环境的污染，有利于农田的生态保护和发展可持续农业，方法易操作、效益高、具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用生物氮泵控制农田氮素淋失的方法，属农业环境保护技术领域。
背景技术
随着人类社会经济和科技的发展，由于人口压力增加，使人类对农产品需求越来越大，从而加大了农业生产的投入，特别是化肥的使用。化肥对农业的贡献众所周知，现代化农业的一个重要特征是使用化肥。氮肥是全世界施用量最大的一类肥料，据统计，从1949年到1998年的50年中，我国粮食年总产量与化肥氮年施用量呈显著相关性。实验统计证明，在肥料、种子和水等粮食增产三大可控制要素中，化肥的贡献率达到32％。70年代以来，我国氮肥施用量增长很快，近几年的氮肥施用量已达2489万吨纯氮，居世界之首，占世界氮肥年施用量1/4以上，每季作物平均约为120kgN\hm2，这对促进我国农业生产的发展发挥了重要了作用。
自1980年以来，我国化肥氮的用量增加迅速，至1998年，全国化肥氮的用量已达2233.5万吨。但是，氮素的利用率底(有些城郊蔬菜基地与高产地区的氮肥利用率降至10％-20％)平均35％左右(发达国家为50％-60％)，而损失则高达45％以上，这意味着每年约有100万吨左右的氮通过不同的途径流失。
我国全年流失土壤达50亿吨，带走的氮相当于全国一年的化肥使用量，化肥氮肥施入土壤后，被作物吸收利用的只占其施入量的30％-40％，剩余氮肥经各种途径损失于环境中，并对地表水(河流、湖泊、海洋等)和地下水(浅层地下水如水井和深层地下水)的环境造成污染。
化肥对农产品的污染主、对土壤生态环境的影响主要体现在：(1)引起土壤酸化和板结，破坏土壤结构，抑制土壤微生物活性，造成土壤硝酸盐污染和土壤次生盐渍化(2)施用氮肥对水环境的污染：导致水体盐富营养化，氮素淋溶污染地下水(3)施用氮肥对大气环境的影响：氮挥发污染大气，NOx的排放形成酸雨，破坏臭氧层，导致温室效应(4)过量施用氮肥对作物产品的污染和食物链的影响：污染作物产品，影响作物品质，引发“环境激素”问题。
因此，怎样在保证农业正常使用过程，又避免氮素对土壤生态环境的影响是一个迫切需要解决的技术问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种利用生物氮泵控制农田氮素淋失的方法，利用植物根系不同层次分布，选用深根系、氮生物累积能力强的植物作为氮泵植物，对深层土壤过量的氮素进行吸收，同时，利用束根装置对氮泵植物的更细进行束缚，避免在浅层土壤与待种植物抢夺氮素，从而既保证农业正常使用过程，又避免氮素对土壤生态环境的影响，本方法改善了土壤环境，减少了对环境的污染，有利于农田的生态保护和发展可持续农业，方法易操作、效益高、具有广阔的应用前景。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种利用生物氮泵控制农田氮素淋失的方法，按照下面步骤进行：
第一步：对待种植物进行分析，确定根系分布深度和宽度；
第二步：对土壤进行分析，确定含氮量；
第三步：确定氮泵植物，根据植物的根系特点，结合对氮生物累积能力，确定合适的氮泵植物；
第四步：氮泵植物的种植，将氮泵植物的根束缚在束根装置中，其中，束根装置的束缚深度与待种植物的根系主要分布深度相同，即耕作层0-30cm的深度；
第五步：通过对比种植，确定种植效果。
作为优选，在第三步中植物的根系特点通过测定植物根系长度和根长密度及确定直根系或须根系的根构型获得。
作为优选，第三步中植物对氮生物累积能力可以通过凯氏定氮法测定植物体内全氮含量和通过称重测定植物生物量，全氮含量乘以单位面积的植物生物量即得到植物对氮素的生物累积能力：
设植物全氮含量为N，单位g/kg，植物生物量为B，单位kg/hm2，氮生物累积能力为C＝N*B，单位为g N/hm2。
作为优选，第四步中的束根装置包括半透壁、封闭墙、植物根系通道、手拉环、上部开口组成的正立方体装置；立方体高为30cm，装置内栽种氮泵植物后用土壤填满。半透壁两侧与农作物相邻，封闭墙两侧两两相接。半透壁孔径为1mm，土壤中的水分和养分可以自由出入，植物根系不能自由穿透。植物根系通道引导氮泵植物根系向下生长，通道孔直径0.5cm，间距1cm。
作为优选，采用定期翻耕措施避免根系向土壤表层生长。
作为优选，通过监测土壤或地下水中不同深度的氮磷浓度数据、作物生长量数据对方法进行修正。
本发明的有益效果为：
本发明利用植物根系不同层次分布，选用深根系、氮生物累积能力强的植物作为氮泵植物，对深层土壤过量的氮素进行吸收，同时，利用束根装置对氮泵植物的更细进行束缚，避免在浅层土壤与待种植物抢夺氮素，从而既保证农业正常使用过程，又避免氮素对土壤生态环境的影响，本方法改善了土壤环境，减少了对环境的污染，有利于农田的生态保护和发展可持续农业，方法易操作、效益高、具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为束根装置结构示意图；
其中,1-封闭墙、2-半透壁、3-上部开口、4-植物根系通道、5-手拉环。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
具体实施例1
一种利用生物氮泵控制农田氮素淋失的方法，按照下面步骤进行：
第一步：对香根草进行分析，确定根系分布深度和宽度；
第二步：对土壤进行分析，确定含氮量；
第三步：确定香根草为氮泵植物：根据香根草的根系特点，结合对氮生物累积能力，确定合适的氮泵植物；
第四步：香根草的种植，将香根草的根束缚在束根装置中，其中，束根装置的束缚深度与待种植物的根系主要分布深度相同，即耕作层0-30cm的深度；第四步中的束根装置包括半透壁、封闭墙、植物根系通道、手拉环、上部开口组成的正立方体装置；立方体高为30cm，装置内栽种氮泵植物后用土壤填满。半透壁两侧与农作物相邻，封闭墙两侧两两相接。半透壁孔径为1mm，土壤中的水分和养分可以自由出入，植物根系不能自由穿透。植物根系通道引导氮泵植物根系向下生长，通道孔直径0.5cm，间距1cm。
第五步：通过对比种植，确定种植效果。
具体实施例2
第一步：对芒草进行分析，确定根系分布深度和宽度；
第二步：对土壤进行分析，确定含氮量；
第三步：确定芒草为氮泵植物：根据植物的根系特点，通过凯氏定氮法测定植物体内全氮含量和通过称重测定植物生物量，全氮含量乘以单位面积的植物生物量即得到植物对氮素的生物累积能力：
设植物全氮含量为N，单位g/kg，植物生物量为B，单位kg/hm2，氮生物累积能力为C＝N*B，单位为g N/hm2；结合对氮生物累积能力，确定合适的氮泵植物；植物的根系特点通过测定植物根系长度和根长密度及确定直根系或须根系的根构型获得。
第四步：氮泵植物的种植，将氮泵植物的根束缚在束根装置中，其中，束根装置的束缚深度与待种植物的根系主要分布深度相同，即耕作层0-30cm的深度；第四步中的束根装置包括半透壁、封闭墙、植物根系通道、手拉环、上部开口组成的正立方体装置；立方体高为30cm，装置内栽种氮泵植物后用土壤填满。半透壁两侧与农作物相邻，封闭墙两侧两两相接。半透壁孔径为1mm，土壤中的水分和养分可以自由出入，植物根系不能自由穿透。植物根系通道引导氮泵植物根系向下生长，通道孔直径0.5cm，间距1cm。
第五步：通过对比种植，确定种植效果。
具体实施例3
第一步：对籽粒苋进行分析，确定根系分布深度和宽度；
第二步：对土壤进行分析，确定含氮量；
第三步：确定籽粒苋为氮泵植物：根据植物的根系特点，通过凯氏定氮法测定植物体内全氮含量和通过称重测定植物生物量，全氮含量乘以单位面积的植物生物量即得到植物对氮素的生物累积能力：
设植物全氮含量为N，单位g/kg，植物生物量为B，单位kg/hm2，氮生物累积能力为C＝N*B，单位为g N/hm2；结合对氮生物累积能力，确定合适的氮泵植物；植物的根系特点通过测定植物根系长度和根长密度及确定直根系或须根系的根构型获得。
第四步：氮泵植物的种植，将氮泵植物的根束缚在束根装置中，其中，束根装置的束缚深度与待种植物的根系主要分布深度相同，即耕作层0-30cm的深度；第四步中的束根装置包括半透壁、封闭墙、植物根系通道、手拉环、上部开口组成的正立方体装置；立方体高为30cm，装置内栽种氮泵植物后用土壤填满。半透壁两侧与农作物相邻，封闭墙两侧两两相接。半透壁孔径为1mm，土壤中的水分和养分可以自由出入，植物根系不能自由穿透。植物根系通道引导氮泵植物根系向下生长，通道孔直径0.5cm，间距1cm。
第五步：通过对比种植，确定种植效果。
采用定期翻耕措施避免根系向土壤表层生长；通过监测土壤或地下水中不同深度的氮磷浓度数据、作物生长量数据对方法进行修正不需要进行修正.
本发明利用植物根系不同层次分布，选用深根系、氮生物累积能力强的植物作为氮泵植物，对深层土壤过量的氮素进行吸收，同时，利用束根装置对氮泵植物的更细进行束缚，避免在浅层土壤与待种植物抢夺氮素，从而既保证农业正常使用过程，又避免氮素对土壤生态环境的影响，本方法改善了土壤环境，减少了对环境的污染，有利于农田的生态保护和发展可持续农业，方法易操作、效益高、具有广阔的应用前景。
最终，以上实施例和附图仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (3)
1.一种利用生物氮泵控制农田氮素淋失的方法，其特征在于，利用生物氮泵控制农田氮素淋失的方法按照下面步骤进行：
第一步：对待种植物进行分析，确定根系分布深度和宽度 ；
第二步：对土壤进行分析，确定含氮量 ；
第三步：确定氮泵植物，根据植物的根系特点，结合对氮生物累积能力，确定合适的氮泵植物, 植物的根系特点通过测定植物根系长度和根长密度及确定直根系或须根系的根构型获得,植物对氮生物累积能力可以通过凯氏定氮法测定植物体内全氮含量和通过称重测定植物生物量，全氮含量乘以单位面积的植物生物量即得到植物对氮素的生物累积能力：设植物全氮含量为 N，单位 g/kg，植物生物量为 B，单位kg/hm2 ，氮生物累积能力为 C=N*B，单位为gN/hm2 ；
第四步 ：氮泵植物的种植，将氮泵植物的根束缚在束根装置中，其中，束根装置的束缚深度与待种植物的根系主要分布深度相同，即耕作层 0-30 cm 的深度 ,束根装置为包括半透壁、封闭墙、植物根系通道、手拉环、上部开口组成的正立方体装置 ；立方体高为 30cm，装置内栽种氮泵植物后用土壤填满 ；半透壁两侧与农作物相邻，封闭墙两侧两两相接，半透壁孔径为 1mm，土壤中的水分和养分可以自由出入，植物根系不能自由穿透，植物根系通道引导氮泵植物根系向下生长，通道孔直径 0.5 cm，间距 1 cm;
第五步 ：通过对比种植，确定种植效果。
2.根据权利要求 1 所述的一种利用生物氮泵控制农田氮素淋失的方法，其特征在于：采用定期翻耕措施避免根系向土壤表层生长。
3.根据权利要求 1 所述的一种利用生物氮泵控制农田氮素淋失的方法，其特征在于：通过监测土壤或地下水中不同深度的氮磷浓度数据、作物生长量数据对方法进行修正。
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