CN113853865B - 利用坡地地形及植物消解氮磷的排水系统及其构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用坡地地形及植物消解氮磷的排水系统及其构建方法，目的是解决花木栽培过程中过量施用化肥造成氮、磷排放的技术难题。特点是：包括坡地梯田自然地块，漫流排水系统及超量排水系统，坡地梯田自然地块包括植物边坡和种植床面，植物边坡上种植藤本或草本植物；漫流排水系统沿种植床面的外边沿设置，包括漫流排水田埂、设置在漫流排水田埂内侧的内排水沟以及均匀设置的漫流排水孔；超量排水系统包括与坡地等高线垂直方向布置的超量排水渠，超量排水渠的溢水口处设置有截水块，优点是：利用坡地梯田地形，结合优化的排水系统，利用边坡植物来吸收氮磷，具有建设简单、成本低、易维护的特点，因吸附面大而获得更好消解氮磷的效果。

Description

利用坡地地形及植物消解氮磷的排水系统及其构建方法

技术领域

本发明涉及水环境保护技术领域，尤其涉及一种利用坡地地形及植物消解氮磷的排水系统及其构建方法。

背景技术

花木为重要的林特产业，化肥的过量施用已经成为亟待解决的重要问题。农业生产上针对氮、磷的过量排放，也有许多消解的方法，但大多是使用生态净水设备，或在沟渠水体中种植能吸收氮、磷的耐水湿植物。这些方法一方面需建造复杂设备或者建植维护成本较高，另一方面只适用于平地，对坡地难以产生较好的效果。

花木栽培较大一部分是在缓坡山地上，这些区域许多又是水资源保护的水库库区，生态保护显得尤为重要。这些区域，如果利用常规的在主排水渠中设置生态沟渠的方法，则容易引发以下问题：一方面，夏季干旱季时，极易造成生态沟渠中的耐水湿植物死亡；另一方面，由于利用主排水渠设置生态沟渠，会造成排水面过于集中，加上坡地地形，使水流速度过快，带有氮、磷的雨水在生态沟渠中的停留时间过短，导致生态沟渠排水系统吸收利用的效果较差。且这些水处理设施和方法在氮、磷的消解过程中成本较高，需要维护，不利于推广。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种利用坡地地形及植物消解氮磷的排水系统及其构建方法，能够利用坡地自然梯田地形，结合优化的排水系统，利用边坡植物来吸收氮磷的方法，它不仅具有建设简单、成本低等特点，同时由于吸附面大，能获得更好的消解氮磷的效果。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种利用坡地地形及植物消解氮磷的排水系统，其特征在于，包括若干级坡地梯田自然地块，漫流排水系统及超量排水系统，

所述的坡地梯田自然地块包括坡度小于25°的植物边坡和基本平行于地面的种植床面，所述的植物边坡和所述的种植床面交替间隔排列，所述的植物边坡上种植藤本或草本植物；

所述的漫流排水系统沿所述的种植床面的外边沿设置，包括高度高于所述的种植床面的漫流排水田埂、设置在所述的漫流排水田埂内侧的内排水沟以及均匀贯通设置在所述的漫流排水田埂内的漫流排水孔；

所述的超量排水系统包括与等高线垂直方向贯穿若干级所述的坡地梯田自然地块布置的超量排水渠，所述的超量排水渠的溢水口处设置有截水块。

在一些实施方式中，所述的漫流排水孔采用管径为10cm-15cm的管材预埋，所述的漫流排水孔的间距为1.5m-2.5m，所述的漫流排水孔在埋设时管材的底部与内排水沟的沟底相平。由此，当降水量较小时，水分经由漫流排水孔排出，水分会均匀地经过边坡漫流被植物吸收，从而起到消解氮、磷的作用。

在一些实施方式中，所述的超量排水渠由布置在所述的植物边坡上的第一段和布置在所述的种植床面上的第二段构成，所述的第一段和所述的第二段的连接口为所述的溢水口，所述的截水块设置在所述的溢水口处，所述的截水块的外侧面与所述的第一段的端部齐平，所述的截水块的高度略高于所述的漫流排水孔的顶壁高度。内设截水块既能保证在雨水较少时，水流通过边坡漫流排水孔排水，同时保证降雨量较大时，避免水流冲刷边坡，通过主排水渠排出多余水分，减轻边坡漫流排水的压力，避免边坡冲刷；同时设置截水块，并使截水块的高度略高于漫流排水孔的高度，则起到了溢流堰的作用，使通过超量排水渠的水流不至于过快过大，提高了截流效果。

在一些实施方式中，所述的截水块的高度为15cm-20cm，所述的截水块的宽度为20cm-30cm，所述的截水块的长度与所述的超量排水渠的宽度相等。该截水块的尺寸经过合理选择设置，经实际应用能起到上述描述效果，高度或宽度不合适会影响排水效果，从而影响最终的生态消解效果。

在一些实施方式中，在所述的植物边坡上交替种植藤本植物和草本植物，藤本植物选自以下一种或多种：络石、扶芳藤、薜荔，草本植物选自以下一种或多种：山麦冬、葱兰、结缕草，所种植的植株的高度不超过20cm。边坡选种的植物为藤本植物或草本植物，具有固土效果好的特点，并在雨季雨水漫流时能耐一定水湿，夏季干旱无雨时能耐一定干旱，结合本发明的地形和排水结构设置，带来较优的氮、磷消解效果。

在一些实施方式中，所述的种植床面宽为5m-20m，所述的植物边坡的坡面宽为2m-5m，所述的漫流排水田埂为土质田埂，所述的漫流排水田埂的宽度按行走需要，所述的内排水沟按照所述的植物边坡外等高线设置，所述的内排水沟的沟宽为30m-40cm，沟深为20cm-30cm，每地块间距30m-50m左右设超量排水渠一条。

上述任一项所述的利用坡地地形及植物消解氮磷的排水系统的构建方法，包括以下步骤：

(1)将自然缓坡山地作若干级梯田式处理，分隔成种植平面和植物边坡面，其中种植平面作为作物种植面，植物边坡面作为植物的氮、磷吸收消解面；

(2)在植物边坡上按照一层藤本植物一层草本植物的方式交替间隔种植植物，选取植株的高度不超过20cm，种植时以郁闭为目的，初始密度一般不小于49丛(株)/m²，草坪类则直接满铺，待植物边坡上的种植物全覆盖郁闭后使用；

(3)沿每一层种植床面的外边沿设置漫流排水田埂，内侧开设内排水沟，在每条漫流排水田埂内间隔设置漫流排水孔，漫流排水孔采用管径为10cm-15cm的PVC管埋设，每隔1.5m-2.5m的间距设置一个漫流排水孔；

(4)沿与等高线垂直方向开设超量排水渠，在每条超量排水渠设置溢水口，溢水口内设20cm-30cm宽、15cm-20cm高的截水块，其长度与超量排水渠的宽度相等，截水块采用水泥混凝土浇筑，或者采用砖砌再在截水块外水泥粉刷防渗水层处理，或者采用粘土夯实处理。

步骤(2)中漫流排水孔依照种植床面的宽度及当地降水量决定，对于种植床面宽、降水量大的坡地，漫流排水孔的间距控制在1.5m-2.0m，对于种植床面窄、降水量小的坡地，漫流排水孔的间距控制在2.0m-2.5m。

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明针对缓坡地带的地形，利用自然梯田地形进行分段截流，再利用漫流排水孔通过边坡漫流排水吸收，由于边坡斜面面积大，加上边坡植物密植后对水流的阻隔，水流流速减小，流动面积增大，更有利于氮、磷元素的吸收，比一般的生态沟渠系统具有更好的吸收消解效果；多数坡地为水资源保护区，相比于平原农田，生态意义更加明显；(2)由于植物边坡具有一定的坡度，在水自然重力的作用下往下漫流，也不会像平地排水沟一样，因种植消解水生植物而造成水流阻塞，影响排水；(3)本发明的结构只需预埋漫流排水孔和预制截水块，无需任何机械动力或其他设备，一次建成后则基本无需后续的投入或专门进行养护管理，因此具有成本低、养护及管理方便等优点，降低机械和人工成本；且同时能达到化肥减排、景观效果好、生态和谐的特点，满足可持续发展的需要。

附图说明

图1为本发明排水系统一实施例的坡面剖面立面图；

图2为本发明排水系统一实施例的坡面剖面平面图；

图3为本发明排水系统中溢水口的剖面平面图；

图4为本发明排水系统中溢水口的剖面断面图；

图5为本发明排水系统中溢水口的立面图。

其中，坡地梯田自然地块10，植物边坡11，种植床面12，漫流排水系统20，漫流排水田埂21，内排水沟22，漫流排水孔23，超量排水系统30，超量排水渠31，第一段311，第二段312，溢水口32，截水块33。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

实施例一

如图所示，一种利用坡地地形及植物消解氮磷的排水系统，包括若干级坡地梯田自然地块10，漫流排水系统20及超量排水系统30。

坡地梯田自然地块10包括坡度小于25°的植物边坡11和基本平行于地面的种植床面12，植物边坡11和种植床面12交替间隔排列，植物边坡11上种植藤本或草本植物。

漫流排水系统20沿种植床面12的外边沿设置，包括高度高于种植床面12的漫流排水田埂21、设置在漫流排水田埂21内侧的内排水沟22以及等距贯通埋设在漫流排水田埂21内的漫流排水孔23。

超量排水系统30包括与等高线垂直方向贯穿若干级坡地梯田自然地块布置的超量排水渠31，超量排水渠的溢水口32处设置有截水块33。

由此，当降水量较小时，水分经由漫流排水孔排出，水分会均匀地经过边坡漫流被植物吸收，边坡选种的植物为藤本植物或草本植物，具有固土效果好的特点，并在雨季雨水漫流时能耐一定水湿，夏季干旱无雨时能耐一定干旱。当降水量较大时，雨水能够汇集并通过超量排水渠排出，该超量排水渠即为农田排灌设计时的主排水渠，如图3、图4所示，本发明只需要在边坡排水口设置超量排水溢水口，内设截水块，这样既能够保证在雨水较少时，水流通过边坡漫流排水孔排水，同时保证降雨量较大时，避免水流冲刷边坡，通过主排水渠排出多余水分，减轻边坡漫流排水的压力，避免边坡冲刷；同时设置截水块，并使截水块的高度略高于漫流排水孔的高度，则起到了溢流堰的作用，使通过超量排水渠的水流不至于过快过大，提高了截流效果，进一步提高氮、磷的生态消解效果。

实施例二

本实施例提出的一种利用坡地地形及植物消解氮磷的排水系统，其在实施例一的基础上对漫流排水孔的具体结构进行了说明。本实施例中，漫流排水孔23采用管径为10cm-15cm的PVC管材预埋，其他实施例中也可使用其他材料的管材布置排水孔，漫流排水孔23的间距为1.5m-2.5m，漫流排水孔在埋设时管材的底部与内排水沟的沟底相平。

实施例三

本实施例提出的一种利用坡地地形及植物消解氮磷的排水系统，其在实施例一或二的基础上对超量排水系统的具体结构进行了说明。本实施例中，超量排水渠31由布置在植物边坡11上的第一段311和布置在种植床面12上的第二段312构成，第一段和第二段的连接口为溢水口32，截水块33设置在溢水口32处，截水块33的外侧面与第一段311的端部齐平，截水块33的高度略高于漫流排水孔23的顶壁高度。

本实施例中，截水块33的高度为15cm-20cm，截水块33的宽度为20cm-30cm，截水块的长度与超量排水渠的宽度相等。

实施例四

本实施例提出的一种利用坡地地形及植物消解氮磷的排水系统，其在上述实施例的基础上对边坡植物种植进行了进一步优化。本实施例中，在植物边坡上交替种植藤本植物和草本植物，藤本植物选自以下一种或多种：络石、扶芳藤、薜荔，草本植物选自以下一种或多种：山麦冬、葱兰、结缕草，所种植的植株的高度不超过20cm，种植密度一般不小于49丛(株)/m²，草坪类可直接满铺。藤状植物吸收效果一般但具有较优的对水缓冲能力，而草本植物刚好互补，因此在边坡上交替间隔种植藤本植物和草本植物，将两者结合起来能够有效防止边坡被冲刷，减小水流流速，使水分及氮、磷元素被充分吸收。比一般的种植密度应适当增加，以提高氮磷的消解能力。

种植床面12宽为5m-20m，植物边坡11的坡面宽为2m-5m，漫流排水田埂21为土质田埂，漫流排水田埂21的宽度按行走需要，内排水沟22按照植物边坡外等高线设置，内排水沟22的沟宽为30m-40cm，沟深为20cm-30cm，每地块间距30m-50m左右设超量排水渠31一条。

实施例五

采用上述任一项实施例中利用坡地地形及植物消解氮磷的排水系统的构建方法，包括以下步骤：

(1)在植物边坡上按照一层藤本植物一层草本植物的方式交替间隔种植植物，选取植株的高度不超过20cm，种植时以郁闭为目的，初始密度一般不小于49丛(株)/m²，草坪类则可直接满铺，待植物边坡上的种植物全覆盖密闭后使用；

(2)在每条漫流排水田埂内间隔设置漫流排水孔，漫流排水孔采用管径为10cm-15cm的PVC管埋设，每隔1.5m-2.5m的间距设置一个漫流排水孔；

(3)在每条超量排水渠设置溢水口，溢水口内设20cm-30cm宽、15cm-20cm高的截水块，长度与超量排水渠的宽度相同，截水块采用水泥混凝土浇筑，或者采用砖砌再在截水块外水泥粉刷防渗水层处理，或者采用粘土夯实处理。

步骤(2)中漫流排水孔依照种植床面的宽度及当地降水量决定，种植床面宽、降水量大的，将漫流排水孔的间距适当缩小，控制在1.5m-2.0m，反之适当增大，控制在2.0m-2.5m。

具体实施例

采用本发明利用坡地地形及植物消解氮磷的排水系统及其构建方法，具体实施在种植樱花的坡地上，坡地的种植床面宽为5m-10m，坡面为2m-3m。排水田埂为土质田埂，内排水沟为沿梯田外等高线设置，沟宽为30cm，深20cm，每地块间距40m设超量排水渠一条，植物边坡采用一层种植络石，另一层种植山麦冬，间隔种植。在排水田埂上设置漫流排水孔，排水孔由PVC管埋设，管径为15cm，间距为2m，在超量排水渠设置溢水口，溢水口内设20cm宽、15cm高，长度与超量排水渠的宽度相等的砖砌截水块，水泥粉刷防渗水处理。

构建完成后，每亩环状撒施复合肥40kg，分别于第1d、11d、28d(雨后沟内有水时的间隔时间)从斜坡上口、下口分别取水样(间隔藤本、草本两个边坡)，测定总氮、总磷含量，结果如表1所示。

表1水质样本中总氮总磷的测定含量表

从表1可以看出，采用本发明的排水系统及其构建方法，通过边坡漫流消解后，对氮、磷均具有较好的消解效果，具体来看1d后总氮降低了52.9％，总磷降低了56.6％；11d后总氮降低了52.7％，总磷降低了47.1％；28d后总氮降低了67.5％，总磷降低了60.4％。因此，本发明的生态排水系统及构建方法能够对氮、磷元素起到较好的吸收消解效果，无需其他机械动力设备，结构简单，养护方便，成本低廉即能达到持续作用的、生态化的化肥减排效果，有利于水资源保护，具有重要的生态意义。

值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以对上述各种零部件的构造进行材料和结构的改进，或者是采用技术等同物进行替换。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效结构变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均同理皆包含于本发明所涵盖的范围内。

Claims (6)

1.一种利用坡地地形及植物消解氮磷的排水系统，其特征在于，包括若干级坡地梯田自然地块，漫流排水系统及超量排水系统，

所述的坡地梯田自然地块包括坡度小于25°的植物边坡和基本平行于地面的种植床面，所述的植物边坡和所述的种植床面交替间隔排列，所述的植物边坡上种植藤本或草本植物；

所述的漫流排水系统沿所述的种植床面的外边沿设置，包括高度高于所述的种植床面的漫流排水田埂、设置在所述的漫流排水田埂内侧的内排水沟以及均匀贯通设置在所述的漫流排水田埂内的漫流排水孔；

所述的超量排水系统包括与等高线垂直方向贯穿若干级所述的坡地梯田自然地块布置的超量排水渠，所述的超量排水渠的溢水口处设置有截水块；

在所述的植物边坡上交替种植藤本植物和草本植物，藤本植物选自以下一种或多种：络石、扶芳藤、薜荔，草本植物选自以下一种或多种：山麦冬、葱兰、结缕草，所种植的植株的高度不超过20cm；

所述的超量排水渠由布置在所述的植物边坡上的第一段和布置在所述的种植床面上的第二段构成，所述的第一段和所述的第二段的连接口为所述的溢水口，所述的截水块设置在所述的溢水口处，所述的截水块的外侧面与所述的第一段的端部齐平，所述的截水块的高度略高于所述的漫流排水孔的顶壁高度。

2.根据权利要求1所述的利用坡地地形及植物消解氮磷的排水系统，其特征在于，所述的漫流排水孔采用管径为10cm-15cm的管材预埋，所述的漫流排水孔的间距为1.5m-2.5m，所述的漫流排水孔在埋设时管材的底部与内排水沟的沟底相平。

3.根据权利要求1所述的利用坡地地形及植物消解氮磷的排水系统，其特征在于，所述的截水块的高度为15cm-20cm，所述的截水块的宽度为20cm-30cm，所述的截水块的长度与所述的超量排水渠的宽度相等。

4.根据权利要求1所述的利用坡地地形及植物消解氮磷的排水系统，其特征在于，所述的种植床面宽为5m-20m，所述的植物边坡的坡面宽为2m-5m，所述的漫流排水田埂为土质田埂，所述的漫流排水田埂的宽度按行走需要，所述的内排水沟按照所述的植物边坡外等高线设置，所述的内排水沟的沟宽为30m-40cm，沟深为20cm-30cm，每地块间距30m-50m左右设超量排水渠一条。

5.权利要求1-4任一项所述的利用坡地地形及植物消解氮磷的排水系统的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将自然缓坡山地作若干级梯田式处理，分隔成种植平面和植物边坡面，其中种植平面作为作物种植面，植物边坡面作为植物的氮、磷吸收消解面；

(2)在植物边坡上按照一层藤本植物一层草本植物的方式交替间隔种植植物，选取植株的高度不超过20cm，种植时以郁闭为目的，初始密度一般不小于49丛(株)/m²，草坪类则直接满铺，待植物边坡上的种植物全覆盖郁闭后使用；

(3)沿每一层种植床面的外边沿设置漫流排水田埂，内侧开设内排水沟，在每条漫流排水田埂内间隔设置漫流排水孔，漫流排水孔采用管径为10cm-15cm的PVC管埋设，每隔1.5m-2.5m的间距设置一个漫流排水孔；

(4)沿与等高线垂直方向开设超量排水渠，在每条超量排水渠设置溢水口，溢水口内设20cm-30cm宽、15cm-20cm高的截水块，其长度与超量排水渠的宽度相等，截水块采用水泥混凝土浇筑，或者采用砖砌再在截水块外水泥粉刷防渗水层处理，或者采用粘土夯实处理。

6.根据权利要求5所述的利用坡地地形及植物消解氮磷的排水系统的构建方法，其特征在于，步骤(2)中漫流排水孔依照种植床面的宽度及当地降水量决定，对于种植床面宽、降水量大的坡地，漫流排水孔的间距控制在1.5m-2.0m，对于种植床面窄、降水量小的坡地，漫流排水孔的间距控制在2.0m-2.5m。

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