一种稻田沟渠氮磷面源污染的生态强化拦截系统的制作方法

本发明涉及农业面源污染控制技术领域，尤其涉及一种稻田沟渠氮磷面源污染的生态强化拦截系统。

背景技术：

我国水稻生产过程中，由于盲目大量的施用化肥、水肥管理技术比较落后等原因，导致化肥利用率普遍低下，化肥损失掉的氮磷较大部分通过灌溉退水及雨水径流最终流入环境水体，造成水体富营养化，威胁水体生态环境安全，制约稻田农业可持续发展。因此，解决稻田氮磷面源污染问题对于改善水体环境质量、促进农业清洁流域建设具有十分重要的意义。

现有的解决稻田氮磷面源污染的技术措施主要包括源头消减技术、过程拦截技术和末端循环技术，其中源头消减技术最为关键，主要涉及水肥优化管理技术，例如侧条深施肥插秧一体化技术、缓控释肥技术、有机肥替代技术、振捣提浆节水技术等等，这些技术的推广应用在源头上不同程度的消减了氮磷污染负荷；过程拦截技术主要包括生态沟渠、人工湿地等工程生态类修复技术，其中生态沟渠技术由于其注重生态恢复重建并兼具景观效益，目前备受关注。通过生态沟渠建设，恢复提高系统的自净拦截功能，可有效降低沟渠水体氮磷污染负荷，氮磷去除率可达30％以上水平；为了进一步强化沟渠的净化功能，人们还开发了沟渠氮磷污染的强化拦截槽技术，拦截槽置于沟渠内以强化氮磷的去除效果，但是现有的这种强化拦截技术是以材料吸附截留和植物吸收作用为主，没有联合集成微生物净化技术，故而强化拦截效果有限，沟渠氮、磷去除率提升为40％以上水平，剩余的氮磷仍旧对水体环境构成一定威胁，技术综合性及强化拦截效果方面仍有一定的优化提升空间。此外，随着生态沟渠的广泛建设应用，在维护管理上对于植物收割和沟渠清淤工作的要求愈来愈高，随之产生的植物秸秆及底泥废弃物所带来的环境压力日趋严峻。

所以，针对上述问题，我们提出了一种稻田沟渠氮磷面源污染的生态强化拦截系统。

技术实现要素：

本发明提出的一种稻田沟渠氮磷面源污染的生态强化拦截系统，解决了现有的稻田氮磷面源污染问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种稻田沟渠氮磷面源污染的生态强化拦截系统，包括稻田沟渠、退水径流以及蜂窝状水泥槽，所述稻田沟渠包括进水口、出水口、沟壁以及沟底，所述稻田沟渠内流动有退水径流，且稻田沟渠内设置有多个结构相同的蜂窝状水泥槽，且每个所述蜂窝状水泥槽均位于沟底内壁上，所述蜂窝状水泥槽的内部填充有基质材料和功能微生物的混合物，且蜂窝状水泥槽的顶端设置有开口，所述蜂窝状水泥槽内栽培有水生植物，且水生植物的根部延伸至基质材料与功能微生物混合物的内部。

优选的，所述蜂窝状水泥槽为中空长方体状，且槽体四周均呈蜂窝状窝孔结构设置，所述蜂窝状水泥槽的宽度为沟底宽度的1/3～2/3，长度为宽度的1～1.5倍，高度高于稻田退水期沟渠最高水面。

优选的，所述基质材料是以收获后的水稻秸秆、沟渠内收割植物残体为原料，制备而成的粒径<1mm的生物炭，然后再将沟渠清淤的底泥物质自然晾干后与所述生物炭按照20～30:1质量比充分混匀后制备得到的，所述基质材料的填充体积占所述蜂窝状水泥槽内体积的2/3以上。

优选的，所述功能微生物为微生物菌剂，包括栖木槿假单胞菌菌种、蜡样芽孢杆菌菌种，所述功能微生物菌剂与所述基质材料按照1:20～30的质量比混合。

优选的，所述水生植物为挺水、沉水类水生植物的一种或多种组合。

本发明的有益效果为：1、本发明的生态强化拦截技术综合了材料吸附截留、植物吸收、微生物转化的多途径的污染物控制作用原理，对稻田沟渠水体的氮、磷物质进行多渠道的联合净化拦截，进而高度降低了稻田沟渠水体的氮磷污染负荷；2、该技术的基质材料完全来源于系统内部废弃物的资源化利用，有效解决了生态沟渠废弃物的环境污染问题，并与外源材料相比可节约成本；3、该技术的生物炭-底泥复合基质材料为水生植物、功能微生物提供良好的生境，特别是底泥材料作为系统内源物质，为植物、微生物有效提供了一定的碳源、养分，避免了外源材料加剧系统的营养污染，促进植物生长和微生物存活及其发挥的生物生态拦截功能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的稻田退水期结构示意图；

图3为本发明的蜂窝状水泥槽的结构示意图；

图4为本发明的氮磷去除效果图。

图中标号：1沟壁、2沟底、3退水径流、4蜂窝状水泥槽、5基质材料、6功能微生物、7水生植物。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

下述实施例中所用栖木槿假单胞菌菌种和蜡样芽孢杆菌菌种均为在微生物菌种保藏管理中心可购买到的现有菌种，不涉及新菌种的开发，只涉及其应用。并且，实施例中所用的栖木槿假单胞菌具体为中国典型培养物保藏中心保藏编号为cctccno.m2014244的菌株；蜡样芽孢杆菌具体为中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏编号为cgmccno.8614的菌株；

实施例中栖木槿假单胞菌发酵菌液和蜡样芽孢杆菌发酵菌液均是采用常规方法培养得到的；下述各实施例中所述实验设备和实验方法，如无特殊说明，均为常规设备和常规方法；所述材料如无特殊说明，均可在市场上购买得到。

参照图1-3，一种稻田沟渠氮磷面源污染的生态强化拦截系统，包括稻田沟渠、退水径流3以及蜂窝状水泥槽4，稻田沟渠内流动有退水径流3，且稻田沟渠内设置有多个结构相同的蜂窝状水泥槽4，所述稻田沟渠包括进水口、出水口、沟壁1以及沟底2，且蜂窝状水泥槽4位于沟底2的内壁上，蜂窝状水泥槽4的内部填充有基质材料5和功能微生物6的混合物，且蜂窝状水泥槽4的顶端设置有开口，蜂窝状水泥槽4内栽培有水生植物7，且水生植物7的根部延伸至基质材料5与功能微生物6混合物的内部，蜂窝状水泥槽4呈中空长方体状设置，且槽体四周均呈现蜂窝状窝孔结构设置，蜂窝状水泥槽4的宽度为沟底2宽度的1/3～2/3，长度为宽度的1～1.5倍，高度略高于稻田退水期沟渠最高水面，基质材料5是以收获后的水稻秸秆、沟渠内收割植物残体为原料，制备而成的粒径<1mm的生物炭，然后再将沟渠清淤的底泥物质自然晾干后与所述生物炭按照20～30:1质量比充分混匀后制备得到的，基质材料5的填充体积占所述蜂窝状水泥槽4内体积的2/3以上，功能微生物6为微生物菌剂，包括栖木槿假单胞菌菌种、蜡样芽孢杆菌菌种，功能微生物6菌剂与基质材料5按照1:20～30的质量比混合，水生植物7为挺水、沉水类水生植物的一种或多种组合，包括芦苇、香蒲、千屈菜、棱鱼草。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例：试验前对生态沟渠进行了植物收割和清淤作业，选择代表性强的邻近的规格基本一致的两条生态沟渠进行研究，在一条作为实施例研究的生态沟渠内，将10个上端敞口的蜂窝状水泥槽4，平行交错等间距置于水体污染负荷较重的渠段，另一条沟渠作为对比例。水泥槽为长方体结构，长度为0.6m，宽度为0.4m，高度为0.6m，间距为1.2m，水流可自由通过槽体。

制备基质材料5，完全来源于试验基地稻田沟渠系统内源废弃物的资源化利用：将稻田收获后的水稻秸秆、沟渠收割的植物残体在高温厌氧条件下制备成生物炭，粉碎过1mm筛，将沟渠清淤的底泥物质自然晾干后与生物炭按质量比25:1充分混匀，形成基质材料5。将基质材料5与脱氮除磷菌剂按照25:1的质量比充分混匀后装入水泥槽内，填充量占水泥槽空间的2/3，之后栽培水生植物芦苇，分别在沟渠的进水口处和排水口处设置取样断面，于三次稻田退水期取样检测水体氮、磷浓度，分析生态沟渠的氮、磷去除率，从图4可以看出，对比例中没有实施生态强化拦截技术的沟渠对总氮、总磷的去除率在30％以上水平，而实施例中实施生态强化拦截技术的沟渠对稻田退水中总氮、总磷的去除效果更好，总氮、总磷的去除率均高达50％以上，去除效果亦明显高于现有生态沟渠强化拦截技术所报导的40％以上水平；由此可见，本发明的拦截技术对稻田沟渠氮磷面源污染达到高度强化拦截的效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。