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申请/专利权人：中国科学院南京土壤研究所

摘要：一种构建农田面源污染零排放系统的方法，测量待构建区域的面积、可在区域内部循环的河流容水量，调查区域内设施用地面积和露地面积及其分布，调查每季作物施用的肥料品种和施肥量；对区域内种植不同作物的地块的氮素径流损失进行周年监测，计算区域内各地块的氮素径流排放量；通过大田试验和模拟试验确定肥料源头减量方案、养分回收利用方案和生态沟渠拦截方案在区域内的最佳配置参数；通过下述氮素输入输出平衡模型和系统成本模型计算区域内各地块的氮素其它途径损失量和所构建区域的系统成本；在保持系统氮素输入输出平衡的前提下，确定所构建区域的系统成本最低时的方案组合，形成经济最优的农田面源污染零排放系统的方法。

主权项：1.一种构建农田面源污染零排放系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：（A）测量待构建区域的面积、可在区域内部循环的河流容水量，调查区域内设施用地面积和露地面积及其分布，调查每季作物施用的肥料品种和施肥量；（B）对区域内种植不同作物的地块的氮素径流损失进行周年监测，计算区域内各地块的氮素径流排放量；（C）通过大田试验和模拟试验确定肥料源头减量方案、养分回收利用方案和生态沟渠拦截方案在区域内的最佳配置参数；所述步骤（C）的实现方法为：C1对于肥料源头减量方案：分别对区域内不同种类的作物进行大田试验，明确肥料源头减量方案应用于不同种类作物时，在不造成作物减产时所能实现的最大氮肥减施量，同时计算在该减施量下的氮肥利用率和径流损失率；C2对于养分回收利用方案：结合区域面积、内部河流容水量、区域内土地利用情况和历史降雨数据，计算区域内最大径流负荷和需配置的集水池容积；C3对于生态沟渠拦截方案：在区域内进行模拟试验，明确该方案对径流水中氮素的去除效果；（D）通过下述氮素输入输出平衡模型和系统成本模型计算区域内各地块的氮素其它途径损失量和所构建区域的系统成本，氮素输入输出平衡模型：各参数单位为kghm2，常规施氮量-氮肥减施量+种植前土壤含氮量=作物带走量+径流损失量+氮素其它途径损失量+收获后土壤残留量；系统成本模型：系统成本（元）=作物产值减少量+源头减量方案成本+养分回收利用方案成本+生态沟渠拦截方案成本；所述步骤（D）中的计算各地块的氮素其它途径损失量和所构建区域的系统成本的方法为：氮素其它途径损失量：对区域内各地块，分别将作物的常规施氮量、肥料源头减量方案可实现的最佳氮肥减施量、种植前土壤含氮量、作物带走氮素量、氮素径流损失量、收获后土壤氮素残留量代入氮素输入输出平衡模型，计算氮素其它途径损失量；所构建区域的系统成本：分别将区域内各地块的源头减量方案成本与作物产值减少量相加，再加上养分回收利用方案成本和生态沟渠拦截方案成本，得到所构建区域的系统成本；（E）在保持系统氮素输入输出平衡的前提下，确定所构建区域的系统成本最低时的方案组合，形成经济最优的农田面源污染零排放系统的方法；所述步骤（E）的实现方法为：步骤1：将区域内种植不同作物的地块依次编号为1、2、3、…、i，i为自然数，将可使用的各肥料源头减量方案和方案组合依次编号为1、2、3、…、j，j为自然数；步骤2：确定各地块内作物的常规施氮量，初始化模型参数；步骤3：根据区域内土地利用类型和气象数据，估算区域内大雨负荷下单周最大径流产流量，依据该径流产流量确定区域内集水池容积；步骤4：根据大田监测结果计算区域内径流水含氮量，径流水含氮量=径流产流量×径流水总氮浓度；步骤5：根据作物生育期内所需灌溉量计算可回收利用量，可回收利用量=径流水总氮浓度×所需灌溉量）；步骤6：根据径流水含氮量和可回收利用量的差值，计算系统需要达到的最低生态沟渠拦截量，生态沟渠拦截量=区域径流水含氮量-可回收利用量-（区域径流产流量-区域可回收径流量）×达标氮排放浓度；步骤7：根据最低生态沟渠拦截量对区域内的生态沟渠拦截方案进行配置；步骤8：通过系统成本模型计算系统成本；步骤9：加入或替换各地块所采用的肥料源头减量方案，并对模型中方案参数进行更新，更新参数包括产量、氮肥减施量、氮肥利用率、径流损失量、氮素其它途径损失量和方案成本；步骤10：对任意i和j的组合，迭代前述步骤4-9，记录各次迭代中的系统成本和模型参数，直至遍历所有组合，最大组合数为j+1i；步骤11：采用K-means聚类分析方法，设定分组数量为j，对所有方案组合的系统成本进行聚类分析，选择系统成本平均值最低的一组，在该组中挑选氮素其它途径损失量最小的方案组合，氮素其它途径损失量的计算方法为：某地块氮素其它途径损失率×该地块施氮量，构建农田面源污染零排放系统；所述肥料源头减量方案包括采用水肥一体化替代常规灌溉、有机肥替代部分化肥、氮素营养诊断与按需施肥或缓控释肥替代常规化肥；所述步骤9中的方案参数通过大田试验获取。

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