CN210352462U - 一种稻麦菜生态种植节水减肥生态工程系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种稻麦菜生态种植节水减肥生态工程系统，它由稻麦菜生态种植系统、农田净水回水系统组成；稻麦菜生态种植系统包括一组依次排列的大田作物种植畦块，围绕大田作物种植畦块设置的蔬菜种植区域，以及相邻两块大田作物种植畦块之间设置的间隔多功能区；农田净水回水系统包括集水净化井、生态沟渠、净化水回水管道和缓冲池；集水净化井位于稻麦菜生态种植系统地势最低的一侧，并与生态沟渠相连通；缓冲池位于稻麦菜生态种植系统地势最高的一侧；净化水回水管道一端进水口连通生态沟渠，另一端出水口位于缓冲池上方。本实用新型能减少大田作物的肥料用量，自体净化富余养分，减少面源污染，充分利用水源及雨水，节约水资源。

Description

一种稻麦菜生态种植节水减肥生态工程系统

技术领域

本实用新型属于农田灌排、面源污染治理、粮食生产领域，具体涉及一种稻麦菜生态种植节水减肥生态工程系统。

背景技术

水稻和小麦是我国主要的两大粮食作物。在稻麦种植过程中普遍存在用水粗放，浪费严重，化肥施用过量，肥料利用率较低等现象。不仅造成了生产成本提高，大量的养分随雨水也形成面源污染。解决该问题根本出路是大力发展规模化农业水肥高效生产技术，提高大范围农业水肥利用率和单位水量、肥料的农产品产出率。还要加强对中低产田改造和水土保持、水土资源环境保护与改良等。2019年《国家节水行动方案》指出大力推进节水灌溉，推广水肥一体化、覆盖保墒、优化调整作物种植结构等。2020年前，每年发展高效节水灌溉面积2000万亩、水肥一体化面积2000万亩。稻麦高效生产技术以节水灌溉技术结合气象、土壤、肥料及农业措施,实施田间高效水肥管理，从而大幅度提高水肥生产效率。不同尺度水分、肥料利用效率与稻田水肥管理临界指标等实用性成果给我国稻麦产区带来了高效生产，但是水肥利用效率还与发达国家存在很大的差距。目前国内外水稻节水灌溉有干湿交替灌溉、“浅、湿、晒”、控制灌概、覆盖旱种、蓄雨型灌溉等，提高氮肥利用率的氮肥运筹方法有氮肥深施、分次施肥、平衡施肥、有机无机结合施肥、实时实地氮肥管理、测土配方施肥。针对这些节水灌溉及肥料使用技术我国开展了少量粮作水肥管理技术研宄，但研究结果有较大差异，实际生产过程中也很难得到大面积推广，尤其是在面源污染较为严重地区并不能减少面源污染来源，起不到面源污染治理作用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述稻麦生产中出现的问题，提供一种稻麦菜种植系统，减少水稻和小麦的施肥，自体净化富余养分，减少面源污染；充分利用水源及雨水，节约水资源。

为了解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案如下：

一种稻麦菜生态种植节水减肥生态工程系统，它由稻麦菜生态种植系统、农田净水回水系统组成；

所述稻麦菜生态种植系统包括一组依次排列的大田作物种植畦块，围绕大田作物种植畦块设置的蔬菜种植区域，以及相邻两块大田作物种植畦块之间设置的间隔多功能区；

所述农田净水回水系统包括集水净化井、生态沟渠、净化水回水管道和缓冲池；所述集水净化井位于稻麦菜生态种植系统地势最低的一侧，并与生态沟渠相连通；所述缓冲池位于稻麦菜生态种植系统地势最高的一侧；所述净化水回水管道一端进水口连通生态沟渠，另一端出水口位于缓冲池上方。

具体地，所述集水净化井位于蔬菜种植区域地势最高的一侧，为上下开口的圆柱形，截面直径大小优选为整个蔬菜种植区宽度的1/4-1/6，底部埋入蔬菜种植区域土层深1.5～3m，顶部露出土层30～50cm；集水净化井包括环形的墙体和取水管；墙体内自底部铺设有厚度不超过井深二分之一的垫层，垫层上方设有生物过滤网；所述取水管一端埋入垫层内，另一端从井口伸入生态沟渠内。集水净化井的墙体为C20的水泥墙，厚度约为15cm。取水管为PVC材质，管径不超过50cm。生物过滤网为两层铁丝网或有一定强度的PVC网，筛孔尺寸8-20目，可更换。垫层由鹅卵石堆积而成，堆叠厚度不超过集水净化井深度的二分之一，不低于30cm；按照粒径为5～8cm和16～32cm的两级级配的鹅卵石以体积比3:1～5:1堆叠，以鹅卵石之间形成孔隙，增加垫层水中的溶解氧，培养微生物。稻麦菜生态种植系统中多余的地下水分，从地势高的一侧流向地势低的一侧，并从集水净化井底部进入垫层进行净化，然后通过取水管泵送至生态沟渠内作为新的灌溉用水。

具体地，所述大田作物种植畦块为四面为梯形倾斜面的台柱，高出蔬菜种植区域土层15～40cm，顶部台面用于水稻和小麦留茬轮作，梯形倾斜面倾斜度不大于45°。

进一步地，所述间隔多功能区为相邻两块大田作物种植畦块之间形成的沟渠，其低于蔬菜种植区域土层15～30cm，水稻种植时该区培养生物膜，小麦种植时该区种植油菜或豆菜。

蔬菜种植区域围绕大田作物种植畦块设置，水稻种植时可种莲藕或芋头，小麦种植时种油菜或豆类。

具体地，所述缓冲池位于蔬菜种植区域地势最高的一侧，包括接水台和为围绕接水台铺设的池体墙壁；所述接水台是一截面为直角梯形的台柱，其顶部台面位于净化水回水管道出水口下方，接水台斜面朝向大田作物种植畦块；所述池体墙壁位于接水台斜面底部设有一闸门。池体墙壁为C20强度的水泥墙，厚度约10cm，长宽均在40cm～60cm范围；接水台由素水泥砌筑；闸门为带手提的木板或钢板，通过墙体卡槽上下提升或下降。

优选地，所述接水台顶部台面低于池体墙壁10～15cm，接水台斜面坡度为15-45°；所述池体墙壁埋入蔬菜种植区域土层15～20cm，顶部高出蔬菜种植区域土层30～50cm。

具体地，所述生态沟渠位于集水净化井的一侧，生态沟渠包括两侧的生态护坡，铺设在渠底的微生物膜，以及种植在渠底的水生净化植物。

本实用新型通过系统工程及生态的理论，将稻麦生产过程的水份及降雨通过田间收集，经过植物及微生物的吸收氮磷等作用，水质得到控制。再利用回水管道回用到农田或排入上一级灌排渠网。利用不同生育期土壤水分情况进行节水灌溉，与氮磷钾等多因子互作进行水肥多因子耦合效应分析，以期在不影响生长及产量的前提下减少氮磷的施用量及流失，从而达到节水减肥的作用。利用稻麦轮作过程中水稻+蔬菜种植模式、小麦+蔬菜种植模式，通过蔬菜的相对高施肥量来减少水稻或小麦的施肥量，以及减少灌溉水量及灌水次数，提高肥料的利用率。将稻麦生产过程的水份及降雨通过田间收集，经过植物及微生物的吸收氮磷等作用，水质得到控制。以达到充分利用水土资源，提高经济效益、生态效应等目的。

有益效果：

本实用新型稻麦菜生态种植模式为稻菜间作轮作麦菜间作模式，其中稻菜间作时大田作物种植畦块种植水稻，蔬菜种植区域种植水生蔬菜，生物膜培养区培养一定的微生物膜。水稻、蔬菜收获后进行麦菜间作模式生产，大田作物种植畦块种植小麦，蔬菜种植区域及生物膜培养区均种植可大豆或油菜。所有的留茬秸秆进行原位秸秆还田。本实用新型利用蔬菜种植所需的高施肥量来减少水稻和小麦的施肥。水稻种植时生物膜可以吸收部分未利用的养分，其余未吸收养分进入集水净化井进行初级进化，一定水深高度后进入生态沟渠，与原有水源或雨水进一步净化。农田缺水时期可以经过净化水回用管道回用到农田，不需回用可放入原有农田灌排水网，不会对其造成面源污染。本实用新型能减少大田作物的肥料用量，自体净化富余养分，减少面源污染。另外充分利用水源及雨水，节约水资源，可以很好的提高单位面积的大田产值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为本实用新型稻麦菜生态种植节水减肥生态工程系统的结构示意图。

图2为集水净化井结构示意图。

图3为缓冲池结构的三视图。

其中，各附图标记分别代表：1、大田作物种植畦块；2、蔬菜种植区域；3、间隔多功能区；4、集水净化井；41、墙体；42、取水管；43、垫层；44、生物过滤网；5、生态沟渠；51、生态护坡；52、微生物膜；53、水生净化植物；6、净化水回水管道；7、缓冲池；71、接水台；72、池体墙壁；73、接水台斜面；74、闸门。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本实用新型。

说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1所示，该稻麦菜生态种植节水减肥生态工程系统由稻麦菜生态种植系统、农田净水回水系统组成。稻麦菜生态种植系统包括四块依次排列的大田作物种植畦块1，围绕大田作物种植畦块1设置的蔬菜种植区域2，以及相邻两块大田作物种植畦块1之间设置的间隔多功能区3。农田净水回水系统包括集水净化井4、生态沟渠5、净化水回水管道6和缓冲池7；集水净化井4位于稻麦菜生态种植系统地势最低的一侧，并与生态沟渠5相连通；缓冲池7位于稻麦菜生态种植系统地势最高的一侧；净化水回水管道6一端进水口连通生态沟渠5，另一端出水口位于缓冲池7上方。

大田作物种植畦块1为四面为梯形倾斜面的台柱，高出蔬菜种植区域2土层30cm，顶部台面用于水稻和小麦留茬轮作，梯形倾斜面倾斜度为30°。间隔多功能区3为相邻两块大田作物种植畦块1之间形成的沟渠，其低于蔬菜种植区域2土层20cm，水稻种植时该区培养生物膜，小麦种植时该区种植油菜或豆菜。蔬菜种植区域2围绕大田作物种植畦块1设置，水稻种植时可种莲藕或芋头，小麦种植时种油菜或豆类。

生态沟渠5位于集水净化井4的一侧，生态沟渠5包括两侧的生态护坡51，铺设在渠底的微生物膜52，以及种植在渠底的水生净化植物53。

如图2所示，农田地势较低一侧两端分别设置一个集水净化井4，视田块的大小及蓄水容积设定深度及截面形状尺寸，截面直径大小为整个蔬菜种植区宽度的1/6。集水净化井4为上下开口的圆柱形，底部埋入蔬菜种植区域2土层深约2m，顶部露出土层40cm；集水净化井4包括环形的墙体41和取水管42；墙体41内自底部铺设有厚度不超过井深二分之一的垫层43，垫层43上方设有生物过滤网44；取水管42一端埋入垫层43内，另一端从井口伸入生态沟渠5内。集水净化井4的墙体为C20的水泥墙，厚度约为15cm。取水管42为PVC材质，管径不超过50cm。生物过滤网为两层铁丝网或有一定强度的PVC网，筛孔尺寸20目，可更换。垫层由5～8cm和16～32cm的两级级配的鹅卵石以体积比4:1堆积而成，堆叠厚度为集水净化井深度的二分之一，鹅卵石之间形成孔隙，以增加垫层水中的溶解氧，培养微生物。稻麦菜生态种植系统中多余的地下水分，从地势高的一侧流向地势低的一侧，并从集水净化井底部进入垫层进行净化，然后通过取水管泵送至生态沟渠内作为新的灌溉用水。集水净化井4与田块相接部位进行渗水硬质化建设，上部敞开且高出田面30cm，干旱或蒸发量大的时期可以用木板或者水泥板盖顶。田间水在植物及微生物作用后通过表面(水多的情况下)、地下渗漏进入集水净化池，当净化井中水蓄积到一定深度，打开阀门，净化水通过取水管泵入生态渠道5。经过生态渠道5中微生物膜52和水生净化植物53的作用，水中氮磷等养分被吸收净化。根据需要净化过后的水通过净化水回水管道6回用到农田，在农田出水口设置一个缓冲池7，使回用水稳定按量流入田间。或者不需要回用时可排放到上一级田间灌排渠网中。

如图3所示，缓冲池7位于蔬菜种植区域2地势最高的一侧，包括接水台71和为围绕接水台71铺设的池体墙壁72；接水台71是一截面为直角梯形的台柱，其顶部台面位于净化水回水管道6出水口下方，接水台斜面73朝向大田作物种植畦块1；池体墙壁72位于接水台斜面73底部设有一闸门74。池体墙壁为C20强度的水泥墙，厚度约10cm，长60cm，宽40cm；接水台由素水泥砌筑；闸门为带手提的木板或钢板，通过墙体卡槽上下提升或下降。接水台71顶部台面低于池体墙壁72约10cm，接水台斜面73坡度为30°；池体墙壁72埋入蔬菜种植区域2土层15cm，顶部高出蔬菜种植区域2土层40cm。

稻菜间作轮作麦菜间作周年生产实施：

第一步：水稻+莲藕种植生产

稻季时大田作物种植畦块种植水稻，间隔多功能区培养生物膜，其余地区种植莲藕。水肥管理为节水灌溉(蓄水控制灌溉)：水稻返青期水层不超过畦面的10mm，返青结束后排水至水层不高于田面10cm低于畦面(高度为10cm-15cm)。畦块表层无明水，依据土壤水分变化进行灌溉，当畦块0-20cm深度土壤水分含量降至60％时灌水至土壤表层湿润无明水。黄熟期不再灌水，自然落干。灌溉水来自生态渠道。降雨时排水，保持水面。水稻施肥按照正常需肥规律以90％有机肥氮肥代替化肥，90％磷肥，100％钾肥。莲藕按照正常施肥习惯施用。

第二步：小麦+油菜或豆类种植生产

水稻及莲藕收获后，免耕留茬进行畦块直播小麦，其余部分直播油菜或(豆类作物)，一般情况下依靠降雨不需灌溉，在特殊干旱时期可利用集水净化水进行回用灌溉，保持水分土壤饱和含水量的60％-80％范围即可。蔬菜作物不需要另外施肥。当不干旱时，每当生态渠道中水面高度与渠道高度相差10cm，可以考虑净化后的水排放到上一级农田管网。施肥处理正常施肥处理的80％有机肥氮，90％磷肥，100％钾肥，油菜或豆类种植不需要施肥。

实验表明，本申请方法不仅能得到节水减氮的效果，也能减少磷肥的使用。同时由于免耕留茬，不需要增施钾肥。本实施例使玉米、小麦生产节水约10％，肥料施用量降低约5％左右，水稻、小麦增产3％-5％。

本实用新型提供了一种稻麦菜生态种植节水减肥生态工程系统的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种稻麦菜生态种植节水减肥生态工程系统，其特征在于，它由稻麦菜生态种植系统、农田净水回水系统组成；

所述稻麦菜生态种植系统包括一组依次排列的大田作物种植畦块(1)，围绕大田作物种植畦块(1)设置的蔬菜种植区域(2)，以及相邻两块大田作物种植畦块(1)之间设置的间隔多功能区(3)；

所述农田净水回水系统包括集水净化井(4)、生态沟渠(5)、净化水回水管道(6)和缓冲池(7)；所述集水净化井(4)位于稻麦菜生态种植系统地势最低的一侧，并与生态沟渠(5)相连通；所述缓冲池(7)位于稻麦菜生态种植系统地势最高的一侧；所述净化水回水管道(6)一端进水口连通生态沟渠(5)，另一端出水口位于缓冲池(7)上方。

2.根据权利要求1所述的稻麦菜生态种植节水减肥生态工程系统，其特征在于，所述集水净化井(4)位于蔬菜种植区域(2)地势最高的一侧，为上下开口的圆柱形，底部埋入蔬菜种植区域(2)土层深1.5～3m，顶部露出土层30～50cm；集水净化井(4)包括环形的墙体(41)和取水管(42)；墙体(41)内自底部铺设有厚度不超过井深二分之一的垫层(43)，垫层(43)上方设有生物过滤网(44)；所述取水管(42)一端埋入垫层(43)内，另一端从井口伸入生态沟渠(5)内。

3.根据权利要求1所述的稻麦菜生态种植节水减肥生态工程系统，其特征在于，所述大田作物种植畦块(1)为四面为梯形倾斜面的台柱，高出蔬菜种植区域(2)土层15～40cm，顶部台面用于水稻和小麦留茬轮作，梯形倾斜面倾斜度不大于45°。

4.根据权利要求3所述的稻麦菜生态种植节水减肥生态工程系统，其特征在于，所述间隔多功能区(3)为相邻两块大田作物种植畦块(1)之间形成的沟渠，其低于蔬菜种植区域(2)土层15～30cm。

5.根据权利要求1所述的稻麦菜生态种植节水减肥生态工程系统，其特征在于，所述缓冲池(7)位于蔬菜种植区域(2)地势最高的一侧，包括接水台(71)和为围绕接水台(71)铺设的池体墙壁(72)；所述接水台(71)是一截面为直角梯形的台柱，其顶部台面位于净化水回水管道(6)出水口下方，接水台斜面(73)朝向大田作物种植畦块(1)；所述池体墙壁(72)位于接水台斜面(73)底部设有一闸门(74)。

6.根据权利要求5所述的稻麦菜生态种植节水减肥生态工程系统，其特征在于，所述接水台(71)顶部台面低于池体墙壁(72)10～15cm，接水台(71)斜面坡度为15-45°；所述池体墙壁(72)埋入蔬菜种植区域(2)土层15～20cm，顶部高出蔬菜种植区域(2)土层30～50cm。

7.根据权利要求1所述的稻麦菜生态种植节水减肥生态工程系统，其特征在于，所述生态沟渠(5)位于集水净化井(4)的一侧，生态沟渠(5)包括两侧的生态护坡(51)，铺设在渠底的微生物膜(52)，以及种植在渠底的水生净化植物(53)。

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