本實(shí)用新型涉及農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染控制領(lǐng)域，更具體地，涉及一種農(nóng)田溝渠減少氮磷流失用的生態(tài)溝系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：珠江三角洲平原區(qū)土地肥沃，是廣東省重要的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地，區(qū)內(nèi)農(nóng)田排水溝渠縱橫密布，在土地復(fù)種指數(shù)高和短歷時(shí)暴雨頻繁的條件下，土壤氮、磷極易隨農(nóng)田排水流失，最終進(jìn)入河涌水體，造成水體富營養(yǎng)化。已有研究表明，利用水生植物構(gòu)建生態(tài)溝渠，可以明顯降低溝渠水體中的氮、磷濃度。但由于珠江三角洲平原區(qū)地下水位較高，在雨季汛期農(nóng)田常發(fā)生漬澇問題，如果將水生植物直接種植在溝渠中，那么在經(jīng)過一段時(shí)間生長后水生植物往往會(huì)布滿整條溝渠。而若溝渠中水生植物生長過于茂密，則易發(fā)生排水不暢、加劇農(nóng)田漬澇的問題。而且隨著時(shí)間的推移，溝渠底泥氮、磷不斷積累，生態(tài)溝對(duì)氮、磷的削減效應(yīng)也大為降低。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用新型針對(duì)利用水生植物構(gòu)建生態(tài)溝渠方面存在的上述技術(shù)缺陷，提供一種農(nóng)田溝渠減少氮磷流失用的生態(tài)溝系統(tǒng)。本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：提供一種農(nóng)田溝渠減少氮磷流失用的生態(tài)溝系統(tǒng)，包括設(shè)置于農(nóng)田溝渠的基質(zhì)框、鋪設(shè)于基質(zhì)框底部的混合基質(zhì)和在混合基質(zhì)中種植的水生植物；所述基質(zhì)框與農(nóng)田溝渠兩側(cè)中的至少一側(cè)保留一定寬度；在所述基質(zhì)框的周邊和/或底部設(shè)置便于溝渠水流正常通過的孔隙。優(yōu)選地，所述基質(zhì)框與農(nóng)田溝渠兩側(cè)中分別保留一定寬度以利溝渠水流通暢。優(yōu)選地，所述基質(zhì)框的寬度控制在農(nóng)田排水溝渠寬度的3/4或以下。優(yōu)選地，所述混合基質(zhì)包括上下兩層，下層為鋪設(shè)于基質(zhì)框底部的礫石層，上層為鋪設(shè)于礫石上的混合基質(zhì)層。所述混合基質(zhì)可以參照本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)，優(yōu)選地，混合基質(zhì)由土壤基質(zhì)和生物炭的混合構(gòu)成，其中生物炭占土壤基質(zhì)重量的比例為2%～8%，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述生物炭重量占土壤基質(zhì)重量的8%。優(yōu)選地，所述礫石鋪設(shè)的厚度為3～5cm。優(yōu)選地，所述混合基質(zhì)的裝填厚度為15～20cm。優(yōu)選地，所述空隙為條帶狀。優(yōu)選條帶狀的空隙的寬度按照礫石顆粒大小確定，以礫石不從基質(zhì)框中掉落為標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)選地，所述礫石的粒徑為1～2cm。優(yōu)選地，所述條帶狀孔隙的寬度為0.8～1.2cm。本實(shí)用新型所述基質(zhì)框的長度視溝渠的長度而定，優(yōu)選按照基質(zhì)框長度為溝渠長度的1/2的比例設(shè)置基質(zhì)框的尺寸。優(yōu)選地，所述生態(tài)溝系統(tǒng)由為根據(jù)農(nóng)田溝渠長度方向設(shè)置的若干個(gè)基質(zhì)框構(gòu)成；采用若干個(gè)基質(zhì)框構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)時(shí)，優(yōu)選按照基質(zhì)框系統(tǒng)總長度為溝渠長度的1/2的比例設(shè)置基質(zhì)框的尺寸和數(shù)量。進(jìn)一步優(yōu)選地，基質(zhì)框與基質(zhì)框之間的間隔優(yōu)選為40cm。優(yōu)選地，所述的基質(zhì)框距溝渠兩側(cè)保留一定寬度的距離為10～30cm，以利溝渠水流通暢。根據(jù)農(nóng)田溝渠的寬度和操作的方便，可以設(shè)置多排并列設(shè)置的基質(zhì)框。如果設(shè)置多排基質(zhì)框，靠近溝渠兩側(cè)的基質(zhì)框距溝渠兩側(cè)保留一定寬度的距離為10～30cm。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述生態(tài)溝系統(tǒng)中，基質(zhì)框與基質(zhì)框之間長度和/或?qū)挾确较虻拈g隔為40cm。本實(shí)用新型的有益效果如下：本實(shí)用新型提供了一種結(jié)構(gòu)緊湊、利用效果好的農(nóng)田溝渠減少氮磷流失用的生態(tài)溝系統(tǒng)，將基質(zhì)框按一定的間隔安置在農(nóng)田排水溝渠中，以科學(xué)控制生態(tài)溝渠中水生植物的分布格局，一方面通過水生植物及土壤基質(zhì)中生物炭對(duì)溝渠水體氮、磷的吸收、吸附作用，降低溝渠水體中的氮、磷濃度，從而達(dá)到減少土壤氮、磷流失的目的；另一方面又可避免溝渠水生植物生長過于茂密，從而保持溝渠水流通暢。以本實(shí)用新型所述方法構(gòu)建的生態(tài)溝，可綜合土壤基質(zhì)中生物炭與水生植物對(duì)氮、磷的削減作用，既能控制生態(tài)溝水生植物的分布格局，又不至于因水生植物面積減小而降低生態(tài)溝削減氮、磷的效應(yīng)。本實(shí)用新型技術(shù)構(gòu)建生態(tài)溝投入成本低，操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)施。附圖說明圖1基質(zhì)框示意圖。圖2基質(zhì)框示意圖（帶尺寸設(shè)計(jì)）。圖3利用本實(shí)用新型系統(tǒng)構(gòu)建生態(tài)溝平面示意圖。圖4利用本實(shí)用新型系統(tǒng)構(gòu)建生態(tài)溝平面示意圖。圖5不同比例生物炭對(duì)土壤氮的削減效果。圖6不同比例生物炭對(duì)土壤磷的削減效果。圖7不同水生植物品種對(duì)氮、磷的削減效果。圖8本實(shí)用新型技術(shù)構(gòu)建的生態(tài)溝對(duì)氮的削減效果。圖9本實(shí)用新型技術(shù)構(gòu)建的生態(tài)溝對(duì)磷的削減效果。圖10土壤基質(zhì)未加生物炭構(gòu)建的生態(tài)溝對(duì)氮的削減效果。圖11土壤基質(zhì)未加生物炭構(gòu)建的生態(tài)溝對(duì)磷的削減效果。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。下述實(shí)施例僅用于示例性說明，不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。實(shí)施例1本實(shí)施例提供一種基質(zhì)框系統(tǒng)，如附圖1至附圖3所示。包括設(shè)置于農(nóng)田溝渠的基質(zhì)框（圖1或圖2所示）、鋪設(shè)于基質(zhì)框底部的混合基質(zhì)和在混合基質(zhì)中種植的水生植物；所述基質(zhì)框與農(nóng)田溝渠兩側(cè)保留一定寬度；在所述基質(zhì)框的周邊和/或底部設(shè)置便于溝渠水流正常通過的孔隙（圖1或圖2中虛線所示）。本實(shí)施例所述混合基質(zhì)包括上下兩層，下層為鋪設(shè)于基質(zhì)框底部的礫石層，上層為鋪設(shè)于礫石上的混合基質(zhì)層。所述混合基質(zhì)由土壤基質(zhì)和生物炭的混合構(gòu)成，其中生物炭占土壤基質(zhì)重量的比例為2%～8%，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述生物炭重量占土壤基質(zhì)重量的8%。在廣州城郊蔬菜地隨機(jī)選擇一段農(nóng)田排水溝，按照以下步驟進(jìn)行構(gòu)建生物炭基質(zhì)框系統(tǒng)。S1.設(shè)置基質(zhì)框，所述基質(zhì)框的寬度控制在農(nóng)田排水溝渠寬度的3/4或以下，在所述基質(zhì)框設(shè)置便于溝渠水流正常通過的孔隙；S2.在所述基質(zhì)框中底部平鋪礫石，然后填入由土壤基質(zhì)和生物炭組成的混合基質(zhì)；S3.在混合基質(zhì)中移栽水生植物苗；S4.基質(zhì)框置于農(nóng)田排水溝渠，基質(zhì)框距溝渠兩側(cè)保留一定寬度的距離。具體地，本實(shí)施例中，農(nóng)田排水溝溝寬0.8～1.2m，平均寬度1.0m。根據(jù)溝寬制備長（m）、寬（1.0m）、高（m）分別為60cm、40cm、20cm的塑料框作為基質(zhì)框，框體周邊及底部均帶有寬約1cm的條帶狀孔隙，可透水，見圖1或圖2虛線所示。水生植物選用梭魚草和鳶尾兩個(gè)品種，本實(shí)施例在市場(chǎng)批量購買一批盆栽苗備用，另購一批粒徑為1～2cm的細(xì)礫石備用。水生植物種植時(shí)先在基質(zhì)框底部平鋪一層細(xì)礫石，再將水生植物去掉花盆連同土壤一起移栽到基質(zhì)框中，并加入生物炭，每框基質(zhì)按土壤重量比加入8%的生物炭，表面及周邊用細(xì)礫石固定，之后將種植水生植物的基質(zhì)框依次放入排水溝中，基質(zhì)框之間保留40cm的間隔，基質(zhì)框與排水溝兩側(cè)的距離10～30cm，見圖3所示，可以保證排水溝水流通暢，水流經(jīng)過基質(zhì)框時(shí)亦可以透過框體空隙通過。本實(shí)施例溝渠中共放置50個(gè)基質(zhì)框，形成水生植物生態(tài)溝，其中上半段水生植物為鳶尾，下半段水生植物為梭魚草。構(gòu)建生態(tài)溝投入的材料成本約為45元/m。生態(tài)溝水生植物根據(jù)長勢(shì)情況進(jìn)行收割管理。根據(jù)農(nóng)田溝渠的寬度和操作的方便，可以設(shè)置多排并列設(shè)置的基質(zhì)框，見圖4所示。實(shí)施例2實(shí)施步驟參見實(shí)施例1。實(shí)施試驗(yàn)于2015年8月實(shí)施，具體實(shí)施方法同上。采用室內(nèi)模擬土柱淋溶試驗(yàn)的方法，試驗(yàn)生物炭對(duì)土壤氮、磷流失的影響，將生物炭加入土壤中的比例分別為2%、4%、6%和8%，另設(shè)不添加處理作為對(duì)照，結(jié)果見圖5和圖6所示（圖5和圖6中右列數(shù)字1～10表示試驗(yàn)加水淋溶次數(shù)）。試驗(yàn)結(jié)果表明，生物炭處理與對(duì)照之間存在顯著差異（p<0.05），生物炭添加量越大，土壤TN、TP淋溶損失量越小。因此，生物炭可有效降低土壤TN、TP的淋溶損失量。采用室內(nèi)水培試驗(yàn)的方法，試驗(yàn)水生植物對(duì)氮、磷的削減效果，供試水生植物品種為銅錢草、睡美人、梭魚草、鳶尾、水蕹菜和蘆葦共6種，結(jié)果見圖7所示，其中圖7中，每組方框圖中，左邊方框?yàn)門N，右邊方框?yàn)門P。試驗(yàn)結(jié)果表明，不同水生植物對(duì)TN、TP的削減率均顯著高于對(duì)照（p<0.05），不同水生植物對(duì)TN、TP均有一定的吸收消減作用，平均削減率分別為29.0%～31.0%、53.0%～55.3%，其中梭魚草和菖蒲對(duì)TN、TP的去除效果均顯著優(yōu)于其他植物。為試驗(yàn)本技術(shù)的實(shí)施效果，在本實(shí)用新型技術(shù)構(gòu)建的生態(tài)溝上游（鳶尾前）、中游（鳶尾與梭魚草交界處）和下游末端（梭魚草后）分別設(shè)置采樣斷面，在試驗(yàn)期間避免生態(tài)溝兩側(cè)有側(cè)溝排水匯入，于一次降雨后連續(xù)采樣監(jiān)測(cè)水體氮、磷濃度的變化，結(jié)果見圖8和圖9所示，其中圖8和圖9中的每組方框圖中，從左至右分別為雨后當(dāng)天、雨后3天、雨后7天、雨后40天。從圖8和圖9可見，生態(tài)溝中游及下游斷面水體TN、TP濃度呈明顯下降趨勢(shì)，經(jīng)計(jì)算，與上游斷面相比，下游斷面水體TN、TP濃度分別降低了47.5%、35.7%，中游斷面水體TN、TP濃度分別降低了35.5%、24.3%。另設(shè)一段以同樣方法構(gòu)建但土壤基質(zhì)未加入生物炭的生態(tài)溝作為對(duì)照進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果見圖10和圖11，其中圖10和圖11中的每組方框圖中，從左至右分別為雨后當(dāng)天、雨后3天、雨后7天、雨后40天。與上游斷面相比，基質(zhì)未加入生物炭的生態(tài)溝下游斷面TN、TP濃度分別降低了31.9%、10.2%，而中游斷面TN、TP則未表現(xiàn)出明顯的降低。對(duì)比試驗(yàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，本實(shí)用新型技術(shù)構(gòu)建的生態(tài)溝降低氮、磷濃度效果較好。實(shí)施例3實(shí)施試驗(yàn)以2015年4月實(shí)施，具體實(shí)施方法同上，試驗(yàn)實(shí)施用生物炭及水生植物對(duì)氮、磷的削減效果同實(shí)施例1。為試驗(yàn)本實(shí)用新型技術(shù)的實(shí)施效果，在本實(shí)用新型技術(shù)構(gòu)建的生態(tài)溝上游（鳶尾前）和下游末端（梭魚草后）分別設(shè)置采樣斷面，于一次降雨后連續(xù)采樣監(jiān)測(cè)氮、磷濃度的變化，另選50m農(nóng)田自然排水溝（溝兩側(cè)自然生長雜草）作為對(duì)照進(jìn)行同期監(jiān)測(cè)，結(jié)果見表1。表1結(jié)果表明，本實(shí)用新型技術(shù)構(gòu)建的生態(tài)溝一次降雨后TN、TP去除率平均分別為27.3%、20%，比自然溝對(duì)氮、磷的自凈能力平均提高了7.3%、6.0%。表1本技術(shù)構(gòu)建生態(tài)溝與自然溝雨后不同時(shí)期的氮、磷去除率比較（%）項(xiàng)目監(jiān)測(cè)斷面2015.8.162015.8.192015.8.232015.9.24平均TN生態(tài)溝20.423.931.633.327.3自然溝13.89.7049.816.5TP生態(tài)溝11.749.70.018.720.0自然溝010.36.827.310.5當(dāng)前第1頁1 2 3