本實用新型涉及農(nóng)業(yè)非點源污染控制領域，更具體地，涉及一種農(nóng)田溝渠減少氮磷流失用的生態(tài)溝系統(tǒng)。
背景技術：
：珠江三角洲平原區(qū)土地肥沃，是廣東省重要的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地，區(qū)內(nèi)農(nóng)田排水溝渠縱橫密布，在土地復種指數(shù)高和短歷時暴雨頻繁的條件下，土壤氮、磷極易隨農(nóng)田排水流失，最終進入河涌水體，造成水體富營養(yǎng)化。已有研究表明，利用水生植物構建生態(tài)溝渠，可以明顯降低溝渠水體中的氮、磷濃度。但由于珠江三角洲平原區(qū)地下水位較高，在雨季汛期農(nóng)田常發(fā)生漬澇問題，如果將水生植物直接種植在溝渠中，那么在經(jīng)過一段時間生長后水生植物往往會布滿整條溝渠。而若溝渠中水生植物生長過于茂密，則易發(fā)生排水不暢、加劇農(nóng)田漬澇的問題。而且隨著時間的推移，溝渠底泥氮、磷不斷積累，生態(tài)溝對氮、磷的削減效應也大為降低。技術實現(xiàn)要素：本實用新型針對利用水生植物構建生態(tài)溝渠方面存在的上述技術缺陷，提供一種農(nóng)田溝渠減少氮磷流失用的生態(tài)溝系統(tǒng)。本實用新型的目的通過以下技術方案予以實現(xiàn)：提供一種農(nóng)田溝渠減少氮磷流失用的生態(tài)溝系統(tǒng)，包括設置于農(nóng)田溝渠的基質(zhì)框、鋪設于基質(zhì)框底部的混合基質(zhì)和在混合基質(zhì)中種植的水生植物；所述基質(zhì)框與農(nóng)田溝渠兩側中的至少一側保留一定寬度；在所述基質(zhì)框的周邊和/或底部設置便于溝渠水流正常通過的孔隙。優(yōu)選地，所述基質(zhì)框與農(nóng)田溝渠兩側中分別保留一定寬度以利溝渠水流通暢。優(yōu)選地，所述基質(zhì)框的寬度控制在農(nóng)田排水溝渠寬度的3/4或以下。優(yōu)選地，所述混合基質(zhì)包括上下兩層，下層為鋪設于基質(zhì)框底部的礫石層，上層為鋪設于礫石上的混合基質(zhì)層。所述混合基質(zhì)可以參照本領域現(xiàn)有技術常規(guī)，優(yōu)選地，混合基質(zhì)由土壤基質(zhì)和生物炭的混合構成，其中生物炭占土壤基質(zhì)重量的比例為2%～8%，進一步優(yōu)選地，所述生物炭重量占土壤基質(zhì)重量的8%。優(yōu)選地，所述礫石鋪設的厚度為3～5cm。優(yōu)選地，所述混合基質(zhì)的裝填厚度為15～20cm。優(yōu)選地，所述空隙為條帶狀。優(yōu)選條帶狀的空隙的寬度按照礫石顆粒大小確定，以礫石不從基質(zhì)框中掉落為標準。優(yōu)選地，所述礫石的粒徑為1～2cm。優(yōu)選地，所述條帶狀孔隙的寬度為0.8～1.2cm。本實用新型所述基質(zhì)框的長度視溝渠的長度而定，優(yōu)選按照基質(zhì)框長度為溝渠長度的1/2的比例設置基質(zhì)框的尺寸。優(yōu)選地，所述生態(tài)溝系統(tǒng)由為根據(jù)農(nóng)田溝渠長度方向設置的若干個基質(zhì)框構成；采用若干個基質(zhì)框構成系統(tǒng)時時，優(yōu)選按照基質(zhì)框系統(tǒng)總長度為溝渠長度的1/2的比例設置基質(zhì)框的尺寸和數(shù)量。進一步優(yōu)選地，基質(zhì)框與基質(zhì)框之間的間隔優(yōu)選為40cm。優(yōu)選地，所述的基質(zhì)框距溝渠兩側保留一定寬度的距離為10～30cm，以利溝渠水流通暢。根據(jù)農(nóng)田溝渠的寬度和操作的方便，可以設置多排并列設置的基質(zhì)框。如果設置多排基質(zhì)框，靠近溝渠兩側的基質(zhì)框距溝渠兩側保留一定寬度的距離為10～30cm。進一步優(yōu)選地，所述生態(tài)溝系統(tǒng)中，基質(zhì)框與基質(zhì)框之間長度和/或寬度方向的間隔為40cm。本實用新型的有益效果如下：本實用新型提供了一種結構緊湊、利用效果好的農(nóng)田溝渠減少氮磷流失用的生態(tài)溝系統(tǒng)，將基質(zhì)框按一定的間隔安置在農(nóng)田排水溝渠中，以科學控制生態(tài)溝渠中水生植物的分布格局，一方面通過水生植物及土壤基質(zhì)中生物炭對溝渠水體氮、磷的吸收、吸附作用，降低溝渠水體中的氮、磷濃度，從而達到減少土壤氮、磷流失的目的；另一方面又可避免溝渠水生植物生長過于茂密，從而保持溝渠水流通暢。以本實用新型所述方法構建的生態(tài)溝，可綜合土壤基質(zhì)中生物炭與水生植物對氮、磷的削減作用，既能控制生態(tài)溝水生植物的分布格局，又不至于因水生植物面積減小而降低生態(tài)溝削減氮、磷的效應。本實用新型技術構建生態(tài)溝投入成本低，操作簡單，易于實施。附圖說明圖1基質(zhì)框示意圖。圖2基質(zhì)框示意圖（帶尺寸設計）。圖3利用本實用新型系統(tǒng)構建生態(tài)溝平面示意圖。圖4利用本實用新型系統(tǒng)構建生態(tài)溝平面示意圖。圖5不同比例生物炭對土壤氮的削減效果。圖6不同比例生物炭對土壤磷的削減效果。圖7不同水生植物品種對氮、磷的削減效果。圖8本實用新型技術構建的生態(tài)溝對氮的削減效果。圖9本實用新型技術構建的生態(tài)溝對磷的削減效果。圖10土壤基質(zhì)未加生物炭構建的生態(tài)溝對氮的削減效果。圖11土壤基質(zhì)未加生物炭構建的生態(tài)溝對磷的削減效果。具體實施方式下面結合具體實施例進一步說明本實用新型。下述實施例僅用于示例性說明，不能理解為對本實用新型的限制。實施例1本實施例提供一種基質(zhì)框系統(tǒng)，如附圖1至附圖3所示。包括設置于農(nóng)田溝渠的基質(zhì)框（圖1或圖2所示）、鋪設于基質(zhì)框底部的混合基質(zhì)和在混合基質(zhì)中種植的水生植物；所述基質(zhì)框與農(nóng)田溝渠兩側保留一定寬度；在所述基質(zhì)框的周邊和/或底部設置便于溝渠水流正常通過的孔隙（圖1或圖2中虛線所示）。本實施例所述混合基質(zhì)包括上下兩層，下層為鋪設于基質(zhì)框底部的礫石層，上層為鋪設于礫石上的混合基質(zhì)層。所述混合基質(zhì)由土壤基質(zhì)和生物炭的混合構成，其中生物炭占土壤基質(zhì)重量的比例為2%～8%，進一步優(yōu)選地，所述生物炭重量占土壤基質(zhì)重量的8%。在廣州城郊蔬菜地隨機選擇一段農(nóng)田排水溝，按照以下步驟進行構建生物炭基質(zhì)框系統(tǒng)。S1.設置基質(zhì)框，所述基質(zhì)框的寬度控制在農(nóng)田排水溝渠寬度的3/4或以下，在所述基質(zhì)框設置便于溝渠水流正常通過的孔隙；S2.在所述基質(zhì)框中底部平鋪礫石，然后填入由土壤基質(zhì)和生物炭組成的混合基質(zhì)；S3.在混合基質(zhì)中移栽水生植物苗；S4.基質(zhì)框置于農(nóng)田排水溝渠，基質(zhì)框距溝渠兩側保留一定寬度的距離。具體地，本實施例中，農(nóng)田排水溝溝寬0.8～1.2m，平均寬度1.0m。根據(jù)溝寬制備長（m）、寬（1.0m）、高（m）分別為60cm、40cm、20cm的塑料框作為基質(zhì)框，框體周邊及底部均帶有寬約1cm的條帶狀孔隙，可透水，見圖1或圖2虛線所示。水生植物選用梭魚草和鳶尾兩個品種，本實施例在市場批量購買一批盆栽苗備用，另購一批粒徑為1～2cm的細礫石備用。水生植物種植時先在基質(zhì)框底部平鋪一層細礫石，再將水生植物去掉花盆連同土壤一起移栽到基質(zhì)框中，并加入生物炭，每框基質(zhì)按土壤重量比加入8%的生物炭，表面及周邊用細礫石固定，之后將種植水生植物的基質(zhì)框依次放入排水溝中，基質(zhì)框之間保留40cm的間隔，基質(zhì)框與排水溝兩側的距離10～30cm，見圖3所示，可以保證排水溝水流通暢，水流經(jīng)過基質(zhì)框時亦可以透過框體空隙通過。本實施例溝渠中共放置50個基質(zhì)框，形成水生植物生態(tài)溝，其中上半段水生植物為鳶尾，下半段水生植物為梭魚草。構建生態(tài)溝投入的材料成本約為45元/m。生態(tài)溝水生植物根據(jù)長勢情況進行收割管理。根據(jù)農(nóng)田溝渠的寬度和操作的方便，可以設置多排并列設置的基質(zhì)框，見圖4所示。實施例2實施步驟參見實施例1。實施試驗于2015年8月實施，具體實施方法同上。采用室內(nèi)模擬土柱淋溶試驗的方法，試驗生物炭對土壤氮、磷流失的影響，將生物炭加入土壤中的比例分別為2%、4%、6%和8%，另設不添加處理作為對照，結果見圖5和圖6所示（圖5和圖6中右列數(shù)字1～10表示試驗加水淋溶次數(shù)）。試驗結果表明，生物炭處理與對照之間存在顯著差異（p<0.05），生物炭添加量越大，土壤TN、TP淋溶損失量越小。因此，生物炭可有效降低土壤TN、TP的淋溶損失量。采用室內(nèi)水培試驗的方法，試驗水生植物對氮、磷的削減效果，供試水生植物品種為銅錢草、睡美人、梭魚草、鳶尾、水蕹菜和蘆葦共6種，結果見圖7所示，其中圖7中，每組方框圖中，左邊方框為TN，右邊方框為TP。試驗結果表明，不同水生植物對TN、TP的削減率均顯著高于對照（p<0.05），不同水生植物對TN、TP均有一定的吸收消減作用，平均削減率分別為29.0%～31.0%、53.0%～55.3%，其中梭魚草和菖蒲對TN、TP的去除效果均顯著優(yōu)于其他植物。為試驗本技術的實施效果，在本實用新型技術構建的生態(tài)溝上游（鳶尾前）、中游（鳶尾與梭魚草交界處）和下游末端（梭魚草后）分別設置采樣斷面，在試驗期間避免生態(tài)溝兩側有側溝排水匯入，于一次降雨后連續(xù)采樣監(jiān)測水體氮、磷濃度的變化，結果見圖8和圖9所示，其中圖8和圖9中的每組方框圖中，從左至右分別為雨后當天、雨后3天、雨后7天、雨后40天。從圖8和圖9可見，生態(tài)溝中游及下游斷面水體TN、TP濃度呈明顯下降趨勢，經(jīng)計算，與上游斷面相比，下游斷面水體TN、TP濃度分別降低了47.5%、35.7%，中游斷面水體TN、TP濃度分別降低了35.5%、24.3%。另設一段以同樣方法構建但土壤基質(zhì)未加入生物炭的生態(tài)溝作為對照進行監(jiān)測，結果見圖10和圖11，其中圖10和圖11中的每組方框圖中，從左至右分別為雨后當天、雨后3天、雨后7天、雨后40天。與上游斷面相比，基質(zhì)未加入生物炭的生態(tài)溝下游斷面TN、TP濃度分別降低了31.9%、10.2%，而中游斷面TN、TP則未表現(xiàn)出明顯的降低。對比試驗監(jiān)測結果表明，本實用新型技術構建的生態(tài)溝降低氮、磷濃度效果較好。實施例3實施試驗以2015年4月實施，具體實施方法同上，試驗實施用生物炭及水生植物對氮、磷的削減效果同實施例1。為試驗本實用新型技術的實施效果，在本實用新型技術構建的生態(tài)溝上游（鳶尾前）和下游末端（梭魚草后）分別設置采樣斷面，于一次降雨后連續(xù)采樣監(jiān)測氮、磷濃度的變化，另選50m農(nóng)田自然排水溝（溝兩側自然生長雜草）作為對照進行同期監(jiān)測，結果見表1。表1結果表明，本實用新型技術構建的生態(tài)溝一次降雨后TN、TP去除率平均分別為27.3%、20%，比自然溝對氮、磷的自凈能力平均提高了7.3%、6.0%。表1本技術構建生態(tài)溝與自然溝雨后不同時期的氮、磷去除率比較（%）項目監(jiān)測斷面2015.8.162015.8.192015.8.232015.9.24平均TN生態(tài)溝20.423.931.633.327.3自然溝13.89.7049.816.5TP生態(tài)溝11.749.70.018.720.0自然溝010.36.827.310.5當前第1頁1 2 3