本實(shí)用新型涉及一種有犁底層稻田秸稈豎井與地下水平排水結(jié)合氮磷滲濾攔截去除系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

犁底層是由于長(zhǎng)期耕作受到犁刀及負(fù)重的擠壓和降水時(shí)黏粒隨水沉積而形成，其結(jié)構(gòu)多半為片狀結(jié)構(gòu)或大塊狀結(jié)構(gòu)，容重大、總孔隙度小、滲水性很弱。隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的提高，越來(lái)越多的稻田中出現(xiàn)較為堅(jiān)硬、透水和透氣性差的犁底層，犁底層的存在不僅阻礙了作物根系的生長(zhǎng)，造成土壤環(huán)境惡化，降低了土壤的蓄水保水能力，同時(shí)縮短了農(nóng)田地下徑流的滲漏路徑，削弱了農(nóng)田土壤的滲濾作用，加大了農(nóng)田徑流氮磷污染物的流失。農(nóng)業(yè)面源污染造成大量的氮磷營(yíng)養(yǎng)物進(jìn)入江河、湖庫(kù)，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，破壞了水生生物的生存環(huán)境，更嚴(yán)重的將導(dǎo)致水環(huán)境惡化，水生生態(tài)系統(tǒng)失衡。日趨嚴(yán)重的水污染不僅降低了水體的使用功能，也進(jìn)一步加劇了水資源短缺的矛盾。

目前，針對(duì)有犁底層土壤地區(qū)，打破犁底層的方法分為“犁溝套耕”和“人工分層翻土”兩種。這兩種方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，而且作用持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)。如何針對(duì)存在犁底層的稻田土壤，開(kāi)發(fā)既有效改善土壤環(huán)境狀況，又有效控制農(nóng)田土壤滲流中氮磷排放的滲濾攔截技術(shù)，對(duì)提高作物產(chǎn)量、減少地表徑流、促進(jìn)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展、保護(hù)水環(huán)境和生態(tài)健康具有特別重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種有犁底層稻田秸稈豎井與地下水平排水結(jié)合氮磷滲濾攔截去除系統(tǒng)，豎井與地下水平排水結(jié)合氮磷滲濾攔截系統(tǒng)埋設(shè)于農(nóng)田地下，主要材料有聚氯乙烯（PVC）或聚乙烯（PE）波紋塑料吸水管、透水土工布、稻麥作物秸稈、稻殼等，由穿透稻田犁底層的垂直秸稈豎井排水以及由波紋塑料暗管與透水土工布和作物秸稈外包層構(gòu)成的水平排水組成。

本實(shí)用新型目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，有犁底層稻田秸稈豎井與地下水平排水結(jié)合氮磷滲濾攔截去除系統(tǒng)，在有犁底層稻田設(shè)有秸稈豎井、地下水平滲濾體和排水明溝；

所述地下水平滲濾體，是由排水暗管外裹透水土工布和作物秸稈滲濾材料組成；是在有犁底層稻田依據(jù)排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)水力計(jì)算確定水平波紋塑料暗管排水系統(tǒng)布置規(guī)格與管徑，塑料排水暗管傾斜設(shè)置，坡度為1/1000~1/2000；

排水暗管出口與農(nóng)田排水明溝相連，排水明溝與地下水平滲濾體進(jìn)水端有犁底層的稻田地表面之間形成水頭差，排出稻田地下徑流，實(shí)現(xiàn)對(duì)稻田地下水位調(diào)節(jié)、適宜土壤含水量控制功能；

所述秸稈豎井通過(guò)打孔方法實(shí)現(xiàn)，秸稈豎井包括深層豎井和淺層豎井，深層豎井豎直設(shè)置在于排水暗管上，深層豎井之間的間距為3~4m；淺層豎井豎直設(shè)置在排水暗管之間，淺層豎井之間間距為排水暗管間距的1/2～1/4；深層豎井和淺層豎井穿透稻田犁底層實(shí)現(xiàn)犁底層上下土層土壤溶液的滲濾連通。

進(jìn)一步的，所述排水暗管為波紋塑料吸水管，排水暗管管身均勻打孔。

進(jìn)一步的，所述作物秸稈外包料為稻麥秸稈。

進(jìn)一步的，所述秸稈豎井所用秸稈為稻麥秸稈。

進(jìn)一步的，所述深層豎井（5）和淺層豎井（8）均是由作物秸稈把和外填材料構(gòu)成，秸稈把直徑為12~14cm秸稈豎井內(nèi)壁與秸稈把之間的空隙用填充材料密實(shí)填滿，填充材料是稻殼。有犁底層稻田秸稈豎井與地下水平排水結(jié)合氮磷滲濾攔截去除系統(tǒng)的應(yīng)用方法，包括以下步驟：

（1）布置垂直打破犁底層排水氮磷攔截裝置：有犁底層稻田秸稈豎井與地下水平排水結(jié)合氮磷滲濾攔截系統(tǒng)，在有犁底層稻田設(shè)有秸稈豎井、地下水平滲濾體和排水明溝；

所述地下水平滲濾體，是由排水暗管外裹透水土工布和作物秸稈滲濾材料組成；是在有犁底層稻田依據(jù)排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)水力計(jì)算確定水平波紋塑料暗管排水系統(tǒng)布置規(guī)格與管徑，排水暗管傾斜設(shè)置，坡度為1/1000~1/2000；

排水暗管出口與農(nóng)田排水明溝相連，排水明溝與地下水平滲濾體進(jìn)水端有犁底層的稻田地表面之間形成水頭差，排出稻田地下徑流，實(shí)現(xiàn)對(duì)稻田地下水位調(diào)節(jié)、適宜土壤含水量控制功能；

秸稈豎井通過(guò)打孔方法實(shí)現(xiàn)，秸稈豎井包括深層豎井和淺層豎井，深層豎井豎直設(shè)置在于排水暗管上，深層豎井之間的間距為3~4m；淺層豎井豎直設(shè)置在排水暗管之間，淺層豎井之間間距為排水暗管間距的1/2～1/4；深層豎井和淺層豎井穿透稻田犁底層實(shí)現(xiàn)犁底層上下土層土壤溶液的滲濾連通；（2）秸稈豎井氮磷攔截：利用灌溉或降雨所產(chǎn)生的滲流使含有氮磷的水流進(jìn)入秸稈豎井，稻麥秸稈把吸附并攔截土壤水溶液中的氮磷，使氮磷保留在土壤中，不含氮磷的水流進(jìn)入排水暗管。

（3）地下水平排水氮磷攔截：排水暗管管身均勻打孔，一方面匯集步驟（2）所述秸稈豎井的出水流，另一方面，也相當(dāng)于滲濾體，犁底層以下的含有氮磷的水流，通過(guò)滲流作用，流向排水暗管時(shí)，排水暗管外包裹的水土工布能夠防止暗管堵塞，稻麥作物秸稈滲濾材料將氮磷攔截在土壤中。利用田面與排水明溝之間所形成的水頭差將所述秸稈豎井出水流引到排水明溝。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：

（1）秸稈排水豎井通過(guò)穿透稻田犁底層，人工打破不透水層，形成稻田犁底層上下土層土壤水分滲流的連續(xù)通道，施工方便、簡(jiǎn)單，成本低廉。

（2）秸稈滲濾有效使用期結(jié)束后，留下穿過(guò)不透水犁底層的滲流孔在一定時(shí)間內(nèi)繼續(xù)發(fā)揮排水作用，通過(guò)沿著地下水平滲濾體長(zhǎng)度方向在新的位置上設(shè)置新的秸稈排水豎井，可以保證排水和氮磷滲濾攔截作用的持續(xù)發(fā)揮。

（3）稻田地下排水中的硝態(tài)氮含量占總氮的比重較高，作為以碳源為主的稻麥作物秸稈有機(jī)材料，對(duì)稻田地下滲流中的硝態(tài)氮攔截去除具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

（4）地下水平滲濾體中的波紋塑料暗管和透水土工布外包材料可以確保30年以上工程有效使用期的地下排水要求；作物秸稈腐殖質(zhì)化后仍可保持良好的組織結(jié)構(gòu)，仍可在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)揮其氮磷滲濾攔截作用。

（5）透水土工布通過(guò)機(jī)器自動(dòng)包裹于波紋塑料吸水管的外部，作物秸稈把和外包層鋪設(shè)同樣施工方便；該系統(tǒng)不僅排水效果好，而且可處理大量農(nóng)業(yè)廢棄物，節(jié)能環(huán)保，成本低廉。

（6）本專利申請(qǐng)人的是研究結(jié)果表明，在3~4年左右的秸稈滲濾有效使用期內(nèi)，可有效攔截土壤水溶液中40~50%的氮磷元素，秸稈與透水土工布的聯(lián)合作用，氮磷攔截率將提升超過(guò)10%。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型有犁底層稻田秸稈豎井與地下水平排水結(jié)合氮磷滲濾攔截去除系統(tǒng)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型有犁底層稻田秸稈豎井與地下水平排水結(jié)合氮磷滲濾攔截去除系統(tǒng)的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型有犁底層稻田秸稈豎井與地下水平排水結(jié)合氮磷滲濾攔截去除系統(tǒng)的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型有犁底層稻田秸稈豎井與地下水平排水結(jié)合氮磷滲濾攔截去除系統(tǒng)滲濾體的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實(shí)用新型有犁底層稻田秸稈豎井與地下水平排水結(jié)合氮磷滲濾攔截去除系統(tǒng)滲濾體的橫斷面示意圖；

圖中：1排水暗管、2作物秸稈、3透水土工布、4土層、5深層豎井、6排水明溝、7稻殼、8淺層豎井。

具體實(shí)施方式

如圖1-5所示，有犁底層稻田秸稈豎井與地下水平排水結(jié)合氮磷滲濾攔截去除系統(tǒng)，包括在有犁底層稻田設(shè)有秸稈豎井5、地下水平滲濾體和排水明溝6。

地下水平滲濾體，是由排水暗管1外裹透水土工布3和稻麥作物秸稈2滲濾材料組成；是在有犁底層稻田依據(jù)排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)水力計(jì)算確定水平波紋塑料暗管排水系統(tǒng)布置規(guī)格與管徑，排水暗管傾斜設(shè)置，坡度為1/1000~1/2000，排水暗管出口與農(nóng)田排水明溝6相連，排水明溝與地下水平滲濾體進(jìn)水端有犁底層的稻田地表面之間形成水頭差，排出稻田地下徑流，實(shí)現(xiàn)對(duì)稻田地下水位調(diào)節(jié)、適宜土壤含水量控制功能。

秸稈豎井通過(guò)打孔方法實(shí)現(xiàn)，第一種豎井是置于排水暗管1上方并與其相連的深層豎井5；第二種是置于排水暗管之間的淺層豎井8。秸稈豎井是由稻麥作物秸稈把和稻殼構(gòu)成，秸稈豎井沿著排水暗管長(zhǎng)度方向間距為3~4m，排水暗管之間的秸稈豎井間距為排水暗管間距的1/2～1/4，秸稈把直徑為12~14cm。通過(guò)穿透稻田犁底層的豎井實(shí)現(xiàn)犁底層上下土層土壤溶液的滲濾連通。豎井內(nèi)壁與秸稈把之間的空隙用稻殼密實(shí)填滿。

有犁底層稻田秸稈豎井與地下水平排水結(jié)合氮磷滲濾攔截去除系統(tǒng)的應(yīng)用方法，包括以下步驟：

（1）布置垂直打破犁底層排水氮磷攔截裝置：有犁底層稻田秸稈豎井與地下水平排水結(jié)合氮磷滲濾攔截系統(tǒng)，在有犁底層稻田設(shè)有秸稈豎井、地下水平滲濾體和排水明溝；

所述地下水平滲濾體，是由排水暗管外裹透水土工布和作物秸稈滲濾材料組成；是在有犁底層稻田依據(jù)排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)水力計(jì)算確定水平波紋塑料暗管排水系統(tǒng)布置規(guī)格與管徑，排水暗管傾斜設(shè)置，坡度為1/1000~1/2000；

排水暗管出口與農(nóng)田排水明溝相連，排水明溝與地下水平滲濾體進(jìn)水端有犁底層的稻田地表面之間形成水頭差，排出稻田地下徑流，實(shí)現(xiàn)對(duì)稻田地下水位調(diào)節(jié)、適宜土壤含水量控制功能；

秸稈豎井通過(guò)打孔方法實(shí)現(xiàn)，秸稈豎井包括深層豎井和淺層豎井，深層豎井豎直設(shè)置在于排水暗管上，深層豎井之間的間距為3~4m；淺層豎井豎直設(shè)置在排水暗管之間，淺層豎井之間間距為排水暗管間距的1/2～1/4；深層豎井和淺層豎井上端穿透稻田犁底層實(shí)現(xiàn)犁底層上下土層土壤溶液的滲濾連通；

（2）秸稈豎井氮磷攔截：利用灌溉或降雨所產(chǎn)生的滲流使含有氮磷的水流進(jìn)入秸稈豎井，稻麥秸稈把吸附并攔截土壤水溶液中的氮磷，使氮磷保留在土壤中，不含氮磷的水流進(jìn)入排水暗管。

（3）地下水平排水氮磷攔截：排水暗管管身均勻打孔，一方面匯集步驟（2）所述秸稈豎井的出水流，另一方面，也相當(dāng)于滲濾體，犁底層以下的含有氮磷的水流，通過(guò)滲流作用，流向排水暗管時(shí)，排水暗管外包裹的水土工布能夠防止暗管堵塞，稻麥作物秸稈滲濾材料將氮磷攔截在土壤中。利用田面與排水明溝之間所形成的水頭差將所述秸稈豎井出水流引到排水明溝。