CN103410118B - 一种降低稻田面源污染侧渗的生态田埂 - Google Patents

一种降低稻田面源污染侧渗的生态田埂 Download PDF

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Abstract

一种降低稻田面源污染侧渗的生态田埂，它涉及一种生态田埂。本发明的目的是要解决现有田埂不能同时满足提高稻田的利用效率和有效防止侧渗所带来的水分和养分的损失的问题。本发明所述的生态田埂的布设方式为在距离水田5cm～10cm处，挖深度为70cm～100cm、底部宽为40cm～80cm、顶部宽为50cm～100cm的矩形或者倒梯形深沟，使用竹竿和草帘将深沟布设成三个过滤带，其中靠近稻田一侧的为砾石带，中间的为生物碳带，靠近沟渠一侧的为粘土带。本发明所述的生态田埂，不仅提高了田埂的使用效率，同时将侧渗水量降低了50%～90%，面源污染物氮磷消减70%～100%。本发明适用于东北地区的侧渗水稻土。

Description

一种降低稻田面源污染侧渗的生态田埂
技术领域
本发明涉及一种生态田埂。
背景技术
随着我国对点源污染控制技术的提高，面源污染成为影响水环境的重要因素，特别是随着农业投入的增加，过量使用化肥和农药，更加剧面源污染物的生态风险。第一次全国污染源普查显示：农业源排放的化学需氧量、总氮、总磷分别占排放总量的43.7%、57.2%和67.3%。水田除了晒田期外，长期处于淹水状态，因此，侧渗是水田氮素输出的一个重要途径。在太湖流域，侧渗水稻土面积占13.3%。《三江平原水田面源污染物输出机制及负荷》研究发现，三江平原水田TN流失负荷2.53t·km-2·y-1，占施肥总量的15.30%，TP和DTP的年输出总量分别为0.19t·km-2·y-1和0.02t·km-2·y-1，分别占当年施肥总量的9.85%和1.12%。通过同位素示踪实验研究发现，三江平原水田侧渗流失的TN1.10t·km-2·y-1，占当年施肥总量的6.66%。边界田埂对水田侧渗的氮磷存在拦截效应，且截留效果与田埂宽度成正比。田埂对面源污染的截留效果存在显著差异，田埂对氨氮、磷的去除效果较好，而对硝氮去除效果较差。《田埂宽度对水田无机氮磷侧渗流失的影响》对嘉兴双桥农场稻田20～40cm田埂研究发现，40cm的田埂宽度对氨氮和磷的去除效率可达50%。《三江平原水田面源污染物输出机制及负荷》研究发现，田埂宽度为130cm时，侧渗速率高达1.20m3·m-2d-1，对氨氮和磷的截留效率为50%～70%。这说明田埂宽度越宽，对氨氮和磷的截留效率越高，但通常情况下，农民为了提高稻田的利用效率，田埂宽度多在50～80cm，因此，侧渗所带来的水分和养分的损失不容忽视，目前，没有既能有效防止侧渗所带来的水分和养分的损失，又能提高稻田的利用效率的田埂。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有田埂不能同时满足提高稻田的利用效率和有效防止侧渗所带来的水分和养分的损失的问题，提供一种降低稻田面源污染侧渗的生态田埂。
本发明的一种降低稻田面源污染侧渗的生态田埂的布设方式为在距离水田5cm～10cm处，挖深度为70cm～100cm、底部宽为40cm～80cm、顶部宽为50cm～100cm的矩形或者倒梯形深沟，使用竹竿和草帘将深沟布设成三个过滤带，其中靠近稻田一侧的为砾石带，中间的为生物碳带，靠近沟渠一侧的为粘土带。
本发明包含以下有益效果：
本发明所述的生态田埂，不仅缩短了田埂宽度，提高了田埂的使用效率，同时可将侧渗水量降低50%～90%，将面源污染物氮磷消减70%～100%。本发明具有控污效果好、材料环境友好、工程造价和维护成本低、操作简单、便于大面积推广应用等特点。
本发明所采用的材料砾石、生物碳和粘土均为环境友好材料，其在土壤的应用，不会造成二次污染。发明中距离水田最近的为砾石带，砾石带强度较大，可以降低侧渗液的横向穿力，同时对水体中的氮磷具有较好的一定的去除效果；其次为生物碳带，采用田间有机废弃物做制作成的生物碳制品，对于氮、磷及农药类物质均具有较好的吸附作用，同时，生物碳具有较大的比表面积，有利于微生物群落的附着，加速面源污染的降解；最后是粘土带，粘土带透水性较差，有效的降低田间水分的损失，起到节水的效果。该专利通过物理、化学和生物联合手段，利用过滤带拦截农田的养分，削减农田因养分流失对周围水环境的污染，同时还降低田间水分的损失量，达到高效节水的效果。本发明的发明具有操作简单易行、成本低、便于大规模推广等优点。
附图说明
图1为实施例一中生态田埂布设地点示意图，图中1为沟渠，2为田埂，3为生态田埂，4为稻田；
图2为实施例一中生态田埂剖面示意图，图中5为粘土，6为生物碳，7为砾石，8为竹竿，9为草帘。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：一种降低稻田面源污染侧渗的生态田埂，其特征在于所述的生态田埂布设方式为在距离水田5cm～10cm处，挖深度为70cm～100cm、底部宽为40cm～80cm、顶部宽为50cm～100cm的矩形或者倒梯形深沟，使用竹竿和草帘将深沟布设成三个过滤带，其中靠近稻田一侧的为砾石带，中间的为生物碳带，靠近沟渠一侧的为粘土带。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：砾石带的底部宽度为10～20cm，顶部宽度为10～20cm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：生物碳带的底部宽度为10～30cm，顶部宽度为10～30cm。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：粘土带的底部宽度为20～30cm，顶部宽度为30～50cm。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：生物碳带的原料为稻壳、玉米芯、芦苇或者秸秆。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：粘土带形状为矩形或者倒梯形。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：砾石粒径为3～5mm。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：砾石带的底部宽度为15cm，顶部宽度为15cm。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：生物碳带的底部宽度为20cm，顶部宽度为20cm。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：粘土带的底部宽度为25～30cm，顶部宽度为45～50cm。其它与具体实施方式一至九之一相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：于黑龙江省富锦市松江村选取排水干渠边的田埂，临近稻田排水沟渠和稻田之间的田埂处，该田埂宽度为1m。水田在插秧前3～4d整地，用旋耕机或水耙等整平田面，高差不超过3～5cm。在田埂处距离水田5cm，挖深90cm，底部60cm，顶部60cm的矩形深沟，该沟的形状根据侧渗的水量及氮磷的输出量来定，如侧渗的水量较大，可采用适当的增加顶部宽度来降低侧渗水量，在该地区采用的是矩形（见图1）。在梯形深沟里每隔50m将1m高的竹竿插入深沟底部，用麻绳将草帘固定在竹竿上，将深沟隔成三层，其中靠近稻田一侧的为砾石带，中间的为生物碳带，靠近沟渠一侧的为粘土带（见图2）。所述的砾石带宽10cm；所述的生物碳带宽20cm；所述的粘土带宽30cm。稻壳在450℃和限氧条件下碳化2h，制得生物碳。将砾石、生物碳和粘土分别逐层加入,压实。砾石、生物碳和粘土填充至高于水田水面10cm。将挖沟所取土壤回填，压实，提高原稻田的田埂高度值30～40cm。
以上生态田埂能将侧渗液的渗出量削减91%，氨氮随侧渗液输入负荷削减82%。磷酸根随侧渗液输入负荷削减100%。
实施例二：本实施例与实施例一不同的是砾石带底宽15cm，顶宽15cm；生物碳带底宽25cm，顶宽25cm；粘土带底宽20cm，顶宽40cm。
该生态田埂能将侧渗液的渗出量削减75%，氨氮随侧渗液输入负荷削减73%，磷酸根随侧渗液输入负荷削减100%。
实施例三：本实施例与实施例一不同的是砾石带底宽20cm，顶宽20cm；生物碳带底宽10cm，顶宽10cm；粘土带底宽30cm，顶宽50cm。
该生态田埂能将侧渗液的渗出量削减85%，氨氮随侧渗液输入负荷削减78%，磷酸根随侧渗液输入负荷削减100%。
实施例四：本实施例与实施例一不同的是，实施地点位于黑龙江省的洪河农场。在稻田田埂处距离水田10cm，挖深90cm，底部60cm，顶部80cm的梯形深沟。在梯形深沟里每隔50m将1m高的竹竿插入深沟底部，用麻绳将草帘固定在竹竿上，将深沟隔成三层，其中靠近稻田一侧的为砾石带，中间的为生物碳带，靠近沟渠一侧的为粘土带。其中砾石带底宽15cm，顶宽15cm；所述的生物碳带底宽15cm，顶宽15cm；粘土带底宽30cm，顶宽50cm。
以上生态田埂能将侧渗液的渗出量削减89%，氨氮随侧渗液输入负荷削减86%，磷酸根随侧渗液输入负荷削减100%。

Claims (10)

1.一种降低稻田面源污染侧渗的生态田埂，其特征在于所述的生态田埂布设方式为在距离水田5cm～10cm处，挖深度为70cm～100cm、底部宽为40cm～80cm、顶部宽为50cm～100cm的剖面形状为矩形或者倒梯形深沟，使用竹竿和草帘将深沟布设成三个过滤带，其中靠近稻田一侧的为砾石带，中间的为生物碳带，靠近沟渠一侧的为粘土带。
2.根据权利要求1中所述的一种降低稻田面源污染侧渗的生态田埂，其特征在于砾石带的底部宽度为10～20cm，顶部宽度为10～20cm。
3.根据权利要求2中所述的一种降低稻田面源污染侧渗的生态田埂，其特征在于生物碳带的底部宽度为10～30cm，顶部宽度为10～30cm。
4.根据权利要求3中所述的一种降低稻田面源污染侧渗的生态田埂，其特征在于粘土带的底部宽度为20～30cm，顶部宽度为30～50cm。
5.根据权利要求4中所述的一种降低稻田面源污染侧渗的生态田埂，其特征在于生物碳带的原料为稻壳、玉米芯、芦苇或者秸秆。
6.根据权利要求5中所述的一种降低稻田面源污染侧渗的生态田埂，其特征在于粘土带剖面形状为矩形或者倒梯形。
7.根据权利要求6中所述的一种降低稻田面源污染侧渗的生态田埂，其特征在于砾石粒径为3～5mm。
8.根据权利要求7中所述的一种降低稻田面源污染侧渗的生态田埂，其特征在于砾石带的底部宽度为15cm，顶部宽度为15cm。
9.根据权利要求8中所述的一种降低稻田面源污染侧渗的生态田埂，其特征在于生物碳带的底部宽度为20cm，顶部宽度为20cm。
10.根据权利要求9中所述的一种降低稻田面源污染侧渗的生态田埂，其特征在于粘土带的底部宽度为25～30cm，顶部宽度为45～50cm。
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