CN109678299A - 一种紫色土旱坡地农业面源污染三级生态防控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫色土旱坡地农业面源污染三级生态防控系统,包括:山坪塘系统、梯级水田系统以及人工湿地系统;山坪塘系统设置于垂直于等高线且距离坡顶2/3处;梯级水田系统设置于垂直于等高线且位于山坪塘下方;人工湿地系统设置于垂直于等高线且位于水田系统下方;山坪塘系统、梯级水田系统以及人工湿地系统之间通过生态沟渠进行串联;本发明能够实现农业面源污染的多级防控,达到控制面源污染的目的,使排出的水体达到Ⅱ类水标准,且能实现环境友好,使流失的氮磷营养元素再利用,保护土壤结构,实现土壤可持续利用。并将系统中种植的强吸收氮磷的植物用做绿肥和饲料,减少化肥的使用,从而减少能源的消耗。
Description
技术领域
本发明涉及农业面源污染防控领域,具体地说,特别涉及一种紫色土旱坡地农业面源污染三级生态防控系统。
背景技术
农业面源污染是指在农业生产活动中,农田中的泥沙、营养盐等其他污染物,在降水或灌溉的过程中,通过农田地表径流、壤中流、农田排水和地下渗漏,进入水体而形成的面源污染。农业面源污染是自然因素和人为因素共同作用下产生的,强降水为地表径流的产生和冲刷提供了物质和动力条件,在低山及低山丘陵区,农业面源污染尤为严重。
过量和不合理施用化肥所带来的养分流失成为我国农业面源污染最主要的来源之一。过量施肥容易破坏土壤结构,使土壤板结、酸化,加速了土壤养分的流失。三峡库区水土流失严重,加上农民的不合理的耕种方式和过量施肥,耕地中剩余的化肥等污染物随着土壤侵蚀和地表径流进入水体,从而造成农业面源污染。
三峡库区是长江中上游地区重要的生态屏障区,对整个长江流域生态安全发挥着重要作用。三峡库区地貌类型以低山丘陵为主,坡度大于15°的农用地占49.1%,耕地中约有60%为坡耕地,抗蚀性较差的紫色土占库区总面积的70%以上,森林植被人为破坏较为严重,加之降雨相对集中,使诱发三峡库区农业面源污染发生的风险加大。三峡水库蓄水后,库区水面变宽、水体流速变缓,水环境由原来典型的河流水体转变为类似湖泊水体,水体对污染物的自净能力减弱,水环境容量降低。三峡库区作为全国极为重要的敏感生态经济区,农业面源污染发生的可能性和危害性均十分显著,库区日趋严重的农业面源污染问题亟待解决。
目前三峡库区紫色土坡耕地农业面源污染严重,其防控研究少,且只关注源头污染,从合理施肥的来缓解氮磷的释放量,只从氮磷的释放量去控制面源污染,并未利用多级串联防控,将流失的氮磷营养元素再利用,来达到减少面源污染的目的,尤其没有关注三峡库区坡耕地农业面源污染的生态防控及流失氮磷的再利用,减少对肥料能源的消耗。
发明内容
为了解决现有技术的问题,本发明实施例提供了一种紫色土旱坡地农业面源污染三级生态防控系统。所述技术方案如下:
一方面,提供了一种紫色土旱坡地农业面源污染三级生态防控系统,包括:山坪塘系统、梯级水田系统以及人工湿地系统;所述山坪塘系统设置于垂直于等高线且距离坡顶2/3处;所述梯级水田系统设置于垂直于等高线且位于山坪塘下方;所述人工湿地系统设置于垂直于等高线且位于水田系统下方;所述山坪塘系统、梯级水田系统以及人工湿地系统之间通过生态沟渠进行串联;
旱坡地各地块边缘以生态沟渠连接,将径流引入所述山坪塘系统中;所述山坪塘系统前设置有第一沉沙凼;所述梯级水田系统前设置有消力池;所述人工湿地系统前设置有第二沉沙凼;所述人工湿地系统与汇水口之间设置有第三沉沙凼;
其中,坡耕旱地与水田面积之比约为5:3-5:2;旱坡地地表径流在系统中的消纳时间为两次降雨的间隔。
进一步地,所述山坪塘系统包括山坪塘的容积及其中种植吸收氮磷强的植物,连接山坪塘及各地块的生态沟渠,以及生态沟渠底部种植的沉水植物和挺水植物,沟壁种植的牧草。
进一步地,所述山坪塘系统为二级梯式布置,水流进入一级山坪塘一端,然后从另一端进入二级山坪塘。所述山坪塘系统总容积约为500m3。
进一步地,所述山坪塘为长方形,长边垂直于坡体等高线,长宽比为2:1-1.5:1。
进一步地,生态沟渠底部种植沉水植物马来眼子菜和菹草,挺水植物菖蒲,渠壁种植牧草,生态沟渠纵面为梯形,宽度与深度比约为3:5-4:5,其沟壁呈30°—45°。
进一步地,所述梯级水田系统为垂直于等高线布置的若干梯级水田单元,每个单元规格长宽比例为2:1,所述梯级水田系统总容积大于容纳山坪塘系统径流量。
进一步地,所述梯级水田单元通过串联的方式连接,即径流进入第一级水田单元的一端,从另一端排出进入下一级水田单元。
进一步地,所述人工湿地系统为垂直于等高线布置的三级梯式人工湿地地块,所述湿地地块形状为长方形,长宽比约为2:1,且径流通过一级湿地一端进入,另一端排出然后进入下一级湿地,之后汇入江河。
进一步地,所述消力池为减小山坪塘排水对生态沟渠的冲击,为条石砌筑,规格为1-2m3。
进一步地,所述第一沉沙凼为拦截旱坡地各地块径流中的泥沙,其规格为1-2m3;所述第二沉沙凼为拦截水田系统排水中携带的泥沙,其规格为1-2m3;所述第三沉沙凼为拦截水流从湿地中携带的泥沙,其长宽高比为3:2:1。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
本发明提出一种紫色土坡耕地农业面源污染三级生态防控系统及方法,能够实现农业面源污染的多级防控,达到控制面源污染的目的,使排出的水体达到Ⅱ类水标准,且能实现环境友好,使流失的氮磷营养元素再利用,保护土壤结构,实现土壤可持续。并将系统中种植的强吸收氮磷的植物用做绿肥和饲料,减少化肥的使用,从而减少能源的消耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种紫色土旱坡地农业面源污染三级生态防控系统的俯视图;
图2是本发明实施例的一种紫色土旱坡地农业面源污染三级生态防控系统的截面图;
图3是本发明实施例的生态沟渠的纵图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明提供了一种紫色土旱坡地农业面源污染三级生态防控系统,参见图1-2,包括:山坪塘系统1、梯级水田系统2以及人工湿地系统3;所述山坪塘系统1设置于垂直于等高线且距离坡顶2/3处;所述梯级水田系统2设置于垂直于等高线且位于山坪塘下方;所述人工湿地系统3设置于垂直于等高线且位于水田系统下方;所述山坪塘系统1、梯级水田系统2以及人工湿地系统3之间通过生态沟渠5进行串联;
旱坡地4各地块边缘以生态沟渠5连接,将径流引入所述山坪塘系统1中;所述山坪塘系统1前设置有第一沉沙凼61;所述梯级水田系统2前设置有消力池7;所述人工湿地系统3前设置有第二沉沙凼62;所述人工湿地系统3与汇水口8之间设置有第三沉沙凼63。
具体地,紫色土旱坡地农业面源污染三级生态防控系统包括三道防线:①第一道防线为垂直于等高线且距离坡顶2/3处的山坪塘系统,包括山坪塘的容积及其中种植吸收氮磷强的植物,连接山坪塘及各地块的生态沟渠,以及生态沟渠底部种植的沉水植物和挺水植物,沟壁种植的牧草。②第二道防线为垂直于等高线且位于山坪塘下方的梯级水田系统。③第三道防线为垂直于等高线且位于水田系统下方的人工湿地系统。所述三道防线之间通过生态沟渠进行串联,即为生态沟渠-第一沉沙凼-山坪塘系统(第一道防线)-消力池-梯级水田系统(第二道防线)-第二沉沙凼-人工湿地系统(第三道防线)-第三沉沙凼-汇水口。
本实施例中,附图1-3为紫色土旱坡地农业面源污染三级生态防控系统中的示意图,各个系统的规格参见说明书中的具体限定。图1中,箭头表示水流方向。
进一步地,所述山坪塘系统1包括山坪塘的容积及其中种植吸收氮磷强的植物,连接山坪塘及各地块的生态沟渠,以及生态沟渠底部种植的沉水植物和挺水植物,沟壁种植的牧草。
进一步地,所述山坪塘系统为二级梯式布置,水流进入一级山坪塘一端,然后从另一端进入二级山坪塘。所述山坪塘系统总容积约为500m3。
进一步地,所述山坪塘为长方形,长边垂直于坡体等高线,长宽比为2:1-1.5:1。
进一步地,所述山坪塘中种植凤眼莲及绿狐尾藻,植物收获后用作绿肥和饲料。
进一步地,参见图3,生态沟渠底部种植沉水植物马来眼子菜和菹草,挺水植物菖蒲,渠壁种植牧草,生态沟渠纵面为梯形,宽度与深度比约为3:5-4:5,其沟壁呈30°—45°。
进一步地,所述坡耕旱地与水田面积之比约为5:3-5:2。
进一步地,所述梯级水田系统为垂直于等高线布置的若干梯级水田单元,每个单元规格长宽比例为2:1,所述梯级水田系统总容积大于容纳山坪塘系统径流量。
进一步地,所述梯级水田单元通过串联的方式连接,即径流进入第一级水田单元的一端,从另一端排出进入下一级水田单元。
进一步地,所述梯级水田系统水稻季种植水稻,非水稻季种植水生蔬菜,且在种植植物期间进行减量施肥,种植期间氮肥减少施用20%-25%,充分消纳径流中的氮磷养分。
进一步地,所述人工湿地系统为垂直于等高线布置的三级梯式人工湿地地块,所述湿地地块形状为长方形,长宽比约为2:1,且径流通过一级湿地一端进入,另一端排出然后进入下一级湿地,之后汇入江河。
进一步地,所述人工湿地系统中种植高低不一致且吸收氮磷元素强的植物:绿狐尾藻、菖蒲、美人蕉、风车草、再力花。
进一步地,所述消力池为减小山坪塘排水对生态沟渠的冲击,为条石砌筑,规格为1-2m3。
进一步地,所述第一沉沙凼为拦截旱坡地各地块径流中的泥沙,其规格为1-2m3;所述第二沉沙凼为拦截水田系统排水中携带的泥沙,其规格为1-2m3;所述第三沉沙凼为拦截水流从湿地中携带的泥沙,其长宽高比为3:2:1。
进一步地,所述旱坡地地表径流在系统中的消纳时间为两次降雨的间隔。
本实施例中,将坡耕地各地块用生态沟渠从上自下连接,当降雨时,土壤中的氮磷营养元素以地表径流为载体,通过生态沟渠汇集,进入第一沉沙凼,阻挡地表径流中的泥沙,然后地表径流从第一沉沙凼从一端进入一级山坪塘,径流经过水生植物的净化流到另一端,然后从另一端进入二级山坪塘,径流贯穿二级山坪塘,二级山坪塘中植物对径流进行二次净化,然后径流从山坪塘中排出进入消力池,减少径流对生态沟渠的冲击力,以减少生态沟渠的修复频率,径流通过消力池进入水田系统的一端,然后贯穿一级水田到另一端排出,进入二级水田一端,贯穿二级水田,然后从另一端排出进入下一级水田,如此循环,直至从最后一级水田中排出进入第二沉沙凼,以拦截径流从水田中带走的泥沙,径流从第二沉沙凼通过生态沟渠从一级湿地的一端进入湿地系统,贯穿一级湿地,从一级湿地的另一端排出进入下一级湿地,贯穿二级湿地,从另一端进入三级湿地,在湿地中通过高低不同的强吸收氮磷的植物对径流进行净化,通过三级湿地排出进入第三沉沙凼,拦截径流中从湿地系统中带走的泥沙,然后径流经过第三沉沙凼进入长江汇水口。由此,完成一次地表径流的净化,为增强净化效果,延长径流在各级系统中的路程及停留时间,为使防控系统的使用效率达最大,径流在系统中停留时间为两次降雨时间间隔。水田系统能对径流中氮磷营养元素进行消纳并供给水田植物营养,能减少水田氮肥施用量的20%-25%。本发明不仅降低了导致面源污染的氮磷的流失,同时也在一定程度上减少了水土流失,山坪塘、生态沟渠中种植的植物不仅可以用作绿肥,减少化肥的施用量,能保护土壤结构,实现土壤可持续化,而且还能用作饲料,减少能源的消耗。
与现有发明技术对比,本发明的有益效果有:
1)方法创新,本发明采用三级防控系统来控制三峡库区紫色土旱坡地农业面源污染,并在每级防线内构建多级防控形成防线系统。通过生态沟渠连接坡地各地块,能够在地表径流进入山坪塘前进行一定程度的净化,径流进入山坪塘之前,设置第一沉沙凼,能有效拦截地表径流携带的泥沙量。然后径流进入二级山坪塘系统中,通过植物对径流的氮磷吸收后,排入消力池,以减小径流对生态沟渠的冲蚀,然后进入水田系统中,水田系统种植水稻对径流中氮磷进行吸收,同时水田系统中进行减量施肥(氮肥减少施用20%-25%),以达到节约肥料的目的,径流通过水田系统进化后,进入第二沉沙凼,拦截水田中流失的泥沙,然后进入人工湿地系统,通过湿地系统中高低不同的强吸收氮磷植物对径流中氮磷进一步吸收,然后进入汇水口前的第三沉沙凼,拦截湿地系统中流失的泥沙量,最后汇入江流。系统中种植的植物不仅能净化径流中的面源污染物(氮、磷),使排出的径流水体达Ⅱ类水质标准,而且还能减少水土流失,减少化肥的施用,保持土壤可持续,并且还能用作饲料,达到节本增效的目的。
2)对三峡库区紫色土旱坡地农业面源污染防控有理想的效果,三级防线具体去除农业面源污染物中氮、磷的效果如下表所示。
地表径流经过三级防控系统后,与对照进行对比,总氮、总磷的净化率分别68.9%和84.1%。本发明能有效降低地表径流中的氮磷营养元素,使坡耕地地表径流汇入江河前能达到Ⅱ类水质标准,能有效防控面源污染。
以上仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种紫色土旱坡地农业面源污染三级生态防控系统,其特征在于,包括:山坪塘系统、梯级水田系统以及人工湿地系统;所述山坪塘系统设置于垂直于等高线且距离坡顶2/3处;所述梯级水田系统设置于垂直于等高线且位于山坪塘下方;所述人工湿地系统设置于垂直于等高线且位于水田系统下方;所述山坪塘系统、梯级水田系统以及人工湿地系统之间通过生态沟渠进行串联;
旱坡地各地块边缘以生态沟渠连接,将径流引入所述山坪塘系统中;所述山坪塘系统前设置有第一沉沙凼;所述梯级水田系统前设置有消力池;所述人工湿地系统前设置有第二沉沙凼;所述人工湿地系统与汇水口之间设置有第三沉沙凼;
其中,坡耕旱地与水田面积之比约为5:3-5:2;旱坡地地表径流在系统中的消纳时间为两次降雨的间隔。
2.如权利要求1所述的紫色土旱坡地农业面源污染三级生态防控系统,其特征在于,所述山坪塘系统包括山坪塘的容积及其中种植吸收氮磷强的植物,连接山坪塘及各地块的生态沟渠,以及生态沟渠底部种植的沉水植物和挺水植物,沟壁种植的牧草。
3.如权利要求2所述的紫色土旱坡地农业面源污染三级生态防控系统,其特征在于,所述山坪塘系统为二级梯式布置,水流进入一级山坪塘一端,然后从另一端进入二级山坪塘;所述山坪塘系统总容积约为500m3。
4.如权利要求3所述的紫色土旱坡地农业面源污染三级生态防控系统,其特征在于,所述山坪塘为长方形,长边垂直于坡体等高线,长宽比为2:1-1.5:1。
5.如权利要求4所述的紫色土旱坡地农业面源污染三级生态防控系统,其特征在于,生态沟渠底部种植沉水植物马来眼子菜和菹草,挺水植物菖蒲,渠壁种植牧草,生态沟渠纵面为梯形,宽度与深度比约为3:5-4:5,其沟壁呈30°—45°。
6.如权利要求5所述的紫色土旱坡地农业面源污染三级生态防控系统,其特征在于,所述梯级水田系统为垂直于等高线布置的若干梯级水田单元,每个单元规格长宽比例为2:1,所述梯级水田系统总容积大于容纳山坪塘系统径流量。
7.如权利要求6所述的紫色土旱坡地农业面源污染三级生态防控系统,其特征在于,所述梯级水田单元通过串联的方式连接,即径流进入第一级水田单元的一端,从另一端排出进入下一级水田单元。
8.如权利要求7所述的紫色土旱坡地农业面源污染三级生态防控系统,其特征在于,所述人工湿地系统为垂直于等高线布置的三级梯式人工湿地地块,所述湿地地块形状为长方形,长宽比约为2:1,且径流通过一级湿地一端进入,另一端排出然后进入下一级湿地,之后汇入江河。
9.如权利要求8所述的紫色土旱坡地农业面源污染三级生态防控系统,其特征在于,所述消力池为减小山坪塘排水对生态沟渠的冲击,为条石砌筑,规格为1-2m3。
10.如权利要求9所述的紫色土旱坡地农业面源污染三级生态防控系统,其特征在于,所述第一沉沙凼为拦截旱坡地各地块径流中的泥沙,其规格为1-2m3;所述第二沉沙凼为拦截水田系统排水中携带的泥沙,其规格为1-2m3;所述第三沉沙凼为拦截水流从湿地中携带的泥沙,其长宽高比为3:2:1。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190426 |
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