一种降低小麦农田氮磷面源污染的水肥运筹方法
技术领域
本发明涉及农业水肥运筹技术领域，具体涉及一种降低小麦农田氮磷面源污染的水肥运筹方法。
背景技术
受农业面源污染影响，我国湖泊富营养化严重。南水北调东线调蓄区经过山东省最大的淡水湖-南四湖，其水质好坏直接关系到南水北调工程的成败。南四湖属富营养湖类型，其富营养化主要是氮、磷、悬浮物和其他有机物大量入湖引发的污染,该流域曾经几乎所有的区域氮负荷超标，40％以上的区域磷负荷超标严重。有研究表明，南四湖流域种植业面源污染中由于降雨或灌溉对小麦-玉米轮作农田产生的地表径流对湖泊产生的污染贡献率占50.2％。
肥料运筹优化-氮磷源头削减是目前解决农田面源污染的基本方向，目前有通过减少化肥用量进行农田氮磷污染防控，但是若为减少氮磷流失污染而大量减少化肥投入，则农作物的产量不能得到保证。因此，在南四湖流域农区探索防控氮磷流失及保证作物产量双重目标的模式是当前生产上的迫切需要。
目前国内外有通过有机肥替代化肥、保护性耕作、作物间作模式、生态拦截草带、沟渠系统等生态技术进行农田氮磷污染防控，但在水分控制、施肥深浅与缓控释肥运筹优化方面研究颇少。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种降低小麦农田氮磷面源污染的水肥运筹方法，本发明通过将化肥减量、配施缓控释肥并减少灌溉量，在减少农田氮磷流失污染的同时，还保证了小麦稳产，达到了既防控农田氮磷流失又保证小麦产量的双重目标。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种降低小麦农田氮磷面源污染的水肥运筹方法，包括以下步骤：
(1)减少肥料用量并优化肥料组成；在作物播种前将肥料作为底肥一次性施用，所述肥料包括树脂包膜尿素、尿素、包膜磷酸二铵和硫酸钾；所述树脂包膜尿素包括缓释期为60天的树脂包膜尿素和缓释期为90天的树脂包膜尿素；缓释期为60天的树脂包膜尿素和缓释期为90天的树脂包膜尿素的重量比为3:2；
尿素中的氮为速效氮，树脂包膜尿素和包膜磷酸二铵中的氮为缓释氮，速效氮和缓释氮的重量比为2:3。
(2)合理减少灌溉量；在作物整个生长周期灌溉两次，两次的灌溉定额为170-190m3/亩。
优选的，步骤(2)中，两次灌溉分别在小麦越冬期前和拔节期。
优选的，步骤(1)中，肥料作为底肥施用时，施肥深度为14-16cm。
优选的，步骤(1)中，树脂包膜尿素的施用量为13-16kg/亩。树脂包膜尿素中N的重量百分比为44％。
优选的，步骤(1)中，尿素的施用量为12-13kg/亩。尿素中N的重量百分比为46％。
优选的，步骤(1)中，包膜磷酸二铵的施用量为12-14kg/亩。所述包膜磷酸二铵为硫磺包膜磷酸二铵，包膜磷酸二铵中N的重量百分比为18％，P2O5的重量百分比为46％。
优选的，步骤(1)中，硫酸钾的施用量为16-19kg/亩。硫酸钾中K2O的重量百分比为51％。
优选的，步骤(1)中，氮、磷、钾化学养分重量比为N：P2O5：K2O＝14:6:9。
本发明的第二方面，提供上述水肥运筹方法在减少氮磷流失污染且防止小麦减产中的应用。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过研究氮磷在土壤和作物中的运移和累积规律，通过将化肥减量、配合使用合适用量的控释肥并合适的水分灌溉量，在减少氮磷流失污染的同时，还保证了小麦稳产，达到了防控氮磷流失及保证作物产量的双重目标。
(2)本发明通过优化肥料、施肥深度以及优化水分灌溉定额的共同配合，既防控氮磷流失，又保证小麦稳产；本发明采用尿素、缓释期为60天的树脂包膜尿素和缓释期为90天的树脂包膜尿素相结合，并配合包膜磷酸二铵，经合适用量的缓控释氮磷肥搭配施用，保证了肥效；在优化肥料的基础上，根据小麦的需肥规律，将优化后的肥料和施肥深度结合进行优化；同时本发明还配合对水分灌溉定额进行了优化，减少氮磷随地表径流和淋溶损失。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
正如背景技术部分介绍的，目前有通过减少化肥用量进行农田氮磷污染防控，但是若为减少氮磷流失污染而大量减少化肥投入，则农作物的产量不能得到保证。
基于此，为降低小麦农田氮磷面源污染，同时保障小麦的产量，本发明提出了一种新的水肥运筹方法。本发明的水肥运筹方法涉及多种举措，具体如下：
第一，减少肥料用量，其中，氮素的施用量较常规施肥相比，减少了20％；磷素用量较常规施肥相比，减少了20％。通过减少肥料的用量，从根源上降低小麦农田的氮磷面源污染。
第二，优化肥料的组成，将尿素、不同缓释期的包膜尿素、包膜磷肥和硫酸钾作为肥料组成，更为关键的是，本发明通过优化肥料组成中的速效养分和缓释养分的配比，使肥料的养分释放曲线与小麦的营养需求曲线相一致，以满足小麦在生长过程中的营养需求，提高了肥料养分的利用率，避免了养分的集中释放所造成的肥料浪费和氮磷污染以及中后期肥效不足。
第三，优化肥料的施肥方式，本发明将优化后的肥料作为底肥进行一次施肥，并对施肥的深度进行优化，发现施肥深度为14-16cm时，可以有效实现肥料中的营养元素在土壤和作物中的运移和累积。
第四，优化水分灌溉定额，水是造成小麦农田氮磷面源污染的另一关键因素，本发明通过对灌溉量和灌溉次数进行了优化，通过合理减少灌溉量；在作物整个生长周期灌溉两次，两次的灌溉定额为170-190m3/亩，这样既可以保证小麦在生长过程中对于水分的需求，同时避免因灌溉所造成的农田氮磷面源污染。
第五，优化种植管理模式。本发明在小麦播种前将肥料作为底肥一次性施用，小麦生长周期内无需追肥，与当地传统种植管理相比较，该发明减少追肥流程，节约农作成本。
综上，本发明通过优化肥料、施肥深度以及优化水分灌溉定额的共同配合，既防控氮磷流失，又保证小麦不减产。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。
实施例1
一种降低小麦农田氮磷面源污染的水肥运筹方法：在小麦播种前将肥料作为底肥施用，所述肥料包括树脂包膜尿素、尿素、包膜磷酸二铵和硫酸钾；肥料中的氮、磷、钾化学养分重量比为N：P2O5：K2O＝14:6:9；
所述树脂包膜尿素包括缓释期为60天的树脂包膜尿素和缓释期为90天的树脂包膜尿素；缓释期为60天的树脂包膜尿素和缓释期为90天的树脂包膜尿素的重量比为3:2；树脂包膜尿素的施用量为13.75kg/亩，树脂包膜尿素中N的重量百分比为44％；
尿素的施用量为12.17kg/亩，尿素中N的重量百分比为46％；包膜磷酸二铵的施用量为13.04kg/亩，包膜磷酸二铵中N的重量百分比为18％，P2O5的重量百分比为46％；
硫酸钾的施用量为17.65kg/亩。硫酸钾中K2O的重量百分比为51％；
在小麦越冬期前和拔节期分别进行一次水灌溉，两次的灌溉定额为180m3/亩。
实施例2
一种降低小麦农田氮磷面源污染的水肥运筹方法：在小麦播种前将肥料作为底肥施用，所述肥料包括树脂包膜尿素、尿素、包膜磷酸二铵和硫酸钾；肥料中的氮、磷、钾化学养分重量比为N：P2O5：K2O＝18:7:9；
所述树脂包膜尿素包括缓释期为60天的树脂包膜尿素和缓释期为90天的树脂包膜尿素；缓释期为60天的树脂包膜尿素和缓释期为90天的树脂包膜尿素的重量比为3:2；树脂包膜尿素的施用量为18.32kg/亩，树脂包膜尿素中N的重量百分比为44％；
尿素的施用量为15.65kg/亩，尿素中N的重量百分比为46％；包膜磷酸二铵的施用量为15.22kg/亩，包膜磷酸二铵中N的重量百分比为18％，P2O5的重量百分比为46％；
硫酸钾的施用量为17.65kg/亩。硫酸钾中K2O的重量百分比为51％；
在小麦越冬期前和拔节期分别进行一次水灌溉，两次的灌溉定额为180m3/亩。
试验设计：
在山东济宁邹城市石墙镇邹城良种场开展田间试验，种植作物为小麦，品种为济麦22号，宽幅精播，行距27cm，株距6cm，用种量7.5kg/667m2，小区面积为5m*10m＝50m2，3次重复，随机排列。研究缓控释肥类型、施肥量、施肥深度优化对氮磷累积现状、时空分布规律与淋失负荷强度的影响。
试验材料：尿素(N的重量百分比为46％)，生产厂家：山东润银生物化工股份有限公司，型号：GB/T2440-2017；
树脂包膜尿素(缓释期60d+缓释期90d，N的重量百分比为44％)，缓释期60d和缓释期90d的重量比为3：2，生产厂家：山东农大肥业有限公司，型号：GB/T233482009，在28d，释放养分总量的30％，在50-55d，释放养分总量的90％左右；
普通磷酸二铵：(N的重量百分比为18％，P2O5重量百分比为46％)，生产厂家：山东农邮肥业有限公司，型号：GB/T2440-2017；
包膜磷酸二铵(缓释期90d，N的重量百分比为18％，P2O5重量百分比为46％)，生产厂家：金正大肥料有限公司，型号：HGT4215-2011，在28d，释放总养分含量的53％，第70d，释放总养分的80％；
硫酸钾(K2O的重量百分比为51％)，生产厂家：奥鑫化工有限公司，型号：GB20406-2006；
对照组：采用习惯施肥，N：P2O5：K2O＝18：7：9，尿素33.17kg/亩，磷酸二铵15.22kg/亩，硫酸钾17.65kg/亩，施用深度10cm；灌溉定额220m3。
实施例1组：采用实施例1的方法。
实施例2组：采用实施例2的方法。
小区四周埋设塑料薄膜防止水土串流，并在小区的一边用PVC塑料管与收集桶连接，用于收集地表径流水样和泥沙。
测定项目：
在小麦各个生长时期，采集土层深度为0-20cm、20-40cm、40-60cm、60-100cm的土壤样品，风干后研磨过筛进行相关测定：
养分指标：全氮、硝态氮、有效磷
生物量指标：千粒重、产量、穗数、穗粒数
土壤全氮测定采用半微量凯氏定氮法；
硝态氮采用2mol·L-1氯化钾溶液浸提，流动分析仪上机测定；
碱解氮采用碱解扩散法测定；
有效磷用0.5mol·L-1碳酸氢钠溶液浸提，钼锑抗比色法测定；
表1%20不同处理对苗期土壤养分含量的影响
由表1可以看出，从不同土层养分含量的变化可知，苗期养分含量呈现随土层深度的增大逐渐降低的趋势，其中实施例1组含量较低。40-60cm土层中，与对照组相比，实施例1组全氮降低13.16％，硝态氮降低12.03％，有效磷降低4.85％。60-100cm深层土壤中，与对照组相比，实施例1组全氮含量降低了26.23％，硝态氮含量降低了5.84％，有效磷含量降低42.00％。
表2 不同处理对越冬期土壤养分含量的影响
由表2以看出，从不同土层养分含量的变化可知，越冬期养分含量呈现随土层深度的增大逐渐降低的趋势，其中实施例1组含量较低。60-100cm深层土壤中，与对照组相比，实施例1组全氮含量降低了12.66％，硝态氮含量降低了40.46％，有效磷含量降低23.30％。
表3 不同处理对返青期土壤养分含量的影响
由表3看出，从不同土层养分含量的变化可知，返青期养分含量呈现随土层深度的增大逐渐降低的趋势，其中实施例1组含量较低。60-100cm深层土壤中，与对照组相比，实施例1组全氮含量降低了28.57％，硝态氮含量降低了14.81％，有效磷含量降低61.77％。
表4 不同处理对成熟期土壤养分含量的影响
由表4可看出，成熟期养分含量呈现随土层深度的增大逐渐降低的趋势，其中实施例1组含量较低。60-100cm深层土壤中，与对照组相比，实施例1组全氮含量降低了8.16％，硝态氮含量降低了3.65％，有效磷含量降低17.04％。
经过对比，不同施肥灌溉对小麦穗粒数有一定影响，对小麦千粒重无显著影响。实施例1组小麦的穗粒数显著低于对照组。实施例2组小麦的产量显著高于对照组，有明显增产效果，实施例1组与对照组处理无显著差异，说明无减产。
根据小麦优化灌溉施肥处理看，小麦季降雨量少，未收集到径流，但大水漫灌对氮磷的淋溶损失有一定影响，所以小麦季形成面源污染的途径是淋溶作用。根据不同土层氮磷累积量和产量分析，实施例1组对全氮、硝态氮、有效磷淋溶较小，且在节水节肥的基础上保证了作物不减产，因此，实施例1组为最优处理。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
