一种基于生物质炭和生物质醋液的农田面源污染控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于生物质炭和生物质醋液的农田面源污染控制系统及控制方法，生物质炭与生物质醋液混合后施用于农田，生物质炭吸附的氮、磷等营养元素可被作物重新利用，生物质炭和生物质醋液中也含有K，Ca，Mg，Zn，Mn，Fe等作物生长所必须的矿物质元素，因此可为作物提供额外的营养元素；同时，生物质炭施用于土壤后可改善土壤团聚体结构，提高土壤保水保肥的能力，提高肥料利用率，同时再配合基肥减量施用，实现农田污染物减排—肥料增效—化肥减施的良性循环。

【技术实现步骤摘要】
一种基于生物质炭和生物质醋液的农田面源污染控制系统及控制方法
本专利技术涉及一种基于生物质炭和生物质醋液的农田面源污染控制系统及控制方法，属于面源污染控制

技术介绍
随着工业废水和城市生活污水等点源污染得到有效控制，农村面源污染已经取代点源，成为水环境污染的最重要来源。农村面源污染是指在农业生产和生活活动中，溶解的或固体的污染物，如氮、磷、农药及其他有机或无机污染物质，从非特定的地域，通过地表径流、农田排水和地下渗漏进入水体引起水质污染的过程。农田面源污染分布面积广，污染物排放随机性强。国内研究学者通过大量研究，总结出了农田面源污染治理的“4R”控制技术，即源头减量、过程阻断、养分再利用和生态修复技术。其中“过程阻断”是农田面源污染控制技术中可实施性最高，也最易推广应用的一项技术。目前，过程阻断技术研究中的主要手段有人工湿地净化、滨岸缓冲带拦截控制和生态沟渠净化等。人工湿地净化技术和滨岸缓冲带拦截控制技术由于占地面积大，维护费用高，在推广和应用方面受到限制。生态沟渠净化技术是目前广泛使用的一种面源污染物原位拦截技术，其具有占地面积小、布置灵活等优点。目前大多数种类的生态沟渠拦截方法都是在现有的农田排水沟渠中种植水生植物或布设一些净化装置，这些措施虽然在一定程度上降低了农田排水中污染物的浓度，但沟渠内水流量随季节变化明显，水生植物需频繁更换维护；沟渠内放置的吸附填料也需定期更换，且废弃后的填料如果处置不当会造成二次污染。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于生物质炭和生物质醋液的农田面源污染控制系统，结构设计简单、施工便捷，能够减少农田径流退水中的氮、磷浓度，降低水体污染风险，实现农田污染物减排—肥料增效—化肥减施的良性循环。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种基于生物质炭和生物质醋液的农田面源污染控制系统，基于农田两侧分别所设置的灌溉渠和排水渠控制农田灌溉的径流方向，实现农田面源污染控制，包括生物质炭墙、渗水层、排水装置和排水渠；其中，生物质炭墙包括相邻对接组合的各个农田生物质炭箱，各个农田生物质炭箱分别均包括箱体、以及填充于箱体内的生物质炭；生物质炭墙沿农田相对灌溉渠的另一侧设置，灌溉渠与生物质炭墙之间、各农田间各田埂的两端分别对接灌溉渠和生物质炭墙；生物质炭墙埋设于其所设位置的土壤中，生物质炭墙的顶面与农田的土壤表面相平齐，各农田生物质炭箱中箱体上除背向农田的表面以外、其余各表面上均设置贯穿箱体内外空间的各个透水孔；渗水层沿生物质炭墙底部进行设置，渗水层的顶面敞开、且与生物质炭墙中各农田生物质炭箱的箱体底部相对接，渗水层上除其顶面以外的其余各面均覆盖防渗层；排水渠沿生物质炭墙、设置于生物质炭墙背向农田的外侧，排水渠两侧顶边的高度不低于生物质炭墙，且排水渠内底面的高度低于渗水层的高度；排水装置包括各根排水管，各根排水管的其中一端置于渗水层中，各根排水管的另一端分别依次穿过渗水层、土壤和排水渠墙体至排水渠中，连通渗水层与排水渠。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述生物质炭墙还包括隔板，隔板活动贴设于所述各农田生物质炭箱上与农田相对接一侧的表面，隔板沿竖直方向上、下移动，实现隔板高出土壤表面高度的调节，隔板的顶边最高位置高于土地表面，且隔板的底边活动对接防渗层，以及隔板的底边不高于所述防渗层的最高位置。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述生物质炭墙包括两组子生物质炭墙，各子生物质炭墙分别均包括相邻对接组合的各个农田生物质炭箱，两组子生物质炭墙相对所述农田、内外侧并排相邻设置，内外侧两子生物质炭墙中各农田生物质炭箱上、除背向农田的表面以外、其余各表面上均设置贯穿箱体内外空间的各个透水孔；渗水层沿生物质炭墙底部进行设置，渗水层的顶面敞开、且与生物质炭墙中各子生物质炭墙中各农田生物质炭箱的箱体底部相对接。作为本专利技术的一种优选技术方案：还包括分布设置于所述排水渠底部的各组沟渠生物质炭箱，各组沟渠生物质炭箱分别均包括箱体、以及填充于箱体内的生物质炭，各组沟渠生物质炭箱中箱体的各表面上分别设置各个透水孔；各组沟渠生物质炭箱分别横跨其所设排水渠底部的两侧进行设置。作为本专利技术的一种优选技术方案：各组沟渠生物质炭箱分别均还包括旋转轴、浮力棒、连线；各组沟渠生物质炭箱中的箱体侧视结构为楔形，各组沟渠生物质炭箱中箱体两侧直角三角形的直角顶点连线分别经对应旋转轴设置于所述排水渠底部的对应位置，旋转轴所在直线与排水渠水流方向相垂直，各组沟渠生物质炭箱中箱体分别以所连旋转轴为轴进行转动；各组沟渠生物质炭箱的浮力棒分别通过对应连线、对接于对应箱体两侧直角三角形上面向水流上游方向一侧的对应锐角顶点连线上。与上述相对应，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于生物质炭和生物质醋液的农田面源污染控制系统的控制方法，克服现有农田面源污染控制技术中施工、维护复杂，连续单一拦截农田污染物的缺陷，能够减少农田径流退水中的氮、磷浓度，降低水体污染风险，实现农田污染物减排—肥料增效—化肥减施的良性循环。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种基于生物质炭和生物质醋液的农田面源污染控制系统的控制方法，包括农田灌溉径流水过滤方法，如下：由灌溉渠针对各块农田进行灌溉操作，灌溉的径流水经过农田至生物质炭墙，并流过隔板、经子生物质炭墙中各农田生物质炭箱过滤，然后流入渗水层，并通过排水装置流入排水渠，进入排水渠中的径流水依次通过各组沟渠生物质炭箱进行过滤，最后排放，其中，排水渠中各组沟渠生物质炭箱的箱体分别在对应所接浮力棒的作用下、随水位上升而以对应旋转轴转动。作为本专利技术的一种优选技术方案：在执行农田灌溉径流水过滤方法的同时，当系统运行一季作物后，执行如下单侧农田生物质炭箱更换步骤：步骤A1.在下季作物种植前，将生物质炭墙中对接农田的子生物质炭墙中的各农田生物质炭箱中的生物质炭全部转移至不漏水容器中，并在该容器中加入与生物质炭干重相等的生物质醋液，搅匀后浸泡24小时待用；然后在农田翻耕时将容器内生物质炭与生物质醋液的混合物一并施入土壤中；步骤A2.将生物质炭墙中对接农田的子生物质炭墙与外侧的子生物质炭墙进行位置对调，随后对空的农田生物质炭箱重新填装新制备的生物质炭；步骤A3.种植下一季作物并施用基肥，以未采用农田面源污染控制系统时的常规施肥量为基准，基肥中的氮肥施用量为常规基肥中氮肥施用量的75%，基肥中的磷肥施用量为常规基肥中磷肥施用量的90%，基肥中的钾肥施用量为常规基肥中钾肥施用量的90%；追肥时所用肥料与常规施肥量一致。作为本专利技术的一种优选技术方案：在执行农田灌溉径流水过滤方法的同时，当系统运行两季作物后，执行如下单侧农田生物质炭箱更换，以及沟渠生物质炭箱更换步骤：步骤B1.在下季作物种植前，将生物质炭墙中对接农田的子生物质炭墙中的各农田生物质炭箱中的生物质炭、以及各沟渠生物质炭箱中的生物质炭全部转移至不漏水容器中，并在该容器中加入与生物质炭干重相等的生物质醋液，搅匀后浸泡24小时待用；然后在农田翻耕时将容器内生物质炭与生物质醋液的混合物一并施入土壤中；步骤B2.将生物质炭墙中对接农田的子生物质炭墙与外侧的子生物质炭墙进行位置对调，并向各空的沟渠生物质炭箱和农田生物质炭箱的箱体中填装新本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于生物质炭和生物质醋液的农田面源污染控制系统，基于农田（1）两侧分别所设置的灌溉渠（2）和排水渠（6）控制农田（1）灌溉的径流方向，实现农田（1）面源污染控制，其特征在于：包括生物质炭墙（3）、渗水层（4）、排水装置和排水渠（6）；其中，生物质炭墙（3）包括相邻对接组合的各个农田生物质炭箱（7），各个农田生物质炭箱（7）分别均包括箱体、以及填充于箱体内的生物质炭；生物质炭墙（3）沿农田（1）相对灌溉渠（2）的另一侧设置，灌溉渠（2）与生物质炭墙（3）之间、各农田（1）间各田埂（8）的两端分别对接灌溉渠（2）和生物质炭墙（3）；生物质炭墙（3）埋设于其所设位置的土壤中，生物质炭墙（3）的顶面与农田（1）的土壤表面相平齐，各农田生物质炭箱（7）中箱体上除背向农田（1）的表面以外、其余各表面上均设置贯穿箱体内外空间的各个透水孔（9）；渗水层（4）沿生物质炭墙（3）底部进行设置，渗水层（4）的顶面敞开、且与生物质炭墙（3）中各农田生物质炭箱（7）的箱体底部相对接，渗水层（4）上除其顶面以外的其余各面均覆盖防渗层（10）；排水渠（6）沿生物质炭墙（3）、设置于生物质炭墙（3）背向农田（1）的外侧，排水渠（6）两侧顶边的高度不低于生物质炭墙（3），且排水渠（6）内底面的高度低于渗水层（4）的高度；排水装置包括各根排水管（11），各根排水管（11）的其中一端置于渗水层（4）中，各根排水管（11）的另一端分别依次穿过渗水层（4）、土壤和排水渠墙体至排水渠（6）中，连通渗水层（4）与排水渠（6）。...

【技术特征摘要】
1.一种基于生物质炭和生物质醋液的农田面源污染控制系统，基于农田（1）两侧分别所设置的灌溉渠（2）和排水渠（6）控制农田（1）灌溉的径流方向，实现农田（1）面源污染控制，其特征在于：包括生物质炭墙（3）、渗水层（4）、排水装置和排水渠（6）；其中，生物质炭墙（3）包括相邻对接组合的各个农田生物质炭箱（7），各个农田生物质炭箱（7）分别均包括箱体、以及填充于箱体内的生物质炭；生物质炭墙（3）沿农田（1）相对灌溉渠（2）的另一侧设置，灌溉渠（2）与生物质炭墙（3）之间、各农田（1）间各田埂（8）的两端分别对接灌溉渠（2）和生物质炭墙（3）；生物质炭墙（3）埋设于其所设位置的土壤中，生物质炭墙（3）的顶面与农田（1）的土壤表面相平齐，各农田生物质炭箱（7）中箱体上除背向农田（1）的表面以外、其余各表面上均设置贯穿箱体内外空间的各个透水孔（9）；渗水层（4）沿生物质炭墙（3）底部进行设置，渗水层（4）的顶面敞开、且与生物质炭墙（3）中各农田生物质炭箱（7）的箱体底部相对接，渗水层（4）上除其顶面以外的其余各面均覆盖防渗层（10）；排水渠（6）沿生物质炭墙（3）、设置于生物质炭墙（3）背向农田（1）的外侧，排水渠（6）两侧顶边的高度不低于生物质炭墙（3），且排水渠（6）内底面的高度低于渗水层（4）的高度；排水装置包括各根排水管（11），各根排水管（11）的其中一端置于渗水层（4）中，各根排水管（11）的另一端分别依次穿过渗水层（4）、土壤和排水渠墙体至排水渠（6）中，连通渗水层（4）与排水渠（6）。2.根据权利要求1所述一种基于生物质炭和生物质醋液的农田面源污染控制系统，其特征在于：所述生物质炭墙（3）还包括隔板（12），隔板（12）活动贴设于所述各农田生物质炭箱（7）上与农田（1）相对接一侧的表面，隔板（12）沿竖直方向上、下移动，实现隔板（12）高出土壤表面高度的调节，隔板（12）的顶边最高位置高于土地表面，且隔板（12）的底边活动对接防渗层（10），以及隔板（12）的底边不高于所述防渗层（10）的最高位置。3.根据权利要求1或2所述一种基于生物质炭和生物质醋液的农田面源污染控制系统，其特征在于：所述生物质炭墙（3）包括两组子生物质炭墙（13），各子生物质炭墙（13）分别均包括相邻对接组合的各个农田生物质炭箱（7），两组子生物质炭墙（13）相对所述农田（1）、内外侧并排相邻设置，内外侧两子生物质炭墙（13）中各农田生物质炭箱（7）上、除背向农田（1）的表面以外、其余各表面上均设置贯穿箱体内外空间的各个透水孔（9）；渗水层（4）沿生物质炭墙（3）底部进行设置，渗水层（4）的顶面敞开、且与生物质炭墙（3）中各子生物质炭墙（13）中各农田生物质炭箱（7）的箱体底部相对接。4.根据权利要求3所述一种基于生物质炭和生物质醋液的农田面源污染控制系统，其特征在于：还包括分布设置于所述排水渠（6）底部的各组沟渠生物质炭箱（5），各组沟渠生物质炭箱（5）分别均包括箱体、以及填充于箱体内的生物质炭，各组沟渠生物质炭箱（5）中箱体的各表面上分别设置各个透水孔（9）；各组沟渠生物质炭箱（5）分别横跨其所设排水渠（6）底部的两侧进行设置。5.根据权利要求4所述一种基于生物质炭和生物质醋液的农田面源污染控制系统，其特征在于：各组沟渠生物质炭箱（5）分别均还包括旋转轴（14）、浮力棒（15）、连线（16）；各组沟渠生物质炭箱（5）中的箱体侧视结构为楔形，各组沟渠生物质炭箱（5）中箱体两侧直角三角形的直角顶点连线分别经对应旋转轴（14）设置于所述排水渠（6）底部的对应位置，旋转轴（14）所在直线与排水渠（6）水流方向相垂直，各组沟渠生物质炭箱（5）中箱体分别以所连旋转轴（14）为轴进行转动；各组沟渠生物质炭箱（5）的浮力棒（15）分别通...

【专利技术属性】
技术研发人员：王远，施卫明，孙海军，闵炬，
申请(专利权)人：中国科学院南京土壤研究所，南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32