CN106630155A - 一种破碎农田景观面源污染消减的河岸缓冲带构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了涉及一种破碎农田景观面源污染消减的河岸缓冲带构建方法，该方法包括以下步骤：(1)选取滨河适宜构建区域；(2)平整土地初步完成地形改造，以备种植速生牧草植被；(3)建设储水沟，溢流沟等径流汇水布水***；(4)在构建区域内以株距0.5m，行距1m为间隔均匀种植速生牧草幼苗，牧草经过3个月生长平均株高可达1m左右，形成优势群落；(5)通过径流汇水布水***农业退水以及降雨径流形成引导流路，均匀缓慢的流入缓冲带，经土壤植被***净化后缓流入河。本发明通过利用种植速生牧草杂交狼尾草和简易布水汇水工程措施构建河岸缓冲带，显著降低缓冲带出流径流的氮磷污染物浓度和水量，改善了河流水生态效益。

Description

一种破碎农田景观面源污染消减的河岸缓冲带构建方法
技术领域
本发明为一种破碎农田景观面源污染消减的河岸缓冲带构建方法，属于环境保护与农业生态修复技术领域。
背景技术
随着人口的增长和经济的发展，水体污染日益严重，而农业面源污染是造成河流污染的主要原因之一。农业面源污染主要是指农业生产过程中，过量污染物，如农田中营养元素、农药、土壤颗粒以及家畜粪便和生活垃圾等，在降雨条件下，通过地表径流与地下潜流等所带来的大量污染物质进入邻近河流、湖泊和水库等水体***，造成水体的严重污染。农业面源污染具备随机性、不确定性、广泛性、分散性和隐蔽性等特点决定了其治理难度相当大。在中国，农业面源污染已十分严峻，据相关资料表明，我国地表水约一半受到农业面源污染影响。
河岸植被缓冲带作为水体与邻近高地的过渡带，可以有效的降低地表径流与地下潜流氮、磷等营养物质浓度与输入量，减少农田氮、磷等营养物质进入临近水体。河岸植被缓冲带的构建、截留和去除污染的效率具有明显的地带性、区域性和生物适应性等特征，不同生态环境技术途径并不能直接移植。之前关于山区流域河岸带布局与构建技术多选择灌草或乔草植被组合，植被种植和维护成本相对较高，且更侧重实现景观效应和生态效益，相对忽略缓冲带的经济效益。而我国东南丘陵山区流域土地利用十分紧张，滨河区域农田面积狭窄但其农业条件相对较好，因此在选择河岸带构建植被时，应优先选用净化效率高且能够实现循环经济效益的植被种，实现农业生产与生态效益的双赢。本发明提出利用种植杂交狼尾草(Pennisetum americanum x P.purpureum)这一典型速生牧草植被的河岸带构建方法，通过改造构建近自然低维护成本的河岸植被缓冲带，对于河流生态修复和水质控制具有重要的推广和应用价值。
发明内容
本发明旨在提供一种基于种植速生牧草(杂交狼尾草)的近自然河岸带构建方法，实现提升山区流域河岸带消减氮磷面源污染浓度和径流水量的能力。
本发明的目的通过开展以下步骤实现：
(1)选取与河道平行，处于农田和河流之间约25m的河岸带土地作为构建区域；
(2)通过平整土地初步改造选定区域形成地面坡度小于5％的较为平缓的地形，以备种植杂交狼尾草；
(3)农业面源径流汇水布水***建设：在缓冲带构建区域与农田间以混凝土和砖块修砌一条与河道平行的横截面为矩形储水沟，在垂直于河道方向挖掘与储水沟相通的溢流沟；
所述储水沟宽、深分别为0.4m，并在储水沟近缓冲带小区一侧修砌高于水平地表面0.2m的锯齿状溢流堰，使储水沟满后从豁口均匀的溢出流过缓冲带；
所述溢流沟，进口内部横断面布设30cm高的溢流墙，当上游沟渠中雨水水深超过30cm时，上游沟渠水从此沟渠溢流到河道；
(4)速生牧草种植与管理：在构建区域内以株距0.5m，行距1m为间隔均匀种植宽度20m速生牧草幼苗(株高<10cm)，种植后无需过多人工管理，牧草经过3个月生长平均株高可达1m左右，可形成优势群落；
所述速生牧草为杂交狼尾草；
(5)农业面源径流净化过程：通过汇水沟渠将毗邻缓冲带的农田排水沟渠中的农业退水以及汇流的降雨径流引流至缓冲带储水沟内，通过溢流口均匀缓慢的流入缓冲带，经土壤植被***净化后缓流入河。
本发明主要成效和优势：
1、本发明通过利用种植速生牧草杂交狼尾草和简易布水汇水工程措施，构建了河岸缓冲带，显著降低缓冲带出流径流的氮磷污染物浓度和水量，改善了河流生态效益；
2、本发明所选取的速生牧草品种为狼尾草属牧草，具有根系发达，茎叶茂密的特点，能有效的固结土壤，拦截地表径流，具备良好的水土保持能力，且耐水、耐肥、可多次刈割产量大，可与相关产业联动形成循环经济模式，同时该植被种植技术简单，成活率高，维护成本低廉；
3、与现有的山区河流流域面源污染治理技术相比，本发明具有运行维护方便，经济和生态效益良好、近自然条件建设成本低廉等特点，不仅能够显著降低氮磷面源污染物的浓度，同时也对农田降雨径流的水量有着显著的消减效果。
附图说明
图中：1、农田2、溢流墙3、杂交狼尾草。
图1河岸缓冲带布水平面示意图；
图2矩形储水沟剖面图；
图3矩形储水沟侧面图；(带有锯齿状溢流堰)
图4不同宽度组合缓冲带对地表径流不同形态氮的平均削减率；
图5不同宽度组合缓冲带对地表径流不同形态磷的平均削减率；
图6不同污染浓度下不同宽度组合缓冲带总对地表径流不同形态；氮的削减率；
图7不同污染浓度下不同宽度组合缓冲带总对地表径流不同形态磷的削减率；
图8不同污染浓度下不同宽度组合缓冲带总对地表径流不同形态磷的削减率；
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的技术方案做进一步说明，本实施例在以本发明技术方法为前提下进行实施，但本发明的保护范围不仅限于以下实施例。
实施例1
一种利用速生牧草的山区河岸缓冲带构建方法，包括以下步骤：
(1)选取与河道平行，处于农田1和河流之间约20m的河岸带土地作为构建区域；
(2)通过平整土地初步改造选定区域形成地面坡度小于5％的较为平缓的地形，以备种植速生牧草；
(3)农业面源径流汇水布水***建设：在缓冲带构建区域与农田1间以混凝土和砖块修砌一条与河道平行的横截面为正方形储水沟，宽、深分别为0.4m，通过挖掘引流沟渠与农田排水沟联通收集农田退水以及农田汇流的降雨径流，并在储水沟近缓冲带小区一侧修砌高于水平地表面0.2m的锯齿状溢流堰，使储水沟满后从豁口均匀的溢出流过缓冲带；
(4)速生牧草种植与管理：在构建区域内以株距0.5m，行距1m为间隔均匀种植宽度20m杂交狼尾草3幼苗(株高<10cm)，种植后无需过多人工管理，牧草经过3个月生长平均株高可达1m左右，可形成优势群落；
(5)农业面源径流净化过程：通过汇水沟渠将毗邻缓冲带的农田排水沟渠中的农业退水以及汇流的降雨径流引流至缓冲带储水沟内，通过溢流口均匀缓慢的流入缓冲带，经土壤植被***净化后缓流入河。
本实施例位于龙岩市新罗区九龙江北溪流域河岸带，该区域为典型的山区河流谷底农业生产模式，沿河两岸分布着较为密集的农田，雨季长，雨量多，强度大，多年平均年降雨量超过1700mm，易形成显著的农业面源径流污染，氮磷污染物浓度峰值可超过地表水环境质量V类水标准。采用上述河岸缓冲带构建方法建成一片约50m长试验示范区，可汇流面积约1hm2农田退水，经建设1年后，在雨季监测该河岸缓冲带对地表径流中总氮、氨氮和总磷的浓度消减率可达70％、50％和60％以上，出流浓度满足地表水Ⅲ类水标准。
实施例2
如实施例1所述的方法，不同之处在于，为评估不同宽度组合杂交狼尾草3河岸带的缓冲减污效应，步骤(4)中杂交狼尾草种植宽度共设置5个处理小区，各处理小区均与河岸垂直布设，各处理设置了2个重复，共划分为10个长×宽均为20m×2.5m的试验小区。不同处理分区杂交狼尾草种植模式分别为0m撂荒杂草地(W20)、15m撂荒杂草地+5m杂交狼尾草(W15+Pe5)、10m撂荒杂草地+10m杂交狼尾草(W10+Pe10)、5m撂荒杂草地+15m杂交狼尾草(W5+Pe15)和20m杂交狼尾草(Pe20)。
经建设1年后，在雨季监测不同杂交狼尾草种植宽度缓冲带对地表径流中总氮、氨氮和总磷的浓度消减率如图4图5所示，种植10m以上杂交狼尾草即可产生较为显著的氮磷污染浓度消减效应。
实施例3
如实施例2所述的方法，不同之处在于，为评估不同宽度组合杂交狼尾草河岸带对极端面源污染风险条件的消减响应能力，在步骤(5)中以当地习惯施肥量作为参照标准向农田中施加无机复合肥(N:P2O5:K2O＝15:15:15，45％)1500kg·hm-2(高浓度)和750kg·hm-2(低浓度)模拟形成两种浓度富营养化风险情境，将河水作为模拟径流水排放到施肥后的农田中，并使径流水沿农田排水沟流进缓冲带储水沟中并漫流至缓冲带内，监测出流径流不同形态氮磷的浓度以及出流径流流量变化特征。
监测出流中不同形态氮磷污染物浓度消减率如图6图7所示，对不同氮磷浓度模拟实验得出，随氮磷浓度升高，不同宽度组合缓冲带硝态氮、铵态氮、总氮、磷酸盐和总磷平均削减率均表现为高浓度实验>低浓度实验。高浓度模拟实验中，硝态氮、铵态氮、总氮、磷酸盐和总磷的最佳宽度组合分别为Pe20、W15+Pe5、W15+Pe5、W10+Pe10和W10+Pe10，平均削减率分别为14.4％、97.1％、95.5％、96.1％和95.9％；低浓度模拟实验中，硝态氮、铵态氮、总氮、磷酸盐和总磷的最佳宽度组合分别为W20、W10+Pe10、W20、W15+Pe5和W15+Pe5，平均削减率分别为12.0％、81.6％、58.6％、93.3％和92.9％。缓冲带削减地表径流水量效果如图8，W10+Pe10对地表径流水量削减效果显著高于其他缓冲带，为96.93％，W10+Pe10对总氮量和总磷量的削减显著高于其他宽度组合缓冲带，分别为99.15％和99.90％。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种破碎农田景观面源污染消减的河岸缓冲带构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)选取与河道平行，处于农田(1)和河流之间约25m的河岸带土地作为构建区域；
(2)通过平整土地初步改造选定区域形成地面坡度小于5％的较为平缓的地形，以备种植速生牧草；
(3)农业面源径流汇水布水***建设：在缓冲带构建区域与农田(1)间以混凝土和砖块修砌一条与河道平行的横截面为矩形储水沟，在垂直于河道方向挖掘与储水沟相通的溢流沟；
(4)速生牧草种植与管理：在构建区域内以株距0.5m，行距1m为间隔均匀种植宽度20m速生牧草幼苗(株高<10cm)，种植后无需过多人工管理，牧草经过3个月生长平均株高可达1m左右，可形成优势群落；
(5)农业面源径流引导流路：通过汇水沟渠将毗邻缓冲带的农田排水沟渠中的农业退水以及汇流的降雨径流引流至缓冲带储水沟内，通过溢流口均匀缓慢的流入缓冲带，经土壤植被***净化后缓流入河。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中储水沟宽、深分别为0.4m，并在储水沟近缓冲带小区一侧修砌高于水平地表面0.2m的锯齿状溢流堰，使储水沟满后从豁口均匀的溢出流过缓冲带。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中 溢流沟进口内部横断面布设30cm高的溢流墙(2)，当上游沟渠中雨水水深超过30cm时，上游沟渠水从此沟渠溢流到河道。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中速生牧草为杂交狼尾草(3)。
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