CN108163987B - 一种农业生产面源污染综合治理的人工湿地建造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种农业生产面源污染综合治理的人工湿地建造方法，属于农村水生态环境治理技术和农业绿色生态生产技术领域。本发明的步骤为：步骤一：将水稻种植区域划分成若干个人工湿地模块，每个模块面积为15亩‑25亩；步骤二：在人工湿地模块内四周挖掘一条回型渠，在回型渠内构建清水态水生态环境系统包括进行微生物改底，种植沉水植物，水生动物投放；本发明可解决农村水生态环境治理与农业生产无缝对接，该人工湿地生态系统能长期净化水质，全年保持水体清水状态，排出水水质达到地表III类，并处理一定量的外源污染水，收获的水稻、鱼、虾、蟹均为高品质原生态食品，秸秆生态还田。
Description
技术领域
本发明涉及农村水生态环境治理技术领域和农业绿色生态生产技术领域，更具体地说，涉及一种农业生产面源污染综合治理的人工湿地建造方法。
背景技术
农业生产中种植业使用的农药、化肥和秸秆以及养殖业产生的富含有机物的废水是造成农业生产面源污染的根本原因，也是农村水生态环境被严重破坏的主要原因。当前国家大力推进农业绿色发展，要求转变农业发展方式，保护产地环境，提升生态服务功能，构建人与自然和谐共生的农业发展新格局，因此推动形成绿色生态生产方式尤为重要。人工湿地是一个综合的生态系统，它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，在促进废水中污染物质良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最佳效益。稻田是最重要的人工湿地之一，目前推广的稻蟹、稻虾、稻鱼等生态循环种养模式就是采用了人工湿地特点，它解决了水稻生长过程中不施化肥及不喷农药问题，但稻田作为人工湿地最大的缺陷是一年中仅有三个月具备湿地功能，稻蟹、稻虾、稻鱼等生态循环种养模式全年也给外部环境带来了大量的养殖废水，这些种养方法无法全面有效的解决农业生产面源污染。因此需要构建一种农业生产面源污染综合治理的人工湿地，该湿地在农业生产中不使用化肥和农药、无养殖废水排放、秸秆生态还田，同时还能处理一定量的外源污染水。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供了一种农业生产面源污染综合治理的人工湿地建造方法，可以解决农村水生态环境治理与农业生产无缝对接，该人工湿地生态系统能长期净化水质，全年保持水体清水状态，排出水水质达到地表III类，并能处理一定量的外源污染水，收获的水稻、鱼、虾、蟹均为高品质原生态食品，并达到秸秆生态还田以避免污染大气。
2、技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种农业生产面源污染综合治理的人工湿地建造方法，其步骤为：
步骤一：根据地形高低特点、外河道水流走向和水环境污染状况将水稻种植区域划分成若干个人工湿地模块，模块间通过堤坝隔开，每个模块面积为15亩-25亩，堤坝的一侧开通进水口和出水口，进水口和出水口采用串联或并联方式用PVC管与外河道相连；
步骤二：在人工湿地模块内四周挖掘一条回型渠，在回型渠内进行微生物改底，调节水质，然后种植沉水植物，繁育水草，形成水下草坪和水下森林，再进行水生物投放，构建成一条回型草型清水态水体生态系统区，面积占人工湿地模块总面积的18％-22％；
步骤三：在回型渠的外侧修筑堤坝，并在水稻田和回型渠结合处修一田埂，还在回型渠上修筑一条便于耕机和收割机下田的机耕路，机耕路下埋保证回型渠完全贯通的涵管；
步骤四：在回型水生态系统区内安装四台水车式增氧机，分别安装在回型渠四个边中间或者四个角的位置，水车式增氧机对水体逆时针推流，改善湿地水体流动机制，增加湿地水体溶解氧；
步骤五：在湿地模块内水稻种植区面积占人工湿地模块总面积的78％-82％，四周修建田埂并安装防逃围网，如果稻田内高差超过5公分，则通过田间小埂将中间水稻种植区划分成2-4块平整的水稻种植区，如果外河道水环境较差，则上半年种植伊乐藻，以增加湿地净化能力，也为下半年水稻种植提高土壤肥力；
步骤六：2月份至6月份，人工湿地的水位控制在稻田以上50-80厘米处，在中间水稻种植区放养河蟹苗，7月份至10月份，人工湿地的水位控制在稻田以上5-15厘米处，撤除防逃围网，在中间水稻种植区内种植水稻并根据水稻生长要求调节人工湿地水位，11月份至1月份，人工湿地的水位控制在稻田以下5-10厘米处，将河蟹赶至回型水体生态系统区，水稻种植区开始晒田及收割水稻，回型水体生态系统区捕捞鱼、虾、蟹，沉水植物进入休眠期，安装防逃围网。
进一步地，所述的步骤二中的回型渠，底部宽为2-3米，深度为1-1.5米，坡比为1:1.2-1.5。
进一步地，所述的步骤二中的微生物改底是用光合细菌、有益放线菌和有益芽胞杆菌的混合微生物菌群建立健康稳定的底质，分二次使用，在消毒七日后，首次使用量为每亩20-50克，沉水植物种植成活后再次使用，用量为每亩50-80克。
进一步地，所述的步骤二中草型清水态水体生态系统区内三分之二的面积种植改良的苦草，种植采用插秧或抛秧方法，每平米150-200株，株间距为30-40厘米，2-3月份种植，经过3个月的扩繁可生成水下草坪，三分之一的面积种植轮叶黑藻，1-3月份使用芽孢种植，播种时应按行、株距50cm将芽苞3～5粒插入泥中，或者拌泥沙撒播。
进一步地，所述的改良的苦草和轮叶黑藻之间设置有拦草网。
进一步地，所述的步骤二中投放的水生动物主要包括肉食性鱼类和底栖动物。
进一步地，所述的步骤三中堤坝1高为0.8-1米，宽为1.5-2米，坡比为1:1.2-1.5，机耕路4宽为3-4米，涵管直径为0.8-1米，长为4-5米。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种农业生产面源污染综合治理的人工湿地建造方法，本发明通过水稻田四周建设回型草型清水态水体生态系统，利用沉水植物与水稻共同构建的人工湿地生态系统来净化水质，达到农业生产中全年无污染，作为湿地每日处理一定量的外源污染水，出水水质达到地表III类以上，生产的稻、鱼、虾、蟹均为原生态无公害的农产品，产品价值大幅提高。
(2)本发明的一种农业生产面源污染综合治理的人工湿地建造方法，本发明将水环境治理技术与农业生产有机地结合起来，彻底解决了农业生产中产生的面源污染问题，在农业生产面源污染综合治理领域有着比较明显的技术优势，是一种新型的农业绿色生态生产方式。
附图说明
图1为本发明的人造湿地模块示意图；
图2为本发明的回型渠结构示意图；
图3为本发明的135亩人造湿地模块化组合示意图。
图中：1、堤坝；2、进水口；3、出水口；4、机耕路；5、涵管；6、田埂；7、拦草网；8、水车式增氧机。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述：
实施例1
从图1和图2可以看出，本实施例的一种农业生产面源污染综合治理的人工湿地建造方法，步骤一：根据地形高低特点、外河道水流走向和水环境污染状况将水稻种植区域划分成若干个人工湿地模块，模块间通过堤坝1隔开，每个模块面积为15亩-25亩，堤坝1的一侧开通进水口2和出水口3，进水口2和出水口3采用串联或并联方式用PVC管与外河道相连；
步骤二：在人工湿地模块内四周挖掘一条回型渠，回型渠的底部宽为2-3米，深度为1-1.5米，坡比为1:1.2-1.5，在回型渠内进行微生物改底，微生物改底是用光合细菌、有益放线菌和有益芽胞杆菌的混合微生物菌群建立健康稳定的底质，分二次使用，在消毒七日后，首次使用量为每亩20-50克，沉水植物种植成活后再次使用，用量为每亩50-80克，调节水质，然后种植沉水植物，繁育水草，形成水下草坪和水下森林，再进行水生物投放，水生动物主要包括肉食性鱼类和底栖动物，构建成一条回型草型清水态水体生态系统区，面积占人工湿地模块总面积的18％-22％；草型清水态水体生态系统区内三分之二的面积种植改良的苦草，种植采用插秧或抛秧方法，每平米150-200株，株间距为30-40厘米，2-3月份种植，经过3个月的扩繁可生成水下草坪，三分之一的面积种植轮叶黑藻，1-3月份使用芽孢种植，播种时应按行、株距50cm将芽苞3～5粒插入泥中，或者拌泥沙撒播，改良的苦草和轮叶黑藻之间设置有拦草网7。
步骤三：在回型渠的外侧修筑堤坝1，堤坝1高为0.8-1米，宽为1.5-2米，坡比为1:1.2-1.5，机耕路4宽为3-4米，涵管直径为0.8-1米，长为4-5米，并在水稻田和回型渠结合处修一田埂6，还在回型渠上修筑一条便于耕机和收割机下田的机耕路4，机耕路4下埋保证回型渠完全贯通的涵管5；
步骤四：在回型水生态系统区内安装四台水车式增氧机8，分别安装在回型渠四个边中间或者四个角的位置，水车式增氧机8对水体逆时针推流，改善湿地水体流动机制，增加湿地水体溶解氧；
步骤五：在湿地模块内水稻种植区面积占人工湿地模块总面积的78％-82％，四周修建田埂6并安装防逃围网，如果稻田内高差超过5公分，则通过田间小埂将中间水稻种植区划分成2-4块平整的水稻种植区，如果外河道水环境较差，则上半年种植伊乐藻，以增加湿地净化能力，也为下半年水稻种植提高土壤肥力；
步骤六：2月份至6月份，人工湿地的水位控制在稻田以上50-80厘米处，在中间水稻种植区放养河蟹苗，7月份至10月份，人工湿地的水位控制在稻田以上5-15厘米处，撤除防逃围网，在中间水稻种植区内种植水稻并根据水稻生长要求调节人工湿地水位，11月份至1月份，人工湿地的水位控制在稻田以下5-10厘米处，将河蟹赶至回型水体生态系统区，水稻种植区开始晒田及收割水稻，回型水体生态系统区捕捞鱼、虾、蟹，沉水植物进入休眠期，安装防逃围网。
本实施例为15亩人造湿地模块建造方法，选择11月份水稻收割后开始挖掘修筑回型渠，包括：挖掘回型渠，其底部宽为2米，深度为1米，坡比为1:1.2；在回型渠的外侧修筑堤坝，其高为0.8米，宽为1.5米，坡比为1:1.2；修筑田埂：水稻田与回型渠结合处修一高为0.2米宽为0.5米的田埂；修筑机耕路：为便于耕机和收割机下田，在回型渠上修筑一条宽3.5米机耕路，机耕路下埋直径0.8米，长4米涵管用于回型渠完全贯通。回型渠面积3.3亩占人工湿地模块面积的22％，水稻种植面积11.7亩占人工湿地模块面积的78％。
从2月底开始构建人工湿地生态系统，包括：回型渠的消毒：回型渠放水20厘米，按回型渠面积计量用生石灰和茶籽饼各50公斤每亩，沿回型渠全池泼洒；微生物接种：将含有光合细菌、有益放线菌和有益芽胞杆菌的混合微生物菌群全池喷洒回型渠，首次使用在消毒七日后，用量按回型渠面积计量，每亩30克，沉水植物种植成活后再次使用，用量60克/亩，每次喷洒后增氧循环系统24小时开启；沉水植物种植：如图2所示在回型渠内安装拦草网，拦草网采用30目宽度60厘米的聚乙烯材料，用浮球牵引自水面向下安装，将回型渠分成2个区域，三分之二的区域种植改良的苦草，种植采用插秧方法，每平米150株，株间距30公分，三分之一的区域种植轮叶黑藻，按行、株距50厘米将芽苞5粒插入泥中；水生动物投放：在中间稻田田埂内侧安装防逃网，逐渐升高水位，到3月中旬水位升高至稻田以上10厘米上下，按回型渠面积计量，稻田内投放规格为40只/Kg河蟹苗6公斤每亩，回型渠内投放规格为100g/尾鳜鱼3尾每亩、规格为体长1.5cm青虾20公斤每亩、规格为直径为1cm环棱螺20公斤每亩。
人工湿地运行维护，包括：曝气循环：3月份-11月份启动曝气循环系统，每天上午五点启动，八点停止；下午四点启动，七点停止；有时根据水质状况，增加或缩短运行时间，但在微生物接种、人工湿地进水、遇到污染突发事件时，24小时开启曝气循环设备；水位调节：3月份水位升高至稻田以上60厘米上下，水生动物投放后，人工湿地进入运行维护期，至11月份水稻收割、捕捞虾蟹后结束。水位调节分三个阶段，第一阶段是3月份-6月份，水位控制在稻田以上60厘米上下，第二阶段是7月份-10月份，水位控制在稻田以上10厘米上下，第三阶段是11月份-2月份水位控制在稻田以下10厘米上下。本例进水管与出水管采用φ160PVC管；原生态种养：本例在农业生产中不使用任何外来肥料及农药，不投喂任何饲料，湿地全年保持了清水态水体生态系统。通过进出水流动调节，每日可处理外源污染水600吨，出水水质达到地表III类。
表1是本例在安徽省马鞍山市博望区丹阳镇八卦村示范基地于2016年11月-2017年12月期间农业生产产出，农产品均为原生态产品。
表1：2017年本例与周边稻蟹(虾)共生田及普通水稻田对比
实施例2
本实施例的一种农业生产面源污染综合治理的人工湿地建造方法，其步骤与实施例1相同。
本实例为25亩人造湿地模块建造方法，选择11月份水稻收割后开始挖掘修筑回型渠，包括：挖掘回型渠，其底部宽为2米，深度为1米，坡比为1:1.2；在回型渠的外侧修筑堤坝，其高为0.8米，宽为1.5米，坡比为1:1.2；修筑田埂：水稻田与回型渠结合处修一高为0.2米宽为0.5米的田埂；修筑机耕路：为便于耕机和收割机下田，在回型渠上修筑一条宽3.5米机耕路，机耕路下埋直径0.8米，长4米涵管用于回型渠完全贯通。回型渠面积4.5亩占人工湿地模块面积的18％，水稻种植面积20.5亩占人工湿地模块面积的82％。
从2月底开始构建人工湿地生态系统，包括：回型渠的消毒：回型渠放水20厘米，按回型渠面积计量用生石灰和茶籽饼各50公斤每亩沿回型渠全池泼洒；微生物接种：将含有光合细菌、有益放线菌和有益芽胞杆菌的混合微生物菌群全池喷洒回型渠，首次使用在消毒七日后，用量按回型渠面积计量每亩30克，沉水植物种植成活后再次使用，用量60克/亩，每次喷洒后增氧循环系统24小时开启；沉水植物种植：如图2所示在回型渠内安装拦草网，拦草网采用30目宽度60厘米的聚乙烯材料，用浮球牵引自水面向下安装，将回型渠分成2个区域，三分之二区域种植改良的苦草，种植采用插秧方法，每平米150株，株间距30公分，三分之一区域种植轮叶黑藻，按行、株距50厘米将芽苞5粒插入泥中；水生动物投放：在中间稻田田埂内侧安装防逃网，逐渐升高水位，到3月中旬水位升高至稻田以上10厘米上下，在中间水稻种植区种植伊乐藻，将伊乐藻剪成10-15cm一条，一株15条左右，按照横向5m一株和竖向3m一株栽下，随后将水位控制在稻田以上60厘米上下，按回型渠面积计量，稻田内投放规格为40只/Kg河蟹苗6公斤每亩，回型渠内投放规格为100g/尾鳜鱼3尾每亩、规格为体长1.5cm青虾20公斤每亩、规格为直径为1cm环棱螺20公斤每亩。
人工湿地运行维护，包括：曝气循环：3月份-11月份启动曝气循环系统，每天上午五点启动，八点停止；下午四点启动，七点停止；有时根据水质状况，增加或缩短运行时间，但在微生物接种、人工湿地进水、遇到污染突发事件时，24小时开启曝气循环设备；水位调节：3月份水位升高至稻田以上60厘米上下，水生动物投放后，人工湿地进入运行维护期，至11月份水稻收割、捕捞虾蟹后结束。水位调节分三个阶段，第一阶段是3月份-6月份，水位控制在稻田以上60厘米上下，第二阶段是7月份-10月份，水位控制在稻田以上10厘米上下，此时间段高温造成伊乐藻腐烂肥田，增加了稻田肥力，第三阶段是11月份-2月份水位控制在稻田以下10厘米上下。本例进、出水管采用φ160PVC管；原生态种养：本例在农业生产中不使用任何外来肥料及农药，不投喂任何饲料，湿地全年保持了清水态水体生态系统。通过进出水流动调节，每日可处理外源污染水600吨，出水水质达到地表III类。
表2：2017年本例与周边稻蟹(虾)共生田及普通水稻田对比
实施例3
本实施例的一种农业生产面源污染综合治理的人工湿地建造方法，其步骤与实施例1相同。
本实施例为135亩人造湿地模块化组合建造，根据地形高低特点、灌溉用水走向将水稻种植区域划分成6块人工湿地模块，每个模块面积为15亩、18亩、23亩、24亩、25亩和25亩，合计130亩；模块间通过堤坝隔开，堤坝宽度为1.5米，中间为宽度为4米的机耕路，堤坝和机耕路占地约5亩；由于外源水污染达到了地表水劣Ⅴ类水质，因而本例采用加大水稻种植区面积，即选用20亩以上湿地模块较多，回型水体生态系统区总计24.6亩，占135亩人工湿地面积的18.2％。中间稻田种植区总计105.4亩，占135亩人工湿地面积的78.1％，堤坝和机耕路占地5亩，占135亩人工湿地面积的3.7％，每个湿地模块挖掘的回型渠均为底部宽2米，深度1米，坡比1:1.2。机耕路下埋出水管，出水管采用φ50水泥管，每个湿地模块通过窨井与出水管相连，连接用φ160PVC管材；进水采用串联或并联方式，通过φ160PVC管与水井相连，用水泵将外河道水泵入水井，每个湿地模块可单独进水；依从高到底的相邻湿地模块用PVC管连通，PVC管采用φ160埋在堤坝下30厘米处。
本例湿地模块人工湿地生态系统的构建及运行维护方法同实施例2。
表3：2017年本例与周边稻蟹(虾)共生田及普通水稻田对比
本发明的一种农业生产面源污染综合治理的人工湿地建造方法，本发明通过水稻田四周建设回型草型清水态水体生态系统，利用沉水植物与水稻共同构建的人工湿地生态系统来净化水质，达到农业生产中全年无污染，作为湿地还能处理一定量的外源污染水，出水水质达到地表III类以上，生产的稻、鱼、虾、蟹均为原生态无公害的农产品，产品价值大幅提高。本发明将水环境治理技术与农业生产有机地结合起来，彻底解决了农业生产中产生的面源污染问题，在农业生产面源污染综合治理领域有着比较明显的技术优势，是一种新型的农业绿色生态生产方式。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的方法并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种农业生产面源污染综合治理的人工湿地建造方法，其特征在于：其步骤为：
步骤一：根据地形高低特点、外河道水流走向和水环境污染状况将水稻种植区域划分成若干个人工湿地模块，模块间通过堤坝(1)隔开，每个模块面积为15亩-25亩，堤坝(1)的一侧开通进水口(2)和出水口(3)，进水口(2)和出水口(3)采用串联或并联方式用PVC管与外河道相连；
步骤二：在人工湿地模块内四周挖掘一条回型渠，在回型渠内进行微生物改底，调节水质，然后种植沉水植物，繁育水草，形成水下草坪和水下森林，再进行水生物投放，构建成一条回型草型清水态水体生态系统区，面积占人工湿地模块总面积的18％-22％；
步骤三：在回型渠的外侧修筑堤坝(1)，并在水稻田和回型渠结合处修一田埂(6)，还在回型渠上修筑一条便于耕机和收割机下田的机耕路(4)，机耕路(4)下埋保证回型渠完全贯通的涵管(5)；
步骤四：在回型草型清水态水体生态系统区内安装四台水车式增氧机(8)，分别安装在回型渠四个边中间或者四个角的位置，水车式增氧机(8)对水体逆时针推流，改善湿地水体流动机制，增加湿地水体溶解氧；
步骤五：在湿地模块内水稻种植区面积占人工湿地模块总面积的78％-82％，四周修建田埂(6)并安装防逃围网，如果稻田内高差超过5公分，则通过田间小埂将中间水稻种植区划分成2-4块平整的水稻种植区，如果外河道水环境较差，则上半年种植伊乐藻，以增加湿地净化能力，也为下半年水稻种植提高土壤肥力；
步骤六：2月份至6月份，人工湿地的水位控制在稻田以上50-80厘米处，在中间水稻种植区放养河蟹苗，7月份至10月份，人工湿地的水位控制在稻田以上5-15厘米处，撤除防逃围网，在中间水稻种植区内种植水稻并根据水稻生长要求调节人工湿地水位，11月份至1月份，人工湿地的水位控制在稻田以下5-10厘米处，将河蟹赶至回型草型清水态水体生态系统区，水稻种植区开始晒田及收割水稻，回型草型清水态水体生态系统区捕捞鱼、虾、蟹，沉水植物进入休眠期，安装防逃围网。
2.根据权利要求1所述的一种农业生产面源污染综合治理的人工湿地建造方法，其特征在于：所述的步骤二中的回型渠，底部宽为2-3米，深度为1-1.5米，坡比为1:1.2-1.5。
3.根据权利要求1所述的一种农业生产面源污染综合治理的人工湿地建造方法，其特征在于：所述的步骤二中的微生物改底是用光合细菌、有益放线菌和有益芽胞杆菌的混合微生物菌群建立健康稳定的底质，分二次使用，在消毒七日后，首次使用量为每亩20-50克，沉水植物种植成活后再次使用，用量为每亩50-80克。
4.根据权利要求1所述的一种农业生产面源污染综合治理的人工湿地建造方法，其特征在于：所述的步骤二中草型清水态水体生态系统区内三分之二的面积种植改良的苦草，种植采用插秧或抛秧方法，每平米150-200株，株间距为30-40厘米，2-3月份种植，经过3个月的扩繁可生成水下草坪，三分之一的面积种植轮叶黑藻，1-3月份使用芽孢种植，播种时应按行、株距50cm将芽苞3～5粒插入泥中，或者拌泥沙撒播。
5.根据权利要求4所述的一种农业生产面源污染综合治理的人工湿地建造方法，其特征在于：所述的改良的苦草和轮叶黑藻之间设置有拦草网(7)。
6.根据权利要求1所述的一种农业生产面源污染综合治理的人工湿地建造方法，其特征在于：所述的步骤二中投放的水生物包括肉食性鱼类和底栖动物。
7.根据权利要求1所述的一种农业生产面源污染综合治理的人工湿地建造方法，其特征在于：所述的步骤三中堤坝(1)高为0.8-1米，宽为1.5-2米，坡比为1:1.2-1.5，机耕路(4)宽为3-4米，涵管直径为0.8-1米，长为4-5米。
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