[发明专利]一种用秸秆还田截留土壤氮素的方法和模拟土壤氮素渗滤的反应器

说明书

本发明公开了一种用秸秆还田截留土壤氮素的方法。该方法可显著降低土壤中硝酸盐氮浓度，防止土壤硝酸盐下渗污染地下水。方法核心是将农作物秸秆粉碎后与土壤以一定比例混合，施入农田一定土层深度，为土壤土著微生物提供碳源，增强土壤反硝化菌活性，同时促进土壤反硝化作用，以实现土壤氮素的有效截留。此外，秸秆换田有助于增加土壤肥力，提高农作物产量，合理的还田条件还可以降低由于盲目秸秆还田导致的土壤病虫害增加和土壤结构改变的环境风险。为验证本发明提供的方法，本发明还提供一种柱式反应器，适用于实验室模拟土壤氮素随降雨、灌溉等的下渗规律探究。该反应器结构简单，占地面积小，运行稳定，适合于在实验室规模的试验中推广。

技术领域

本发明涉及土壤污染治理领域，尤其涉及一种截留土壤氮素的方法和模拟土壤氮素下渗规律的反应器。

背景技术

在中国，耕地氮肥施用量超标现象较为普遍，而土壤中过量的硝态氮主要由农作物种植过程中大量施用氮肥导致，硝态氮通过淋溶、径流、挥发等方式从土壤-作物系统中损失。氮肥中的NO₃^--N主要通过降水、灌溉或地表径流等途径迁移到浅层地下水中，经过一系列转化，造成环境污染，危害人类健康。目前，我国土壤硝酸盐污染防治措施有：科学施肥，提高肥料利用率；合理灌溉，控制氮素流失；保护性耕作，改善土壤环境；施缓释性氮肥(硝态氮抑制剂)，控制氮释放。其中，秸秆还田作为一种保护性耕作措施，Shiqi Yang等人已证实可用于防止土壤硝态氮淋失。

中国是农业大国，农作物秸秆资源丰富，然而焚烧等不规范处理使得秸秆资源严重浪费，甚至污染环境。秸秆还田被认为不仅能合理处置秸秆资源，而且增加土壤肥力，可以为土壤中的微生物提供有利条件，前期促进无机化肥向有机氮的转化，后期缓慢释放无机氮，截留土壤中的氮素，防止其下渗污染地下水，从而产生良好的环境效益。然而，目前的秸秆还田技术还没有得到广泛的科学指导，根据以前的报道，盲目实施秸秆还田会导致农田病虫害增加、土壤结构破坏等不良影响。因此，秸秆还田投加比例、粉碎粒度和还田深度等成为有待探究的问题。

因此，优化秸秆还田条件，促进合理有效利用农作物秸秆，对降低土壤、地下水硝酸盐污染环境风险有重要意义。

发明内容

本发明第一方面的目的在于提供一种截留土壤氮素的秸秆还田方法，在解决土壤硝酸盐下渗污染地下水问题的同时，对秸秆还田技术提出科学指导。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

当年农作物前茬收获后，将农作物秸秆粉碎至1-10cm后与土壤以小于1：1的体积比混合，采用翻耕或旋耕等农业翻埋方法施入农田一定土层深度(5-60cm)，上层覆盖未处理土壤。优化条件一方面使秸秆中的有机碳充分释放，供给土壤土著微生物营养物质，提高反硝化异养微生物活性，促进反硝化作用进行，进而加快土壤硝态氮转化进程，以实现土壤硝酸盐有效阻截。另一方面，秸秆施入农田后，经过微生物腐解作用，转化为大量有机质及速效营养成分，改善土壤理化性质，增加肥力。在该过程中，恰当的秸秆还田投加比例、粉碎粒度和还田深度可调节土壤营养物质分配比例，改善由于盲目秸秆还田带来的土壤病虫害等问题。合理利用农作物秸秆不仅能改善土壤硝酸盐污染问题，还能解决农村地区秸秆不合理处置带来的环境问题，如焚烧秸秆造成大气污染等。

可选的，所述秸秆可采用玉米秸秆、小麦秸秆或水稻秸秆等农作物秸秆。

相应的，本发明还提供一种实验室模拟探究土壤氮素随降雨、灌溉等下渗规律的反应器，包括：

于柱式反应器的不同高度处和底部具有上方横排开孔的分层渗滤液取样管和总取样管。

所述实验室模拟探究土壤氮素下渗规律反应器的运行过程，反应器填充完成后，水流由反应器上方喷淋进入，静置渗滤，渗滤液由分层取样管及柱式反应器底部取样管排出。