一种削减农田径流冲击和面源污染的改良生态田埂的构建方法与流程

所属技术领域

本发明涉及的是一种削减农田径流冲击和面源污染的改良生态田埂的构建方法，属于污水处理领域。

背景技术：

随着人们对粮食与食品需求的不断增长，耕地高强度利用及水土流失引起地力衰退，使农田肥料及农药的投入逐年增多，由此导致农业面源污染日益加剧。肥料及农药主要是通过水、土迁移进入水体，田埂作为农田环境的重要组成部分，能够从源头上拦截和分散地表径流、降低径流速度，同时减弱其携带土壤的能力，削弱了地表径流侵蚀能力，有效保持水土的同时阻滞了肥料及农药的迁移，实现了对面源污染的阻控。因此，不断建立和完善新型生态田埂的构建方法对于降低农业面源污染、保护流域水体安全具有重要的意义。

鉴于此背景，相关环境保护领域和农业技术领域的研究也在不断发展。例如cn103410118a申请公开了一种降低稻田面源污染侧渗的生态田埂，通过在地面以下构建一种包含砾石带、生物炭带和粘土带的生态田埂，以解决现有田埂不能同时满足提高稻田利用效率和有效防止侧渗所带来的水分和养分损失的问题，然而这种方法无法对农田地表径流起到阻控作用。又如cn103270832a申请公开了一种利用生物田埂控制农田氮磷面源污染的方法，利用田埂将农田封闭，布设一个进水口和一个排水口，在不同类型的田埂上根据不同的时间段种植不同的植物，利用生物田埂对氮磷的截留作用，改善区域生态环境，抵御水土流失，保护农田环境安全，然而上述方法没有对田埂结构进行改良且田埂中不具有填料，仅依靠生物作用无法保证田埂对氮磷的去除效果。再如cn104094692a申请公开了一种降低坡耕地面源污染的生物炭改良生态田埂的方法，使生态田埂的整体布局沿坡面俯瞰方向，缓冲带间隔均匀，过滤带呈棋盘式交互排列，这种方法可以提高坡耕地对营养物质和水分的利用效率并防止地表径流、潜流所引起的泥沙下泻迁移和重金属及有机物污染物污染的问题，但是这种方法仅适合于坡耕地，没有对田埂结构进行改良无法有效阻滞较大地表径流，田埂中的填料单一无法有效去除径流中的污染物。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种削减农田径流冲击和面源污染物的改良生态田埂的构建方法，有效阻滞农田径流和去除农业面源污染物，从源头上控制农业面源污染。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种削减农田径流冲击和面源污染物的改良生态田埂的构建方法，包括增高和加宽田埂埂体尺寸、在田埂埂体中布设具有不同功能作用的拦截层、在田埂顶部及外侧部种植具有不同生态功能植物。

进一步地，所述田埂埂体是在原有田埂的基础上，根据实际情况，对田埂进行加固，通过增高和加宽的方式，使得埂体呈梯形。

特别地，田埂埂体的上宽为40-50cm，下宽为80-100cm，高为40-60cm，其中从地平面向上20-40cm范围内为田埂埂体下部，田埂埂体下部向上10-20cm范围内为田埂埂体上部。

进一步地，所述的田埂埂体的布设方式：埂体下部布设功能填料层，沿远离农田方向，依次布设5-15cm的土壤层、10-30cm的铁炭填料层、10-15cm沸石层、10-15cm生物炭层、5-15cm土壤层；埂体上部布设10-20cm的种植土壤层。

特别地，所述埂体下部功能填料层的搭建方式：保留埂体两侧土壤层，将埂体中间部分挖除，使用秸秆和树枝将埂体挖深部分分隔为3个区域，分别填入铁炭填料、沸石和生物炭。

特别地，所述铁炭填料层，填料零价铁和生物炭直接混合物或零价铁和生物炭的高温烧结物，其中生物炭和零价铁的质量比为1:2-3:1，填料粒径为1-4mm。

特别地，所述沸石层，填料为方沸石、片沸石、斜发沸石、菱沸石及它们的改性沸石中的一种或任意组合，填料粒径为1-4mm。

特别地，所述生物炭层，填料为竹生物炭、壳类生物炭、木质生物炭、秸秆生物炭中的一种或任意组合。

进一步地，田埂顶部种植草本氮磷富集植物和草本固土植物，田埂外侧部种植草本氮磷富集植物。

特别地，草本氮磷富集植物选用苍耳、青蒿、籽粒苋、狗牙草作为备选物种，草本固土植物选用野荞麦、百喜草作为备选物种。

本发明的有益效果为：

1.田埂高度高于普通田埂，埂上种植植物，能够有效拦截较大农田地表径流，阻控面源污染物无外泄。

2.田埂宽度宽于普通田埂且设有多级功能拦截层，能够有效去除农田径流中的污染物。

附图说明

附图1是本发明所述的一种削减农田径流冲击和面源污染的改良生态田埂的构建方法的结构示意图。

图中：1—内侧土壤层、2—铁炭填料层、3—沸石层、4—生物炭层、5—外侧土壤层、6—种植土壤层、7—田埂顶部植物、8—田埂外侧部植物、9—田埂埂体。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明，但所涉及附图及实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

如附图1所示，本实施方式中建立的生态田埂截面为梯形，田埂长度随实际农田的大小而定。田埂埂体9的上宽为40-50cm，下宽为80-100cm，高为40-60m，包括内侧土壤层1、铁炭填料层2、沸石层3、生物炭层4、外侧土壤层5、种植土壤层6；另外还有田埂顶部植物7、田埂外侧部植物8。

所述内侧土壤层1、铁炭填料层2、沸石层3、生物炭层4、外侧土壤层5均位于田埂埂体9下部，高度为15-30cm。

所述内侧土壤层1靠近农田、外侧土壤层5远离农田，厚度均为5-15cm左右。

所述铁炭填料层2位于内侧土壤层1外侧，厚度为10-20cm，填料粒径为1-4mm，填料为零价铁和生物炭直接混合物或零价铁和生物炭的高温烧结物，其中生物炭和零价铁的质量比为1:2-3:1。

所述沸石层3位于铁炭填料层2外侧，厚度为10-15cm，粒径为1-4mm，填料为方沸石、片沸石、斜发沸石、菱沸石及它们的改性沸石中的一种或任意组合。

所述生物炭层4位于沸石层3外侧，厚度为10-15cm，其中填料为竹生物炭、壳类生物炭、木质生物炭、秸秆生物炭中的一种或任意组合。

所述种植土壤层6位于田埂埂体9上部，高度为10-20cm，用于种植植物，同时也能够起到阻滞农业面源污染物的作用。

所述田埂顶部植物7种植于种植土壤层6，种植植物为草本氮磷富集植物和草本固土植物；田埂外侧部植物8种植于外侧土壤层5，种植植物为草本氮磷富集植物；优选种植方式为间种方式1:1种植。

所述草本氮磷富集植物选用苍耳、青蒿、籽粒苋、狗牙草作为备选物种，草本固土植物选用野荞麦、百喜草作为备选物种。

下面采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

按照上述实施方式搭建改良生态田埂，其中1号、2号、3号田埂铁炭填料层的铁炭质量比分别为1:2、1:1、2:1，其余条件均相同，模拟农田径流，水力负荷为0.73m³/m²·d，进水水质为氨氮2mg/l，总氮7mg/l，总磷0.9mg/l，cod50mg/l。

3种比例的生态田埂对氨氮去除效果大致相同，去除率为85％以上。1号生态田埂对总氮去除率在47％-62％之间；2号生态田埂和3号生态田埂对总氮的去除率在10％-29％之间。3种比例的生态田埂对总磷的去除率在97％以上。3种比例的生态田埂对cod的去除率稳定在87％左右。

实施例二：

按照上述实施方式搭建改良生态田埂，1号、2号、3号生态田埂铁炭填料层厚度分别为10cm、20cm、30cm，其余条件均相同，模拟农田径流，水力负荷为0.73m³/m²·d，进水水质为氨氮2mg/l，总氮7mg/l，总磷0.9mg/l，cod50mg/l。

三种生态田埂的氨氮去除率保持在80％以上；三种生态田埂的总氮去除率保持在72％以上，其中1号去除率为75.6％、2号和3号去除率为80.1％；三种生态田埂的总磷去除率96％以上；三种生态田埂的cod去除率在80％以上，其中1号和2号去除率在88％-97％之间，3号去除率为80％-91％之间。

实施例三：

按照上述实施方式搭建改良生态田埂，1号、2号的生态田埂宽度分别为30cm、40cm，其中，土壤层厚度分别8cm、10cm，其余条件均相同，模拟农田径流，水力负荷为0.73m³/m²·d，进水水质为氨氮2mg/l，总氮7mg/l，总磷0.9mg/l，cod50mg/l。

1号总氮去除率47％-62％，2号总氮去除率80.1％；1号氨氮去除率88.5％，2号为95.7％；1号和2号总磷去除率为97％以上；1号cod去除率为82.3％，2号cod去除率为91.6％。

实施例四：

按照上述实施方式搭建改良生态田埂，模拟农田径流，水力负荷分别为0.58m³/m²·d、1.17m³/m²·d，进水水质：氨氮平均浓度为2.05mg/l，总氮平均浓度为7.68mg/l，总磷平均浓度为1.03mg/l，cod平均浓度为53.82mg/l。

水力负荷为0.58m³/m²·d时，氨氮去除率90％，总氮去除率90％，总磷去除率98.9％，cod去除率92.3％。水力负荷为1.17m³/m²·d时氨氮去除率为86.3％，总氮去除率为84.9％，总磷去除率为98.8％，cod去除率90％。

实施例五：

按照上述实施方式搭建改良生态田埂，水力负荷为1.17m³/m²·d，模拟农田径流污水，设置高低两种进水浓度，所述水质见下表：

低浓度下氨氮、总氮、总磷、cod的去除率分别为92.4％、80.4％、96.5％、90％；高浓度下氨氮、总氮、总磷、cod的去除率分别为88.1％、84.9％、98.8％、90％。