盐碱地稻田退水环沟循环利用系统及方法

本发明农业盐碱地改良与农业面源污染治理，具体涉及一种盐碱地稻田退水环沟循环利用系统及方法，具体地说，涉及一种有利于盐碱地改良与稻田退水面源污染防控的水资源循环利用技术。

背景技术：

1、当前，全球的盐碱土壤面积约达到10亿hm2，占农业用地面积的20％左右。盐碱土是目前世界上广泛存在和分布的一种土地资源，严重影响了农作物的正常生长发育，制约世界各个国家农业的发展，是目前世界上最严峻的环境问题之一。针对盐碱地的开发、改良及利用，国内外学者也提出了大量措施，其中，在盐碱地种植水稻成为一系列措施中的重要组成部分。但是，在盐碱地水稻种植过程中，存在灌排系统不配套，大水过量漫灌，排水受阻等现象均会引起次生盐渍化，同时化肥过量施用、大水排盐现象，导致大量的氮磷随农田退水流失，被污染的农田退水进入各级排水沟，给河流、湖泊等受纳水体带来更严重的环境压力，引起流域面源污染的潜在风险。因此，为了实现对盐碱地改良与稻田退水面源污染有效防控，对盐碱地稻田的盐碱改良、施肥、灌排水与水肥资源循环利用进行管理具有重要的意义。

2、排水沟作为流域氮、磷污染排放与受纳水体(江河湖泊等)之间的过渡带，具有湿地和河流的双重作用。在原有沟道的基础上，改造成为退水环沟，通过水生植物修复技术去除农田排水沟中过量氮磷物质具有较好的净化效果和资源循环利用功能，其中植物自身具有的吸收污染功能、微生物在光合作用下的降解、植物根部的水底环境基质又会进行物理作用，在水中的代谢生长过程中，植物所需的n、p等营养元素正好可以消解农业退水带来的富营养化现象，因此稻田退水环沟内水体的污染程度得到了有效的控制，同时农田退水还能够促进植物的生长，最终实现生态系统的合理循环。

3、现有技术中都是在农田外部，利用农田沟渠、水库/塘或新建生态处理设施等，对农田退水进行生态处理，然而利用盐碱改良系统与稻田退水环沟循环利用来改善盐碱地，在保证作物稳产高产的前提下达到农业面源污染防控的工艺和技术尚未有涉及。

4、因此，如何提供一种有利于盐碱地改良与稻田退水面源污染防控的水资源循环利用的盐碱地稻田退水环沟循环利用系统及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种盐碱地稻田退水环沟循环利用系统及方法，解决现有技术中的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明公开了一种盐碱地稻田退水环沟循环利用系统，包括：控制系统、数据采集系统、盐碱改良系统、水肥一体系统、稻田水层调控系统和具有退水环沟、缓冲沟道和生态沟道的稻田；其中，

4、控制系统根据数据采集系统采集的稻田环境信息，分析确定盐碱改良系统将改良剂注入稻田泡田天数和洗盐次数以及水肥一体系统将水肥注入稻田的田面水位，并将控制信息发送至稻田水层调节系统、盐碱改良系统和水肥一体系统；

5、盐碱改良系统和水肥一体系统经稻田水层调控系统向稻田注入改良剂与灌溉水混合的混合水肥，和/或液体肥与灌溉水混合的混合水肥，并进入在稻田四周形成环状沟道的退水环沟；

6、退水环沟经缓冲沟道连通至生态沟道，生态沟道连通回退水环沟，形成循环水路，退水环沟中待排出的混合水肥依次经缓冲沟道、生态沟道流回至退水环沟。

7、优选的，数据采集系统包括温度传感器、土壤墒情监测仪和雷达水位计；控制系统根据温度传感器、土壤墒情监测仪和雷达水位计的采集数据，分析确定水肥一体系统将水肥注入稻田的田面水位。

8、优选的，数据采集系统包括ph值传感器、土壤盐分传感器和水质矿化度传感器；控制系统根据ph值传感器、土壤盐分传感器和水质矿化度传感器的采集数据，分析确定盐碱改良系统将改良剂注入稻田的泡田天数和洗盐次数。

9、优选的，控制系统包括数据分析模块、控制基站；控制基站安装在稻田附近，将数据分析模块发出的控制信息转化为无线信号发送至稻田水层调节系统、盐碱改良系统和水肥一体系统。

10、优选的，稻田水层调节系统包括蓄水池、水泵、流量计、灌水闸门、排水闸门；控制系统控制水泵、灌水闸门、排水闸门的启闭；水泵设置在蓄水池至盐碱改良系统/水肥一体系统/稻田的通路上，灌水闸门设置在蓄水池/盐碱改良系统/水肥一体系统至稻田的通路上，排水闸门设置在稻田至退水环沟的通路上。

11、优选的，盐碱改良系统包括盐碱改良剂注入泵、盐碱改良剂混合装置；盐碱改良剂注入泵和蓄水池均连通至盐碱改良剂混合装置；盐碱改良剂混合装置连通至灌水闸门，将液态盐碱改良剂随着蓄水池中的水注入到稻田中。

12、优选的，水肥一体系统包括注肥泵、水肥混合装置；注肥泵和蓄水池均连通至水肥混合装置；水肥混合装置连通至灌水闸门，将液态肥随着蓄水池中的水注入到稻田中。

13、优选的，缓冲沟道包括相互连通的沉降池、过滤吸附池，沉降池连通退水环沟，过滤吸附池连通生态沟道；

14、沉降池底部种植为沉水植物包括狐尾藻、菹草、金鱼藻中的一种和/或几种的组合，用于对水体中的盐分、氮、磷及残留农药、有机物污染物质污水的拦截、沉降；

15、过滤吸附池内部放置有吸附材料包括活性炭、沸石、粉煤灰制品中的一种或几种，用于吸附水体中的盐分、氮、磷污染物质。

16、优选的，生态沟道种植挺水、浮水、沉水水生植物中的一种和/或几种的组合。

17、本发明还公开了一种根据的盐碱地稻田退水环沟循环利用系统的盐碱地稻田退水环沟循环利用方法，包括如下步骤：

18、采集的稻田环境信息；

19、结合稻田环境信息分析确定改良剂注入稻田的泡田天数和洗盐次数以及水肥注入稻田的田面水位；

20、在水稻播种或插秧前，将液态盐碱改良剂随灌溉水一起注入旋耕整地后的盐碱地的稻田中，泡田指定泡田天数，进行耙地，沉淀过夜后排水；然后将液态盐碱改良剂随着新的灌溉水注入到稻田中，泡田指定泡田天数，再耙地，沉淀过夜后排水；重复清洗指定洗盐次数；

21、在水稻分蘖期和孕穗期，将液态肥随灌溉水一起注入稻田中，保持田面水位于指定田面水位，并保持指定泡田天数；

22、经洗盐和泡田的混合水肥进入退水环沟，并经缓冲沟道、生态沟道流回至退水环沟。

23、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，结合农田水土环境数据，施肥周期和水稻生育期特性，进行数据分析，利用盐碱改良系统、水肥一体系统与稻田水层调节系统来改善盐碱地，通过控制系统发出指令给安装在稻田的远程控制灌排水闸门，合理、精确调节稻田水位，管理田面水滞留时间，连通退水环沟、缓冲沟道和生态沟道，通过水肥资源循环利用，充分消纳退水中营养物质，在保证水稻稳产高产的前提下，减少稻田氮磷流失，达到农业面源污染防控的目的。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

24、(1)适用于盐碱地稻田，在原有沟渠的基础上进行生态改造，完善农田水利设施，改造的退水环沟、缓冲沟道和生态沟道将更加有利于农田地表径流和农田灌溉水的循环利用，整个改造过程不改变农业生产的格局，不额外占用耕地资源，构建方法、工艺及日常维护简单，易于实现以及推广；

25、(2)利用盐碱改良系统，可根据总需剂量和水流速度调整施剂速度，将液态盐碱改良剂均匀投送到田块，节约施用成本，并实现对盐碱土的均质化改良；

26、(3)水肥一体系统，可根据总需肥量和水流速度调整施肥速度，将液态肥随着灌溉水均匀施入稻田，实现水肥一体化，可有效减少农田面源污染，节约施肥成本，提高水肥利用效率；

27、(4)利用稻田水层调节系统，根据数据采集系统的实时环境数据，及时调节稻田水肥管理和生长阶段确定所需田面水位，可减少劳动力成本，节约灌溉用水，大幅降低初期雨水环境风险；在保证水稻稳产高产的前提下，减少稻田氮磷流失，达到农业面源污染防控的目的；

28、(5)通过退水环沟、缓冲沟道和生态沟道里面种植的水生植物，吸收净化水体中的氮、磷等物质；通过缓冲沟道里面设置的吸附材料，吸附水体中的盐分、氮、磷等物质。因此，由于增加了田埂、沟渠的植被覆盖度和生物量，提高了系统的净化能力并改善了农田景观效果。