CN210900272U - 一种基于地埂和植物篱的面源污染防控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于土地治理技术领域，公开了一种基于地埂和植物篱的面源污染防控装置，地埂修建在坡地上，地埂上端开设有苗木种植区，苗木种植区栽植有乔木、灌木或草本植物组成的植物篱；地埂为土埂或石埂，土埂上部为土质地埂，下部为土质田坎，石埂上部为土质地埂，下部为干砌石质田坎。本实用新型提出的基于地埂和植物篱的优化构建模式可提高土地生产力50％以上，减少坡耕地土壤流失量50％以上，提高坡耕地降水利用率20％以上，减少面源污染量约30％，有效地改善了农业生态环境，而且还可带来改良土壤和固土保肥的生态功能。

Description

一种基于地埂和植物篱的面源污染防控装置

技术领域

本实用新型属于土地治理技术领域，尤其涉及一种基于地埂和植物篱的面源污染防控装置。

背景技术

目前，业内最接近的现有技术：

集约化农业是引起水污染的主要原因之一，大量研究表明集约化耕作会导致土壤退化和水体富营养化，引发严重的农业面源污染。表现为土壤肥力质量下降，水体总悬浮物增加、营养物质和粪大肠杆菌等超标。种植植物篱是目前改善这一现状的主要措施。植物篱可以过滤径流，促进悬浮颗粒的沉降，捕获径流中输送的沉积物、养分和其余污染物，是一种简单、便宜和高效的面源污染防治措施。

植物篱是指种植在等高线的斜坡上，由乔木、灌木和草本单独或者组合而成的植被带。其中筛选出的乔木主要有桑树、柑橘、花椒、梨树、李、沙梨、黄槐、紫穗槐和臭椿；灌木主要有黄荆、八角枫、新银合欢和黑荆；草本主要有紫背天葵、旱菜、空心莲子草、香根草、蓑草、皇竹草、紫花苜蓿和黄花菜。乔木和灌木植物篱主要通过植苗造林方式栽植，而草本植物篱采用条播和点播栽植。

植物篱种类繁多，对面源污染的防控效果各异，而不同植物篱在不同坡度的防控效果也不相同。因此，筛选出适合当地环境的植物篱种类尤为迫切。

综上所述，现有技术存在的问题是：

现有的植物篱种类繁多，对面源污染的防控效果各异，而不同植物篱在不同坡度的防控效果也不相同，无法选择适合当地环境的植物篱种类。

缺乏针对具体坡度的植物篱选择和不同植物篱配置模式下的地埂和植物选择指导；缺乏相应的土壤侵蚀实验以确定植物篱的最大间距。

解决上述技术问题的难度：

坡度不同，植物篱对坡面径流中面源污染物的拦截能力不同，只有进行模拟实验，才能确定不同坡度应选择的植物篱种类和植物篱的最大间距。

解决上述技术问题的意义：

遵循“适地适树，适地适草”原则，在不同的坡度，选择不同的植物篱种类和配置模式，可以有效地增加植物篱对面源污染物的拦截能力，降低径流中氮磷含量和泥沙量，这将有助于实现面源污染在运输过程中的阻断和削减。对于改善我国面源污染现状具有重要的意义。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种基于地埂和植物篱的面源污染防控装置。

本实用新型是这样实现的，一种基于地埂和植物篱的面源污染防控装置设置有：

地埂；

所述地埂修建在坡地上，地埂上端开设有苗木种植区，苗木种植区栽植有乔木、灌木或草本植物组成的植物篱；

所述地埂为土埂或石埂，土埂上部为土质地埂，下部为土质田坎，石埂上部为土质地埂，下部为干砌石质田坎。

进一步，乔木高度不低于150cm，灌木的高度不低于30cm，草本高度不低于20cm。

进一步，所述植物篱上下两侧的坡地上各开设有一条边沟和背沟。

进一步，所述植物篱最小带间距大于植物篱的植物根系水平胁迫宽度，以利于农田耕作机械的作业，兼顾植物篱与带间作物对水肥的竞争问题。

进一步，所述植物篱为单种乔木植物篱，植物选择柑橘、沙梨、桑树、花椒或李中的一种。

进一步，所述植物篱为单种灌木植物篱，植物选择黄槐、新银合欢、黑荆、紫穗槐或黄荆中的一种。

进一步，所述植物篱为单种草本植物篱，植物选择蓑草、香根草、皇竹草、紫背天葵、紫花苜蓿或黄花菜中的一种。

进一步，所述植物篱为乔木混交植物篱，植物选择柑橘、沙梨、桑树、花椒或李中的两种或多种。

进一步，所述植物篱为灌木混交植物篱，植物选择黄槐、新银合欢、黑荆、紫穗槐或黄荆的两种或多种。

进一步，所述植物篱为灌木草本混交植物篱，灌木植物选择黄槐、新银合欢、黑荆、紫穗槐或黄荆中的一种，草本植物选择蓑草、香根草、皇竹草、紫背天葵、紫花苜蓿或黄花菜中的一种。

综上所述，本实用新型的优点及积极效果为：

本实用新型提出的基于地埂和植物篱的优化构建模式可提高土地生产力50％以上，减少坡耕地土壤流失量50％以上，提高坡耕地降水利用率20％以上，减少面源污染量约30％，有效地改善了农业生态环境，而且还可带来改良土壤和固土保肥的生态功能。

(1)土壤改良：

不同类型植物篱的土壤物理性质均得到一定的改善。乔木类、灌木类和草本类植物篱带内土壤密度比带间坡耕地分别减小15.8％、14.7％和21.7％。植物篱带内土壤孔隙度比带间坡耕地有所增加，增加幅度分别为17.2％、16.8％和23.8％。在同一时段内土壤含水量，乔木类植物篱带内比带间坡耕地高出42.8％，而灌木类植物篱和草本类植物篱带内比带间坡耕地分别高出33.1％和30.1％。乔木类植物篱、灌木类植物篱和草本类植物篱带内土壤饱和导水率分别比带间坡耕地土壤饱和导水率高出117.0％、93.6％和208.9％。三种不同类型植物篱带内土壤砂粒分别比带间坡耕地减小10.4％、8.5％和9.8％，而粘粒含量分别增加24.8％、21.6％和30.5％。

(2)固土功能：

土壤抗侵蚀性能主要由其抗蚀性和抗冲性来综合体现，是评价土壤是否易受侵蚀营力破坏的重要指标。试验结果表明，植物篱使土壤抗侵蚀能力得到了较大提高。灌木类植物篱带内土壤水稳性团聚体含量最大，为51.7％，其次为乔木类和灌木类植物篱；乔木类植物篱带内土壤抗蚀性指数比带间坡耕地高出15.2％，灌木类和草本类带内土壤抗蚀性指数比带间坡耕地分别高出11.0％和24.5％。乔木类植物篱、灌木类植物篱和草本类植物篱带内土壤抗冲指数比带间坡耕地高出102.4％，灌木类和草本类植物篱带内土壤抗蚀性指数比带间坡耕地分别高出102.1％和83.2％。

(3)保肥功能：

植物篱显著增加了其带内表层土壤的养分浓度。三种不同类型植物篱带内土壤有机质含量显著大于带间坡耕地(P<0.05)。乔木、灌木和草本三种不同类型植物篱带内土壤有机质含量比带间坡耕地分别增加53.0％、45.0％和79.0％，而植物篱带间土壤有机质含量差异不显著。植物篱带内土壤全氮浓度显著高于带间坡耕地土壤，其中灌木类最高，为1.00g/kg，乔木类和草本类均为0.71g/kg。灌木类植物篱带内土壤水解氮浓度最大，灌木类和乔木类植物篱带内土壤水解氮与带间坡耕地呈显著性差异，而草本类植物篱并未显著增加土壤水解氮浓度。灌木类植物篱带内土壤全磷、全钾浓度和带间坡耕地存在显著差异，但乔木类植物篱和草本类植物篱全磷、全钾浓度与带间坡耕地土壤无显著差异。带间坡耕地表层土壤有效磷浓度为18.43mg/kg，与灌木类和草本类植物篱带内土壤差异显著，而与乔木类植物篱带内土壤有效磷浓度(33.87mg/kg)差异不显著。灌木类植物篱显著提高了土壤速效钾浓度，而乔木类植物篱和草本类植物篱作用不显著。乔木类植物篱土壤阳离子交换量最大，为159.16mmol/kg，灌木类其次，为152.44mmol/kg，草本类植物篱最小，为118.46mmol/kg，皆与带间坡耕地土壤(117.90mmol/kg)无显著差异。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的地埂和单种乔木植物篱模式结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的地埂和单种灌木植物篱模式结构示意图。

图3是本实用新型实施例提供的地埂和单种草本植物篱模式结构示意图。

图4是本实用新型实施例提供的地埂和乔木混交植物篱模式结构示意图。

图5是本实用新型实施例提供的地埂和灌木混交植物篱模式结构示意图。

图6是本实用新型实施例提供的地埂和灌木草本植物篱模式结构示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本实用新型的结构作详细的描述。

如图1至图6所示，本实用新型实施例提供的基于地埂和植物篱的面源污染防控装置包括：地埂1、田坎2、坡地3、植物篱4、边沟5、背沟6。

地埂1修建在坡地上，地埂1上端开设有苗木种植区，苗木种植区栽植有乔木、灌木或草本植物组成的植物篱；地埂1为土埂或石埂，土埂上部为土质地埂，下部为土质田坎，石埂上部为土质地埂，下部为干砌石质田坎。

作为优选，乔木高度不低于150cm，灌木的高度不低于30cm，草本高度不低于20cm。

作为优选，植物篱4上下两侧的坡地上各开设有一条边沟和背沟。

作为优选，植物篱4最小带间距大于植物篱的植物根系水平胁迫宽度，以利于农田耕作机械的作业，兼顾植物篱与带间作物对水肥的竞争问题。植物根系水平胁迫宽度根据国家标准规定计算公式：W_R＝D_R/2cosα计算，其中D_R为根幅宽度。

作为优选，植物篱4为单种乔木植物篱，植物选择柑橘、沙梨、桑树、花椒或李中的一种。

作为优选，植物篱4为单种灌木植物篱，植物选择黄槐、新银合欢、黑荆、紫穗槐或黄荆中的一种。

作为优选，植物篱4为单种草本植物篱，植物选择蓑草、香根草、皇竹草、紫背天葵、紫花苜蓿或黄花菜中的一种。

作为优选，植物篱4为乔木混交植物篱，植物选择柑橘、沙梨、桑树、花椒或李中的两种或多种。

作为优选，植物篱4为灌木混交植物篱，植物选择黄槐、新银合欢、黑荆、紫穗槐或黄荆的两种或多种。

作为优选，植物篱为灌木草本混交植物篱，灌木植物选择黄槐、新银合欢、黑荆、紫穗槐或黄荆中的一种，草本植物选择蓑草、香根草、皇竹草、紫背天葵、紫花苜蓿或黄花菜中的一种。

1、地埂与植物篱的选择：

1.1地埂的选择：

地埂为土坎或石坎；石坎石质部分为干砌块石砌筑；当原地面坡度小于15°时，田坎坡度为70～75°，高度为0.5～1.0m，建议修建土坎；当原地面坡度为15～25°时，田坎坡度为75～80°，高度为0.8～1.5m，在材料满足的情况下，建议修建石坎。如表1所示，为不同坡度植物篱种类和地埂类型概况图。

表1不同坡度植物篱种类和地埂类型概况

1.2植物篱的选择：

基于植物生态学特性以及立地条件特点，坚持因地制宜、适地适树的原则。主要选择区域适应性强，多年生、茎部萌发力强、分枝密、垂直根深、水平侧根少，挡土挡水效果好并且具有一定经济效益的植物篱种类。柑橘、沙梨、桑树、花椒和李五种乔木均采用单行植苗种植，株距为1.5m；黄花槐、新银合欢、黑荆、紫穗槐和黄荆五种灌木均采用两行植苗种植，行距为0.4m，株距为0.2～0.6m；蓑草、香根草、皇竹草、紫背天葵、紫花苜蓿和黄花菜六种草本采用草籽撒播或植苗栽植，带宽一般为0.6m。对于苗木质量，乔木高度不低于150cm，灌木的高度不低于30cm，草本高度不低于20cm。播种的乔木、灌木和草本，保证成活率、保存率及覆盖率。乔木、灌木和草本的定植在4月底前完成，草本的播种也要求在同一时间内完成。

1.3植物篱间距的选择：

植物篱带间距的确定是建设植物篱的关键技术。植物篱最大带间距的确定，通过在不同径流小区进行人工模拟降雨，以不产生细沟侵蚀的临界坡长为依据。由于植物篱上下两侧需各修建一条边沟和背沟，故植物篱实际带间距比临界坡长长约0.5m，不同地面坡度下植物篱带间距见表2。同时植物篱最小带间距应大于植物篱的植物根系水平胁迫宽度，以利于农田耕作机械的作业，兼顾植物篱与带间作物对水肥的竞争问题。

表2不同地面坡度下植物篱带间距

2、“地埂+植物篱”管理：

乔木和灌木通过平茬修剪，植物篱生长高度可控制在60～80cm范围内、冠幅可控制在50×60cm范围内。草本根系分布在水平20cm的范围内，叶片横向生长不超过50cm。选择当地本土种的苗木、种子或移栽苗。栽后一周内，在没有降水的条件下，根据灌木和草本的种子萌发和栽植苗木情况，适时浇水，以提高成活率和种子萌发率。待全部成活后，根据土壤水分状况进行浇水。

3、“地埂+植物篱”配置成本以及收益：

地埂修建成本主要包括人工挖土和人工夯实土产生的费用。当地面坡度为10～20°时，田面宽度为6～8m，此时，1hm²坡耕地大约有地埂长度1700m～1250m，一个中等水平的劳动力大约可修筑地埂长度为80～100m/天。按每个工80元/天计算，约需要人民币1000～1700元，即地埂修建成本为1000～1700元/hm²。

地埂修建成本较低，技术简单，易掌握，即便是当地的妇女和年纪较大的农民都可很快掌握地埂修建技术。植物篱采用的植物种是具有较高经济价值的品种，其自身经济效益非常明显。以“地埂+单种乔木植物篱”模式为例计算坡面耕地种植植物篱后的经济产值。假设一块面积为0.12hm²、坡度为15°的坡耕地，植物篱带间距的确定以坡面不产生细沟侵蚀为临界条件，设计其临界坡长为4.1m，带间水平距离为4m。从下而上分别在距坡脚0m和4m处沿等高线布设长为100m的植物篱2带，植物种为花椒，单行种植，株距为1.5m，带间种植作物为玉米。经计算，种植植物篱后该地块产值为2164.2元，而传统顺坡耕作种植玉米的产值为602.7元。种植植物篱后坡耕地产值比原始顺坡耕作的产值提高了259.1％。因此，“地埂+植物篱”优化构建模式可提高土地生产力50％以上，减少坡耕地土壤流失量50％以上，提高坡耕地降水利用率20％以上，减少面源污染量约30％，有效地改善了农业生态环境。

4、植物篱植物与农耕地的争水争肥问题：

构建植物篱约占用10％～20％的坡耕地面积，植物篱根系与农作物存在争水、争肥现象，且部分植物篱的生长高度和冠幅变化情况会形成遮荫，降低农作物对光的利用率，在一定程度上影响到农作物产量。

4.1植物篱对植物篱带内农作物光合作用的影响：

充足的光照是植物进行光合作用的必要条件，植物篱的生长期大多在4～10月，自然状态下年最大生长高度或长度可达150cm，植物篱对农作物的遮挡部分地影响到农作物的生长。由于植物篱在一定程度上提高植物篱带间的土壤养分浓度和改善土壤结构，农作物由于受到遮蔽而受到的部分减产，可由带间的农作物产量提高而得到补偿。

4.2植物篱对植物篱带内土壤水分的影响：

土壤水分是植物生长的重要条件，土壤是植物所需水分的主要供给者，土壤水分的变化是衡量植物篱影响农作物生长的重要指标。一般地，植物篱树种多为深根性的，与农作物根系利用的土壤水分深度不同，在干旱情况下，土壤水分向地表运动，植物篱下的土壤含水量比农作物要高，此时水分补给主要靠深层根系的吸收作用，植物篱和农作物间的水分竞争作用不是很剧烈。

植物篱可以部分地增加其带间坡耕地含水量，改善坡耕地的水分状况，研究结果表明：乔木、灌木和草本植物篱土壤平均含水量比没有地埂植物篱的农耕地分别提高了39％、35％和16％。

4.3植物篱对植物篱带内土壤养分的影响：

植物篱枝叶可作绿肥还田，研究结果表明：乔木类、灌木类和草本类三种不同类型植物篱带内土壤有机质含量比带间坡耕地分别增加53.0％、45.0％和79.0％；全氮浓度分别增加了61.5％、61.3％和127.6％；水解氮浓度分别增加了71.6％、8.4％和88.4％；全磷浓度分别增加了40.8％、25.0％和183.8％；土壤有效磷浓度分别增加了83.7％、138.6％和226.5％；土壤全钾浓度分别增加了10.6％、2.1％和29.3％；土壤速效钾浓度分别增加了121.7％、126.4％和210.9％。

尽管植物篱与农作物之间存在一定争水、争肥和争光问题，但若正确选择植物篱种类，注重选择与农作物争水争肥较弱、能为作物提供较多养分、经济价值高的植物，可缓解或解决这些问题。

实施例1：

湖北省秭归县地处川东褶皱及鄂西八面山坳的会合地带，属长江三峡山地地貌，地质岩层以花岗岩为主，平均海拔800m。全县总土地面积226845hm²，其中坡度<15°的耕地面积占13.1％，15°～25°的耕地面积占26.1％，>25°的耕地面积占60.8％。由于某县坡耕地以陡坡(>25°)和缓坡(15°～25°)为主，耕地坡度较大且花岗岩丰富，因此，建议修建石埂，优先选择“地埂+单种草本植物篱”和“地埂+灌草混交植物篱”模式。

实施例2：

忠县位于某市东北部，是三峡库区腹心地带，属典型的丘陵地貌。地质岩层以侏罗纪蓬莱组砂、页岩为主，境内呈“三山两槽”地貌，海拔117m～1680m，耕地总面积为80629.09hm²，<15°的耕地占59.2％，15°～25°的耕地面积占39.4％，>25°的耕地面积占1.4％。由于忠县以平缓(<15°)和缓坡(15°～25°)耕地为主，尤其是15°～25°坡耕地面积较大且石料稍有增加，但仍不丰富，因此，建议修建土埂或石埂，优先选择“地埂+单种灌木植物篱”和“地埂+灌木混交植物篱”模式。

实施例3：

重庆市江津区位于三峡库区尾端，属低山丘陵地貌类型，地质岩层主要是紫红色粉砂岩，地形南高北低。某区耕地面积117126.4hm²，<15°的耕地面积占76.6％，15～25°的耕地面积占16.1％，>25°的耕地面积占7.3％。由于江津区以平缓(<15°)和缓坡(15°～25°)耕地为主，尤其是<15°坡耕地面积较大且缺乏石料，因此，建议修建土埂，优先选择“地埂+单种乔木植物篱”和“地埂+乔木混交植物篱”模式。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种基于地埂和植物篱的面源污染防控装置，其特征在于，所述基于地埂和植物篱的面源污染防控装置设置有：

地埂；

所述地埂修建在坡地上，地埂上端开设有苗木种植区，苗木种植区栽植有乔木、灌木或草本植物组成的植物篱；

所述地埂为土埂或石埂，土埂上部为土质地埂，下部为土质田坎，石埂上部为土质地埂，下部为干砌石质田坎；

乔木高度不低于150cm，灌木的高度不低于30cm，草本高度不低于20cm；

所述植物篱上下两侧的坡地上各开设有一条边沟和背沟；

所述植物篱最小带间距大于植物篱的植物根系水平胁迫宽度。

2.如权利要求1所述的基于地埂和植物篱的面源污染防控装置，其特征在于，所述植物篱为单种乔木植物篱，植物选择柑橘、沙梨、桑树、花椒或李中的一种。

3.如权利要求1所述的基于地埂和植物篱的面源污染防控装置，其特征在于，所述植物篱为单种灌木植物篱，植物选择黄槐、新银合欢、黑荆、紫穗槐或黄荆中的一种。

4.如权利要求1所述的基于地埂和植物篱的面源污染防控装置，其特征在于，所述植物篱为单种草本植物篱，植物选择蓑草、香根草、皇竹草、紫背天葵、紫花苜蓿或黄花菜中的一种。

5.如权利要求1所述的基于地埂和植物篱的面源污染防控装置，其特征在于，所述植物篱为乔木混交植物篱，植物选择柑橘、沙梨、桑树、花椒或李中的两种或多种。

6.如权利要求1所述的基于地埂和植物篱的面源污染防控装置，其特征在于，所述植物篱为灌木混交植物篱，植物选择黄槐、新银合欢、黑荆、紫穗槐或黄荆的两种或多种。

7.如权利要求1所述的基于地埂和植物篱的面源污染防控装置，其特征在于，所述植物篱为灌木草本混交植物篱，灌木植物选择黄槐、新银合欢、黑荆、紫穗槐或黄荆中的一种，草本植物选择蓑草、香根草、皇竹草、紫背天葵、紫花苜蓿或黄花菜中的一种。

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