CN106284245A - 生态沟渠系统、控制氮磷污染的沟渠 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种生态沟渠系统、控制氮磷污染的沟渠，涉及农业面源污染控制工程技术领域，以解决现有技术中的农田生态沟渠系统中无法为沟渠内植物提供适宜的生长环境，以致无法对水体中的氮磷元素达到较佳的去除效果的技术问题。本发明提供的生态沟渠系统中，包括：沟渠本体和遮挡部；沟渠本体内种植有护坡植物和净水植物；遮挡部包括地基和靠近地基设置的支架，支架上生长有攀爬植物；遮挡部位于沟渠本体的上方，用于为护坡植物和净水植物遮挡阳光。本发明主要应用于生态沟渠系统及控制氮磷污染的沟渠的构建中。

Description

生态沟渠系统、控制氮磷污染的沟渠

技术领域

本发明涉及农业面源污染控制工程技术领域，尤其是涉及一种生态沟渠系统、控制氮磷污染的沟渠。

背景技术

农业面源污染是指在农业生产活动中，农田中的污染物在降水或灌溉过程中，通过农田地表径流、壤中流、农田排水和地下渗漏，进入水体而形成的面源污染。其中，农田中氮磷的流失是农业面源污染的主要来源。随着农田生态系统中化肥用量的不断增加，农田土壤中的氮磷含量和农田氮磷的流失量也在不断增加，给环境管理带来了很大风险，可能加剧受纳地表水体的富营养化趋势或增加地下水的硝酸盐含量。

在众多针对农业氮磷污染控制的工程措施中，生态沟渠系统的氮磷去除率高，景观生态效应好，因此成为国内外研究的热点。现有的平原地区农田生态沟渠系统以传统型土沟渠和现代型混凝土沟渠为主，通常是通过种植水生植物和构建生态沟渠来控制进入沟渠中的氮磷元素。

然而，本申请的发明人发现，南方丘陵地区地势坡度较明显，水体流速大，且夏季阳光照射强烈，应用于平原地区的农田生态沟渠系统无法为沟渠内植物提供适宜的生长环境，以致无法对水体中的氮磷元素达到较佳的控制效果，因此并不完全适用于南方地区。

因此，如何提供一种生态沟渠系统、控制氮磷污染的沟渠，既能够为沟渠内植物提供适宜的生长环境，又能够有效改善南方地区作物种植过程中氮磷元素流失量大、周边水体富营养化严重的现象，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生态沟渠系统、控制氮磷污染的沟渠，以解决现有技术中的农田生态沟渠系统中无法为沟渠内植物提供适宜的生长环境，以致无法对水体中的氮磷元素达到较佳的去除效果的技术问题。

本发明提供一种生态沟渠系统，包括：沟渠本体和遮挡部；所述沟渠本体内种植有护坡植物和净水植物；所述遮挡部包括地基和靠近所述地基设置的支架，所述支架上生长有攀爬植物；所述遮挡部位于所述沟渠本体的上方，用于为所述护坡植物和所述净水植物遮挡阳光。

其中，所述地基为硬化地基，所述支架为拱形支架，所述拱形支架横跨在所述硬化地基的上方。

具体地，所述地基为硬化地基，所述支架为弧形支架，所述弧形支架位于所述沟渠本体的两侧，呈轴对称且间隔设置在靠近所述硬化地基的位置。

进一步地，所述沟渠本体的底部错位间隔设置有多个缓冲部，所述缓冲部用于减缓沟渠本体内的水流速度。

更进一步地，所述缓冲部中设置有排水孔，所述排水孔用于使水流顺利通过所述缓冲部。

其中，所述沟渠本体内还设置有拦截部；所述拦截部包括箱体、基质和水生植物，所述箱体内填充所述基质，所述水生植物种植在所述基质上、且所述水生植物的根上部分位于所述箱体的上部。

具体地，所述箱体上设置有多个孔状结构，所述孔状结构用于使水流顺利进出所述箱体。

进一步地，所述沟渠本体的底部及侧壁均铺设有蜂窝状透水砖。

实际应用时，所述沟渠本体的底部种植所述净水植物和/或水生蔬菜，所述沟渠本体的侧壁种植所述护坡植物。

相对于现有技术，本发明所述的生态沟渠系统具有以下优势：

本发明提供的生态沟渠系统中，包括：沟渠本体和遮挡部；沟渠本体内种植有护坡植物和净水植物；遮挡部包括地基和靠近地基设置的支架，支架上生长有攀爬植物；遮挡部位于沟渠本体的上方，用于为护坡植物和净水植物遮挡阳光。由此分析可知，本发明提供的生态沟渠系统中，由于沟渠本体上方设置有遮挡部，遮挡部中的支架上生长有攀爬植物，因此攀爬植物在支架上能够形成遮挡物，从而为护坡植物和净水植物遮挡阳光，避免夏季因阳光直射造成护坡植物死亡的现象。遮挡部能够为护坡植物提供适宜的生长环境，且不会影响沟渠本体内净水植物的生长，同时净水植物能够吸收水体中的氮磷元素，因此本发明提供的生态沟渠系统既能够为沟渠本体内的植物提供适宜的生长环境，又能够有效改善南方地区作物种植过程中氮磷元素流失量大、周边水体富营养化严重的现象，是一种经济高效、简单实用、易于维护和推广的生态沟渠系统。

本发明还提供一种控制氮磷污染的沟渠，包括：沟渠本体和遮挡部；所述沟渠本体内种植有景观植物，所述沟渠本体内还种植有挺水植物或漂浮植物；所述遮挡部包括地基和靠近所述地基设置的支架，所述支架上生长有绿萝或爬山虎；所述遮挡部位于所述沟渠本体的上方，用于为所述景观植物和所述挺水植物或所述漂浮植物遮挡阳光。

所述控制氮磷污染的沟渠与上述生态沟渠系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种生态沟渠系统的主视结构示意图；

图2为图1的剖视结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种生态沟渠系统的主视结构示意图；

图4为图1中缓冲部的剖视结构示意图。

图标：001－沟渠本体；002－遮挡部；021－地基；022－支架；003－缓冲部；031－排水孔；004－拦截部；041－孔状结构；011－底部；012－侧壁。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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装置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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的一种生态沟渠系统的主视结构示意图；图2为图1的剖视结构示意图。

如图1结合图2所示，本发明实施例提供一种生态沟渠系统，包括：沟渠本体001和遮挡部002；沟渠本体001内种植有护坡植物和净水植物；遮挡部002包括地基021和靠近地基021设置的支架022，支架022上生长有攀爬植物；遮挡部002位于沟渠本体001的上方，用于为护坡植物和净水植物遮挡阳光。

相对于现有技术，本发明实施例所述的生态沟渠系统具有以下优势：

本发明实施例提供的生态沟渠系统中，如图1结合图2所示，包括：沟渠本体001和遮挡部002；沟渠本体001内种植有护坡植物和净水植物；遮挡部002包括地基021和靠近地基021设置的支架022，支架022上生长有攀爬植物；遮挡部002位于沟渠本体001的上方，用于为护坡植物和净水植物遮挡阳光。由此分析可知，本发明实施例提供的生态沟渠系统中，由于沟渠本体001上方设置有遮挡部002，遮挡部002中的支架022上生长有攀爬植物，因此攀爬植物在支架022上能够形成遮挡物，从而为护坡植物和净水植物遮挡阳光，避免夏季因阳光直射造成护坡植物死亡的现象。遮挡部002能够为护坡植物提供适宜的生长环境，且不会影响沟渠本体001内净水植物的生长，同时净水植物能够吸收水体中的氮磷元素，因此本发明实施例提供的生态沟渠系统既能够为沟渠本体001内的植物提供适宜的生长环境，又能够有效改善南方地区作物种植过程中氮磷元素流失量大、周边水体富营养化严重的现象，是一种经济高效、简单实用、易于维护和推广的生态沟渠系统。

此处需要补充说明的是，护坡植物可以是对水分要求不高的景观植物，如灯心草、狗牙根或黑麦草等，从而能够同时实现生态景观效果和护坡功能；净水植物可以选择挺水植物，如水芹或茭白等，或漂浮植物，如空心菜、浮萍或凤眼莲等；攀爬植物可以选择绿萝或爬山虎等能够形成遮挡物的植物。

此处需要补充说明的是，沟渠本体001的总长度可以为30－100m，可选地，总长度可以为30m、35m、45m、50m、60m、70m、80m、90m或100m；沟渠本体001的深度可以为1.0－1.5m，可选地，深度可以为1.0m、1.1m、1.2m、1.3m、1.4m或1.5m。沟渠本体001内水线的位置通常为田间水面的高度处.遮挡部002的地基021的高度可以为10－30厘米，能够防止田面水溢流至沟渠本体001内。

其中，为了能够有效避免阳光对护坡植物的直接照射，为沟渠本体001内植物的生长提供适宜的环境，如图1所示，本发明实施例提供的生态沟渠系统中，遮挡部002的地基021可以为硬化地基，支架022可以为拱形支架，拱形支架横跨在硬化地基的上方。由于拱形支架上生长有攀爬植物，因此攀爬植物在拱形支架上攀爬，形成能够遮挡阳光的遮挡物，类似于伞的作用，从而能够避免阳光直接照射护坡植物，降低护坡植物的死亡率，为沟渠本体001内护坡植物的生长提供适宜的环境。

图3为本发明实施例提供的另一种生态沟渠系统的主视结构示意图。

进一步地，为了既能够有效避免阳光对护坡植物的直接照射，又能够保对沟渠本体001内净水植物可以接受到阳光照射，以为护坡植物和净水植物提供更适宜的生长环境，如图3所示，本发明实施例提供的生态沟渠系统中，遮挡部002的地基021可以为硬化地基，支架022可以为弧形支架，弧形支架位于沟渠本体001的两侧，呈轴对称且间隔设置在靠近硬化地基的位置。构建时，硬化地基分布在沟渠本体001上方两侧的地面上，靠近两侧的硬化地基处分别固定弧形支架，由于弧形支架上生长有攀爬植物，因此通过攀爬植物在弧形支架上攀爬能够形成遮挡物，从而能够为护坡植物提供阴凉，避免阳光直射；由于两侧弧形支架呈轴对称且间隔设置，两侧弧形支架之间的空间能够透过阳光，因此能够为沟渠本体001内的植物提供适宜的光照，从而实现既能够有效避免阳光直射护坡植物，又能够为沟渠本体001内其它植物的生长提供适宜的光照的效果。

进一步地，为了降低水流的速度，延长水力停留时间，以使水流携带的颗粒物能够有效沉淀，且使氮磷营养元素能够被有效吸收，如图1和图2所示，本发明实施例提供的生态沟渠系统中，沟渠本体001的底面错位间隔设置有多个缓冲部003，缓冲部003用于减缓沟渠本体001内的水流速度。由于沟渠本体001内错位间隔设置有缓冲部003，因此能够增加沟渠本体001的起伏性，降低水流的速度，延长水力停留时间，从而为植物吸收氮磷营养元素提供有利的环境，有效改善农田周边的水体富营养化情况严重的现象。此外，由于沟渠本体001内水流速度减缓，因此水流携带的颗粒物能够更容易沉淀和去除，进一步改善了水体的污染的情况。

图4为图1中缓冲部的剖视结构示意图。更进一步地，为了保证在沟渠本体001内实现既减缓水流的速度，又减小水流对缓冲部003的冲击作用的效果，如图1和图4所示，本发明实施例提供的生态沟渠系统中，缓冲部003中设置有排水孔031，排水孔031用于使水流顺利通过缓冲部003。当水体流经缓冲部003时，缓冲部003对水流有阻挡作用，能够有效减缓水流的速度；同时由于缓冲部003中设置有排水孔031，因此当水体流经缓冲部003时，能够避免因缓冲部003的阻挡面(直接与水流相冲的表面)面积过大而造成水流对其冲击过大的问题，既保证减缓水流速度，又避免了对缓冲部003造成损害，最终更有利于植物充分吸收水体中的氮磷元素。

此处需要补充说明的是，缓冲部的截面的形状可以为等腰梯形。进一步地，缓冲部的截面的形状还可以为直角梯形，直角边所在的矩形面与水流的方向平行，能够减小水流对缓冲部的冲击。

其中，为了减缓流出沟渠本体001内的水流的速度，如图1所示，本发明实施例提供的生态沟渠系统中，沟渠本体001内还设置有拦截部004；拦截部004包括箱体、基质和水生植物，箱体内填充基质，水生植物种植在基质上、且水生植物的根上部分位于箱体的上部。拦截部004能够有助于拦截流出沟渠本体001的水流，减缓水流的速度。此外，拦截部004内填充的基质能够对水体中的氮磷元素进一步吸附，从而避免流出沟渠本体001的水体中氮磷元素含量过高而造成水体富营养化的污染现象。

此处需要补充说明的是，水生植物可以为经济价值高且景观效果好的植物，如千屈菜、狐尾藻或空心菜等，水生植物种植在箱体的基质上，能够实现拦截和缓冲水体的效果，此外还能吸收基质中所吸附的氮磷元素，实现对氮磷元素的生物利用。

此处还需要补充说明的是，本发明实施例提供的生态沟渠系统中，为了能够更好的减缓水体流入沟渠本体001时的速度，避免对沟渠本体001的内部结构和植物造成冲击，以更有利于沟渠本体001内净水植物对水体的净化作用，沟渠本体001的进水口处可以设置拦截部004；此外，为了能够进一步去除流出沟渠本体001内的水体中的氮磷元素，避免流出的水体中氮磷元素含量过高，同时减缓水体流出沟渠本体001时的速度，沟渠本体001的出水口处也可以设置拦截部004；另外，为了实现较佳的缓冲水流速度和去除氮磷元素的效果，沟渠本体001的进水口处和出水口处均可以设置拦截部004。

进一步地，为了保证对水流具有缓冲效果的同时，还能够使水体在流动过程中顺利进出箱体，如图1和图2所示，本发明实施例提供的生态沟渠系统中，箱体上可以设置有多个孔状结构041，孔状结构041用于使水流顺利进出箱体。由于箱体上设置有孔状结构041，因此，水体在通过箱体时，能够通过孔状结构041进入并流出箱体，箱体本身对水流有一定的阻挡和缓冲作用，同时箱体上的孔状结构041又能使一部分水流顺利通过，从而既能够实现减缓水流速度的效果，又能够减小水流对箱体的冲击性，一举两得，效果较佳。

此处需要补充说明的是，为了使水体在进入箱体后，水体中的氮磷元素的含量能够进一步降低，本发明实施例提供的生态沟渠系统中，拦截部004的基质可以包括有由生物菌、秸秆、木屑、菌料和熟土混合而成的填料层。该混合填料层对水体中的氮磷元素具有较好的吸附作用。因此，当水体在通过箱体时，能够通过孔状结构041进入并流出箱体，同时在进入箱体后，水体中的氮磷营养元素能够被箱体内的基质吸附，从而使流出箱体的水体中氮磷元素的含量进一步降低。

更进一步地，为了便于均匀布孔，有利于构建相应的植物，如图2所示，本发明实施例提供的生态沟渠系统中，沟渠本体001的底部011及侧壁012均铺设有透水砖。相应的透水砖可以是蜂窝状透水砖，因此构建植物时，可以在蜂窝状透水砖中心的圆孔中种植相应的植物。

实际应用时，为了实现有效去除水体中氮磷元素的效果，同时能够展现较佳的生态景观，本发明实施例提供的生态沟渠系统中，沟渠本体001的底部011种植净水植物和/或水生蔬菜，沟渠本体001的侧壁012种植护坡植物。

此处需要补充说明的是，结合南方地区气候特点，夏季可以在沟渠本体001的侧壁012上种植狗牙根，沟渠本体001的底部011种植空心菜，拦截部004中箱体的上表面的孔状结构041中种植千屈菜，这三种植物不仅生态效果好，净水效率高，而且具有较佳的观赏效果；冬季可以在沟渠本体001的侧壁012上种植黑麦草，沟渠本体001的底部011种植水芹，拦截部004中箱体的上表面的孔状结构041中种植狐尾藻，这三种植物的种植技术简单，营养价值高，而且经济实用。本发明实施例提供的生态沟渠系统中，通过工程构建遮挡部002和沟渠本体001，避免了夏季阳光照射造成沟渠本体001内护坡植物容易死亡的问题，并且整体上能够形成良好的生态景观，同时对水体中的氮磷元素具有较佳地去除效果。

本发明实施例还提供一种控制氮磷污染的沟渠，包括：沟渠本体001和遮挡部002；沟渠本体001内种植有景观植物，沟渠本体001内还种植有挺水植物或漂浮植物；遮挡部002包括地基021和靠近地基021设置的支架022，支架022上生长有绿萝或爬山虎；遮挡部002位于沟渠本体001的上方，用于为景观植物和挺水植物或漂浮植物遮挡阳光。

遮挡部002能够为景观植物和挺水植物等提供适宜的生长环境，且不会影响沟渠本体001内挺水植物或漂浮植物的生长，同时挺水植物或漂浮植物能够吸收水体中的氮磷元素，因此本发明实施例提供的控制氮磷污染的沟渠既能够为沟渠本体001内的植物提供适宜的生长环境，又能够有效改善南方地区作物种植过程中氮磷元素流失量大、周边水体富营养化严重的现象，该工程具有经济高效、简单实用、易于维护和推广的优点。

下面结合附图对本发明实施例提供的生态沟渠系统的结构和去除氮磷营养元素的效果进行详细说明。

如图1结合图2所示，本发明实施例提供的生态沟渠系统中，沟渠本体001的总长度为45m(图中箭头表示水流的方向)，沟渠本体001的底部011和侧壁012均铺设有蜂窝状透水砖，底部011布局平整，蜂窝状透水砖的规格为边长50cm的六边形，厚度为5.0cm，蜂窝状透水砖中间的孔直径为8.0cm，相邻两孔中心之间的距离为25cm。沟渠本体001的横截面为倒置等腰梯形结构，深度为1.2m，顶部的宽度为1.4m，底部011的宽度为1.0m。沟渠本体001内水线的位置为田间水面的高度处，它将整个沟渠本体001分为上下两部分，上部为硬化地基，下部能容纳水体，地基021的高度为30cm，能够防止田面水溢流至沟渠本体001内。

夏季在沟渠本体001的侧壁012上隔行种植多年生狗牙根植物，在沟渠本体001的底部011种植空心菜，种植的密度为20株/m²，在拦截部004的箱体上种植千屈菜，此种方式配置的植物不仅能够实现生态效果好和净水效率高的效果，而且观赏效果也较佳；冬季在沟渠本体001的侧壁012上剩余行中种植黑麦草，在沟渠本体001的底部011种植水芹，种植密度为35株/m²，在拦截部004的箱体上种植狐尾藻，此种方式配置的植物种植技术简单，营养价值高，且经济使用。在实验区所种植的植物生长旺盛，不仅能够形成良好的生态景观，还能够提高整个生态系统的经济和环境效益。

实际应用时，以湖北省十堰市谭家湾农业综合开发区域生态循环农业示范性工程为试验对象，实验区域内种植区的水体进入生态沟渠系统后排水，表1为生态沟渠系统的水质检测结果。

表1生态沟渠系统的水质检测结果

在运行本发明实施例提供的生态沟渠系统以前，实验区域内的种植区产生的废水均直接排放，总氮和总磷的含量分别劣于《地表水环境质量标准(GB3838－2002)》中Ⅴ类和Ⅳ类水质标准；在本发明实施例提供的生态沟渠系统持续稳定运行一年以后，实验区域内种植区的排水水质均达到Ⅲ类水质标准。实验区水体中，总氮的去除率为32％－50％，平均去除率达到42％；总磷去除率为28％－52％，平均去除率达到44％。因此，该生态沟渠系统不仅能够有效改善实验区域的排水水质，解决区域面源污染问题，而且有效针对南方丘陵地区地势起伏，坡度分明水流速度大的情况，并合理设置生态系统的结构和布局，因此能够实现因地制宜、经济高效、简单实用、易于维护、便于推广的效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种生态沟渠系统，其特征在于，包括：沟渠本体和遮挡部；

所述沟渠本体内种植有护坡植物和净水植物；

所述遮挡部包括地基和靠近所述地基设置的支架，所述支架上生长有攀爬植物；

所述遮挡部位于所述沟渠本体的上方，用于为所述护坡植物和所述净水植物遮挡阳光。

2.根据权利要求1所述的生态沟渠系统，其特征在于，所述地基为硬化地基，所述支架为拱形支架，所述拱形支架横跨在所述硬化地基的上方。

3.根据权利要求1所述的生态沟渠系统，其特征在于，所述地基为硬化地基，所述支架为弧形支架，所述弧形支架位于所述沟渠本体的两侧，呈轴对称且间隔设置在靠近所述硬化地基的位置。

4.根据权利要求1所述的生态沟渠系统，其特征在于，所述沟渠本体的底部错位间隔设置有多个缓冲部，所述缓冲部用于减缓沟渠本体内的水流速度。

5.根据权利要求4所述的生态沟渠系统，其特征在于，所述缓冲部中设置有排水孔，所述排水孔用于使水流顺利通过所述缓冲部。

6.根据权利要求1所述的生态沟渠系统，其特征在于，所述沟渠本体内还设置有拦截部；

所述拦截部包括箱体、基质和水生植物，所述箱体内填充所述基质，所述水生植物种植在所述基质上、且所述水生植物的根上部分位于所述箱体的上部。

7.根据权利要求6所述的生态沟渠系统，其特征在于，所述箱体上设置有多个孔状结构，所述孔状结构用于使水流顺利进出所述箱体。

8.根据权利要求1所述的生态沟渠系统，其特征在于，所述沟渠本体的底部及侧壁均铺设有透水砖。

9.根据权利要求1所述的生态沟渠系统，其特征在于，所述沟渠本体的底部种植所述净水植物和/或水生蔬菜，所述沟渠本体的侧壁种植所述护坡植物。

10.一种控制氮磷污染的沟渠，其特征在于，包括：沟渠本体和遮挡部；

所述沟渠本体内种植有景观植物，所述沟渠本体内还种植有挺水植物或漂浮植物；

所述遮挡部包括地基和靠近所述地基设置的支架，所述支架上生长有绿萝或爬山虎；

所述遮挡部位于所述沟渠本体的上方，用于为所述景观植物和所述挺水植物或所述漂浮植物遮挡阳光。