一种坡地高效农业用水滤清系统的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种采用集流场、植被过滤带和滤清池组成用水滤清系统，其中，植被过滤带位于集流场和滤清池之间，用于过滤降雨径流侵蚀泥沙及面源污染物，滤清池用于过滤植被过滤带进入的柴草杂物，滤清池的出水连接至蓄水装置；植被过滤带沿径流方向长度为5～7米，宽度不小于3米，坡度不大于1%，植被过滤带采用种植覆盖度80%以上的能源型牧草柳枝稷，能源型牧草柳枝稷的高度大于30cm；经理论计算和试验检测证明，植被过滤带对总磷和泥沙最大拦截效果分别达到93.6%和98.62%，对COD的最大拦截效果达到56%，对泥沙与污染物拦截效果明显。如对水质有进一步要求，可在滤清池增加活性炭或麦饭石层来提高水质。为高效农业提供洁净水源，形成循环环保经济。
【专利说明】一种坡地高效农业用水滤清系统的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属旱区农业生产与生态环境建设节水、蓄水及保水【技术领域】，具体涉及一种新型坡地高效农业用水滤清系统的制备方法。
【背景技术】
[0002]为了解决我国许多地区生态环境建设在大规模实施退耕还林还草过程中，面临人口增加，土地资源紧张，粮食安全、用水安全等突出问题，许多地方如黄土高原在发展坡地高效农业，以期对水土资源进行高效利用。而在黄土高原地区发展高效农业，需要解决干旱与水土流失引起的水源短缺、侵蚀泥沙造成的水源含沙量高，雨水利用沉沙池造价高、沉沙效率低，清淤复杂，容易破坏，水沙高效利用困难等问题。寻求一种既能利用降雨径流携带的泥沙富营养物质产生经济效益和生态效益，又能滤清泥沙污染物、且价格低廉的经济环保生态型洁净水源的滤清系统就是现实急需。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种符合旱区坡地实际、能充分利用当地水土资源、发展循环经济、实用高效、生态环保、便于施工，且价格低廉的新型坡地高效农业用水滤清系统制备方法。
[0004]为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案:
[0005]一种坡地高效农业用水滤清系统制备方法，其特征在于，该方法采用集流场、植被过滤带和滤清池组成用水滤清系统，其中: [0006]集流场用于收集降雨径流；
[0007]植被过滤带位于集雨场和滤清池之间，用于过滤降雨径流的侵蚀泥沙及面源污染物，并吸收降雨径流中的富营养物质和防治水土流失；
[0008]滤清池用于过滤经植被过滤带所进入的柴草和杂物，滤清池的长度为3米以上，横截面宽深为30cmX 50cm。滤清池的出水连接至蓄水装置；
[0009]在滤清池内由下至上依次铺设20mm以上粗粒砂石、10_20mm粗粒砂石、5_10mm粗粒砂石和小于5_粗细粒砂石组成的砂滤层；随水质要求，适当简化或添加砂滤层；
[0010]所述的植被过滤带沿径流方向的长度为5~7米，宽度不小于3米，坡度小于1% ；
[0011]所述的植被过滤带内种植有高度大于30cm的能源型牧草柳枝稷，且该能源型牧草柳枝稷在植被过滤带的覆盖率在80%以上；
[0012]能源型牧草柳枝稷的种植按下列步骤实施:
[0013]I)沿径流方向平整长5-7米、宽不小于3米，坡度不大于1%的植被过滤带。将植被过滤带的地表土挖松，除杂草和杂物，然后在植被过滤带施底肥，底肥选择磷肥和钾肥并按重量比1:1配制，每亩用量7.5kg~15kg，有利于能源型牧草柳枝稷植株幼苗生长；
[0014]2)选择存放不超过3年，出苗率在75%以上的能源型牧草柳枝稷种子，按每平米0.8g~1.0g均匀撒播后过祀，植被过滤带土壤应是黄壤土或粘土，种植深度为I~2cm ；[0015]3)播种后注意灌溉，灌溉频次按每星期I次，以保证O-1Ocm土层的相对湿度，维持土壤田间正常持水量；苗期注意控制杂草，30-45天后，能源型牧草柳枝稷长高至30cm，植被过滤带的覆盖率达80%以上；
[0016]4)能源型牧草柳枝稷每年秋季讯后单次刈割，并留30cm残茬，以便来年春季恢复生长。
[0017]采用本发明方法建造的坡地农业用水滤清系统，利用能源型牧草柳枝稷经济价值高，拦截净化效果好，通过种植能源型牧草柳枝稷，形成植被过滤带拦截降雨径流泥沙，植被过滤带通过吸收径流泥沙富营养物如氮磷及面源污染物，加速生长，不但能增加经济价值(本试验中，能源型干牧草柳枝稷产量可达1.445kg/m2，收益10-20元/m2)，而且通过能源型牧草柳枝稷拦截泥沙及富营养物(N/P)，补充生长所需营养，为高效农业提供洁净水源，形成循环环保经济。通过滤清池，进一步过滤从植被过滤带由暴雨径流带下的材草。如对水质有进一步要求，可在滤清池增加麦饭石或活性炭等以提高水质。经理论计算和实验检测证明，能源型牧草柳枝稷对泥沙和总磷最大拦截效果分别达到98.62%和93.6%，对COD的最大拦截效果达到56%，对泥沙与污染物拦截效果明显。铺设不同粒径沙石的滤清池对植被带降雨径流带下的大尺度柴草拦截效率高，过滤的清水污染物净化效果随滤清池添加材料有所不同。
[0018]本发明的坡地高效农业用水滤清系统的制备方法，施工简单、方便，建造成本是传统沉砂池建造成本1/3、沉沙效率提高30%-50%，管理效率提高300%-500%，几乎不需管理。能源型牧草柳枝稷形成的植被过滤带属多年生植物，一经种植，可多年收获，不但可过滤利用水沙径流，还可作为能源型牧草及提取乙醇汽油的原料，变废为宝，益本比大于10以上，克服了传统沉砂池沉沙效率低，结构复杂沉积泥沙清除困难，受冻易破坏，建造修复成本高难以推广的缺点。其种植经简单技术培训后即可操作，无工程维护成本，便于应用推广。可以代替目前广泛使用的价高低效使用不方便的农田雨水集流沉沙池，对发展坡地高效农业具有重要的实际意义和实用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明的坡地高效农业用水滤清系统平面结构和纵断面结构示意图。
[0020]以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
【具体实施方式】
[0021]本发明的核心技术是利用能源型牧草柳枝稷(Panicum virgatum L.)作为植被过滤带与滤清池配合，植被过滤带用于过滤降雨径流的侵蚀泥沙及面源污染物，滤清池进一步提高水质，为高效农业灌溉甚至生活用水提供清洁水源，以代替目前低效、费用高、且管理不方便的雨水集流微型沉沙池，为发展黄土高原及广大干旱半干旱水土流失地区坡地高效农业用水提供技术支撑。
[0022]能源型牧草柳枝稷(Panicum virgatum L.)属禾本科(Gramineae)黍亚科(Panicoideae.A.Br)黍属，是一种多年生C4暖季型禾草植物。由于具有较强大的根莖系统，抗逆性比较强，对水分、养分的利用效率较高。 [0023]能源型牧草柳枝稷的茎杆直立生长，多丛生，地上部分高度可达0.5~3.0m,生物质干重产量超过lkg/m2，能源型牧草柳枝稷的产值最高可达10-20元/m2，有研究表明，能源型牧草柳枝稷的乙醇转化能力超过玉米，每亩能源型牧草柳枝稷产能相当于3-4吨标准煤，年均净能量产量达60MJ/m2。其根系深度可达3m，具有良好固土、固碳的生态价值。因此，能源型牧草柳枝稷作为可再生的清洁燃料的原料，可减少水土流失和荒漠化，受到国内外广泛重视。
[0024]通过种植能源型牧草柳枝稷的植被过滤带和普通的植被过滤带相比，种植的能源型牧草柳枝稷具有诸多优势，能源型牧草柳枝稷的生命力极其顽强，生长迅速，能够生长于干旱，排水不良的土壤，抗寒性能也较好，产草量大，是普通草15~20倍。能源型牧草柳枝稷可以作为一种牧草，发展养殖产业。还可用于提炼乙醇燃料，成为替代能源，美国能源部和农业部将其作为纤维素乙醇转化模式植物。
[0025]本实施例给出一种坡地农业用水滤清系统的制备方法，采用集流场1、植被过滤带2和滤清池组成滤清系统，其中:
[0026]集流场I用于收集降雨径流；
[0027]植被过滤带2位于集流场I和滤清池2之间，植被过滤带2沿径流方向长度为5~7米，宽度不小于3米，坡度不超过1%。用于过滤吸收降雨径流的侵蚀泥沙及面源污染物；
[0028]滤清池3用于过滤植被过滤带2由于降雨径流进入的柴草杂物，滤清池3的出水连接至蓄水装置作为灌溉甚至生活水源；
[0029]滤清池3的长度一般为3米以上，横截面宽深一般为30cmX 50cm，在滤清池3内由下至上依次铺设20mm以上粗粒砂石、10_20mm粗粒砂石、5-10mm粗粒砂石和5mm以下粗细粒砂石组成的砂滤层(砂滤层的各厚度分别为IOcm);若水质要求高，则需要添加特别的砂滤层水处理材料，如麦饭石或活性炭等。
[0030]植被过滤带 2内种植有高度大于30cm的能源型牧草柳枝稷，且该能源型牧草柳枝稷在植被过滤带的覆盖率在80%以上；
[0031]能源型牧草柳枝稷的种植按下列步骤实施:
[0032]I)在集流场I收集雨水与滤清池3之间平整缓坡长5-7米，宽不小于3米的土地作为植被过滤带2 (植被过滤带2朝蓄水装置方向坡度不大于1%)如图1，植被过滤带2是黄壤土或粘土，将植被过滤带2的地表土挖松，除杂草和杂物，然后施底肥，底肥选择磷肥和钾肥(过磷酸钙和硫酸钾)并按重量比1:1配制，每亩用量7.5kg~15kg，有利于能源型牧草柳枝稷植株幼苗生长；
[0033]2)选择存放不超过3年，出苗率在75%以上的能源型牧草柳枝稷种子，按每平米
0.8-1.0g均匀撒播后过耙，黄壤土或粘土种植深度l-2cm ；
[0034]3)播种后注意灌溉，灌溉频次按每星周I次，以保证O-1Ocm土层的相对湿度，维持土壤田间正常持水量；苗期注意控制杂草，30-45天后，能源型牧草柳枝稷长高至30cm，在植被过滤带2的覆盖率可达80%以上；
[0035]4)能源型牧草柳枝稷一方面作为植被过滤带2，另一方面可以作为能源型牧草和制作乙醇原料，每年秋季讯后单次刈割，并留30cm残茬，以便来年春季恢复生长。
[0036]经 申请人:的理论计算和黄土高原种植实践证明，能源型牧草柳枝稷作为植被过滤带对降雨径流泥沙及污染物具有很高拦截能力。而且能源型牧草柳枝稷经济生态利用价值高，拦截净化效果好，通过种植能源型牧草柳枝稷，形成植被过滤带拦截降雨径流泥沙，植被过滤带通过吸收径流泥沙富营养物及面源污染物，加速生长，不但能增加经济价值，而且通过拦截泥沙及富营养物，补充生长所需营养，为高效农业提供洁净水源，形成循环环保经济。通过滤清池，进一步过滤从植被过滤带由暴雨径流带下的材草。如对水质有进一步要求，可在滤清池增加活性炭或麦饭石等以提高水质直至达到饮用。
[0037]根据 申请人:的实验表明，该系统建造成本是传统沉砂池建造成本的1/3，沉沙效率提高了 30%-50%，管理效率提高300%-500%，几乎不需管理。
[0038]经过模拟降雨试验验证，该系统对泥沙及污染物的拦截效果高，具体拦截效果见表1。
[0039]表1:滤清系统对降雨径流污染物拦截效果表
[0040]
【权利要求】
1.一种坡地高效农业用水滤清系统的制备方法，其特征在于，该方法采用集流场(I)、植被过滤带(2)和滤清池(3)组成用水滤清系统，其中: 集流场(I)用于收集降雨径流； 植被过滤带(2 )位于集雨场(I)和滤清池(3 )之间，用于过滤降雨径流的侵蚀泥沙及面源污染物，并吸收降雨径流中的富营养物质和防治水土流失； 滤清池(3 )用于过滤经植被过滤带(2 )所进入的柴草和杂物，滤清池(3 )的出水连接至蓄水装置； 在滤清池(3)内由下至上依次铺设20mm以上粗粒砂石、10_20mm粗粒砂石、5_10mm粗粒砂石和小于5_粗细粒砂石组成的砂滤层；随水质要求，适当简化或添加砂滤层； 所述的植被过滤带(2)沿径流方向的长度为5~7米，宽度不小于3米，坡度小于1% ； 所述的植被过滤带(2)内种植有高度大于30cm的能源型牧草柳枝稷，且该能源型牧草柳枝稷在植被过滤带(2)的覆盖率在80%以上； 能源型牧草柳枝稷的种植按下列步骤实施: 1)平整植被过滤带(2)，将植被过滤带(2)的地表土挖松，除杂草和杂物，然后在植被过滤带(2)施底肥，底肥选择磷肥和钾肥并按重量比1:1配制，每亩用量7.5kg~15kg，有利于能源型牧草柳枝稷植株幼苗生长。 2)选择存放不超过3年，出苗率在75%以上的能源型牧草柳枝稷种子，按每平米0.8g~1.0g均匀撒播后过祀，植被过滤带(2)是黄壤土或粘土,种植深度为I~2cm ；· 3)播种后注意灌溉，灌溉频次按每星期I次，以保证O-1Ocm土层的相对湿度，维持土壤田间正常持水量；苗期时注意控制杂草，30-45天后，能源型牧草柳枝稷长高至30cm，在植被过滤带(2)的覆盖率达80%以上； 4)能源型牧草柳枝稷每年秋季讯后单次刈割，并留30cm残茬，以便来年春季恢复生长。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的集流场(I)包括没有进行特殊处理的道路、坡地、土路或田地。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的滤清池(3)的长度为3米以上，横截面宽深为30cmX50cm。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的添加砂滤层是专用净水的活性炭层或麦饭石层。
【文档编号】C02F9/14GK103848541SQ201410036089
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2014年1月26日
【发明者】高建恩, 王显文, 张星辰, 娄现勇, 高哲, 白先发 申请人:西北农林科技大学, 中国科学院水利部水土保持研究所, 国家节水灌溉杨凌工程技术研究中心