CN105064302A - 削减土壤氮磷流失的田间沟渠构建方法和田间沟渠系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种削减土壤氮磷流失的田间沟渠构建方法和田间沟渠系统。本发明科学地利用现有畦沟相间的传统农田生态系统，在畦沟相间农田中，以田块为单元，将田块中各自独立的畦间水沟修整串联为一条平行沟与垂直沟相间的多弯道水沟，多弯道水沟的一端连接进水口，另一端连接出水口，水流从进水口流向出水口，由此大大加长了田块中的水沟长度，进一步利用水生植物构建植生沟，水流经过水生植物沟段时，可延长水力停留时间，水中氮、磷一部分因水生植物吸收利用而得到削减，另一部分沉淀积累于水沟底泥中，通过水生植物的生长消耗，削减水沟中的氮、磷元素，从而减少田间水沟的氮、磷排放量，很好地实现削减土壤氮、磷流失的目的。

Description

削减土壤氮磷流失的田间沟渠构建方法和田间沟渠系统

技术领域

本发明涉及农业非点源污染控制领域，具体涉及一种削减土壤氮磷流失的田间沟渠构建方法和田间沟渠系统。

背景技术

氮、磷是促进农业持续发展的根本要素，施用氮、磷肥料是实现粮食增产最有效的措施之一。但是，过量施用氮、磷肥料也带来了令人担忧的非点源污染问题，土壤中的氮、磷随农田径流排放进入水体或下渗进入地下水，会引起水体的富营养化，从而直接威胁到地下水和饮用水的安全。珠江三角洲河网密布，农田沟渠系统发达，为适应地下水位较高的条件下进行旱作，普遍采用畦沟相间的农田生态系统，以一定的比例挖深沟．利用挖沟的泥土起高畦，沟中长期保持水层，畦面进行旱作，沟可利用于养殖或种植，但现状多数沟均空闲，仅用于浇水、施肥和田间操作等。由于地下水位高，田间沟渠排水无序，汛期田块积涝常有发生。据调查测定，这种结构的菜地，土壤氮、磷，尤其是一次撒施化肥后，很大一部分氮、磷随浇水或降雨流失到沟内，经田间排水系统进入江河湖泊等水体。虽然目前已有许多关于利用水生植物建立生态沟渠来削减氮磷进入水体的技术，但多考虑在农田主排灌沟（渠）上实施，而对于田间小水沟未于重视，也缺乏实施技术方案。事实上，对于畦沟相间的农田生态系统，旱作过程中土壤流失的氮、磷首先进入畦间小沟积累，之后通过农田排水系统排放。因此，畦间水沟是土壤氮、磷流失的关键源区。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对田间沟渠的土壤氮磷流失技术问题，提供一种削减土壤氮磷流失的田间沟渠构建方法。

本发明要解决的另一技术问题是提供实现所述方法的田间沟渠系统。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

提供一种削减土壤氮磷流失的田间沟渠构建方法，包括以下步骤：

S1.修整田块水沟，疏通畦间每条横向水沟，使畦与横向水沟相间设置；

S2.分别在相邻两畦相对的两端沿田块开纵向水沟，所述纵向水沟连通与相邻两畦相间设置的两条横向水沟，形成横向水沟、纵向水沟、横向水沟、纵向水沟依次相连通的水沟单元，所述水沟单元依次连接多弯道水沟，所述多弯道水沟的一端连接进水口，另一端连接出水口，水流从进水口流向出水口；

S3.以横向水沟为段，在横向水沟上种植水生植物，形成水生植物隔段分布的格局。

按照本发明方法，水流从进水口流向出水口，土壤流失至沟中的氮、磷大部分可通过水生植物吸收利用或积淀于水沟底泥中，从而达到减少农田氮、磷流失的目的。

本发明所述的横向和纵向为相对的概念，若横向水沟的长度比纵向水沟的长度长，则在横向水沟分段种植水生植物，如果纵向水沟的长度比横向水沟的长度长，则在纵向水沟中分段种植水生植物，依此类推。

优选地，所述横向水沟与横向水沟之间相互平行，所述纵向水沟与横向水沟相互垂直。

优选地，所述水生植物的种植采用隔段种植的方法，所述隔段种植的方法可以采用在每一条横向水沟中分段种植，或者，在一条横向水沟中全部种植水生植物，在与其相邻的一条横向水沟不种植水生植物。采用隔段种植水生植物的方法在实现本发明削减土壤氮、磷流失的目的的同时，很好地保留了畦间水沟用于浇水、施肥及田间操作的功能；还可以是在一条横向水沟中分段种植水生植物，在与其相邻的一条横向水沟不种植水生植物。

优选地，所述水生植物为挺水草本植物。所述水生植物优选挺水植物且低矮、无蔓沿生长习性的品种，以使水生植物扎根水沟中生长而又不至于蔓沿至畦面上影响农作物的生长。水流经过水生植物沟段时，可延长水力停留时间，水中氮、磷一部分因水生植物吸收利用而得到削减，另一部分沉淀积累于水沟底泥中。

本发明同时提供一种实现上述构建方法的田间沟渠系统，包括进水口、畦沟相间的田块和出水口，所述畦沟相间的田块中设置多弯道水沟，所述多弯道水沟的一端连接进水口，另一端连接出水口，水流从进水口流向出水口；所述多弯道水沟包括若干连通的水沟单元，每一水沟单元包括依次连通的横向水沟、纵向水沟、横向水沟和纵向水沟；所述横向水沟与所述畦相间设置，所述纵向水沟设置于所述畦的一端，相邻两个畦的纵向水沟设置于相对方向。

优选地，所述多弯道水沟设置有水生植物种植区，优选设置于横向水沟，通过水生植物的生长消耗，削减水沟中的氮、磷元素，从而减少田间水沟的氮、磷排放量，进一步实现本发明技术削减土壤氮、磷流失的目的。

进一步优选地，所述水生植物种植区为隔段设置。

优选地，所述横向水沟与纵向水沟的长度比例为10～12：1；进一步优选地，所述横向水沟与纵向水沟的长度比例为23.4:2.26。

进一步优选地，所述田块面积为570m²，横向水沟为11条，每条沟长23.4m，所述多弯道水沟长约280m。

本发明的有益效果：

本发明科学地利用现有畦沟相间的传统农田生态系统，在畦沟相间农田中，以田块为单元，将田块中各自独立的畦间水沟修整串联为一条平行沟与垂直沟相间的多弯道水沟，多弯道水沟的一端连接进水口，另一端连接出水口，水流从进水口流向出水口，由此大大加长了田块中的水沟长度，进一步利用水生植物构建植生沟，水流经过水生植物沟段时，可延长水力停留时间，水中氮、磷一部分因水生植物吸收利用而得到削减，另一部分沉淀积累于水沟底泥中，通过水生植物的生长消耗，削减水沟中的氮、磷元素，从而减少田间水沟的氮、磷排放量，很好地实现削减土壤氮、磷流失的目的。

进一步地，本发明在水沟中隔段种植水生植物，采用隔段种植方案，在实现本发明削减土壤氮、磷流失的目的的同时，很好地保留了畦间水沟用于浇水、施肥及田间操作的功能。

采用本发明方法削减土壤氮和磷的流失量分别可达到80%以上和70%以上，与对照沟渠相比，土壤氮、磷流失削减作用显著。

附图说明

图1本发明系统结构示意图。

图2本发明隔段种植水生植物的系统结构示意图。

图3本发明隔段种植水生植物的系统结构示意图。

图4本发明方法对总氮的去除效果。

图5本发明方法对硝态氮的去除效果。

图6本发明方法对总磷的去除效果图。

图7本发明方法对可溶性磷的去除效果图。

图8本发明方法对总氮的去除效果。

图9本发明方法对硝态氮的去除效果。

图10本发明方法对总磷的去除效果图。

图11本发明方法对可溶性磷的去除效果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。

实施例1

本实施例提供一种田间沟渠系统，如附图1所示，包括进水口7、畦沟相间的田块和出水口8，所述畦沟相间的田块中设置多弯道水沟，所述多弯道水沟的一端连接进水口7，另一端连接出水口8，水流从进水口7经多弯道水沟流向出水口8；所述多弯道水沟包括若干连通的水沟单元，第一水沟单元包括依次连通的横向水沟2、纵向水沟5、横向水沟4和纵向水沟6，其他水沟单元依此类推；所述横向水沟与所述畦相间设置，所述纵向水沟设置于所述畦的一端，相邻两个畦的纵向水沟设置于相对方向。

如附图1所示，横向水沟2、畦1、横向水沟4和畦3相间设置，在畦1的一端开有纵向水沟5，在畦3的一端开有纵向水沟6，纵向水沟5和纵向水沟6经横向水沟4连通。

在所述横向水沟可以设置有水生植物种植区，种植水生植物，通过水生植物的生长消耗，削减水沟中的氮、磷元素，从而减少田间水沟的氮、磷排放量，进一步实现本发明技术削减土壤氮、磷流失的目的。

所述水生植物的种植采用隔段种植的方法，所述隔段种植的方法可以是采用在同一条横向水沟4中分段种植水生植物10，如附图2所示。

或者，在一条横向水沟中全部种植水生植物，在与其相邻的一条横向水沟不种植水生植物。如附图3所示。

采用隔段种植水生植物的方法在实现本发明削减土壤氮、磷流失的目的的同时，很好地保留了畦间水沟用于浇水、施肥及田间操作的功能。

该田块四周设置田埂9。

实施例2应用实验

本实施例参照本发明方法和实施例1所述系统的构建方法，选择广州城郊蔬菜基地畦沟相间的田块进行实验。实施试验于2014年进行。

该田块面积570m²，常年种植蔬菜。原畦间水沟11条，每条沟长23.4m，田块排水无序。蔬菜种植施肥多以撒施方式，一季蔬菜追施氮、磷肥5～6次，畦间水沟氮、磷含量普遍较高。按本发明方法于当年2月中旬修整田块水沟，先行疏通畦间水沟，之后沿田块纵向在畦的两端开沟，连通畦间每条水沟，使之形成一条长约280m、平行沟与垂直沟相间的多弯道水沟。选择挺水草本植物，以平行沟为段，在水沟上分段种植，形成水生植物隔段分布的格局，水沟一端连接进水口，另一端连接出水口，水流从进水口流向出水口，土壤流失至沟中的氮、磷大部分可通过水生植物吸收利用或积淀于水沟底泥中，从而达到减少农田氮、磷流失的目的。

具体实施方法如下：在城郊蔬菜基地选择畦沟相间的田块，将田块原有畦间水沟疏通，在田块纵向垂直于畦沟方向上，排序为单数的畦，于畦的右端开沟并连通畦上下两侧的水沟；畦的左端则堵上不让畦上侧水沟的水流过。排序为双数的畦，则相反，于畦的左端开沟并连通畦上下两侧的水沟；畦的右端则堵上不让畦上侧水沟的水流过。最终形成一条全长280mm、平行沟与垂直沟相间分布的水沟，沟的上游一端与田块沟渠相接，为入水口；下游一端与田块外沟渠相接，为出水口。在水沟上分段种植水生植物，排序为单数的平行沟种植挺水草本植物（品种选用睡美人作为说明的举例，但并不因此限定本发明）。排序为双数的平行沟则保留为水沟使用，用于日常浇水及田间管理。模拟田间水沟氮、磷含量，先行排空水沟积水，然后在进水端灌入含氮、磷一定浓度的水，水量约为水沟积水排空量。灌水后在不同时段即不同水力停留时间分别在每段水生植物前端及末端、水沟进水口和出水口采集水样测定氮、磷含量，采样时间分别为灌水后0、6、12、24、48、72小时。另选一畦沟相间的田块作为对照田块，畦间水沟不处理，实施同样的排水、灌水试验，测定不同水力停留时间的氮、磷含量，所得数据作为对照比较。

试验结果见图4～10所示，附图4～10中，a为对照田块，b为本发明系统田块。结果表明，本发明技术构建的系统，对氮、磷有明显的削减作用，对总氮、硝态氮的削减率平均分别可达86.8%、87.5%，比对照分别提高25.2%、11.1%，对总磷、可溶磷的削减率平均可达36.5%、49.6%，比对照提高9.5%、27.4%。

Claims (10)

1.一种削减土壤氮磷流失的田间沟渠构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.修整田块水沟，疏通畦间每条横向水沟，使畦与横向水沟相间设置；

S2.分别在相邻两畦相对的两端沿田块开纵向水沟，所述纵向水沟连通与相邻两畦相间设置的两条横向水沟，形成横向水沟、纵向水沟、横向水沟、纵向水沟依次相连通的水沟单元，所述水沟单元依次连接多弯道水沟，所述多弯道水沟的一端连接进水口，另一端连接出水口，水流从进水口流向出水口；

S3.以横向水沟为段，在横向水沟上种植水生植物，形成水生植物隔段分布的格局。

2.根据权利要求1所述削减土壤氮磷流失的田间沟渠构建方法，其特征在于，所述横向水沟与横向水沟之间相互平行，所述纵向水沟与横向水沟相互垂直。

3.根据权利要求1所述削减土壤氮磷流失的田间沟渠构建方法，其特征在于，所述水生植物的种植采用隔段种植。

4.根据权利要求3所述削减土壤氮磷流失的田间沟渠构建方法，其特征在于，所述隔段种植是在每一条横向水沟中分段种植；

或者，在一条横向水沟中全部种植水生植物，在与其相邻的一条横向水沟不种植水生植物；

或者，在一条横向水沟中分段种植水生植物，在与其相邻的一条横向水沟不种植水生植物。

5.根据权利要求1所述削减土壤氮磷流失的田间沟渠构建方法，其特征在于，所述水生植物为挺水草本植物。

6.一种实现权利要求1至5任一项所述构建方法的田间沟渠系统，其特征在于，包括进水口、畦沟相间的田块和出水口，所述畦沟相间的田块中设置多弯道水沟，所述多弯道水沟的一端连接进水口，另一端连接出水口，水流从进水口流向出水口；所述多弯道水沟包括若干连通的水沟单元，每一水沟单元包括依次连通的横向水沟、纵向水沟、横向水沟和纵向水沟；所述横向水沟与所述畦相间设置，所述纵向水沟设置于所述畦的一端，相邻两个畦的纵向水沟设置于相对方向。

7.根据权利要求6所述田间沟渠系统，其特征在于，所述多弯道水沟设置有水生植物种植区。

8.根据权利要求7所述田间沟渠系统，其特征在于，所述水生植物种植区隔段设置。

9.根据权利要求6所述田间沟渠系统，其特征在于，所述水生植物种植区设置于横向水沟。

10.根据权利要求6所述田间沟渠系统，其特征在于，所述横向水沟与纵向水沟的长度比例为10～12：1。