一种生态农田系统及构建方法与流程

本发明属于农业生态技术领域，涉及一种生态农田系统及构建方法。

背景技术：

目前我国农田主要采用单一的农业种植技术，尤其在南方多雨地区，主要采用早稻和晚稻轮作、中稻和油菜轮作等模式，其基本特征表现为生态适应性较弱、产品结构单一、经济效益较低，不能有效的提高稻田的综合生产能力。随着农业技术的进步，越来越多的地方推广采用稻作农田养殖水产的模式，农田养殖是指利用稻田浅水环境辅以人为措施，既种稻又养殖鱼、虾、蟹等水产品，以提高稻田生产效益的一种生产形式。农田养殖使植物、动物二者互利共生，形成新的生态系统，充分发挥农田的生产力，达到了提高经济效益的目的，同时减少了农药化肥的施用，减少面源污染。但目前的农田养殖大多为农田养殖不同水产品如虾、蟹、鱼等过程的技术方法。目前传统的农田可持续发展能力差且功能单一，灌排功能设计仅为了农作物的生长需求，不能满足农田养殖的要求。

技术实现要素：

针对目前存在的问题，本发明提供一种新的生态农田系统，该系统能够同时满足农作物生长和水产品养殖的需要，还使植物以及动物构成了农田内不同类型的生物结构，将生态系统的功能最大限度的发挥出来，使农田具备良好的自我净化功能与自我调控能力。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种生态农田系统，所述生态农田系统包括田间系统、灌溉系统和排水系统，所述田间系统分别与灌溉系统和排水系统连通；所述田间系统包括养殖系统和农作系统，养殖系统周围设置农作系统，所述灌溉系统包括依次连接的灌溉控制系统、水预处理系统和灌溉水池；灌溉控制系统和灌溉水池设在农田外部，所述水预处理系统设置在灌溉水池的进水口处，所述排水系统包括排水控制系统和排水池，所述排水控制系统包括排水闸门和抽水泵，所述排水闸门设在田间系统与排水系统的连接处，抽水泵设在排水池中，排水池通过管道又和水预处理系统连接，用于排水池的水再返回水预处理系统实现水循环利用。

其中，所述养殖系统包括养殖沟、养殖塘和拦网，所述养殖沟和养殖塘相连通，拦网设置在农田四周，用于防止养殖的生物逃脱。

所述养殖沟布设在整个田块中，平面布置为“田”或“口”形式。

根据鱼、虾、蟹等生存需要，养殖沟深度可设置为0.30-1.20cm，截面采用梯形、u形或矩形等形式。

所述养殖塘可以根据需要进行设置，一般面积为1-5m²，深度与养殖沟的深度相同。

所述灌溉控制系统包括灌溉控制闸门、灌溉水泵、水质传感器和水位传感器，所述灌溉控制闸门设在灌溉水池与田间系统连通的进水口处，灌溉水泵、水质传感器和水位传感器均设在灌溉水池中。

并且本发明的灌溉水池主要用于储存灌溉和养殖用水，其容积v灌总＝e+v养殖，其中v灌总为灌溉水池容积，e为作物灌水定额，v养殖为养殖时一次需水量。灌溉控制系统用于监测和控制进入农田的水量、水位和水质。水预处理系统主要对输送或汇集的外调水进行沉淀、过滤和吸附等预处理，使水质达到养殖和灌溉要求，水预处理系统设置在灌溉水池的进水口处，主要由填料层(过滤层)和水生植物组成。

所述拦网选用可降解塑料、秸秆或人造纤维做成的网；或者通过种植密集作物形成拦网，拦网高度可设置为0.30-1.0m。

所述排水池主要用于储存农田排出的水，同时控制农田水位，在缺水时还可将排水池中的水引入灌溉水池循环利用，所述排水池的容积v排总＝v暴雨+v换水，其中v暴雨是暴雨时排入的水量，v换水是养殖时一次换水量。

本发明还提供了一种上述生态农田系统的构建方法，具体包括如下步骤：

(1)首先根据需要选定田块，根据养殖需要确定田间养殖沟、塘的位置和型式，并根据外部水源的位置、地形和作物、养殖动物的种类分析计算确定灌溉水池、排水池的容积、进水口和出水口的布置及水预处理系统的布置；

(2)根据步骤(1)的设计进行施工，建好灌溉水池、排水池、养殖沟、养殖塘，安装好水预处理系统、灌溉控制系统和排水控制系统，构建用于养殖的生态农田待用；

(3)在农田养殖水产动物过程中，需要灌溉或养殖换水时，外调水源并通过水预处理系统进行净化，水的ph值指标达标时通过灌溉水泵和灌溉控制闸门将水引入田间；在暴雨、农田退水或换水时通过排水控制系统将水排入排水池，同时控制农田的水位；

(4)排水池的水再返回水预处理系统实现水循环利用。

本发明方法具有如下优点：

1.通过生态农田系统的灌溉系统和排水系统的构建，大大提高了农田养殖的水源、水质及排水的可靠性，有利于农田经营综合经济效益目标的实现。采用灌溉控制系统和排水控制系统使生态农田养殖更加精准和细化，能有效减少人工和不确定的成本。

2.通过排水-水预处理-灌溉的循环利用，能有效减少灌溉和养殖需水量，提高农田水利用效率；养殖沟塘和灌、排水池积蓄雨水，延缓暴雨汇流，减轻洪水灾害，同时动物-植物相互依存，减少农药和化肥的使用，能够减轻污染。

3.通过构建农田生态系统，使植物、动物二者互利共生，有利于构建稳定的生物群落，维护生态平衡。

4.本发明均选用环保节能材料，较传统的混凝土、砂石等工程材料的使用，能有效减轻二次污染，施工简单，维护方便。

附图说明

图1为本发明实施例的平面布置示意图；

图2为养殖沟示意图；

图中：1-田间系统；11-养殖沟；12-养殖塘；13-拦网；14-农作物；2-灌溉系统；21-灌溉水池；22-过滤层；23-水生植物；24-灌溉控制闸门；25-灌溉水泵；26-水质传感器；27-水位传感器；3-排水系统；31-排水池；32-排水闸门；33-抽水泵。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的具体实施例。提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

实施例1

一种生态农田系统，如图1所示，所述生态农田系统包括田间系统1、灌溉系统2和排水系统3，所述田间系统1分别与灌溉系统2和排水系统3连通；所述田间系统1包括养殖系统和农作系统，养殖系统周围设置农作系统，所述灌溉系统2包括依次连接的灌溉控制系统、水预处理系统和灌溉水池；灌溉控制系统和灌溉水池设在农田外部，所述水预处理系统设置在灌溉水池的进水口处，所述排水系统包括排水控制系统和排水池31，所述排水控制系统包括排水闸门32和抽水泵33，所述排水闸门32设在田间系统与排水系统的连接处，抽水泵33设在排水池31中，排水池通过管道又和水预处理系统连接，用于排水池的水再返回水预处理系统实现水循环利用。

其中，所述养殖系统包括养殖沟11、养殖塘12和拦网13，所述养殖沟11和养殖塘12相连通，拦网13设置在农作物14的四周，用于防止养殖的生物逃脱。

所述养殖沟11布设在整个田块中，平面布置为“田”形式。

根据鱼、虾、蟹等生存需要，养殖沟深度设置为0.80cm，截面采用梯形，如图2所示。

每个养殖塘的面积为2m²，深度与养殖沟的深度相同。

所述灌溉控制系统包括灌溉控制闸门24、灌溉水泵25、水质传感器26和水位传感器27，所述灌溉控制闸门设在灌溉水池与田间系统连通的进水口处，灌溉水泵25、水质传感器26和水位传感器27均设在灌溉水池中。

上述灌溉水池主要用于储存灌溉和养殖用水，其容积v灌总＝e+v养殖，其中v灌总为灌溉水池容积，e为作物灌水定额，v养殖为养殖时一次需水量。灌溉控制系统用于监测和控制进入农田的水量、水位和水质。水预处理系统主要对输送或汇集的外调水进行沉淀、过滤和吸附等预处理，使水质达到养殖和灌溉要求，水预处理系统设置在灌溉水池的进水口处，主要由过滤层22和水生植物23组成，农作系统主要种植农作物14，比如水稻，具体可以选择抗病虫害、抗倒伏的水稻品种。

其中，拦网13选用可降解塑料做成的网；拦网高度设置为0.80m。

本发明的排水池主要用于储存农田排出的水，同时控制农田水位，在缺水时还可将排水池中的水引入灌溉水池循环利用，所述排水池的容积v排总＝v雨水+v换水，其中v雨水是当地24小时最大降雨条件下生态农田范围内产生的径流量，v换水是养殖时一次换水量。

实施例2

一种生态农田系统，如图1所示，所述生态农田系统包括田间系统1、灌溉系统2和排水系统3，所述田间系统1分别与灌溉系统2和排水系统3连通；所述田间系统1包括养殖系统和农作系统，养殖系统周围设置农作系统，所述灌溉系统2包括依次连接的灌溉控制系统、水预处理系统和灌溉水池；灌溉控制系统和灌溉水池设在农田外部，所述水预处理系统设置在灌溉水池的进水口处，所述排水系统包括排水控制系统和排水池31，所述排水控制系统包括排水闸门32和抽水泵33，所述排水闸门32设在田间系统与排水系统的连接处，抽水泵33设在排水池31中，排水池通过管道又和水预处理系统连接，用于排水池的水再返回水预处理系统实现水循环利用。

其中，所述养殖系统包括养殖沟11、养殖塘12和拦网13，所述养殖沟11和养殖塘12相连通，拦网13设置在农田四周，用于防止养殖的生物逃脱。

所述养殖沟11布设在整个田块中，平面布置为“口”形式。

根据鱼、虾、蟹等生存需要，养殖沟深度设置为1.20cm，截面采用u形。每个养殖塘的面积为5m²，深度与养殖沟的深度相同。

所述灌溉控制系统包括灌溉控制闸门24、灌溉水泵25、水质传感器26和水位传感器27，所述灌溉控制闸门设在灌溉水池与田间系统连通的进水口处，灌溉水泵25、水质传感器26和水位传感器27均设在灌溉水池中。

所述的水预处理系统设置在灌溉水池的进水口处，由过滤层22和水生植物23组成，农作系统主要种植农作物14，比如水稻，具体可以选择抗病虫害、抗倒伏的水稻品种。

其中，拦网13通过种植密集作物(如水稻等)形成拦挡。

实施例3

一种生态农田系统的构建方法，具体包括如下步骤：

(1)首先根据需要选定田块，根据养殖需要确定田间养殖沟、塘的位置和型式，并根据外部水源的位置、地形和作物、养殖动物的种类分析计算确定灌溉水池、排水池的容积、进水口和出水口的布置及水预处理系统的布置；

(2)根据步骤(1)的设计进行施工，建好灌溉水池、排水池、养殖沟、养殖塘，安装好水预处理系统、灌溉控制系统和排水控制系统，构建用于养殖的生态农田待用；

(3)在农田养殖水产动物过程中，需要灌溉或养殖换水时，外调水源并通过水预处理系统进行净化，水的ph值指标达标时通过灌溉水泵和灌溉控制闸门将水引入田间；在暴雨、农田退水或换水时通过排水控制系统将水排入排水池，同时控制农田的水位；

(4)排水池的水再返回水预处理系统实现水循环利用。

具体地，如在江苏省常州地区进行稻田养蟹，选择一块面积为8亩(长×宽为90×60m)的田块，在田间开挖“田”字型的养殖沟，养殖沟宽120cm，沟深80cm；设置6个，养殖塘深80cm，面积为5m²；在田埂边种植黄豆等作物，在作物生长高度低于50cm时布设50cm高的拦网，当作物高度大鱼50m时撤掉拦网。

在田块一侧设置闸门与灌溉系统连通，其中灌溉水池容积v灌总约为2000m³，灌溉水池深1.5m，面积为30×40m，灌溉水池进水口处设置不同粒径的砂石滤料层80cm，滤料层外种植宽为1-2m的水生植物净化带，水生植物以本地乡土作物为主，如芦苇、菖蒲、水葱等。在灌溉水池内安装布设灌溉水泵、水质传感器、水位传感器。

在田块与灌溉水池相对一侧布设排水池，通过排水闸门与田块连通。通过24小时最大雨量和养殖换水计算排水池体积取2000m³，与灌溉水池同等大小，排水池内布设抽水泵。排水池利用管道将水引入灌溉系统，循环使用，减少需水量。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。