[发明专利]一种农田土壤氮磷流失生物炭截留回用系统及方法

说明书

本发明涉及一种农田土壤氮磷流失生物炭截留回用系统及方法，该系统包括附载氮磷生物炭肥料的农田施用、农田径流的生物炭截留带、及截留带生物炭的农田回用三个环节。本发明利用生物炭附载氮磷以及可作为改良剂施用于土壤中的功能实现对农田氮磷面源流失的控制及回收利用。本发明构造简单、操作简便、实用性强、成本低廉，实现了在控制土壤氮磷面源流失的同时回用截留的氮磷营养元素并提高土壤质量。

技术领域

本发明属于土壤面源污染控制研究领域，涉及农田氮磷流失控制和氮磷循环利用体系，特别是一种农田土壤氮磷流失生物炭截留回用系统及方法。

背景技术

农田氮磷肥料的施用在显著提升农田作物产量保证我国粮食巨大需求的同时，其过量的施用也会明显增加农田土壤氮磷流失的风险，造成周边水体富营养化等次生环境问题。据统计，2011年我国农田土壤磷径流流失总量为6.37万吨，土壤氮径流流失总量和淋溶流失总量分别为236.54万吨和179.74万吨杨旺鑫 2015。

缓释肥料的施用可以有效的提高土壤氮磷的利用率并减小其流失风险。由作物残体热解生成的生物炭具备较高的比表面积和孔隙率，因而具备良好的吸附能力。生物炭可以作为氮磷的载体，并是附着于其孔隙中的氮磷缓慢释放于土壤中，达到缓释肥料的效果。的研究指出相较于矿质磷肥，附载磷的玉米秸秆生物炭肥料可以在长时间内提升土壤磷的有效性，从而降低农田土壤的磷肥用量和流失风险。则利用生物炭附载尿素的缓释肥料提升了氮素在土壤中的保持和利用。另一方面，由于生物炭良好的吸附能力，也可以被直接施用于土壤中，通过吸附和改善土壤结构等作用来提升对土壤氮磷流失的控制Sharpley et al.2015。

除了减少土壤氮磷的流失，不少研究也利用以植物为主体的生物缓冲带来截留从农田流失的氮磷，以防止其进入周边的水体。这种生物缓冲带的方法虽然可以较好的截留从农田土壤流失的氮磷，但却很难将截留的氮磷重新利用于农田中，仍无法解决因农田氮磷肥料流失造成的氮磷利用率降低的问题。因此，研究开发一种农田氮磷循环体系是从根本上解决农田氮磷流失的关键。生物炭因其对土壤氮磷的吸附固持和作为氮磷缓释肥料基材的作用，为构建农田氮磷循环体系提供了基础。

我国农业生产面临着严重的农田氮磷面源流失，及其带来的次生环境污染问题。简单有效的农田氮磷流失控制和回用体系可以有效的减少农田面源污染，并提升肥料的利用率。基于这一现状，本发明构建了一种农田土壤氮磷流失生物炭截留及回用系统。其原理是首先利用附载氮磷的生物炭缓释肥料，在保证土壤氮磷水平的基础上，通过肥料缓释和土壤改良来减小土壤氮磷的流失。然后针对农田土壤的氮磷流失，通过设置生物炭截留带收集地表径流，依靠生物炭的吸附以及氮磷的沉淀使流失的氮磷附着在截留带的生物炭中。最后将截留带中的生物炭作为土壤改良剂或肥料以适当比例施用于土壤中，完成农田生物炭的回用。整个系统设计简便、操作简单、能同时减小农田氮磷流失和提高肥料利用率，并改善土壤质量，具有较好的实用前景。

发明内容

本发明的目的是构造一种以生物炭为基础的农田氮磷流失截留及回用体系，其构造简便、成本低廉，在减小农田氮磷流失的同时弥补传统氮磷截留方式无法实现截留氮磷农田回用的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种农田土壤氮磷流失生物炭截留回用系统，其特征在于它包括：施用附载氮磷生物炭肥料的农田1、农田径流生物炭截留带2、回用的截留生物炭3；其中农田径流生物炭截留带2为系统主要功能部分，位于施用附载氮磷生物炭肥料的农田1的主径流方向后端0.5-1米，回用的截留生物炭3装填在农田径流生物炭截留带2中，回用的截留生物炭在测定氮磷含量后可通过重新附载氮磷回用进入施用附载氮磷生物炭肥料的农田1的生物炭肥料中构成整个截留回用系统。

本发明进一步公开了农田土壤氮磷流失生物炭截留回用系统进行截留的方法，其特征在于按如下的步骤进行：