CN109553190A - 一种利用缓冲带内嵌入生态沟塘拦截农田氮磷径流的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用缓冲带内嵌入生态沟塘拦截农田氮磷径流的方法，属于农业环境保护技术领域，本发明具体包括以下内容：沿河流两侧构建农田缓冲带，并在靠近河流一侧缓冲带内设置隔离带，进一步隔离进入缓冲带内的农田径流通过侧渗等进入河流。田内产生的径流逐渐汇入农田缓冲带中，缓冲带内构建回形生态沟和多生态塘***，多塘***利用生态沟进行水力连通，利用缓冲带内生态沟和生态塘对农田径流中氮磷进行拦截、净化，净化后的农田尾水通过厌氧塘出水口排到河流中。本发明充分利用农田原有布局，优化“农田缓冲带‑生态沟‑生态塘”在农田生态***中的结构和功能，实现农田氮磷径流的拦截净化，提升农田对氮磷面源污染的自净能力和景观效果。

Description

一种利用缓冲带内嵌入生态沟塘拦截农田氮磷径流的方法
技术领域
本发明属于农业环境保护技术领域，具体的说，涉及一种利用缓冲带内嵌入生态沟塘拦截农田氮磷径流的方法。
背景技术
氮、磷是重要的生源要素，也是促进农业持续发展的根本要素。然而，农田氮磷肥料的过量投入，带来的农田氮磷流失是农业面源污染中最主要的污染源之一，而田内沟渠硬化或农田缓冲带、生态沟塘等拦截功能的缺失，造成了流出田块的氮磷在硬化沟渠、土沟内难以完全拦截、净化而排入地表水***，加剧农田周边河网水体富营养化进程。
农田缓冲带、沟和塘是农田生态***重要的构成要素，它对丰富农田生物多样性，美化田园景观，保水固土，调蓄农田***水量，降低地表径流所携带的氮、磷浓度，拦截农田氮磷流失发挥着重要作用。然而，随着现代农业的发展，土质沟渠杂草丛生、水流不畅问题突出，一些土质沟渠被改造成“三面光”硬化沟渠，致使沟渠内水流过快，泥沙难以完全沉降，同时硬化沟渠内缺少植物、底泥和微生物，不能吸附、降解农田尾水中的氮磷，致使沟渠对农田尾水中氮磷拦截净化功能缺失。农田***沟渠径流过程中塘***和缓冲带的缺失，使得沟渠径流中氮磷未能充分拦截、净化，直接流出农田***进入地表水体，造成农田***氮磷流失负荷增加，成为农田周边河网区水体富营养化的重要原因。可见，农田沟塘、缓冲带是农田***发挥氮磷径流拦截的重要组成部分。
目前，国内外关于利用生态沟渠、生态塘、缓冲带等单一措施进行农田氮磷径流拦截的方法较多，却鲜有将生态沟塘嵌入缓冲带内，使得农田缓冲带-生态沟-生态塘有机合为一体对农田氮磷径流进行生态拦截。因此，如何通过农田缓冲带、生态沟塘的优化布局和生态化构建，实现有效拦截农田径流，净化农田尾水氮磷，降低农田氮磷流失对水环境的污染。
发明内容
为了克服背景技术中存在的问题，本发明提供了一种利用农田缓冲带内嵌入生态沟塘拦截农田氮磷径流的方法，该技术充分利用农田原有布局，优化“农田缓冲带-生态沟-生态塘”在农田生态***中的结构和功能，实现农田氮磷径流的拦截净化，提升农田对氮磷面源污染的自净能力和景观效果。
为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
所述的利用缓冲带内嵌入生态沟塘拦截农田氮磷径流的方法，具体包括以下内容：沿河流两侧构建农田缓冲带，缓冲带靠近河流一侧设置隔离带，进一步隔离进入缓冲带内的农田径流通过侧渗等方式进入河流，缓冲带内除隔离带以外的区域设置生态沟和多功能生态塘***，生态沟走向与河流垂直，各级生态塘通过生态沟相连，农田径流经缓冲带内的生态沟，逐级进入各级生态塘，经过沟塘***对农田径流中的氮磷进行梯级拦截、净化，净化后的农田尾水通过末端的多功能生态塘***出水口排到河流中。
进一步的，缓冲带带宽不少于50 m，隔离带带宽不少于5 m。
进一步的，生态沟的平面布局为回形设计，扩大了缓冲带水容量，延长了水力停留时间；生态沟为土沟，沟渠断面上宽为1.0 m～1.5 m、底宽为0.7 m～1.2m、深为0.7 m～1.2m的等腰梯形。
进一步的，回形设计的生态沟中间为土垄，垄面宽不少于1 m，土垄对回形沟进行分割，也便于种植植物。
进一步的，多功能生态塘***容积按不少于600 m3/hm2农田配置；多功能生态塘***包括沿水流方向依次布设（上游）好氧塘、（中间）兼氧塘和（下游）厌氧塘。农田径流经缓冲带内的生态沟，逐级进入好氧生态塘、兼氧生态塘，最后进入厌氧生态塘，经过沟塘***对农田径流中的氮磷进行拦截、净化，净化后的农田径流通过厌氧生态塘的出水口排入河流中。好氧塘、兼氧塘和厌氧塘的水深分别为30-50cm、50-100cm、100-200cm。
进一步的，生态沟连接的好氧塘、兼氧塘和厌氧塘的多功能生态塘***为一组，缓冲带内可以设置一组或多组多功能生态塘***。
进一步的，各级生态塘的塘岸断面为梯形，内坡坡度为1:0.75-2:1，外坡坡度为2:1-4:1；塘底应平整并略具坡度向出水口倾斜，生态塘进水口为多点设置，出水口设1个；塘岸、塘底均为土质。
进一步的，生态沟和多功能生态塘进水口的前端分别设有格栅，格栅孔径为3 cm×3 cm，其尺寸与生态沟和生态塘断面进水口尺寸一致。
进一步的，不同等高的生态沟及生态塘出水口还设有调蓄闸。生态沟为土沟则需要根据断面尺寸，在安装水闸处用水泥和红砖砌成硬化渠体，进行安装。
调蓄闸包括支撑架、转动柱、支撑弯板、侧板、水位挡板、支撑杆、绞盘、牵引绳、支撑杆。通过旋转支撑杆上的绞盘，带动牵引绳伸缩，以调节水位挡板高度，从而实现沟渠或塘内上游水位和下泄流量的调节。调蓄闸可由钢板焊接制成。
进一步的，生态沟的沟坡种植草本护坡植物，沟底种植挺水和沉水植物；生态塘岸选择乔草搭配的护坡植物，生态塘内挺水、沉水和浮水植物搭配种植，且生态塘内保留50%-60%的水面，并引进水生动物。物种配置要考虑生物多样性原则，不同植物种交错搭配种植。
挺水植物优先考虑芦苇、茭草、茭白、茨菰、香蒲、菖蒲、水葱、泽泻、灯芯草、鸢尾、美人蕉等；浮水植物优先考虑睡莲、荇菜、水鳖等；沉水植物优先考虑苦草、微齿眼子菜、马来眼子菜、金鱼藻、菹草等；水生动物为鱼、蟹、虾等；护坡植物乔木优先考虑柳树，草本植物优先考虑三叶草、黑麦草、狗牙根等。
进一步的，所述缓冲带内种植乔木和草本植物，乔木包括水杉、柳树等，草本植物为三叶草、黑麦草等。
本发明的有益效果：
本发明充分利用农田原有布局，优化“农田缓冲带-生态沟-生态塘”在农田生态***中的结构和功能，实现农田氮磷径流的拦截净化，提升农田对氮磷面源污染的自净能力和景观效果。
附图说明
图1是缓冲带、生态沟和多功能生态塘***的关系概图；
图2缓冲带内土垄和生态沟剖面示意图；
图3生态塘沿水流方向剖面示意图；
图4是调蓄闸的结构示意图；
图中，1-农田、2-缓冲带、3-生态沟、4-好氧塘、5-兼氧塘、6-厌氧塘、7-隔离带、8-河流、9-支撑架、10-转动柱、11-支撑弯板、12-侧板、13-水位挡板、14-绞盘、15-牵引绳、16-支撑杆。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将对本发明的优选实施例（以云南省大理市梅和村农田缓冲带为例），进行详细说明，以方便技术人员理解。
利用缓冲带内嵌入生态沟塘拦截农田氮磷径流的方法：沿河流两侧构建农田缓冲带，并在靠近河流的缓冲带一侧设置隔离带。缓冲带内除隔离带区域设置生态沟和生态塘。生态沟为回形设计，多功能生态塘通过生态沟相互连通，上游为好氧生态塘，中间为兼氧生态塘，下游为厌氧生态塘，农田径流经缓冲带内的生态沟，逐级进入好氧生态塘、兼氧生态塘，最后进入厌氧生态塘，经过沟塘***对农田径流中的氮磷进行拦截、净化，净化后的农田尾水通过厌氧生态塘的出水口排到河流中（图1）。具体包括以下步骤：
（1）农田缓冲带构建：
沿河流两侧构建农田缓冲带，缓冲带带宽为100 m；靠近河流的缓冲带一侧设置20 m宽的隔离带，缓冲带内隔离带以外的区域设置生态沟和多功能生态塘。
（2）生态沟构建：
生态沟为土质沟渠，沟渠断面为上宽1.0 m、底宽0.7 m、深0.7 m的等腰梯形（图2）；生态沟走向与河流垂直，生态沟布局为回形设计，为扩大缓冲带水容量，延长水力停留时间。生态沟中间为垄宽1 m的土垄，土垄对回形生态沟进行分割，也便于植物种植。
（3）多功能生态塘***构建：
多功能生态塘***包括沿水流方向依次布设的好氧塘（水深50 cm）、兼氧塘（水深80cm）和厌氧塘（水深150 cm），三种类型的生态塘为一组，缓冲带内可以设置一组或多组生态塘***。多功能生态塘容积按600 m3/hm2农田配置，塘岸、塘底均为土质，塘岸断面为梯形（图3），为了塘岸的稳定性及内坡方便种植更多植物增加对塘内农田尾水的净化能力，设置塘岸内坡坡度为1:0.75，外坡坡度为2:1，。生态塘底应平整并略具坡度向出水口倾斜，主要是为生态塘内的水流容易通过出水口外排。生态塘进水口因地制宜设置多点，主要方便农田尾水进入生态塘；生态塘设一个出水口，生态塘内水流通过该出水口方便排入河道。
（4）栅格设置：
生态沟和生态塘进水口的前端分别设有栅格，栅格孔径为3 cm×3 cm，其尺寸与沟渠断面尺寸一致，防止农田径流携带的大块固体垃圾进入生态沟塘，堵塞沟塘水流，造成水流不畅，同时要及时清理栅格拦截的固体垃圾，避免堵塞沟道。
（5）调蓄闸设置：
生态沟和生态塘出水口设有调蓄闸（图4），调蓄闸包括支撑架9、转动柱10、支撑弯板11、侧板12、水位挡板13、绞盘14、牵引绳15、支撑杆16。支撑架9固定在用水泥和红砖砌成的硬化渠体上，调节水位时，旋转支撑杆16上的绞盘14，带动牵引绳15的伸缩，通过转动柱10的旋转，调节水位挡板13的高度，进行生态沟和生态塘水位调节，同时水位挡板13两侧与侧板12紧密衔接，避免水流从水位挡板13两侧与侧板12连接的缝隙流出。通过水位挡板的拦截，多余的水通过水位挡板溢流出生态沟或生态塘。
（6）植物选择及配置：
选择的植物具有较强氮磷吸收能力，生长旺盛，有一定经济价值或易于处置利用，并有较好的景观效果。挺水植物选择芦苇、茭草、香蒲、菖蒲等；浮水植物选择睡莲、菱角等；沉水植物选择苦草、金鱼藻、菹草等；护坡植物乔木优先考虑柳树、水杉等，草本植物优先考虑三叶草、黑麦草等。
生态沟的沟坡在最高水位线以上种植草本护坡植物，在最高水位线以下及沟底种植挺水植物和沉水植物。生态塘岸选择乔草搭配的护坡植物，生态塘内挺水、沉水和浮水植物搭配种植。生态塘内通过打捞等措施，确保保留50 %～60 %的水面。缓冲带内的隔离带和土垄上交错搭配种植水杉、柳树等耐淹的乔木和三叶草、黑麦草等草本植物。
本发明提供的一种利用缓冲带内嵌入生态沟塘拦截农田氮磷径流的方法，2018年1月到7月通过在缓冲带入口和厌氧生态塘出口农田径流中总氮、总磷监测发现，该方法能有效降低农田径流中氮磷浓度。总氮平均浓度从9.12 mg/L下降到6.14 mg/L，削减率为32.7%；总磷平均浓度从0.18mg/L下降到0.14 mg/L，削减率为22.2%。
最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种利用缓冲带内嵌入生态沟塘拦截农田氮磷径流的方法，其特征在于：沿河流两侧构建农田缓冲带，缓冲带内靠近河流一侧设隔离带，进一步隔离进入缓冲带内的农田径流进入河流，缓冲带内除隔离带以外的区域设置生态沟和多功能生态塘***，生态沟走向与河流垂直，各级生态塘通过生态沟相连，农田径流经缓冲带内的生态沟，逐级进入各级生态塘，经过沟塘***对农田径流中的氮磷进行梯级拦截、净化，净化后的农田尾水通过多功能生态塘***出水口排到河流中。
2.根据权利要求1所述的一种利用缓冲带内嵌入生态沟塘拦截农田氮磷径流的方法，其特征在于：缓冲带带宽不少于50 m，隔离带的带宽不少于5 m。
3.根据权利要求1所述的一种利用缓冲带内嵌入生态沟塘拦截农田氮磷径流的方法，其特征在于：生态沟的平面布局为回形设计，扩大缓冲带水容量，延长水力停留时间；生态沟为土沟，沟渠为断面上宽1.0 m～1.5 m、底宽0.7 m～1.2m、深0.7 m～1.2 m的等腰梯形。
4.根据权利要求3所述的一种利用缓冲带内嵌入生态沟塘拦截农田氮磷径流的方法，其特征在于：回形设计的生态沟中间为土垄，垄面宽不少于1 m，土垄对回形沟进行分割，也便于种植植物。
5.根据权利要求1所述的一种利用缓冲带内嵌入生态沟塘拦截农田氮磷径流的方法，其特征在于：多功能生态塘***的容积按不少于600 m3/hm2农田配置，多功能生态塘***包括沿水流方向依次布设好氧塘、兼氧塘和厌氧塘；好氧塘、兼氧塘和厌氧塘的水深分别为30-50cm、50-100cm、100-200cm。
6.根据权利要求1或5任一项所述的一种利用缓冲带内嵌入生态沟塘拦截农田氮磷径流的方法，其特征在于：生态沟连接的好氧塘、兼氧塘和厌氧塘多功能生态塘***为一组，缓冲带内可以设置一组或多组多功能生态塘***。
7.根据权利要求1所述的一种利用缓冲带内嵌入生态沟塘拦截农田氮磷径流的方法，其特征在于：各级生态塘的塘岸断面为梯形，内坡坡度为1:0.75-2:1，外坡坡度为2:1-4:1；塘底应平整并略具坡度向出水口倾斜，生态塘进水口为多点设置，出水口设1个；塘岸、塘底均为土质。
8.根据权利要求1所述的一种利用缓冲带内嵌入生态沟塘拦截农田氮磷径流的方法，其特征在于：生态沟和各级生态塘进水口的前端分别设有栅格，栅格孔径为3 cm×3 cm，其尺寸与生态沟和生态塘断进水口面尺寸一致。
9.根据权利要求1所述的一种利用缓冲带内嵌入生态沟塘拦截农田氮磷径流的方法，其特征在于：不同等高的生态沟和生态塘出水口设有调蓄闸。
10.根据权利要求1所述的一种利用缓冲带内嵌入生态沟塘拦截农田氮磷径流的方法，其特征在于：生态沟的沟坡种植草本护坡植物，沟底种植挺水和沉水植物；生态塘岸选择乔草搭配的护坡植物，生态塘内挺水、沉水和浮水植物搭配种植，且生态塘内保留50%-60%的水面，并引进水生动物。
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