[发明专利]一种流域尺度氮素化肥最大允许投入量的确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业环境保护技术领域，具体涉及一种确定流域尺度氮素化肥最大允许投入量的确定方法。

背景技术

农业面源污染通常指在农业生产活动中，农田中的泥沙、营养盐、农药及其他污染物，在灌溉或降水过程中通过地表径流、壤中流、农田排水和下渗进入水体而造成的地表和地下水环境污染。

氮素化肥的高投入被认为是农业面源污染的主要来源之一，因此迫切需要划定氮素化肥投入的限制性标准及其确定方法，以制定基于农业面源污染防治目标的氮素养分管理方案。

现有氮素化肥检测方法的报道有：

对比文献CN201410442797公开了一种农田氮素投入阈值的计算方法，它是经过对比种植获得数据，继而得到农田作物的产量氮素阈值和农田的环境氮素投入阈值，进而确定农田土壤类型，修正后，计算农田氮素投入阈值。

对比文献CN201310632685公开了一种稻田氮肥施用量的确定方法，它提出了建立稻田施氮量与作物产量和环境指标的直线平台模型，基于直线平台反映的数据信息确定稻田合理施氮量。目前，氮素化肥投入量的确定一般多集中在以产量为考核目标的农学效应方面，而以环境效应为考量目标的方法也多局限于基于“超过作物养分需求的过量养分易发生流失”的风险理论。基于过量养分流失风险理论的氮素化肥投入量确定方法由于缺乏考虑地形、气候等因素对养分流失的影响，无法定量养分在流域内的流失过程，因此无法定量评估氮素化肥投入对目标水体造成的水环境效应。

鉴于以上方法的局限性，有必要建立一种综合考虑氮素流失因素，以对目标水体的环境影响为考核目标的流域尺度氮素化肥投入量的确定方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种依据本发明，在建立氮素化肥投入量与氮素输出浓度响应关系的基础上，只需通过调查获知目标研究区的地表水水质安全目标，即可快速确定该研究区氮素化肥最大允许投入量的方法。解决农作物产能和污染之间的矛盾，减少对环境的污染，有利于农业产业的可持续健康发展。

为解决上述问题本发明拟采用的技术方案，确定流域尺度氮素化肥最大允许投入量的方法。

本发明的方法包括以下步骤：

1)选取典型研究区；

2)构建典型研究区面源污染的模型，并模拟验证；

3)建立氮素化肥投入量与氮素输出浓度的响应关系；

4)根据目标研究区环境规划及环境分区水质要求，确定保证目标研究区地表水水质安全的总氮浓度限值；

5)确定目标研究区氮素化肥最大允许投入量。

上述方法中：

步骤1)中典型区域的要求是：①典型性与目标研究区的气象、水文、地形等自然及种植模式、农田管理措施等人为特征一致；涵盖目标研究区主要的土壤类型及土地利用方式；②数据完整易于收集模型模拟所需要的DEM、土壤、土地利用图等空间数据及土壤属性、气象、水文等属性数据；③便利性所处位置交通便利，且为封闭流域，出口较为单一，便于开展水文监测。

步骤2)中：

所述面源污染模型可以采用SWAT模型、AGNPS模型或HSPF模型等。

所述面源污染模型构建包括空间数据与属性数据的构建。空间数据包括DEM、土壤图及土地利用图，其中：

DEM数据，从国家基础信息中心下载，为模型提供基本的地理空间信息；

土壤图，从中科院南土所1:100万的土壤类型图提取，为模型提供土壤的类型及分布等信息；

土地利用图，从当地国土资源部门收集，为模型提供土地利用的类型与分布等信息。

属性数据包括气象数据、土壤属性数据、农田管理数据等，其中：气象数据，从国家气象数据共享网下载，包括温度、湿度、风速、太阳辐射、降雨量等；土壤属性数据，通过土壤类型转制，查阅二次土壤普查数据库及土壤取样分析获得，包括土壤质地、机械组成、含水量、导水率等物理性质及土壤碳、氮、磷含量等化学性质；农田管理数据，通过农户调查和查阅统计数据获得，包括耕作数据(耕作方式、时间、深度)、施肥数据(肥料种类、施用时间、方式及施用量)及灌溉数据(灌溉水来源、灌溉方式、时间及灌溉水量)。

所述面源污染模拟，应用构建的面源污染模型，通过水系提取、子流域划分、HRU(水文响应单元)生成、气象及土壤、管理参数输入等过程运转模型，并根据典型研究区实测的径流、泥沙、氮负荷等数据对模型进行参数校准和验证。

收集流域出口河流流量、泥沙含量及总氮浓度等实测数据，并将模型模拟结果与实测数据进行比较，验证模型适用性。