[發(fā)明專利]一種流域尺度氮素化肥最大允許投入量的確定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510391990.0
• 申請日: 2015-07-06
• 公開（公告）號: CN105009768B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉宏斌;李文超;習(xí)斌;胡萬里;雷秋良;劉申;翟麗梅;王洪媛;武淑霞;任天志;雷寶坤;崔超
• 申請（專利權(quán)）人: 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所
• 主分類號: A01C21/00
• 分類號: A01C21/00
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11002
• 代理人: 王文君,顧筑華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種確定流域尺度氮素化肥最大允許投入量的確定方法。

背景技術(shù)

農(nóng)業(yè)面源污染通常指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，農(nóng)田中的泥沙、營養(yǎng)鹽、農(nóng)藥及其他污染物，在灌溉或降水過程中通過地表徑流、壤中流、農(nóng)田排水和下滲進(jìn)入水體而造成的地表和地下水環(huán)境污染。

氮素化肥的高投入被認(rèn)為是農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源之一，因此迫切需要?jiǎng)澏ǖ鼗释度氲南拗菩詷?biāo)準(zhǔn)及其確定方法，以制定基于農(nóng)業(yè)面源污染防治目標(biāo)的氮素養(yǎng)分管理方案。

現(xiàn)有氮素化肥檢測方法的報(bào)道有：

對比文獻(xiàn)CN201410442797公開了一種農(nóng)田氮素投入閾值的計(jì)算方法，它是經(jīng)過對比種植獲得數(shù)據(jù)，繼而得到農(nóng)田作物的產(chǎn)量氮素閾值和農(nóng)田的環(huán)境氮素投入閾值，進(jìn)而確定農(nóng)田土壤類型，修正后，計(jì)算農(nóng)田氮素投入閾值。

對比文獻(xiàn)CN201310632685公開了一種稻田氮肥施用量的確定方法，它提出了建立稻田施氮量與作物產(chǎn)量和環(huán)境指標(biāo)的直線平臺模型，基于直線平臺反映的數(shù)據(jù)信息確定稻田合理施氮量。目前，氮素化肥投入量的確定一般多集中在以產(chǎn)量為考核目標(biāo)的農(nóng)學(xué)效應(yīng)方面，而以環(huán)境效應(yīng)為考量目標(biāo)的方法也多局限于基于“超過作物養(yǎng)分需求的過量養(yǎng)分易發(fā)生流失”的風(fēng)險(xiǎn)理論?；谶^量養(yǎng)分流失風(fēng)險(xiǎn)理論的氮素化肥投入量確定方法由于缺乏考慮地形、氣候等因素對養(yǎng)分流失的影響，無法定量養(yǎng)分在流域內(nèi)的流失過程，因此無法定量評估氮素化肥投入對目標(biāo)水體造成的水環(huán)境效應(yīng)。

鑒于以上方法的局限性，有必要建立一種綜合考慮氮素流失因素，以對目標(biāo)水體的環(huán)境影響為考核目標(biāo)的流域尺度氮素化肥投入量的確定方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種依據(jù)本發(fā)明，在建立氮素化肥投入量與氮素輸出濃度響應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，只需通過調(diào)查獲知目標(biāo)研究區(qū)的地表水水質(zhì)安全目標(biāo)，即可快速確定該研究區(qū)氮素化肥最大允許投入量的方法。解決農(nóng)作物產(chǎn)能和污染之間的矛盾，減少對環(huán)境的污染，有利于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。

為解決上述問題本發(fā)明擬采用的技術(shù)方案，確定流域尺度氮素化肥最大允許投入量的方法。

本發(fā)明的方法包括以下步驟：

1)選取典型研究區(qū)；

2)構(gòu)建典型研究區(qū)面源污染的模型，并模擬驗(yàn)證；

3)建立氮素化肥投入量與氮素輸出濃度的響應(yīng)關(guān)系；

4)根據(jù)目標(biāo)研究區(qū)環(huán)境規(guī)劃及環(huán)境分區(qū)水質(zhì)要求，確定保證目標(biāo)研究區(qū)地表水水質(zhì)安全的總氮濃度限值；

5)確定目標(biāo)研究區(qū)氮素化肥最大允許投入量。

上述方法中：

步驟1)中典型區(qū)域的要求是：①典型性與目標(biāo)研究區(qū)的氣象、水文、地形等自然及種植模式、農(nóng)田管理措施等人為特征一致；涵蓋目標(biāo)研究區(qū)主要的土壤類型及土地利用方式；②數(shù)據(jù)完整易于收集模型模擬所需要的DEM、土壤、土地利用圖等空間數(shù)據(jù)及土壤屬性、氣象、水文等屬性數(shù)據(jù)；③便利性所處位置交通便利，且為封閉流域，出口較為單一，便于開展水文監(jiān)測。

步驟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。

所述面源污染模型構(gòu)建包括空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的構(gòu)建。空間數(shù)據(jù)包括DEM、土壤圖及土地利用圖，其中：

DEM數(shù)據(jù)，從國家基礎(chǔ)信息中心下載，為模型提供基本的地理空間信息；

土壤圖，從中科院南土所1:100萬的土壤類型圖提取，為模型提供土壤的類型及分布等信息；

土地利用圖，從當(dāng)?shù)貒临Y源部門收集，為模型提供土地利用的類型與分布等信息。

屬性數(shù)據(jù)包括氣象數(shù)據(jù)、土壤屬性數(shù)據(jù)、農(nóng)田管理數(shù)據(jù)等，其中：氣象數(shù)據(jù)，從國家氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)下載，包括溫度、濕度、風(fēng)速、太陽輻射、降雨量等；土壤屬性數(shù)據(jù)，通過土壤類型轉(zhuǎn)制，查閱二次土壤普查數(shù)據(jù)庫及土壤取樣分析獲得，包括土壤質(zhì)地、機(jī)械組成、含水量、導(dǎo)水率等物理性質(zhì)及土壤碳、氮、磷含量等化學(xué)性質(zhì)；農(nóng)田管理數(shù)據(jù)，通過農(nóng)戶調(diào)查和查閱統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)獲得，包括耕作數(shù)據(jù)(耕作方式、時(shí)間、深度)、施肥數(shù)據(jù)(肥料種類、施用時(shí)間、方式及施用量)及灌溉數(shù)據(jù)(灌溉水來源、灌溉方式、時(shí)間及灌溉水量)。

所述面源污染模擬，應(yīng)用構(gòu)建的面源污染模型，通過水系提取、子流域劃分、HRU(水文響應(yīng)單元)生成、氣象及土壤、管理參數(shù)輸入等過程運(yùn)轉(zhuǎn)模型，并根據(jù)典型研究區(qū)實(shí)測的徑流、泥沙、氮負(fù)荷等數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行參數(shù)校準(zhǔn)和驗(yàn)證。

收集流域出口河流流量、泥沙含量及總氮濃度等實(shí)測數(shù)據(jù)，并將模型模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，驗(yàn)證模型適用性。