本发明涉及农业面源防治技术领域，具体涉及一种菜田氮磷养分地下淋失控制方法。
背景技术：
农田面源污染是指在农田生产活动中，氮素和磷素等营养物质、农药以及其他有机或无机污染物质，随着降水或灌溉过程，通过农田的地表径流和农田渗漏而形成的环境污染。在蔬菜栽培种植过程中，大水漫灌，以化肥为主的肥料结构更易引发氮磷等养分淋失。相关研究表明，地下淋溶损失是菜地氮、磷损失的主要途径，其中，设施菜地占比更高。受经济效益驱动，我国蔬菜生产化肥使用量占整个农作物化肥使用量的近1/5，过度施用肥料，则导致作物无法利用的氮磷等养分元素随灌溉水淋溶到地下水。而菜地多位于农村生活区附近，其对居民的饮用水安全造成了威胁。
针对菜地氮、磷养分负荷过重、利用率低，淋溶损失严重的问题，研究人员在生产实践中逐渐探索出优化种植模式、精准施肥控制养分投入、发展节水农业促进养分高效利用等技术模式。然而，目前的菜田氮磷养分淋失治理普遍存在技术单一、效果不彰、成本高企等问题，难以满足当前农田面源污染防治更高的要求。
技术实现要素：
本发明提供一种菜田氮磷养分地下淋失控制方法，旨在解决菜地氮磷养分淋失严重、缺乏有效治理方法的技术问题，同时，降低成本投入。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种菜田氮磷养分地下淋失控制方法，包括如下步骤：
（1）设畦定植：地块深翻平整后施作平畦间灌水沟，平畦畦面与地表面等高，灌水沟长度与畦面上的蔬菜定植行相对应，且各灌水沟一端与输水管或田边输水渠连通，另一端封堵；
（2）精准施肥：结合整地施基肥，有机肥全部做基肥，商品有机肥500～2000kg/666.7m2或腐熟农家肥1000～4000kg/666.7m2施于地表后翻耕，结合翻耕配施微生物菌剂（如“果壳丰”复合微生物菌剂等，包括芽孢杆菌、酵母菌、白腐菌、光合菌、放线菌等至少2种）1.5～2.5kg/666.7m2。有条件的话，每666.7m2可以按有机肥的4～6%配合条施或沟施生物质炭，结合微生物菌剂施用；化肥全部或部分做追肥，追肥随水分5～10次施用。根据作物目标产量确定养分需求，分生长阶段施用不同肥量；对于我国北方菜田主栽蔬菜作物的氮磷钾养分施用限量可参照如下表1而定。
表1北方主栽蔬菜作物推荐养分限量
注：每生产1000kg作物鲜样需吸收的氮、磷、钾养分比例。
对于我国北方菜田主栽蔬菜作物的推荐施肥用量如下表2。
表2北方适用的主栽蔬菜作物推荐施肥量
以上表2中所述秸秆主要为农业秸秆类填料，根据当地物料丰富情况，玉米/小麦秸秆、稻壳、菌渣均可，玉米秸秆需处理至长度≤5cm。平衡型肥料氮磷钾比例（n-p2o5-k2o）推荐20-20-20或24-20-22；低磷高钾型复合肥氮磷钾比例（n-p2o5-k2o）推荐12-6-40；中氮高钾型复合肥氮磷钾比例（n-p2o5-k2o）推荐17-12-28或17-5-28；推荐施用含腐殖酸水溶性肥料。
（3）因需灌溉：在田间设置土壤湿润监视计，用以监视0-60cm土层含水量，当其含水量低于适宜于蔬菜生长的标准时，打开水源，经由灌水沟灌溉，当菜田土壤含水量≥田间持水量时，停止灌溉；由此实现精量节水灌溉，控制土壤氮、磷养分随水下移的动力；
（4）填闲种植：在每年冬春茬蔬菜收获后的5月中、下旬，播种大生物体量的玉米，不施肥，吸收利用残留氮、磷养分，降淋溶势，至7月中、下旬，将玉米植株粉碎翻耕还田，灌水覆盖地膜，进行高温腐解，以涵养菜田；于8月上旬至9月期间整地定植秋冬茬蔬菜。
在所述步骤（1）中，所述灌水沟宽18～22cm、深10～15cm，距蔬菜定植行8～12cm设置；蔬菜行距100～120cm。
在所述步骤（2）中，所有肥料用量根据当地生产习惯确定，基肥结合整地撒施，追肥溶于水后结合灌溉灌施。
在所述步骤（3）中，所述土壤湿润监视计包括由下至上依次贯通的集液腔段、渗液腔段、延伸管，以及设置于所述集液腔段内的浮子、一端连接该浮子且另一端穿出所述延伸管的浮签，所述浮签上段部设有对应的标识痕/线，用以指示灌溉终点或/灌溉起点。该装置结构简单、易制作，显示直观、可靠。
所述土壤湿润监视计制作方法：
取一个长60-80cm内径2cm的pvc管，在其下部40-60mm范围内每间隔5mm向上沿管壁半周用开设一条缝，并包裹一层尼龙网，以形成渗液腔段；在pvc管下端对接一口径2cm、高5cm玻璃瓶作为集液腔段，以接收由渗液腔段渗入的溶液；在pvc管内穿设一个下连接有浮子（pp材质）的浮签（竹子或塑料），且浮签上端露出pvc管上端1cm，在距离浮签顶端2cm处标记一条红色线条。制作方法简单，材料易得，成本低廉。
在所述步骤（3）中，田间沿对角线等距离分别设置插入3～5支土壤湿润显示计，前端埋深约40cm；当湿润显示计浮子竹签上红色线条低于pvc管上沿1cm时，打开输水管，水流入灌水沟，当看见红色标识线露出pvc管上沿时停止灌溉。
与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果在于：
1.本发明方法将精准控肥与控水相结合，构建菜田氮磷养分地下淋失控制方法；在保证蔬菜作物目标产量的基础上，从源头上减少水肥用量，以水控淋，达到阻控菜地土壤氮磷养分地下淋失的目的。
2.本发明方法轻简便捷、可操作性强，适合农民操作，无需专业化的人员，可大面积、低成本的防控菜地氮磷养分地下淋失。
3.本发明方法适用于我国北方菜田，尤其是京津冀一带以大水漫灌、畦灌或平畦小沟灌等为主要灌溉方式的设施菜地或<2*666.7m2种植面积的露地蔬菜，具灌溉水位监测直观、造价低的特点，有助于农户或农场管理者监控灌溉水位，准确把握灌溉水量，通过控制灌水量，结合精准施肥，减少氮磷养分向深层土壤的淋失，有助于节水、节肥的环境友好模式构建；填闲玉米的种植可进一步降低生长季末的耕层土壤氮磷养分负荷，同时获得一定经济收入。
附图说明
图1为本发明实施例中所述土壤湿润监视计的结构示意图；图中，1为集液腔段，2为渗液腔段，3为延伸管，4为浮子，5为浮签，6为标识红线。
图2为本发明实施例中所述氮磷养分地下淋失控制方法对设施番茄土壤速效氮含量的影响对比图。
图3为本发明实施例中所述氮磷养分地下淋失控制方法对设施黄瓜土壤速效氮含量的影响对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
实施例：菜地面源污染生态防治试验
试验地点分设于：河北省石家庄市藁城区设施菜地（主栽作物：番茄、一年两季）；天津市武清区蔬菜种植基地（主栽作物：黄瓜、叶菜等一年两季）。
试验时间：
番茄：
秋冬茬：2019年8月-12月（8月初开始布设试验，填埋淋溶桶、土壤水分仪等，8月底定植）
冬春茬：2020年1月-5月（5月中旬基本完成采收后，定植填闲作物，7月中旬填闲玉米翻入，伴随闷棚腐熟。闷棚过程不少于21天，8月中旬进行下茬作物定植。）
黄瓜：
夏茬：2019年6月-10月（6月底开始布设试验，填埋淋溶桶、土壤水分仪等，7月初定植）
2019年11月至2020年6月为其他作物定植.2020年7月-8月中旬闷棚，随后进行小区布设。
秋茬：2020年9月-12月（9月初定植，12月底结束）
2021年1月为其它作物定植。
处理：下述方法进行模式实施
a、采用平畦小沟的形式，地块深翻平整作畦，畦面与地表面等高，畦面距蔬菜定植行10cm处开挖一条宽20cm、深15cm的灌水沟，沟长度与蔬菜定植行相等，每行蔬菜挖一条沟，灌水沟一端与输水管或田边输水渠连接，另一端封堵。
b、结合整地施基肥，有机肥全部做基肥，化肥一部分做基肥，一部分做追肥，所有肥料用量根据当地生产习惯确定，基肥撒施，追肥溶于水灌施两试验点详细施肥情况见表3。
表3氮磷养分地下淋失控制技术下节水节肥率（kg/666.7m2）
注：番茄为冬春茬和秋冬茬，生长期分别为1-6月和8-12月；黄瓜为夏秋茬，生长期为7-11月。
c、水量控制；在田间沿对角线等距离分别插入3～5支土壤湿润显示计，前端埋深约40cm。当湿润显示计浮子竹签上红色线条低于pvc管上沿1cm时，打开输水管，水流入灌水沟，当看见红色线条露出pvc管上沿时停止灌溉。灌溉控制指标参照参见表4。
表4不同模式灌溉控制土壤体积含水量和灌溉深度对照
d、所述湿润显示计由一个长60cm内径2cm的pvc管制成，pvc管下端5cm处间相隔5mm沿管壁半周用小型手工钢锯锯一条缝，包裹一层40mm尼龙网，pvc管下端连接一个口径2cm，高5cm玻璃瓶，接收由上端锯缝渗入的溶液，pvc管内插入一个下端带pp（聚丙烯）材质浮子的浮签（竹子或塑料）；浮签上端露出pvc管1cm，在距离竹签顶端2cm处标记一条红色线条；参见图1。
e、在每年5月中旬，冬春茬蔬菜收获后，播种玉米，不施肥，吸收利用残留氮、磷养分，到7月中旬，将玉米植株粉碎翻耕还田，灌水覆盖地膜，进行高温腐解；8月下旬至9月初，整地定植秋冬茬蔬菜。
两地的试验结果表明：在藁城区试验点，与当地农民常规对照相比，在通过本发明方法，显著降低了设施黄瓜季末耕层土壤速效氮的累积，降低土壤、水体负荷；在武清区试验点，与农民习惯相比，本发明菜地氮磷养分地下淋失控制方法对设施番茄0-60cm土壤速效氮含量无显著差异；但设施黄瓜生长季末20-60cm技术区土壤速效氮含量显著降低；20-40cm和40-60cm土层速效氮分别由农民对照的28.86mg/kg和26.62mg/kg，降至22.09mg/kg和20.73mg/kg，降幅达23.46和22.13%（见图2、图3）。
在各试验点，经监测剖面土壤水分，农户定植时漫灌，灌溉深度当天即可超过60cm，后期灌溉深度超过100cm，参见表4。而应用本发明氮磷养分地下淋失控制方法，灌溉深度均不超过60cm，保证根层供水的同时，以水控氮减少了淋溶损失。
两地验证试验表明，应用本发明氮磷养分地下淋失控制方法种植黄瓜、番茄，肥料投入总量下降25%～50%；其中黄瓜单季n、p投入总量分别控制在40kg/666.7m2和30kg/666.7m2以下，黄瓜投入折n和p2o5分别下降33.33和42.74%。番茄单季n和p2o5投入总量分别控制在30kg/666.7m2和20kg/666.7m2以下，番茄单季投入n和p2o5分别下降36.67和53.91%。7月初定植夏秋季黄瓜，生长期间灌溉水量降低19.25%。8月中旬定植秋冬茬番茄用水量高于冬春茬番茄，应用氮磷养分地下淋失控制技术，不同季节定植番茄灌溉量分布降低30%和14.77%（表3）。
两地试验表明，本发明氮磷养分地下淋失控制方法显著降低了黄瓜、番茄生产过程的水体负荷，与当地农民对照相比，夏茬黄瓜种植样地土壤淋溶液总氮、总磷分别降低24.74%和54.55%，而秋茬黄瓜种植样地未收集到淋溶液（见表5）；冬春茬和秋冬茬番茄淋溶液总氮分别降低85.47%和80.13%，总磷分别降低22.02%和77.06%（见表6）。
表5氮磷养分地下淋失控制方法对（武清区）黄瓜种植土壤淋滤液氮磷含量的影响
注：应用本发明，秋茬黄瓜种植所布设淋溶桶（安装深度：1米）未收集到淋滤液。
表6氮磷养分地下淋失控制方法对（藁城区）番茄种植土壤淋滤液氮磷含量的影响
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明；但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明构思的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，或者是对相关方法、步骤及材料进行等同替代，从而形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。
1.一种菜田氮磷养分地下淋失控制方法，包括如下步骤：
（1）设畦定植：地块深翻平整后施作平畦间灌水沟，平畦畦面与地表面等高，灌水沟长度与畦面上的蔬菜定植行相对应，且各灌水沟一端与输水管或田边输水渠连通，另一端封堵；
（2）精准施肥：结合整地施基肥，其中，有机肥全部做基肥，化肥全部或部分做追肥，追肥随水分5～10次施用；
（3）因需灌溉：在田间设置土壤湿润监视计，用以监视0-60cm土层含水量，当其含水量低于蔬菜正常生长所需要的标准时，经由灌水沟灌溉，当菜田土壤含水量达到设定灌溉标准时，停止灌溉；
（4）填闲种植：在每年冬春茬蔬菜收获后的5月中、下旬，播种大生物体量的玉米，不施肥，吸收利用菜田土壤残留氮、磷养分，降淋溶势，至7月中、下旬，将玉米植株粉碎翻耕还田，灌水覆盖地膜，进行高温腐解，以涵养菜田；于8月上旬至9月期间整地定植秋冬茬蔬菜。
2.根据权利要求1所述的菜田氮磷养分地下淋失控制方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，所述灌水沟宽18～22cm、深10～15cm，距蔬菜定植行8～12cm设置；蔬菜行距100～120cm。
3.根据权利要求1所述的菜田氮磷养分地下淋失控制方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，商品有机肥500～2000kg/666.7m2或腐熟农家肥1000～4000kg/666.7m2施于地表后翻耕，并结合翻耕配施微生物菌剂1.5～2.5kg/666.7m2。
4.根据权利要求3所述的菜田氮磷养分地下淋失控制方法，其特征在于，每666.7m2按有机肥用量的4～6%配合条施或沟施生物质炭。
5.根据权利要求1所述的菜田氮磷养分地下淋失控制方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，对于我国北方菜田主栽蔬菜作物的氮磷钾养分施用限量如下：
6.根据权利要求1所述的菜田氮磷养分地下淋失控制方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，对于我国北方菜田主栽蔬菜作物的施肥用量如下：
7.根据权利要求1所述的菜田氮磷养分地下淋失控制方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，所述土壤湿润监视计由下至上包括依次贯通的集液腔段、渗液腔段、延伸管，以及设于所述集液腔段内的浮子、一端连接该浮子且另一端穿出所述延伸管的浮签，所述浮签上段部设有对应标识痕/线，用以指示灌溉终点或/灌溉起点。
8.根据权利要求7所述的菜田氮磷养分地下淋失控制方法，其特征在于，所述土壤湿润监视计的制作方法如下：
取长60～80cm内径2～4cm的pvc管，在其下部40～60mm范围内每间隔5mm向上沿管壁半周用开设一条缝，并包裹一层尼龙网，以形成渗液腔段；在pvc管下端对接一口径2cm、高5cm玻璃瓶作为集液腔段，以接收由渗液腔段渗入的溶液；在pvc管内穿设一个下连接有浮子的浮签，且浮签上端露出pvc管上端1cm，在距离浮签顶端2cm处标记一条红色线条。
9.根据权利要求8所述的菜田氮磷养分地下淋失控制方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，沿田间对角线等距离分别设置插入3～5支土壤湿润显示计，前端埋深40～60cm；当湿润显示计浮子竹签上红色线条低于pvc管上沿1cm时，打开输水管，水流入灌水沟，当看见红色标识线露出pvc管上沿时停止灌溉。
10.根据权利要求1所述的菜田氮磷养分地下淋失控制方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，灌溉后土壤体积含水量和灌溉深度控制标准如下：
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技术总结