[发明专利]一种用于减少水田排水中污染物的生态沟渠

说明书

本申请提供了一种用于减少水田排水中污染物的生态沟渠，通过在生态沟渠内设置节水闸、设置内含生态基质床与生物膜填料的生态拦截箱、在沟壁与沟底上铺设生态混凝土混合物、在沟壁与沟底上的通孔中种植适应的植物以及在生态基质床上种植适应的植物，消弱了水田排水对沟渠和植物幼苗的冲刷，稳固了沟壁和沟底，增加了沟渠对水田排水的净化能力，降低了水田排水中污染物进入下游收纳水体总量，减少了下游收纳水体发生富营养化的可能性，增加了水田区的生物多样性及景观性，为野生动物和植物创造生存环境，同时由于生态沟渠中可种植经济类植物，能有效增加农民的经济收入。

技术领域

本发明涉及环境污染防治与水土保持技术领域，尤其是涉及一种用于减少水田排水中污染物的生态沟渠。

背景技术

农田排水沟渠作为农田水分“调节器”和河流湖泊之间水流的“连通器”，具有统筹农田排水的水利功能和生态功能，不仅起到排洪泄涝的功能，也有截留净化农田排水中污染物的作用。

在农田排水和雨季，排水沟渠可及时疏导农田多余的水分，尤其水田过多的水分严重影响作物的生长，易导致水田养分流失，而少雨季节，沟渠内暂存的水分可以补充农田，因此排水沟渠能有效调节农业区水分，同时也能汇集农业面源污染，并输送到下游河流和湖泊中，导致有机物、氮磷等污染物的农田排水直接进入与农田毗邻的受纳水体，提高了区域受纳水体潜在的污染风险性。

因此，越来越多的学者关注农田排水沟渠调控或阻控农业面源污染，利用农田排水沟渠消弱农田排水污染物负荷。

传统排水沟渠因其为土质且常年裸露，而且结构简单，故在农田排水和强降雨过程中易发生表层土壤侵蚀，而且对排水或降雨径流中污染物的拦截净化能力有限。

而生态沟渠是将自然或传统排水沟渠进行改造，使其在满足农田排洪泻涝的前提下，增加沟渠植被覆盖度和吸附净化能力，充分利用植物吸收、基质吸附作用、水中和底泥等物质的化学转化、微生物作用等方式有效地截留净化和转化来自农田的COD、氮和磷等物质，减少进入河流和湖泊污染物的量。

水田和旱田因其农田管理方式不同，尤其水田在肥水管理和地面覆盖等方面与旱田的较大差别，且水田排水沟渠在水稻生长季大部分时间为有水状态，导致水田的农业面源污染物输出负荷远高于旱田。其中有学者针对吉林西部农田面源污染进行研究发现，单位面积水田的面源污染输出负荷可达到旱田的5-21倍。因此水田区排水沟渠在传输和截留农业面源污染物的作用上起到更为重要的作用。而生态沟渠较人工湿地、缓冲带、生态交错带等污染物拦截工程，具有占地面积小，简单配制，易操作，管理方便，运行费用低，在土地资源紧张的平原农业灌溉区有很好的推广应用前景。

目前已有相关专利采用生态沟渠控制农业非点源污染物，如中国专利CN106034780 A“一种生态沟渠用生物炭基生态混凝土的制备方法”、CN 106192938 A“一种用于农田退水污染防控的生态沟渠系统及构建方法”、CN 104445805 B“一种农田面源污染可再生沸石生态沟渠组合处理系统”、CN 206438487 U“一种农田生态排灌沟渠”、CN107059796 A“一种用于控制农业面源污染的生态拦截沟渠”，这些专利主要集中在生态混凝土制备、沟渠内铺设生态砖、混凝土板材或水泥板等措施，能有效防止水土流失，截留净化农田排水中的氮磷，增加排水沟渠去除污染物能力。也有专利要求投加外源生态拦截器，如201110142588.0“一种用于拦截磷流失的抗冲击型生态沟渠”，其目的为了强化水体中磷污染物的去除能力，但投放生态拦截器对水体流速有严格要求，因生态拦截器易移动，致使过高流速时不宜使用。

然而现有技术均未涉及对化学需氧量的处理效果。另外，沟渠内水体与土壤进行物质交换，可以改善沟渠深层土壤结构，而完全固化沟渠又不利于沟渠土壤的物质和水分交换，尤其是需要补给地下水的农业灌区。

针对水田面源污染流失严重的农业灌区，根据当地实际情况设计一种用于减少水田排水中污染物的生态沟渠，是解决水田排水回用地区控制面源污染物输出、控制农业面源污染的有效方法。