有犁底层稻田秸秆竖井与双层水平排水结合氮磷渗滤拦截系统及其应用方法技术方案

有犁底层稻田作物秸秆竖井与双层水平排水结合氮磷渗滤拦截系统，包括在有犁底层稻田设有耕作层作物秸秆渗滤体、心土层排水暗管渗滤体、秸秆竖井和排水明沟；心土层排水暗管渗滤体设置在犁底层下方的心土层内；耕作层作物秸秆渗滤体位于心土层排水暗管渗滤体上方，两者之间平行设置；心土层排水暗管出水端、耕作层作物秸秆渗滤体出水端设置排水明沟；耕作层作物秸秆渗滤体、心土层排水暗管渗滤体之间设置垂直作物秸秆竖井，竖井穿透犁底层，实现犁底层上下连通，竖井内壁与作物秸秆把之间的空隙用稻壳密实填满。本发明专利技术还公开了上述系统的应用方法。本发明专利技术在3~4年左右的作物秸秆渗滤有效使用期内，可有效拦截土壤水溶液中40~50%的氮磷元素，作物秸秆与透水土工布的联合作用，氮磷拦截率将提升超过10%。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种有犁底层稻田秸秆竖井与双层水平排水结合氮磷渗滤拦截系统及其应用方法。
技术介绍
犁底层是由于长期耕作受到犁刀及负重的挤压和降水时黏粒随水沉积而形成，其结构多半为片状结构或大块状结构，容重大、总孔隙度小、渗水性很弱。随着我国农业机械化水平的提高，越来越多的稻田中出现较为坚硬、透水和透气性差的犁底层，犁底层的存在不仅阻碍了作物根系的生长，造成土壤环境恶化，降低了土壤的蓄水保水能力，同时缩短了农田地下径流的渗漏路径，削弱了农田土壤的渗滤作用，加大了农田径流氮磷污染物的流失。农业面源污染造成大量的氮磷营养物进入江河、湖库，导致水体富营养化，破坏了水生生物的生存环境，更严重的将导致水环境恶化，水生生态系统失衡。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，也进一步加剧了水资源短缺的矛盾。目前，针对有犁底层土壤地区，打破犁底层的方法分为“犁沟套耕”和“人工分层翻土”两种。这两种方法费时、费力，而且作用持续时间不长。如何针对存在犁底层的稻田土壤，开发既有效改善土壤环境状况，又有效控制农田土壤渗流中氮磷排放的渗滤拦截技术，对提高作物产量、减少地表径流、促进农业持续发展、保护水环境和生态健康具有特别重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种有犁底层稻田秸秆竖井与双层水平排水结合氮磷渗滤拦截系统及其应用方法。竖井与双层地下水平排水结合氮磷渗滤拦截系统埋设于农田地下，系统包括三个主要部分，一是穿透稻田犁底层的垂直秸秆竖井，二是在犁底层上设置的耕作层秸秆渗滤体，三是在犁底层下方设置的心土层排水暗管渗滤体。不仅可以做到分层氮磷拦截，而且可以垂直打破犁底层，实现犁底层上下土层土壤溶液的渗滤连通。本专利技术的第一个目的是通过以下技术方案实现的，有犁底层稻田秸秆竖井与双层水平排水结合氮磷渗滤拦截系统，在有犁底层稻田设有耕作层秸秆渗滤体、心土层排水暗管渗滤体、秸秆竖井和排水明沟；所述心土层排水暗管渗滤体设置在犁底层下方的心土层内，心土层排水暗管渗滤体由排水暗管外裹透水土工布和作物秸秆渗滤材料构成；依据排水工程设计标准，通过水力计算确定波纹塑料暗管排水系统布置规格与管径，排水暗管倾斜设置，坡度为1/1000~1/2000；所述耕作层秸秆渗滤体位于犁底层上方的耕作层内，耕作层秸秆渗滤体位于心土层排水暗管渗滤体上方，耕作层秸秆渗滤体与心土层排水暗管渗滤体之间平行设置，耕作层秸秆渗滤体埋设间距为心土层排水暗管渗滤体间距的1/2～1/4，由具有一定透水性能的作物秸秆把制成，直径为12～15cm；心土层排水暗管出水端、耕作层秸秆渗滤体出水端设置排水明沟，排水明沟与心土层排水暗管进水端的稻田地表面之间形成水头差。所述秸秆竖井通过打孔方法实现，秸秆竖井包括深层竖井和浅层竖井，深层竖井竖直设置在心土层排水暗管渗滤体上，深层竖井之间的间距为3~4m；浅层竖井竖直设置在排水暗管之间，浅层竖井之间间距为排水暗管间距的1/2～1/4；深层竖井和浅层竖井上端对应设置耕作层秸秆渗滤体，深层竖井和浅层竖井穿透稻田犁底层实现犁底层上下土层土壤溶液的渗滤连通。进一步地，所述作物秸秆渗滤材料是指稻麦作物秸秆。进一步地，所述水心土层排水暗管为波纹塑料吸水管，塑料管身均匀布设有透水孔隙。进一步地，所述秸秆竖井内壁与秸秆把之间的空隙用填充材料密实填满，填充材料是指稻壳。进一步地，所述深层竖井和浅层竖井均是由作物秸秆把和外填材料构成，秸秆把直径为12~14cm。本专利技术的第二个目的是通过以下技术方案实现的，有犁底层稻田秸秆竖井与双层水平排水结合氮磷渗滤拦截系统的应用方法，包括以下步骤：（1）布置秸秆竖井与双层水平排水结合氮磷渗滤拦截系统：在有犁底层稻田设置耕作层秸秆渗滤体、心土层排水暗管渗滤体、秸秆竖井和排水明沟；在犁底层下方的心土层内设置心土层排水暗管渗滤体，排水暗管外裹透水土工布和作物秸秆渗滤材料；依据排水工程设计标准，通过水力计算确定波纹塑料暗管排水系统布置规格与管径，排水暗管倾斜设置，坡度为1/1000~1/2000；耕作层秸秆渗滤体位于位于犁底层上方的耕作层内，耕作层秸秆渗滤体位于心土层排水暗管渗滤体上方，耕作层秸秆渗滤体与心土层排水暗管渗滤体之间平行设置，埋设间距为心土层排水暗管渗滤体间距的1/2～1/4，由具有一定透水性能的作物秸秆把制成，直径为12～15cm；心土层排水暗管出水端、耕作层秸秆渗滤体出水端设置排水明沟，排水明沟与心土层排水暗管进水端的稻田地表面之间形成水头差；秸秆竖井通过打孔方法实现，秸秆竖井包括深层竖井和浅层竖井，深层竖井竖直设置在心土层排水暗管渗滤体上，深层竖井之间的间距为3~4m；浅层竖井竖直设置在排水暗管之间，浅层竖井之间间距为排水暗管间距的1/2～1/4；深层竖井和浅层竖井，上端对应设置耕作层秸秆渗滤体，深层竖井和浅层竖井穿透稻田犁底层实现犁底层上下土层土壤溶液的渗滤连通；（2）犁底层以上的耕作层氮磷拦截：在犁底层以上的浅层土壤内，利用灌溉或降雨所产生的渗流使含有氮磷的水流进入耕作层秸秆渗滤体，作物秸秆对氮磷进行吸附拦截，使氮磷保留在土壤中，不含氮磷的水流通过秸秆之间的缝隙流入排水明沟；（3）犁底层以下的心土层氮磷拦截：在犁底层一下的心土层内，犁底层以下的含有氮磷的水流，通过渗流作用，流向心土层排水暗管时，心土层排水暗管外包裹的作物秸秆渗滤体对氮磷进行吸附和拦截，将氮磷拦截在土壤中。利用田面与排水明沟之间所形成的水头差将水流引到排水明沟；（4）秸秆竖井氮磷拦截：利用灌溉或降雨所产生的渗流使含有氮磷的水流进入秸秆竖井，稻麦秸秆把吸附并拦截土壤水溶液中的氮磷，使氮磷保留在土壤中，不含氮磷的水流进入排水暗管。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：（1）秸秆排水竖井通过穿透稻田犁底层，人为打破不透水层，形成稻田犁底层上下土层土壤水分渗流的连续通道，水平渗滤体又可以实现犁底层上下土壤分层氮磷拦截，原理清晰、施工方便、简单，成本低廉。（2）稻田地下排水中的硝态氮含量占总氮的比重较高，作为以碳源为主的稻麦作物秸秆有机材料，对稻田地下渗流中的硝态氮拦截去除具有明显的优势。（3）耕作层秸秆渗滤体有效使用期结束后，秸秆在土壤内腐烂为有机质，有助于增加土壤养分。心土层排水暗管渗滤体中的波纹塑料暗管和透水土工布外包材料可以确保30年以上工程有效使用期的地下排水要求；作物秸秆腐殖质化后仍可保持良好的组织结构，仍可在一定时间内发挥其氮磷渗滤拦截作用。（4）主要材料有聚氯乙烯（PVC）或聚乙烯（PE）波纹塑料吸水管、透水土工布、稻麦作物秸秆等。透水土工布通过机器自动包裹于波纹塑料吸水管的外部，作物秸秆把和外包层铺设同样施工方便；该系统不仅排水效果好，而且可处理大量农业废弃物，节能环保，成本低廉。（5）耕作层秸秆渗滤体在受到压力作用产生变形后仍能保持良好的排水性能，解决了塑料波纹暗管受到埋土和作业农机具动荷载压力后易变性、不宜浅埋的技术难题。（6）本专利申请人的是研究结果表明，在3~4年左右的秸秆渗滤有效使用期内，可有效拦截土壤水溶液中40~50%的氮磷元素，秸秆与透水土工布的联合作用，氮磷拦截率将提升超过10%。附图说明图1是本专利技术有犁底层稻田秸秆竖井与双层水平排水结合氮磷渗滤拦截系统及其应用方法的结构示意图；图2是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
有犁底层稻田秸秆竖井与双层水平排水结合氮磷渗滤拦截系统，包括排水明沟（7），其特征是，设有耕作层秸秆渗滤体（5）、心土层排水暗管渗滤体（6）和秸秆竖井（4）；所述心土层排水暗管渗滤体（6）设置在犁底层下方的心土层内，心土层排水暗管渗滤体（6）由排水暗管（2）外裹透水土工布（1）和作物秸秆（3）渗滤材料构成，排水暗管倾斜设置，坡度为1/1000~1/2000；所述耕作层秸秆渗滤体（5）位于犁底层上方的耕作层内，耕作层秸秆渗滤体（5）位于心土层排水暗管渗滤体（6）上方，耕作层秸秆渗滤体（5）与心土层排水暗管渗滤体（6）之间平行设置，耕作层秸秆渗滤体（5）埋设间距为心土层排水暗管渗滤体（6）间距的1/2～1/4，由作物秸秆把制成，直径为12～15cm；心土层排水暗管渗滤体（6）出水端、耕作层秸秆渗滤体（5）出水端设置排水明沟（7），排水明沟（7）与心土层排水暗管渗滤体（6）进水端的稻田地表面之间形成水头差；所述秸秆竖井通过打孔方法实现，秸秆竖井包括深层竖井（4）和浅层竖井（12），深层竖井（4）竖直设置在心土层排水暗管渗滤体（6）上，深层竖井（4）之间的间距为3~4m；浅层竖井（12）竖直设置在排水暗管（1）之间，浅层竖井（8）之间间距为排水暗管（1）间距的1/2～1/4；深层竖井（5）和浅层竖井（8）上端对应设置耕作层秸秆渗滤体（5），深层竖井（5）和浅层竖井（8）穿透稻田犁底层实现犁底层上下土层土壤溶液的渗滤连通。...

【技术特征摘要】
1.有犁底层稻田秸秆竖井与双层水平排水结合氮磷渗滤拦截系统，包括排水明沟（7），其特征是，设有耕作层秸秆渗滤体（5）、心土层排水暗管渗滤体（6）和秸秆竖井（4）；所述心土层排水暗管渗滤体（6）设置在犁底层下方的心土层内，心土层排水暗管渗滤体（6）由排水暗管（2）外裹透水土工布（1）和作物秸秆（3）渗滤材料构成，排水暗管倾斜设置，坡度为1/1000~1/2000；所述耕作层秸秆渗滤体（5）位于犁底层上方的耕作层内，耕作层秸秆渗滤体（5）位于心土层排水暗管渗滤体（6）上方，耕作层秸秆渗滤体（5）与心土层排水暗管渗滤体（6）之间平行设置，耕作层秸秆渗滤体（5）埋设间距为心土层排水暗管渗滤体（6）间距的1/2～1/4，由作物秸秆把制成，直径为12～15cm；心土层排水暗管渗滤体（6）出水端、耕作层秸秆渗滤体（5）出水端设置排水明沟（7），排水明沟（7）与心土层排水暗管渗滤体（6）进水端的稻田地表面之间形成水头差；所述秸秆竖井通过打孔方法实现，秸秆竖井包括深层竖井（4）和浅层竖井（12），深层竖井（4）竖直设置在心土层排水暗管渗滤体（6）上，深层竖井（4）之间的间距为3~4m；浅层竖井（12）竖直设置在排水暗管（1）之间，浅层竖井（8）之间间距为排水暗管（1）间距的1/2～1/4；深层竖井（5）和浅层竖井（8）上端对应设置耕作层秸秆渗滤体（5），深层竖井（5）和浅层竖井（8）穿透稻田犁底层实现犁底层上下土层土壤溶液的渗滤连通。2.根据权利要求1所述的有犁底层稻田秸秆竖井与双层水平排水结合氮磷渗滤拦截系统，其特征是，所述作物秸秆渗滤材料是指稻麦作物秸秆。3.根据权利要求1所述的有犁底层稻田秸秆竖井与双层水平排水结合氮磷渗滤拦截系统，其特征是，所述心土层排水暗管为波纹塑料吸水管，心土层排水暗管管身均匀布设有透水孔隙。4.根据权利要求1所述的有犁底层稻田秸秆竖井与双层水平排水结合氮磷渗滤拦截系统，其特征是，所述秸秆竖井内壁与秸秆把之间的空隙用填充材料密实填满，填充材料为稻壳。5.根据权利要求1所述的有犁底层稻田秸秆竖井与双层水平排水结合氮磷渗滤拦截系统，其特征是，所述深层竖井（5）和浅层竖井（8）均是由作物秸秆把和外填材料构成，秸秆把直径为12~14cm。6.权利要求1-5所述的有犁底层稻田...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明耀，于贤磊，杨夏威，窦超银，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32