CN111652755B

CN111652755B - 一种水土共治区域农业面源污染的防治方法

Info

Publication number: CN111652755B
Application number: CN202010547962.4A
Authority: CN
Inventors: 任忠秀; 于家伊
Original assignee: Beijing Golden Way Biotechnology Co Ltd
Current assignee: Beijing Golden Way Biotechnology Co Ltd
Priority date: 2020-06-16
Filing date: 2020-06-16
Publication date: 2022-03-01
Anticipated expiration: 2040-06-16
Also published as: CN111652755A

Abstract

本发明提供了一种水土共治区域农业面源污染的防治方法，针对水土共治区域的农业面源污染防治，通过对农业有机废弃物有机养分总量盘点，资源转化后科学对标到退化土壤地力提升本质需求中，实现区域有机养分与土地承载力的精准匹配从而科学减少农田化肥用量的区域养分综合管理目的；开创性地从源头控制因农业有机废弃物未得到合理利用导致的氮磷损失及过量使用化肥导致的农田氮磷流失而带来的农业面源污染，解决农业有机废弃物中的大量养分资源作为废弃物被丢弃而造成资源浪费问题，改善由于有机废弃物随意丢弃造成的环境污染现状，并且有效控制过量使用化肥导致的环境污染，降低耕地质量退化风险，对农业面源污染控制及生态环境治理具有重要意义。

Description

一种水土共治区域农业面源污染的防治方法

技术领域

本发明涉及生态环境治理技术领域，更具体地说，是涉及一种水土共治区域农业面源污染的防治方法。

背景技术

随着我国农业生产水平的快速发展与国民生活水平的不断提高，农村作为粮食生产与肉奶养殖的主要聚集地，每年产生的农业有机废弃物种类与数量急剧增长，据报道：农业生产中产生的废弃物中秸秆和畜禽粪污占比最大，也是农村面源污染的两大主要来源，占比农村面源污染总量的70％以上。最新数据统计表明，农村每年产生的秸秆量近9亿吨，综合利用率不足80％；畜禽粪污量约38亿吨，综合利用率不足60％。这不但给生态环境带来巨大压力，也严重制约着我国农村经济的可持续发展。

然而，与农业有机废弃物资源利用相关的我国耕地质量问题却十分突出，我国18亿亩耕地中中低产田占比70％，为防止退化贫瘠土壤生产力低下的问题，就不得不逐年加大化肥、农药的用量。据相关数据分析，我国化肥、农药用量占到全世界用量的近40％。其中，亩均化肥用量45kg，远超过发达国家为防止化肥过量造成水体污染而设定的15kg/亩的安全限值，过量化肥进入土壤后受到淋溶、径流、氨挥发等过程作用，流失到外部生态环境中，流失的养分流入到水系中不仅造成水体富营养引发藻类过度生长，破坏水体原有生态平衡，水中的生物更会因为藻类的快速生长水体缺氧而死亡。因此，一味地追求高产，过量使用化肥农药即对耕地质量造成破坏，也严重威胁着生态环境安全。

农村有机废弃物资源是不可低估的有机养分资源库，据估算，我国每年产生的农村有机废弃物的有机养分总量达8～10亿吨，是化学肥料养分的1.3～1.5倍。但是通过上述内容可知，一方面，目前国家对有机废弃物资源化利用的科技体系、管理手段、效益拉动等系统性、实效性平台机制的建立显的很薄弱，如有机废弃物的处理水平低，对其安全风险的综合评价关注不足，资源浪费的同时给生态环境带来巨大压力；另一方面，由于现阶段土地所有者和土地流转经营者对耕地质量的关注度低，一味地过度索取，过量使用化肥，地力耗竭，土地可持续利用前景堪忧，严重富营养化的土壤也成为农业面源污染的主要源头之一。

综上所述，如何从源头控制因农业有机废弃物未得到合理利用及过量使用化肥导致农田氮磷流失带来的农业面源污染问题，进而提高耕地质量、提升地力，进一步提高农业经济收益，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水土共治区域农业面源污染的防治方法，能够解决农业有机废弃物中的大量养分资源作为废弃物被丢弃而造成资源浪费问题，改善由于有机废弃物随意丢弃而造成的环境污染现状，并且有效控制过量使用化肥导致的环境污染，降低耕地质量退化风险，促进耕地质量提升，减肥减药，引导区域农业有机废弃物资源化循环利用产业链与价值链提升，实现生产清洁化、利用安全化、投入品减量化、水土共治、农业可持续发展的目的。

本发明提供了一种水土共治区域农业面源污染的防治方法，包括以下步骤：

a)对待治理区域中的有机废弃物资源的有机养分总量进行盘点后，对上述有机废弃物进行资源化转化，并核算出有机废弃物资源化产物的有机养分总量；

b)对待治理区域中的农田所用化肥的化学养分总量进行盘点后，通过建立的区域耕地质量与有机废弃物资源化产物还田量关系，进行上述待治理区域的养分综合管理，实现水土共治区域农业面源污染的防治；

所述养分综合管理的过程具体为：

通过区域养分综合管理评估方法，计算出待治理区域中有机废弃物资源化产物有机养分替代农田所用化肥化学养分的最大比例，并按照上述计算的结果进行有机废弃物资源化产物对农田化肥的替代；

所述区域养分综合管理评估方法采用以下计算公式：

式(I)中，R_N为待治理区域中有机废弃物资源化产物中有机氮可替代农田化肥中化学氮的比例，G_(OF-N)为待治理区域中有机废弃物资源化产物有机氮总量，G_(CF-N)为待治理区域中农田所用化肥化学氮总量；

式(II)中，R_P为待治理区域中有机废弃物资源化产物中有机磷可替代农田化肥中化学氮的比例，G_(OF-P)为待治理区域中有机废弃物资源化产物有机磷总量，G_(CF-P)为待治理区域中农田所用化肥化学磷总量；

式(III)中，R_K为待治理区域中有机废弃物资源化产物中有机钾可替代农田化肥中化学钾的比例，G_(OF-K)为待治理区域中有机废弃物资源化产物有机钾总量，G_(CF-K)为待治理区域中农田所用化肥化学钾总量；

K＝min(R_N，R_P，R_K) 式(IV)；

式(IV)中，K为待治理区域中有机废弃物资源化产物有机养分替代农田化肥化学养分的最大比例。

优选的，步骤a)中所述有机废弃物资源包括养殖业粪污和种植业秸秆。

优选的，步骤a)中所述区域内养殖业粪污的总量盘点方法采用以下计算公式：

式(V)中，P_i为区域内存在的某类畜禽年产粪污总量，N_i为调查统计到的区域内存在的某类畜禽养殖数量，p_i为某类畜禽单只年产粪污量标准值，w_i为某类畜禽粪污含水率标准值，w_i为区域内存在的某类有机废弃物实际含水率；

所述区域内种植业秸秆的总量盘点方法采用以下计算公式：

式(VI)中，Q_i为区域内存在的某类农作物年产秸秆总量，M_i为调查统计到的区域内存在的某类农作物种植面积，n_i为调查统计到的区域内存在的某类农作物种植茬数，y_i为调查统计到的区域内存在的某类农作物亩单产，λ_i为某类作物草谷比的标准值；

所述有机废弃物资源的有机养分总量的盘点方法采用以下计算公式：

式(VII)中，G_(OW-N)为区域内年产生的有机废弃物资源的有机氮总量，A(N)_i为某类有机废弃物的有机氮含量标准值；

式(VIII)中，G_(OW-P)为区域内年产生的有机废弃物资源的有机磷总量，A(P)_i为某类有机废弃物的有机磷含量标准值；

式(IX)中，G_(OW-K)为区域内年产生的有机废弃物资源的有机钾总量，A(K)_i为某类有机废弃物的有机钾含量标准值。

优选的，所述步骤a)还包括：

对待治理区域中的有机废弃物资源产生的农业面源污染量进行评估；所述待治理区域中的有机废弃物资源产生的农业面源污染量的评估方法采用以下计算公式：

优选的，步骤a)中所述资源化转化的方式为堆肥发酵；所述堆肥发酵的过程具体为：

a1)根据待治理区域中的有机废弃物资源的有机养分总量的盘点结果及配方原则，确定发酵配方，并对所述发酵配方进行科学性验证；

a2)采用步骤a1)确定的发酵配方进行发酵，并控制发酵过程中物料通氧量，得到有机废弃物资源化产物。

优选的，步骤a)中所述有机废弃物资源化产物的养分总量的核算方法采用以下计算公式：

式(XII)中，Y_i为区域内用于资源化转化的某种有机废弃物总量；

式(XIII)中，W为区域内用于资源化转化的有机废弃物混合发酵物初始含水率预估值；

式(XIV)中，G_(OF-N)为区域内有机废弃物资源化产物有机氮总量，G_(OFM-N)为区域内用于资源化转化的有机废弃物有机氮总量；

式(XV)中，G_(OF-P)为区域内有机废弃物资源化产物有机磷总量，G_(OFM-P)为区域内用于资源化转化的有机废弃物有机磷总量；

式(XVI)中，G_(OF-K)为区域内有机废弃物资源化产物有机钾总量，G_(OFM-K)为区域内用于资源化转化的有机废弃物有机钾总量；

式(XVII)中，G_(OF-C)为区域内有机废弃物资源化产物有机碳总量，G_(OFM-C)为区域内用于资源化转化的有机废弃物有机碳总量。

优选的，步骤b)中所述待治理区域中的农田所用化肥的化学养分总量的盘点方法采用以下计算公式：

式(XVIII)中，M_i为区域内某种农作物的种植面积，X_i为区域内某种农作物的化肥全年亩用量，f(N)_i为区域内某种农作物对氮的需求占氮磷钾总需求比例标准值；

式(XIX)中，f(P₂O₅)_i为区域内某种作物对磷的需求占氮磷钾总需求比例标准值；

式(XX)中，f(K₂O)_i为区域内某种作物对钾的需求占氮磷钾总需求比例标准值。

优选的，所述步骤b)还包括：

对待治理区域中的农田所用化肥产生的农业面源污染量进行评估；所述待治理区域中的农田所用化肥产生的农业面源污染量的评估方法采用以下计算公式：

农田所用化肥损失入水氮污染量＝G_(CF-N)×65％×20％×85％式(XXI)；

农田所用化肥损失入水磷污染量＝G_(CF-P)×75％×10％×85％式(XXII)。

优选的，步骤b)中所述区域耕地质量与有机废弃物资源化产物还田量关系具体包括：

土壤有机质含量≤2％时，有机废弃物资源化产物还田量为3～5t/亩；

土壤有机质含量为2％～3.5％时，有机废弃物资源化产物还田量为1.5～3t/亩；

土壤有机质含量为3.5％～5％时，有机废弃物资源化产物还田量为0.5～1.5t/亩；

土壤有机质含量为5％～7％时，有机废弃物资源化产物还田量为0.2～0.5t/亩；

土壤有机质含量≥7％时，有机废弃物资源化产物还田量为0～0.2t/亩。

本发明提供了一种水土共治区域农业面源污染的防治方法，用于防治区域的农业面源污染，通过对农业有机废弃物有机养分总量盘点，资源转化后科学对标到退化土壤地力提升的本质需求中，实现区域有机养分与土地承载力的精准匹配从而科学减少农田化肥用量的区域养分综合管理目的；从而开创性地从源头控制因农业有机废弃物未得到合理利用导致的氮磷损失及过量使用化肥导致的农田氮磷流失而带来的农业面源污染，解决农业有机废弃物中的大量养分资源作为废弃物被丢弃而造成资源浪费问题，改善由于有机废弃物随意丢弃而造成的环境污染现状，并且有效控制过量使用化肥导致的环境污染，降低耕地质量退化风险，提升地力，减肥减药，引导区域农业有机废弃物资源化循环利用产业链与价值链提升，实现生产清洁化、利用安全化、投入品减量化、水土共治的目的，对我国的农业、农村可持续发展具有极其重要的意义。实验结果表明，本发明提供的水土共治区域农业面源污染的治理方法兼具土壤改良、作物增产及品质提升、水质改善等多重技术效果优势，对农业面源污染控制及生态环境治理具有重要意义。

附图说明

图1为待治理区域实施水土共治的逻辑图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

所述养分综合管理的过程具体为：

通过区域养分综合管理评估方法，计算出待治理区域中有机废弃物资源化产物有机养分替代农田所用化肥化学养分的最大比例，并按照上述计算的结果进行有机废弃物资源化产物对农田所用化肥的替代；

所述区域养分综合管理评估方法采用以下计算公式：

式(I)中，R_N为待治理区域中有机废弃物资源化产物中有机氮可替代农田所用化肥中化学氮的比例，G_(OF-N)为待治理区域中有机废弃物资源化产物有机氮总重量，G_(CF-N)为待治理区域中农田所用化肥化学氮总量；

式(II)中，R_P为待治理区域中有机废弃物资源化产物中有机磷可替代农田所用化肥中化学氮的比例，G_(OF-P)为待治理区域中有机废弃物资源化产物有机磷总重量，G_(CF-P)为待治理区域中农田所用化肥化学磷总量；

式(III)中，R_K为待治理区域中有机废弃物资源化产物中有机钾可替代农田所用化肥中化学钾的比例，G_(OF-K)为待治理区域中有机废弃物资源化产物有机钾总重量，G_(CF-K)为待治理区域中农田所用化肥化学钾总量；

K＝min(R_N，R_P，R_K) 式(IV)；

式(IV)中，K为待治理区域中有机废弃物资源化产物有机养分替代农田所用化肥化学养分的最大比例。

本发明首先对待治理区域中的有机废弃物资源的有机养分总量进行盘点后，对上述有机废弃物进行资源化转化，并核算出有机废弃物资源化产物的有机养分总量。在本发明中，所述待治理区域的范围优选根据地区行政管理单元划定，最小区域范围为“村”级单位，最大区域范围为“县/区”级单位；在本发明优选的实施例中，以洱源县作为待治理区域实施水土共治；参见图1所示，图1为待治理区域实施水土共治的逻辑图。

在本发明中，纳入盘点范围内的待治理区域中的有机废弃物资源需具备如下特点：(1)来源长期稳定；(2)价廉易得；(3)运距不超过50km(特殊情况下可拓展至100km)。在本发明中，所述有机废弃物资源优选包括养殖业粪污和种植业秸秆；其中，常见养殖类型及粪污产生量盘点关键参数查询表参见表1所示。

表1常见养殖类型及粪污产生量盘点关键参数查询表

在本发明中，所述养殖业粪污的总量盘点方法优选采用以下计算公式：

式(V)中，P_i为区域内存在的某类畜禽年产粪污总量(单位：t/年)，N_i为调查统计到的区域内存在的某类畜禽养殖数量(单位：只)，p_i为某类畜禽单只年产粪污量标准值(单位：t/年)，w_i为某类畜禽粪污含水率标准值(单位：％)，w_i为区域内存在的某类有机废弃物(畜禽粪污)实际含水率(单位：％)；另外，以上标准值均通过查询表1获得；i为表1中畜禽类型编号，i＝1，2，3，4，5......，10。

在本发明中，以高于平均水平10％和20％含量界定高养分和富养分秸秆，将秸秆分类如下：富氮类秸秆有薯类、花生和大豆秸秆；高氮类秸秆有烟草、棉花、小杂粮和甘薯秸秆；富磷类秸秆包括甜菜、薯类、大豆和花生秸秆；高磷类秸秆有玉米、水稻和棉花秸秆；富钾类秸秆是甜菜、薯类、油菜、水稻和向日葵秸秆；高钾类秸秆有小杂粮和烟草秸秆；其中薯类秸秆富含氮、磷、钾，大豆和花生秸秆富含氮、磷，甜菜和烟草秸秆富含磷、钾；常见种植作物类型及秸秆产生量盘点关键参数查询表参见表2所示。

表2常见种植作物类型及秸秆产生量盘点关键参数查询表

备注：草谷比即作物秸秆量/作物产量(以秸秆含水量15％计算)，根据全国各地区的平均值核算。

在本发明中，所述种植业秸秆的总量盘点方法优选采用以下计算公式：

式(VI)中，Q_i为区域内存在的某类农作物年产秸秆总量(单位：t/年)，M_i为调查统计到的区域内存在的某类农作物种植面积(单位：亩)，n_i为调查统计到的区域内存在的某类农作物种植茬数，y_i为调查统计到的区域内存在的某类农作物单产(单位：kg/亩)，λ_i为某类作物草谷比的标准值，w _i为区域内存在的某类有机废弃物(作物秸秆)实际含水率(单位：％)；另外，以上标准值均通过查询表2获得；85％为秸秆干物质量；i为表2中作物类型编号，i＝11，12，13......，24。

在此基础上，所述有机废弃物资源的养分总量的盘点方法优选采用以下计算公式：

式(VII)中，G_(OW-N)为区域内年产生的有机废弃物资源的有机氮总量(单位：t/年)，A(N)_i为某类有机废弃物的有机氮含量标准值(单位：％)；

式(VIII)中，G_(OW-P)为区域内年产生的有机废弃物资源的有机磷总量(单位：t/年)，A(P)_i为某类有机废弃物的有机磷含量标准值(单位：％)；

式(IX)中，G_(OW-K)为区域内年产生的有机废弃物资源的有机钾总量(单位：t/年)，A(K)_i为某类有机废弃物的有机钾含量标准值(单位：％)；

另外，以上标准值通过查询表1～2获得；i为表1～2中的类型编号n，i＝1，2，3......，24。

本发明对待治理区域中的有机废弃物资源的有机养分总量进行盘点后，优选还包括：

对待治理区域中的有机废弃物资源产生的农业面源污染量进行评估；所述待治理区域中的有机废弃物资源产生的农业面源污染量的评估方法优选采用以下计算公式：

其中，畜禽粪污损失入水氮污染量和畜禽粪污损失入水磷污染量的单位均为t/年；5％是根据国家环保总局南京环科所(1997)的研究结果：鲜粪污染物进入水体的流失率处于2％～8％的水平，平均5％计。

在本发明中，所述资源化转化的方式优选为堆肥发酵，此方式能够实现快速资源化转化。针对堆肥发酵，影响发酵质量的关键因素取决于发酵过程中对4个关键参数的有效控制，即：混合发酵料初始C/N比适宜范围需控制为(20～30)：1、含水率为50％～60％、pH为5.5～8.5、堆体氧气浓度为15％～20％；为满足以上发酵参数要求，提高准确性与利用效率，所述堆肥发酵的过程优选具体为：

a2)采用步骤a1)确定的发酵配方进行发酵，并控制发酵过程中物料通氧量，得到有机废弃物资源化产物(堆肥)。

本发明首先根据待治理区域中的有机废弃物资源的有机养分总量的盘点结果及配方原则，确定发酵配方，并对所述发酵配方进行科学性验证。在本发明中，所述待治理区域中的有机废弃物资源的有机养分总量的盘点结果参见上述内容，在此不再赘述；所述配方原则优选包括：(1)避免单一使用粪便或秸秆发酵；应将低碳氮比、高含水量、碱性/弱碱性的畜禽粪便类有机废弃物(C/N一般在18以下、水分含量一般在50％～80％之间、pH一般在7～9之间)组合高C/N比、低含水量、中性弱酸性的秸秆类废弃物(C/N一般在55以上、水分含量一般在30％以下、pH一般在5～7之间)混合发酵；(2)有机废弃物的资源化处理应最大化优先利用畜禽粪污类有机废弃物；(3)影响发酵质量的四个关键指标需满足：混合发酵料初始C/N比适宜范围为(20～30)：1、含水率为50％～60％、pH为5.5～8.5、发酵过程中物料氧气浓度15％～20％的要求。

在本发明中，对所述发酵配方进行科学性验证的方法优选具体为：

(1)C/N适宜范围验证：

G_(OFM-N)＝∑Y_i×A(N)_i×(1-w_i)；

G_(OFM-P)＝∑Y_i×A(P)_i×(1-w_i)；

G_(OFM-K)＝∑Y_i×A(K)_i×(1-w_i)；

G_(OFM-C)＝∑Y_i×A(C)_i×(1-w_i)；

上式中，G_(OFM-N)为区域内用作堆肥的有机废弃物有机氮总量(单位：t/年)；G_(OFM-P)为区域内用作堆肥的有机废弃物有机磷总量(单位：t/年)；G_(OFM-K)为区域内用作堆肥的有机废弃物有机钾总量(单位：t/年)；G_(OFM-C)为区域内用作堆肥的有机废弃物有机碳总量(单位：t/年)；Y_i为区域内用作堆肥的某种有机废弃物的总量(单位：t/年)；w_i为区域内用作堆肥的某种有机废弃物的实际含水率(单位：％)；A(C)_i为区域内用作堆肥的某种有机废弃物有机碳含量标准值(单位：％)，通过查询表1～2获得；

(2)含水率适宜范围验证：

①可通过手抓物料的经验感觉判断，判断依据如表3所示。

表3感觉判断发酵原料含水率标准

②采用简单计算公式验证：

上式中，W为用作堆肥发酵的有机废弃物混合料初始含水率预估值(单位：％)，Y_i为用作堆肥发酵的某种有机废弃物重量(单位：t/年)，w _i为用作堆肥发酵的某种有机废弃物的实际含水率(单位：％)。

(3)pH适宜范围验证：

采用便携式pH快速检测仪进行。

验证完成后，本发明采用步骤a1)确定的发酵配方进行发酵，并控制发酵过程中物料通氧量，得到有机废弃物资源化产物(堆肥)。在本发明中，所述控制发酵过程中物料通氧量的方法优选具体为：

通过根据环境温度进行翻堆控制，翻抛原则需做到：环境适宜(10℃以上)时第3、6、9、12天翻堆，第15天完成(也可在第15天继续翻堆，第18天完成)；环境温度过低(10℃以下)时第4、7、11、15天翻堆，第18天完成。

得到所述有机废弃物资源化产物后，本发明核算出有机废弃物资源化产物的有机养分总量；所述有机废弃物资源化产物的有机养分总量的核算方法优选采用以下计算公式：

式(XII)中，Y_i为区域内用于资源化转化的某种有机废弃物的总量(单位：t/年)；

式(XIII)中，W为区域内用于资源化转化的有机废弃物混合物料初始含水率预估值(单位：％)；

式(XIV)中，G_(OF-N)为区域内有机废弃物资源化产物有机氮总量(单位：t/年)，G_(OFM-N)为区域内用于资源化转化的有机废弃物有机氮总量(单位：t/年)；

式(XV)中，G_(OF-P)为区域内有机废弃物资源化产物有机磷总量(单位：t/年)，G_(OFM-P)为区域内用于资源化转化的有机废弃物有机磷总量(单位：t/年)；

式(XVI)中，G_(OF-K)为区域内有机废弃物资源化产物有机钾总量(单位：t/年)，G_(OFM-K)为区域内用于资源化转化的有机废弃物有机钾总量(单位：t/年)；

式(XVII)中，G_(OF-C)为区域内有机废弃物资源化产物有机碳总量(单位：t/年)，G_(OFM-C)为区域内用于资源化转化的有机废弃物有机碳总量(单位：t/年)。

上式中，有机废弃物用作堆肥的物质量得率为55％(堆肥过程含水率折损约50％，有机质矿化折损约5％)，其中，养分元素N、P、K可实现95％的资源化利用，5％以气体形式释放，有机碳的腐殖化率为65％，即有机碳可实现65％的资源化利用，而未经处理直接还田的生粪所产生的污染物可直接进入水体造成水质污染。

另外，得到所述有机废弃物资源化产物后，本发明优选还包括：

根据NY525-2012标准中对重金属含量的要求进行安全性检验，需确保所有安全指标达标的资源化产物才能还田使用。

之后，本发明对待治理区域中的农田所用化肥的化学养分总量进行盘点后，通过建立的区域耕地质量与有机废弃物资源化产物还田量关系，进行上述待治理区域的养分综合管理，实现水土共治区域农业面源污染的防治。

鉴于近几年来随着复合肥市场的不断壮大，为节省施肥成本，提高用肥方便度，多数农户农耕以复合肥为主，单元素化肥为辅，本发明中所涉及到的农作物化肥类型以总养分45％的复合肥为标准核算；常见作物需肥比例查询表参见表4所示。

表4常见作物需肥比例查询表

注：茄果菜类：西红柿、茄子、椒；白菜类：大白菜、小白菜小油菜；瓜菜类：黄瓜、南瓜、西葫芦、冬瓜、丝瓜、苦瓜等；绿叶菜类：菠菜、莴苣、芹菜、苋菜、生菜、茼蒿等；根茎类：萝卜、胡萝卜、马铃薯、芋头等；果树：苹果、梨、桃、橘、枣等。

在本发明中，所述待治理区域中的农田所用化肥的化学养分总量(投入量)的盘点方法优选采用以下计算公式：

式(XVIII)中，G_(CF-N)为待治理区域中农田所用化肥的化学氮总量(单位：t/年)，M_i为区域内某种农作物的种植面积(单位：亩)，X_i为区域内某种农作物的化肥全年亩用量(单位：kg/亩)，f(N)_i为区域内某种农作物对氮的需求占氮磷钾总需求比例标准值(单位：％)，通过查询表4获得；

式(XIX)中，G_(CF-P)为待治理区域中农田所用化肥化学磷总量(单位：t/年)，f(P₂O₅)_i为区域内某种农作物对磷的需求占氮磷钾总需求比例标准值(单位：％)，通过查询表4获得；

式(XX)中，G_(CF-K)为待治理区域中农田所用化肥化学钾总量(单位：t/年)，f(K₂O)_i为区域内某种作物对钾的需求占氮磷钾总需求比例标准值(单位：％)，通过查询表4获得；

另外，上式中i为表4中农作物编号，i＝1，2，3......，15；45％为化肥氮磷钾养分总含量。

本发明对待治理区域中的农田所用化肥的化学养分总量进行盘点后，优选还包括：

对待治理区域中的农田所用化肥产生的农业面源污染量进行评估；所述待治理区域中的农田所用化肥产生的农业面源污染量的评估方法优选采用以下计算公式：

其中，农田所用化肥损失入水氮污染量和农田所用化肥损失入水磷污染量的单位均为t/年；65％为氮肥当季未利用率，按氮肥当季利用率35％核算；20％为氮肥当季未利用量中的随水流失率；85％为氮、磷肥随水流失量的入水率；75％为磷肥当季未利用率，按磷肥当季利用率25％核算；10％为磷肥当季未利用量中的随水流失率。

在本发明中，所述区域耕地质量与有机废弃物资源化产物还田量关系优选具体包括：

本发明通过调查区域内不同作物的耕地土壤有机质平均含量，判断土壤基础肥力大小，根据上述关系，确定区域内土地承载能力的有机废弃物最大还田量。

本发明通过上述区域耕地质量与有机废弃物资源化产物还田量关系，进行待治理区域的养分综合管理；所述养分综合管理的过程具体为：

通过区域养分综合管理评估方法，计算出待治理区域中有机废弃物资源化产物有机养分替代农田所用化肥化学养分的最大比例，并按照上述计算的结果进行有机废弃物资源化产物对农田所用化肥的替代，实现水土共治区域农业面源污染的防治。

在本发明中，所述区域养分综合管理评估方法采用以下计算公式：

式(I)中，R_N为待治理区域中有机废弃物资源化产物中有机氮可替代农田所用化肥中化学氮的比例，G_(OF-N)为待治理区域中有机废弃物资源化产物有机氮总量(单位：t/年)，G_(CF-N)为待治理区域中农田所用化肥氮素总量(单位：t/年)；

式(II)中，R_P为待治理区域中有机废弃物资源化产物中有机磷可替代农田所用化肥中化学氮的比例，G_(OF-P)为待治理区域中有机废弃物资源化产物有机磷总量(单位：t/年)，G_(CF-P)为待治理区域中农田所用化肥磷素总量(单位：t/年)；

式(III)中，R_K为待治理区域中有机废弃物资源化产物中有机钾可替代农田所用化肥中化学钾的比例，G_(OF-K)为待治理区域中有机废弃物资源化产物有机钾总量(单位：t/年)，G_(CF-K)为待治理区域中农田所用化肥钾素总量(单位：t/年)；

K＝min(R_N，R_P，R_K) 式(IV)；

式(IV)中，K为待治理区域中有机废弃物资源化产物有机养分替代农田所用化肥化学养分的最大比例，即待治理区域内可实现的农田最大减化肥率。

本发明提供了一种水土共治区域农业面源污染的防治方法，针对水土共治区域的农业面源污染防治，通过对农业有机废弃物有机养分总量盘点，资源转化后科学对标到退化土壤地力提升的本质需求中，实现区域有机养分与土地承载力的精准匹配从而科学减少农田化肥用量的区域养分综合管理目的；从而开创性地从源头控制因农业有机废弃物未得到合理利用导致的氮磷损失及过量使用化肥导致的农田氮磷流失而带来的农业面源污染，解决农业有机废弃物中的大量养分资源作为废弃物被丢弃而造成资源浪费问题，改善由于废弃物随意丢弃而造成的环境污染现状，并且有效控制过量使用化肥导致的环境污染，降低耕地质量退化风险，提升地力，减肥减药，引导区域农业有机废弃物资源化循环利用产业链与价值链提升，实现生产清洁化、利用安全化、投入品减量化、水土共治的目的，对我国的农业、农村可持续发展具有极其重要的意义。实验结果表明，本发明提供的水土共治区域农业面源污染的治理方法兼具土壤改良、作物增产及品质提升、水质改善等多重技术效果优势，对农业面源污染控制及生态环境治理具有重要意义。

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。以下实施例所涉及的水土共治区域为洱源县；洱源县是高原明珠洱海的发源地，水资源丰富、水量充沛，境内三大主要洱海入水流域弥苴河、罗时河、永安江的径流量占洱海平均径量的70％，是洱海重要的水源保护地，由于水土资源丰沛，洱源县也成为洱海北部重要的农业种养大县，历年来，由于受农业面源污染的影响，弥苴河、罗时河、永安江已成为洱海污染最为严重的流域，水质污染平均IV类水。

实施例

本发明实施例提供的水土共治区域农业面源污染的防治方法的具体步骤如下：

(1)对洱源县种养业有机废弃物资源的有机养分总量进行盘点，并对其面源污染进行风险评估，具体包括以下步骤：

①采用上述技术方案中所述的区域常见畜禽粪污总量盘点方法，对全县常见畜禽粪污的总量进行盘点，得到全县养殖业畜禽粪污总量盘点表，参见表5所示。

表5全县养殖业畜禽粪污总量盘点表

通过表5可知，该县养殖业以牛、羊、鸡三大类为主，奶牛粪数量最多，年产生量27.75万吨；绵羊粪与鸡粪最少，分别为6200吨、5800吨；全县常见畜禽粪污年产生总量约42万吨。

②根据上述技术方案中所述的区域常见农作物秸秆总量盘点方法，对全县常见农作物秸秆资源的总量进行盘点，得到全县作物秸秆总量盘点表，参见表6所示。

表6全县作物秸秆总量盘点表

由表6可知，该县种植业以水稻、大蒜、玉米、烤烟四大类作物为主，水稻与大蒜秸秆量最多，年产生量分别为6.31万吨、4.87万吨，玉米与烤烟秸秆相对较少，年产秸秆量分别为6100吨、2100吨；全县年产生秸秆总量约11万吨。

③根据上述技术方案中所述的区域有机废弃物的有机养分总量评估方法和面源污染量评估方法，对全县典型有机废弃物的有机养分总量进行盘点，并对其面源污染量进行评估，得到全县种养业有机废弃物的有机养分总量盘点与面源污染量评估表，参见表7所示。

表7全县种养业有机废弃物养分总量盘点与面源污染量评估表

由表7可知，该县全年产生约55万吨有机废弃物，其中有机氮总量约1773吨，有机磷总量约353吨，有机钾总量约2460吨，全年损失入水总氮量约为46吨，总磷量约11吨。

(2)采取堆肥发酵的方式对县域典型有机废弃物进行快速资源化转化，并对资源化产物(堆肥)的各养分总量进行估算，具体包括以下步骤：

①确定发酵配方：通过县域典型有机废弃物类型与总量盘点可知，该县有机废弃物类型较全面，根据上述技术方案所述的配方原则(畜禽粪污类+秸秆类有机废弃物混合发酵与优先处理畜禽粪污的配方原则)，制定表8所示的发酵配方，并根据配方按照上述技术方案所述的配方科学性验证方法进行科学性验证，列举各验证参数值。

表8有机废弃物快速资源化发酵配方及科学性验证关键参数表

根据表8得出，该发酵配方的发酵混合料的理论初始C/N为29：1(39485吨/1332吨)，而通过化学方法检测得出的C/N实测值为28.5：1；理论含水率为58.3％(279230吨/479000吨)，实测值为55.4％，pH值为7.6，各发酵关键参数复合发酵要求(即，混合发酵料初始C/N比适宜范围为(20～30)：1、含水率为50％～60％、pH为5.5～8.5)，因此可确定最佳发酵配方为：

57.8％奶牛粪+14.6％肉牛粪+12.7％山羊粪+1.3％绵羊粪+1％鲜鸡粪+6.3％水稻秸秆+6.3％大蒜秸秆。

②采用上述技术方案中所述的发酵过程中物料通氧量控制方法，控制发酵过程物料通氧量：发酵时间自8月25日开始(环境温度25℃)，采取槽式发酵方式，第3、6、9、12、15天翻堆，第18天完成。

③根据上述技术方案所述的区域有机废弃物资源化产物(堆肥)的养分总量评估方法，对发酵终产品(堆肥)的各养分总量进行估算，得到发酵终产物关键参数核算表，参见表9所示。

表9发酵终产物关键参数核算表

由表9可知，该配方发酵混合料的总氮含量约为0.67％，总磷0.14％，总钾0.79％，根据有机废弃物资源的N、P、K能实现95％的资源化利用、C可实现65％的腐殖化率、发酵资源化产率55％的原则，发酵终产物的总氮含量约为0.63％，总磷0.13％，总钾0.75％，总碳12.8％，且与各指标实测值吻合度较高。

(3)采用上述技术方案所述的区域农田化肥的化学养分总量盘点方法及面源污染量评估方法，对洱源县农田所用化肥的养分总量进行盘点，并对其面源污染进行风险评估，得到县域农田所用化肥养分总量盘点与面源污染量评估表，参见表10所示。

表10县域农田所用化肥养分总量盘点与面源污染量评估表

由表10可知，全县约23万亩耕地全年化肥投入量约14700吨，其中氮素2844吨，磷素432吨，钾素2310吨，化肥损失入水污染物总氮约314吨/年，总磷约28吨/年。

(4)根据上述技术方案所述的区域耕地质量与有机废弃物资源化产物还田量关系标准，得到该县耕地可承载的堆肥还田量为0.5-1.5吨(具体用量需进一步根据化肥减量率与作物养分管理情况酌情考虑)，参见表11所示。

表11基于土地承载能力的有机废弃物还田量评估原则

再通过上述技术方案所述的区域养分综合管理评估方法，计算得出区域内利用有机养分可最大化替代的化学养分的比例，得到县域环境-农业养分综合管理评估表，参见表12所示。

表12县域环境-农业养分综合管理评估表

由表12可知，待治理区域中有机废弃物资源化产物中有机养分可替代农田化肥化学养分的比例分别为：N 42％，P59％，K 61％；即待治理区域中有机废弃物资源化产物有机养分替代农田化肥化学养分，整体最高可实现减化肥率42％。

最后确定县域环境-农业养分综合管理具体实施方案，参见表13所示；实现水土共治区域农业面源污染的防治。

表13县域环境-农业养分综合管理具体实施方案

对本发明实施例提供的水土共治区域农业面源污染的治理方法的技术效果进行评价：

(1)土壤改良效果，参见表14～16所示。

表14对土壤肥力变化的影响

表15对土壤重金属的影响

表16对土壤生物活性的影响

与常规化肥种植方式的土壤质量相比，得出以下结论：

①由于该地灌溉水偏碱，导致该地土壤碱性较强，平均土壤pH为7.5-8.0，而大蒜与水稻均适合在中性土壤中种植；大蒜与水稻种植中通过减化肥处理的土壤pH均出现下降趋势，这是因为减少化肥投入，增加土壤有机质的投入，特别是腐植酸的投入，在改良土壤的同时，使得土壤形成良好的酸碱缓冲体系，土壤酸碱调节更健康。

②与常规化肥种植方式的土壤相比，大蒜与水稻通过土壤改良实现减化肥处理的土壤有机质均有不同程度的提升，其中，大蒜种植中减30％化肥处理的土壤有机质年均提升0.4个百分点，减化肥40％的水稻种植土壤有机质年均提升0.2个百分点。

③与常规化肥处理相比，土壤改良减化肥处理的土壤养分含量有所降低，但仍属于较丰富含量水平，这表明有机养分部分替代化学养分足以满足大蒜、水稻整个生长周期对养分的需求，可有效避免水体农业面源污染风险。

④从分析数据可见，当地土壤并无严重的重金属污染风险(除存在镉潜在超标风险外)，但为保障土地使用的安全、可持续性，本发明也重点分析了土壤重金属的变化；与实施前土壤背景值相比，通过土壤改良减化肥种植方式的大蒜与水稻地土壤重金属镉、铬、汞均降低(铅、砷无规律表现)；而常规化肥种植的土壤重金属无明显变化，这说明通过土壤改良实现减化肥的生态种植方式对土壤重金属有很好的钝化作用。

⑤从土壤微生物指标变化趋势可知，减肥减药、土壤改良带来土壤生物活性的改善效果显著，土壤有机质提升必然带来土壤微生态系统的改善，土壤细菌、真菌、放线菌含量总数达10⁸，提高两个数量级。

(2)作物增产效果，参见表17～18所示。

表17对大蒜产量的影响

注：理论产量＝(一定小区面积的蒜果总重/小区面积)×666.67m²×0.85。

经理论测产结果显示，通过土壤改良实现减化肥处理的大蒜亩产量2096kg，常规化肥种植的大蒜亩产量为1855kg，比常规种植亩增产约13％。

表18对水稻产量的影响

经测产结果显示，通过土壤改良实现减化肥40％处理的水稻亩产量1013斤，常规化肥种植水稻亩产量为947斤，比常规种植亩增产约7％。

(3)作物品质提升效果，参见表19所示。

表19对大蒜品质的影响

通过土壤改良实现减化肥30％种植的大蒜中大蒜素比普通大蒜高49％，蛋白质高22％，维生素C高36％；由此可见大蒜品质不仅受大蒜品种、气候等因素影响之外，还受种植方式的影响，通过土壤改良合理减少化肥有利于大蒜品质的提升，特别是有利于大蒜素的提高。

(4)水质改善效果，参见表20～21所示。

表20大蒜减排实验效果

注：减排率＝[(对照出水口水质-入水口水质)-(处理出水口水质-入水口水质)]/(对照出水口水质-入水口水质)。

表21水稻减排实验效果

大蒜水土共治种植模型中：采用有机废弃物资源化产物安全有效还田，实现土壤增碳扩容，有机养分替代化学养分，化肥减量30％的生态种植方式，第一次灌溉水水质检测结果表明：与常规化肥种植的土壤灌溉水水质相比，总氮减排率59％，总磷减排率68％；最后一次灌溉水总氮减排率62％，总磷减排率39％。

水稻水土共治种植模型中：采用有机废弃物资源化产物安全有效还田，实现土壤增碳扩容，有机养分替代化学养分，化肥减量40％的生态种植方式，灌浆期水稻田水质检测结果表明：与常规化肥种植的土壤灌溉水水质相比，总氮减排率78％，总磷减排率49％。

由此可见，农业面源污染是影响水体质量的关键因素之一，开展“水土共治”的有机农业种植方式至关重要。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。