專利名稱：一種減少徑流污染的農(nóng)田系統(tǒng)及其構(gòu)建方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)面源污染控制領(lǐng)域，尤其涉及一種減少徑流污染的農(nóng)田系統(tǒng)及其 構(gòu)建方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，灌溉和降雨造成的地表徑流不僅帶走了農(nóng)田中顆粒態(tài)和水溶態(tài)的 養(yǎng)分，而且會成為水體富營養(yǎng)化的污染源，引起水質(zhì)惡化問題。受農(nóng)業(yè)污染的影響，我國的 湖泊達到富營養(yǎng)化水體的已占63.6%，一些農(nóng)業(yè)高產(chǎn)地區(qū)的湖泊如太湖、巢湖、滇池等，其 中50%以上的氮、磷污染負荷都來自農(nóng)業(yè)源污染。目前控制農(nóng)田徑流的方法中，人工濕地和緩沖帶被認為是現(xiàn)階段最有效的措施。 但是，構(gòu)建人工濕地、緩沖帶等生態(tài)工程需要占用大量土地，會進一步加劇人多地少的矛 盾。另外，此措施旨在去除農(nóng)田徑流中的大量氮磷元素，而非從根本上減少徑流的量，更沒 有改變農(nóng)田中營養(yǎng)元素的流失狀況。最重要的是，目前的控制措施大多數(shù)都是只從單一方 面來處理徑流，沒有形成控制的成套體系從根本上來控制徑流并減少對農(nóng)業(yè)環(huán)境的危害。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種低排放、少 污染、高效益的農(nóng)田系統(tǒng)的構(gòu)建方法。本發(fā)明的另一目的在于提供一種采用上述方法構(gòu)建而成的減少徑流污染的農(nóng)田 系統(tǒng)。本發(fā)明的再一目的在于提供上述農(nóng)田系統(tǒng)在控制農(nóng)業(yè)環(huán)境污染方面特別是徑流 污染方面的應(yīng)用。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種減少徑流污染的農(nóng)田系統(tǒng)的構(gòu)建方法，包括農(nóng)田基礎(chǔ)工程構(gòu)建和農(nóng)田運作方 法，包括以下步驟一、農(nóng)田基礎(chǔ)工程的構(gòu)建(1)將農(nóng)田用四周起畦的方法隔成獨立的農(nóng)田區(qū)域，畦高8 12cm，寬4 6cm，在 農(nóng)田區(qū)域的內(nèi)側(cè)邊界與畦平行的方向每隔16 2細做一條匯水渠； (2)在農(nóng)田區(qū)域外側(cè)沿一條邊界做一條與農(nóng)田區(qū)域邊界等長的集水渠，集水渠和 徑流收集池相連，集水渠內(nèi)種植草被做草濾帶，在徑流收集池寬的兩側(cè)分別做進水口和溢 水口 ；(3)在徑流收集池的溢水口后設(shè)置一塊長方形的水稻田，并在水稻田的對角線位 置做進水口和出水口，出水口與生態(tài)溝渠相連；(4)生態(tài)溝渠分三段設(shè)計生態(tài)溝的前1/5為草濾帶，種植普通雜草；中間2/5種 植水生空心菜；最后階段的2/5，底層鋪墊沸石，上層種植菖蒲，生態(tài)溝渠的水最終匯集到 徑流集水池以作灌溉再利用或直接排入湖泊；
二、農(nóng)田運作方法(5)農(nóng)田耕作之后首先將農(nóng)田平整，盡量使整塊田地沒有坡度，把秸稈以覆蓋的方 式平鋪在農(nóng)田表面，鋪設(shè)厚度為3 5cm ；(6)施肥方法采用測土配方施肥，有機肥和化肥按質(zhì)量比1 1混合施用，施肥之 后馬上覆土，10天之后澆水灌溉，作物生長期內(nèi)施用一次底肥，兩次追肥；(7)在作物生長期間，把徑流收集池中的徑流液回灌到農(nóng)田系統(tǒng)，并且將徑流收集 池中的底泥回田再利用。步驟⑴所述匯水渠的寬為4 10cm，深為3 5cm。若農(nóng)田面積過大，可以多做 幾條匯水渠，充分匯集徑流液；步驟⑵所述集水渠寬為8 14cm，深為3 6cm ；所述徑流收集池的橫截面積占 農(nóng)田區(qū)域面積的1 5%，長寬比為4 1，深為80 120cm。步驟(3)所述水稻田的區(qū)域面積占農(nóng)田區(qū)域面積的20 25%，長寬比為5 1。步驟(4)所述生態(tài)溝渠的寬為40 60cm，深為15 20cm，長度與水稻田的長度 相同。步驟(6)所述化肥為控釋肥、磷肥和鉀肥(按作物需求調(diào)整各肥料的比例)的混 和肥料；所述施肥深度為30 35cm。步驟(6)所述秸稈為上季作物收獲之后的秸稈。一種由上述方法構(gòu)建而成的減少徑流污染的農(nóng)田系統(tǒng)。上述的減少徑流污染的農(nóng)田系統(tǒng)在控制農(nóng)業(yè)環(huán)境污染方面的應(yīng)用。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果本發(fā)明在少雨季節(jié)能通過徑流收集池收集徑流回灌再利用，避免了營養(yǎng)元素的損 失；在多雨季節(jié)溢出徑流收集池的徑流液可以通過水稻田的沉降消能，和溝渠系統(tǒng)的消污 納污做到盡可能的減排。該系統(tǒng)不但較大程度的減緩灌溉和暴雨對于農(nóng)田土壤的沖擊，減 少徑流損失，保持農(nóng)田的肥力，還能收集徑流液中的營養(yǎng)元素重新回田利用，提高經(jīng)濟效
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圖1本發(fā)明農(nóng)田系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為旱田，2為水稻田，3為匯水渠，4為 畦，5為集水渠，6為徑流收集池，7為草濾帶，8為空心菜種植區(qū)，9為沸石+菖蒲種植區(qū)，A 為集水渠入口，B為徑流收集池出口，C為生態(tài)溝渠入口，D為生態(tài)溝渠出口。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限 于此。實施例1 選取面積為20mX20m的一塊旱地作為實驗區(qū)域，將農(nóng)田用四周起畦的方法隔成 獨立的區(qū)域，畦高8cm，寬4cm左右，在該區(qū)域的邊界內(nèi)側(cè)與畦平行的方向做寬如m，深5cm 的匯水渠，便于收集徑流液，若農(nóng)田面積較大，則每隔2 !做一條匯水渠，充分匯集徑流液； 在農(nóng)田區(qū)域外側(cè)沿一條邊界做一條和邊界等長的集水渠，集水渠和徑流收集池相連，其中，集水渠20m，寬為8cm，深為3cm，徑流收集池長細，寬lm，深為0. 8m ；在徑流收集池的溢水口 后布置一塊長方形的水稻田，水稻田長20m，寬細，并在長方形區(qū)域的對角線位置做進水口 和出水口，出水口與溝渠相連；溝渠系統(tǒng)長20m，前^!為草濾帶，中間8m種植水生空心菜， 最后階段的8m為沸石和菖蒲組成的濾池。種植作物為玉米，耕作并整平之后在該區(qū)域表面覆蓋3cm厚玉米秸稈；底肥施 用85. 7kg有機肥，5. 4kg艷陽天控釋肥，4. 8kg過磷酸鈣和1. 8kg氯化鉀肥料，施肥深度 為30 35cm，有機肥采用深溝條施的方法，控釋肥和其他化肥混合之后采用穴施的方法， 施肥之后馬上覆蓋；在玉米拔節(jié)期和灌漿期分兩次用化肥追肥，第一次為艷陽天控釋肥 3. 2kg,過磷酸鈣2. 9kg,和氯化鉀1. Ikg ；第二次追肥為艷陽天控釋肥2. Ikg,過磷酸鈣 1. 9kg,和氯化鉀0. 7kg,追肥方式為在距玉米5cm處穴施，施肥深度為30 35cm，施肥之后 馬上回土覆蓋，10天之后澆水灌溉；在玉米的生長期間，把徑流收集池中的徑流液回灌到 農(nóng)田，并把底泥挖出做追肥回用。在面積為400m2的普通農(nóng)田種植玉米作為對照處理此試驗面積的農(nóng)田和周圍其 他農(nóng)田做畦隔開，并在此區(qū)域外做集水塘收集此試驗田的徑流液；耕作之后不覆蓋任何材 料，采用單元素化肥施肥，即尿素13kg，過磷酸鈣25. ^g，氯化鉀7. ^g，其中，70%作底肥， 余下的30% —次性追肥施入，施肥方式都為撒施趟地。玉米收獲之后實驗結(jié)束，本實驗中，玉米的整個生長季節(jié)都為豐水季節(jié)，可以在溝 渠系統(tǒng)的末端收集徑流液，實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)按照本方法構(gòu)建的農(nóng)田系統(tǒng)中，徑流液的總量比 普通農(nóng)田少50%;通過徑流液中的氮、磷、鉀元素，結(jié)果顯示按照本方法構(gòu)建的農(nóng)田系統(tǒng)的 氮磷鉀損失分別為0. 8kgU. Okg和0. ^cg,而對照的普通農(nóng)田營養(yǎng)元素損失為氮素3. 2kg, 磷為2. lkg，鉀元素為1.4kg，分別相對減排75^,52%和36% ；而且發(fā)現(xiàn)，在集水渠入口 A 處懸浮顆粒物的濃度為190. 5mg/L，徑流收集池出口 B處的濃度為100. %ig/L，水稻田出水 口 C處的懸浮顆粒物的濃度為40. 7mg/L，經(jīng)過溝渠系統(tǒng)之后濃度減少到25. 6mg/L ；懸浮顆 粒物的濃度最終減少87% ；由上可以得出結(jié)論此農(nóng)田系統(tǒng)可比較理想的減少農(nóng)田中的徑 流。實施例2選取面積為IOOmX 50m的一塊旱地作為實驗區(qū)域，將農(nóng)田用四周起畦的方法隔成 獨立的區(qū)域，畦高12cm，寬6cm左右，在該區(qū)域的邊界內(nèi)側(cè)與畦平行的方向做寬10cm，深3cm 的匯水渠，便于收集徑流液，若農(nóng)田面積較大，則每隔16m做一條匯水渠，充分匯集徑流液； 在農(nóng)田區(qū)域外側(cè)沿一條邊界做一條和邊長等長的集水渠，集水渠和徑流收集池相連，其中， 集水渠長100m，寬為Hcm，深為6cm，徑流收集池長Hm，寬3. 5m，深為1. 2m ；在徑流收集池 的溢水口后布置一塊長方形的水稻田，水稻田長70. 7m，寬14. lm，并在長方形區(qū)域的對角 線位置做進水口和出水口，出水口與溝渠相連；溝渠系統(tǒng)長100m，前20m為草濾帶，中間40m 種植水生空心菜，最后階段的40m為沸石和菖蒲組成的濾池。試驗作物為紅薯，耕作并整平之后在該區(qū)域表面覆蓋5cm厚曬干的紅薯藤；施肥 方法為底肥施用892. 5kg有機肥、56. 3kg施可豐控釋肥，42. 5kg過磷酸鈣和65kg氯化鉀， 在翻耕土地之后于距地面深度為30 35cm處條施有機肥，穴施化肥，并馬上覆土 ；在紅薯 生長的中期和后期分別追肥兩次，追肥量分別為第一次施入施可豐控釋肥33. 8kg、過磷 酸鈣25kg和氯化鉀38. 8kg ；第二次施入施可豐控釋肥22. ^g、過磷酸鈣16. 3kg和氯化鉀26. 3kg，追肥方式也是采用施肥深度為30 35cm處深埋覆土的方法，10天之后澆水灌溉； 在紅薯生長期間把徑流收集池中的徑流液回灌到農(nóng)田，并把底泥做追肥回用。該大面積的紅薯種植期間共經(jīng)歷了兩次降雨量超過150mm的強降雨。收獲之后測 定徑流液中的氮、磷、鉀元素，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氮、磷、鉀元素的濃度在徑流收集池出口 B處相對A 處分別降低11 %、21 %和8%，在水稻田出水口 C處比A處分別降低了四％、47%和18%，經(jīng) 過溝渠系統(tǒng)之后，在D處其濃度相對A處分別降低了 45 %、74 %和44 %，以上數(shù)據(jù)顯示此系 統(tǒng)去污效果明顯；另外，試驗數(shù)據(jù)表明D處的懸浮顆粒物的濃度較A處最終減少83. 9%， 也比較理想地達到了減少徑流的效果。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種減少徑流污染的農(nóng)田系統(tǒng)的構(gòu)建方法，包括農(nóng)田基礎(chǔ)工程構(gòu)建和農(nóng)田運作方 法，其特征在于包括以下步驟一、農(nóng)田基礎(chǔ)工程的構(gòu)建(1)將農(nóng)田用四周起畦的方法隔成獨立的農(nóng)田區(qū)域，畦高8 12cm，寬4 6cm，在農(nóng)田 區(qū)域的內(nèi)側(cè)邊界與畦平行的方向每隔16 2細做一條匯水渠；(2)在農(nóng)田區(qū)域外側(cè)沿一條邊界做一條與農(nóng)田區(qū)域邊界等長的集水渠，集水渠和徑 流收集池相連，集水渠內(nèi)種植草被做草濾帶，在徑流收集池寬的兩側(cè)分別做進水口和溢水 Π ；(3)在徑流收集池的溢水口后設(shè)置一塊長方形的水稻田，并在水稻田的對角線位置做 進水口和出水口，出水口與生態(tài)溝渠相連；(4)生態(tài)溝渠分三段設(shè)計生態(tài)溝渠的前1/5為草濾帶，種植普通雜草；中間2/5種植 水生空心菜；最后階段的2/5，底層鋪墊沸石，上層種植菖蒲，生態(tài)溝渠的水最終匯集到徑 流集水池以作灌溉再利用或直接排入湖泊；二、農(nóng)田運作方法(5)農(nóng)田耕作之后首先將農(nóng)田平整，把秸稈以覆蓋的方式平鋪在農(nóng)田表面，鋪設(shè)厚度為 3 5 cm ；(6)施肥方法采用測土配方施肥，有機肥和化肥按質(zhì)量比1 1混合施用，施肥之后馬 上覆土，10天之后澆水灌溉，作物生長期內(nèi)施用一次底肥，兩次追肥；(7)在作物生長期間，把徑流收集池中的徑流液回灌到農(nóng)田系統(tǒng)，并且將徑流收集池中 的底泥回田再利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減少徑流污染的農(nóng)田系統(tǒng)的構(gòu)建方法，其特征在于步 驟(1)所述匯水渠的寬為4 10cm，深為3 5cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減少徑流污染的農(nóng)田系統(tǒng)的構(gòu)建方法，其特征在于步 驟(2)所述集水渠寬為8 Hcm，深為3 6cm ；所述徑流收集池的橫截面積占農(nóng)田區(qū)域面 積的1 5%，長寬比為4 1，深為80 120cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減少徑流污染的農(nóng)田系統(tǒng)的構(gòu)建方法，其特征在于步 驟(3)所述水稻田的區(qū)域面積占農(nóng)田區(qū)域面積的20 25%，長寬比為5 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減少徑流污染的農(nóng)田系統(tǒng)的構(gòu)建方法，其特征在于步 驟(4)所述生態(tài)溝渠的寬為40 60cm，深為15 20cm，長度與水稻田的長度相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減少徑流污染的農(nóng)田系統(tǒng)的構(gòu)建方法，其特征在于步 驟(6)所述化肥為控釋肥、磷肥和鉀肥的混和肥料；所述施肥深度為30 35cm。
7.一種由權(quán)利要求1 6任一項所述方法構(gòu)建而成的減少徑流污染的農(nóng)田系統(tǒng)。
8.權(quán)利要求7所述的減少徑流污染的農(nóng)田系統(tǒng)在控制農(nóng)業(yè)環(huán)境污染方面的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種減少徑流污染的農(nóng)田系統(tǒng)及其構(gòu)建方法和應(yīng)用，該農(nóng)田系統(tǒng)的構(gòu)建方法包括農(nóng)田基礎(chǔ)工程構(gòu)建和農(nóng)田運作方法，其中農(nóng)田基礎(chǔ)工程的構(gòu)建主要由壟畦，匯水渠，集水渠，徑流收集池，水稻田和溝渠系統(tǒng)構(gòu)成；運作方法包括農(nóng)田表面覆蓋秸稈和合理的施肥方法，并把徑流回灌，底泥回田再利用。本農(nóng)田系統(tǒng)減排效果明顯，能很好的減少灌溉和暴雨對農(nóng)田的影響，可以較理想地減少徑流損失和保持土壤肥力，也可以回用徑流液中的營養(yǎng)元素，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
文檔編號A01G1/00GK102084770SQ20101052461
公開日2011年6月8日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者丘錦榮, 呂丹丹, 許振成, 鄧偉 申請人:環(huán)境保護部華南環(huán)境科學(xué)研究所