CN104355410B - 一种控制稻田面源污染的生态拦截阻断系统 - Google Patents

一种控制稻田面源污染的生态拦截阻断系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种控制稻田面源污染的生态拦截阻断系统，其特征在于，包括生态沟渠和稻田湿地两部分：生态沟渠包括沟渠侧壁和沟渠底部，沟渠宽度方向上的横截面为上边较长、下边较短的梯形，沟壁和沟底均由正六边形砖孔拼接而成，沟壁布设有沟体绿化植物，沟底布设有挺水植物；田湿地构建于稻田排水末端，稻田湿地土壤表面比正常稻田表面低，稻田湿地中种植水稻，以从上游流经稻田和生态沟渠后的水作为灌溉水和肥料来源。本发明不仅增强了稻田系统的植物多样性及其可观赏性，而且减轻了稻田可能造成的农业面源污染的风险，同时可以提高稻田氮、磷的利用率。

Description

一种控制稻田面源污染的生态拦截阻断系统
技术领域
本发明属于面源污染控制技术领域，涉及一种控制农业面源污染，提高稻田氮、磷利用率的生态阻断系统。
背景技术
在我国，为了追求高产，农民往往过量使用化肥。过量的化肥投入对农田生态系统造成了冲击，使得我国农业面源污染负荷所占比重逐年增大，成为水体污染的主要来源之一。
目前已经公开了一些有效控制农业面源污染的专利成果。如CN1951837A公开了一种生态沟渠污水净化方法，主要对城镇生活污水和农田排水进行混合处理，依次流经粗格栅，沉砂池，细格栅，微生物处理池等，经过由复合介质过滤吸附床层区净化后得到可排放的净化水。CN202610035U公开了氮磷拦截治理农业污染的生态沟渠，主要以水生植物的种植为核心，通过生态沟渠、竹制浮床和渔网层来处理农业非点污染源。CN101696059A公开了一种适用于山地、丘陵农业耕作区的流域中对水体污染物质的阻拦、降解、吸收和利用的一种阻控农业面源污染的生态沟渠。这些生态沟渠或占地面积较大，或不适用于平原地区。
而关于人工湿地的应用，到目前为止大多是应用于污水处理中，如CN103708624A公开了一种针对污水处理现有技术中存在的供氧不足，净化效率低等问题的人工湿地系统。CN103288215A公开了一种防渗人工湿地系统。而关于湿地在稻田面源污染控制方面的应用却鲜有报道。
鉴于此，本试验就生态沟渠和稻田湿地构建的生态拦截阻断系统对稻田排水中氮磷的拦截机理进行了一定的研究，构建了一种控制稻田面源污染的新方法，为农业非点源污染防治探寻一条适合中国国情和地域特色的技术途径。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制农业面源污染，提高稻田氮、磷利用率的生态拦截阻断系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种控制稻田面源污染的生态拦截阻断系统，包括生态沟渠和稻田湿地两部分。
生态沟渠包括沟渠侧壁和沟渠底部，沟渠宽度方向上的横截面为上边较长、下边较短的梯形(如图3)。沟壁和沟底均由正六边形孔砖拼接而成，沟壁布设有沟体绿化植物，沟底布设有挺水植物作为生态沟渠的配套植物。
优选地，正六边形孔砖尺寸为外边10cm、内边6cm(如图2)。
优选地，由正六边形孔砖拼接而成的所述沟壁和沟底的排布方式为：在水泥板上均匀布孔，以利于种植于其上的植物构建。
优选地，沟渠表面宽度为1.2-1.5米，沟底宽度为0.5-0.8米，高度为1.0米。
优选地，沟垄高出田面水线25-30cm，以防止田面水溢流产生的水土流失。
优选地，沟壁布设的沟体绿化植物为狗牙根草，沟底布设的挺水植物为香根草、黄花莺尾、菖蒲等。
稻田湿地构建于稻田排水末端。稻田湿地土壤表面比正常稻田表面低，优选为低30cm。稻田湿地中种植水稻，以从上游流经稻田和生态沟渠后的水作为灌溉水和肥料来源，种植水稻的株行距根据种植品种来确定。
优选地，湿地面积控制为整个稻田面积的3％-5％。
以稻田为上游，利用生态沟渠和稻田湿地构建合理有效的生态拦截阻断系统，使得稻田中流失的氮、磷等元素成为水生植物和水稻的营养元素，从而达到稻田污染的少排放，甚至是零排放。生态沟渠中种植的水生植物和稻田湿地中种植的水稻以上游稻田排水中的氮、磷等元素作为天然营养源。这不仅增强了稻田系统的植物多样性及其可观赏性，而且减轻了稻田可能造成的农业面源污染的风险。通过水生作物生态沟渠和稻田湿地对氮、磷的拦截吸收作用，减少稻田生产对水体、环境的污染。
附图说明
图1是本发明控制农业面源污染，提高稻田氮、磷利用率的生态阻断系统实施例的结构示意图(单位：cm)；
图2是实施例中生态沟渠沟底和沟壁的六边形砖孔结构(单位：cm)；
图3是实施例中生态沟渠示意图(单位：cm)；
图4是实施例第1天生态沟渠和稻田湿地水体中总氮、氨态氮、硝态氮浓度；
图5是实施例第1天生态沟渠和稻田湿地水体中总磷和可溶性磷浓度；
图6是实施例第15天生态沟渠和稻田湿地水体中总氮、氨态氮、硝态氮浓度；
图7是实施例第15天生态沟渠和稻田湿地水体中总磷和可溶性磷浓度；
图8是实施例第32天生态沟渠和稻田湿地水体中总氮、氨态氮、硝态氮浓度；
图9是实施例第32天生态沟渠和稻田湿地水体中总磷和可溶性磷浓度；
图10是实施例第41天生态沟渠和稻田湿地水体中总氮、氨态氮、硝态氮浓度；
图11是实施例第41天生态沟渠和稻田湿地水体中总磷和可溶性磷浓度；
图12是实施例稻田湿地产量与不施肥的空白稻田、施肥的常规稻田产量的比较图。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
将本发明的控制农业面源污染，提高稻田氮、磷利用率的生态拦截阻断系统应用于某地农业面源污染拦截工程进行试验研究。研究范围长约270米，宽约55.5米，总面积1.4985平方公里(22.48亩)。
本发明根据该区域土壤和水体具体情况，设计一条用于控制农业面源污染，提高稻田氮、磷利用率的生态阻断系统，如图1所示，图中A为进水口，B为灌溉水流道，C为生态沟渠，D为稻田湿地，E为出水口。图中箭头为水流方向：在进入稻田湿地以前，水流从外河由东向西进入灌溉水流道，然后由北向南流入水稻田，再进入生态沟渠，然后还是由东向西流入稻田湿地，通过土方挖掘，使得稻田湿地中水由南向北流动，由与灌溉水相同的流道中的出水口E流入河体，流道中通过水闸将灌溉水和排水分隔开。即利用水稻田的排水作为稻田湿地的进水。如图3所示，所述的沟渠包括沟渠侧壁1和底部2，由正六边形多孔砖按照图2所示的方式排列而成。沟渠表面宽度(相邻两个沟垄3之间的距离)为1.5米，沟底宽度为0.75米，高度为1.0米。沟侧壁的空隙处填充耕作土，种植狗牙根草，沟底部分别种植挺水植物鸢尾，梭鱼草和再力花。
在稻田排水末端建立稻田湿地，使得流经生态沟渠的水体在回到河流之前进入稻田湿地，种植水稻花优14，株行距分别为12×30cm。
本实验选择在水稻种植期间，且降水量较大的6-10月进行。实验中在生态阻断拦截系统构建后的第1、15、32、42天分别对河水，进水口，生态沟渠、稻田湿地和出水口下雨期间水体中各氮和磷的成分进行分析，主要包括总磷、可溶性磷、总氮、氨态氮和硝态氮。分析结果见图4到图11。实验结果表明，该生态拦截阻断系统对于稻田氮、磷流失有较好的控制效果，整个系统对氮的平均去除率为57.47％，对于磷的平均去除率为54.82％。其中，生态沟渠对于氮的平均去除率为17.58％，对于磷的平均去除率为19.94％；稻田湿地对于氮的平均去除率为36.53％，对磷的平均去除率为31.55％。此外如图12所示，实验期稻田湿地收获水稻6750kg/hm2，与不施肥的稻田相比，增产4.44％。
这就说明该生态拦截系统不仅能够很好的控制稻田氮、磷流失对水体造成的面源污染，同时还可以实验水稻的增产，又有一定的经济价值。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种控制稻田面源污染的生态拦截阻断系统，其特征在于，包括生态沟渠和稻田湿地两部分：
生态沟渠包括沟渠侧壁和沟渠底部，沟渠宽度方向上的横截面为上边较长、下边较短的梯形，沟壁和沟底均由正六边形孔砖拼接而成，沟壁布设有沟体绿化植物，所述正六边形孔砖尺寸为外边10cm、内边6cm；
稻田湿地构建于稻田排水末端，稻田湿地土壤表面比正常稻田表面低，稻田湿地中种植水稻，以从上游流经稻田和生态沟渠后的水作为灌溉水和肥料来源；所述生态沟渠设置在所述正常稻田的下方，所述正常稻田中的水从所述生态沟渠的一侧流入，顺着水流方向依次在所述沟底布设有挺水植物鸢尾、梭鱼草和香根草；
所述稻田湿地面积占整个稻田面积的3％-5％；
所述稻田湿地的出水口与位于所述正常水稻的上方的灌溉水处于相同流道，所述流道中设置有水闸将灌溉水和排水分开。
2.如权利要求1所述的控制稻田面源污染的生态拦截阻断系统，其特征在于，由正六边形孔砖拼接而成的所述沟壁和沟底的排布方式为：在水泥板上均匀布孔。
3.如权利要求1所述的控制稻田面源污染的生态拦截阻断系统，其特征在于，所述沟渠的表面宽度为1.2-1.5米，沟底宽度为0.5-0.8米，高度为1.0米。
4.如权利要求1所述的控制稻田面源污染的生态拦截阻断系统，其特征在于，沟顶高出田面水线25-30cm。
5.如权利要求1所述的控制稻田面源污染的生态拦截阻断系统，其特征在于，沟壁布设的沟体绿化植物为狗牙根草。
6.如权利要求1所述的控制稻田面源污染的生态拦截阻断系统，其特征在于，稻田湿地土壤表面比正常稻田表面低30cm。
7.如权利要求1-6任一项所述的控制稻田面源污染的生态拦截阻断系统在提高稻田氮、磷利用率中的应用。
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