專利名稱：一種茶園面源污染防控及資源循環利用系統的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于污染防控的技術領域，具體涉及一種茶園面源污染防控及資源循環利用系統。
背景技術：
非點源污染是導致水體富營養化的重要原因之一。美國的非點源污染量占污染總量的2/3，其中農業的貢獻率為75%，我國安徽巢湖、上海淀山湖等水域的非點源污染比例超過了點源污染。大量研究資料表明，非點源氮磷流入水體主要通過降雨造成的地表徑流，由此引起的土壤侵蝕和氮、磷等養分的流失既導致土壤質量的退化，又是農業非點源污染的重要發生形式。目前在太湖流域范圍內點源污染控制的難度較大，同時對于點源污染的控制費用也較高，可提升的處理率也是有限的，太湖流域面源污染比重較大，面源污染成為最主要污染類型之一，面源污染控制的成本相對較低，因此，因地制宜的采取面源的防控方法，為太湖污染治理起到重要的作用。太湖流域東部為太湖平原，西部為山地丘陵，山地丘陵面積約占太湖流域總面積的20%。丘陵地區農用地類型主要有稻田、旱地、茶園、竹林、板栗林、菜地和果園等，坡耕地則以茶園、竹林和果園為主。目前已有一些關于太湖地區農業種植業和果園面源污染控制研究，但是茶園種植和坡地污染防控具有一定的特殊性:茶樹適宜種植在土層厚達I米以上不含石灰石，排水良好的砂質壤土中，以避免濕害；而在茶園的種植中，海拔是一個非常重要的因素，因為在有一定高度的山區，雨量充沛，云霧多，漫射光較強日夜溫差大有利于茶樹的生長發育和有機物質的積累，產出的茶葉香而味道醇厚，品質更好。因此茶園通常建立在有一定高度的緩坡上，既滿 足茶樹生長的環境要求，又能增強茶園的排水能力。茶園的管理過程中需要施加氮肥磷肥以滿足茶樹生長所必須的肥料作為營養，而在要求排水性良好的茶園中一旦發生降雨，雨水沖刷土壤迅速形成地表徑流，會將施加的肥料沖走，既浪費了肥料，又浪費了雨水，還產生低污染的水，污染了受納水體。降雨是影響坡地茶園徑流量的主要因素之一，如何立足于資源循環利用的角度，因地制宜的構建減少徑流產生量的方法，合理施肥可提高肥料利用率，減少養分流失，通過低成本、去除率高、易于操作茶園面源污染防控方法，成為技術實用新型的關鍵因素。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種茶園面源污染防控及資源循環利用系統，以解決茶園面源污染防控和茶園資源循環利用問題。本實用新型以徑流和污染物源頭削減為根本，從污染物的源頭減量入手，結合空間地貌和生態景觀和諧要求，構建污染沿程逐級控制技術，層層削減污染物為目標，本項實用新型既有單項技術的研發，又體現了各單項技術的集成，形成了“源頭減量、過程削減、末端控制、循環利用”的農村茶園面源污染防控及資源循環利用的方法。本實用新型的一種茶園面源污染防控及資源循環利用系統包括陡坡地、梯田、橫溝、縱溝、主干溝渠、茶樹；在15° 30°的陡坡地上設置梯田，梯田的梯面水平且寬度大于150cm，在梯田上種植茶樹，以防止水土流失，蓄水保水；在梯田上沿順坡方向設有縱溝以排除茶園中多余的地面水，相鄰兩條縱溝之間的橫向間距為30 50m，在梯田上垂直于縱溝方向設有橫溝，以收集徑流，減少排放并侵潤茶園。相鄰兩條橫溝之間的縱向間距為5 15m，在陡坡地四周邊界處設置有主干溝渠，縱溝與橫向主干溝渠連通，橫溝與縱向主干溝渠連通；所述縱溝深45 60cm,寬35 55cm,所述橫溝深35 50cm,寬25 35cm,所述主干溝渠深55 90cm,寬55 80cm,所述縱溝至少比所述橫溝深10cm。茶園種植的土壤要求排水性良好是為了避免當降雨量過大時，表面土壤長期過于潮濕，地下水位過高，產生濕害，植物根系呼吸作用被移植造成衰亡，并造成土壤產生有毒物質，如硫化氫、甲烷等毒害植物；田地潰濕板結，植物長勢減弱、發黃、腐爛。較深的縱溝不僅在當降雨量大的當時能夠快速將低污染水排出。而且，如果優選縱溝的深度為大于45cm，在大量降雨之后，縱溝還能使地下積蓄的大量高水位地下水從縱溝的溝壁滲出，從而降低地下水位，防止在大量降雨后地下水位長期過高導致作物發生濕害。而當降雨量較小時，開挖的縱溝可以收集地表徑流并侵潤茶園，使低污染水在茶園停留地時間更長，茶園土壤也有更多的面積來吸收低污染水，并且可以讓地表徑流繞過已經充分吸收富營養水的表層土壤，直接滲入到更干燥的深層土壤，增強了整片茶園對水分的快速吸納能力。同樣減少了含有大量肥料的地表徑流出現，節約了肥料。這樣，通過開挖橫溝和縱溝，實現了整片茶園對不同降雨量的自適應調節，節約了日后茶園管理的工作量，同時減小了地表徑流的流量，減少了茶園徑流排放量同時也有效利用了養分和水資源。此外，在主干溝渠每相隔150 300m設置有透水壩，壩高35 50cm，透水壩可以設置為填充煤灰渣的鵝卵石透水壩，這樣，部分來水通過透水壩，煤灰渣吸附污染物，攔儲部分來水，減緩水速，延長水停留時間，促使流水攜帶的泥沙和顆粒物質得以沉淀，同時營造形成跌水充氧，實現污染物凈化。通過在陡坡地低處設置緩沖區在徑流末端收集，以減少污染排放。將主干溝渠連通到緩沖區，緩沖區內水深0.8 2.5m的區域種植再力花、菖蒲和美人蕉等挺水植物，緩沖區內水深I 2m的區域種 植菱角、苦草和菹草等沉水植物。在緩沖區外設置生態區，緩沖區通過管道連通到生態區，生態區水面設置生態浮床，浮床上種植油菜，單體浮床尺寸為長3.3m，寬0.5m，進行有效搭配組合，水面中心設立生態島，構建生態鏈，有效吸收水中氮磷營養物，實現污染的凈化，營造良好生態景觀，從而形成立體式污染物削減體系。本實用新型的優點:1、針對低污染水的茶園坡面徑流，通過資源循環利用的方式，減少化肥投入、養分流失和坡面徑流產生量，形成了一種茶園“源頭減量、過程削減、末端控制、循環利用”的面源防控方法，實現了面源污染控制和資源的循環利用，是一種從系統角度的技術集成的創新。2、浮床植物油菜既吸收營養鹽，又是經濟作為可營造良好景觀效果，榨油后的菜餅提供茶園基肥的主要原料，實現了多重作用，良好效果，集成放大效應。3、整個方法直觀可行，功能清晰，定位明確，系統串聯組合，流程簡單，投資建設和運行費用極低，平均單位面積投入不超過100元/m2，日常管理維護簡便。以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型做更進一步的具體說明，本實用新型的上述和/或其他方面的優點將會變得更加清楚。
圖1是茶園面源污染防控及資源循環利用系統示意圖；1為主干溝渠，2為縱溝，3為橫溝，4為緩沖區，5為生態島。圖2是單個生態浮床示意圖。圖3是浮床組合示意圖。圖4是實施例4的溝渠沿程削減茶園地表徑流污染效果圖。
具體實施方式
根據下述實施例，可以更好地理解本實用新型。然而，本領域的技術人員容易理解，實施例所描述的內容僅用于說明本實用新型，而不應當也不會限制權利要求書中所詳細描述的本實用新型。實施例1選擇15°的陡坡地作為茶園種植的的場地，在陡坡地上設置梯田，梯田的梯面水平且寬度大于150cm，在梯田上種植茶樹；在梯田上沿順坡方向設有縱溝，相鄰兩條縱溝之間的橫向間距為lm，在梯田上垂直于縱溝方向設有橫溝，相鄰兩條橫溝之間的縱向間距為
2.5m，在陡坡地四周邊界處設置有主干溝渠，縱溝與橫向主干溝渠連通，橫溝與縱向主干溝渠連通；縱溝深45cm,寬35cm,橫溝深35cm,寬25m,主干溝渠深55cm,寬55cm,縱溝比所述橫溝深10cm。這樣設置以后養分流失率減少了 2%，徑流產生量減少了 6%，農田TN排放消減
6% ο實施例2選擇30°的陡坡地作為茶園種植的的場地，在陡坡地上設置梯田，梯田的梯面水平且寬度大于150cm，在梯田上種植茶樹；在梯田上沿順坡方向設有縱溝，相鄰兩條縱溝之間的橫向間距為2.5m，在梯田上垂直于縱溝方向設有橫溝，相鄰兩條橫溝之間的縱向間距為4m，在陡坡地四周邊界處設置有主干溝渠，縱溝與橫向主干溝渠連通，橫溝與縱向主干溝渠連通；縱溝深60cm,寬55cm,橫溝深50cm,寬35cm,主干溝渠深90cm,寬80cm,縱溝比所述橫溝深10cm。這樣設置以后養分流失率減少了 2%，徑流產生量減少了 6%，農田TN排放消減
8% ο實施例3選擇18°的陡坡地作為茶園種植的的場地，在陡坡地上設置梯田，梯田的梯面水平且寬度大于150cm，在梯田上種植茶樹；在梯田上沿順坡方向設有縱溝，相鄰兩條縱溝之間的橫向間距為2.5m，在梯田上垂直于縱溝方向設有橫溝，相鄰兩條橫溝之間的縱向間距為4m，在陡坡地四周邊界處設置有主干溝渠，縱溝與橫向主干溝渠連通，橫溝與縱向主干溝渠連通；縱溝深65cm,寬55cm,橫溝深58cm,寬38cm,主干溝渠深92cm,寬82cm,縱溝比所述橫溝深12cm。這樣設置使得茶園減少養分流失率(流失量與肥有機肥投入量的比率)減少了 3%，徑流產生量 減少了 8%，田TN排放消減10%。實施例4[0028]同實施例3，并且在主干溝渠每相隔200m設置透水壩，壩高42cm。此外，再在陡坡地低處設置緩沖區，所述主干溝渠匯集到緩沖區，緩沖區內水深0.8 2.5m的區域種植挺水植物再力花、菖蒲和美人蕉，緩沖區內水深I 2m的區域種植沉水植物菱角、苦草和菹草，在緩沖區外設置生態區，緩沖區通過管道連通到生態區，生態區水面設置生態浮床，浮床上種植油菜。冬季每畝地施用200kg所述的農家肥；將所述農家肥施入茶樹的栽植槽內，先用表土覆蓋，再填心土至距槽口 IOcm處。農家肥用如下的重量百分比的組分混合堆成土堆并覆蓋尼龍布，周邊壓實共同慪制，發酵至未惡臭有臭豆腐香味后，制得:雞糞10%，茶園的枝葉5%，稻草5%，切碎的水生植物2%，搗碎的油菜餅78% ;農家肥使用生態區中收割的油菜榨油后殘余的菜餅，緩沖區收割的水生植物切碎的水生植物碎片作為原料。在實施例3的基礎上，設置透水壩、緩沖區和生態區各自分別能實現農田TN排放削減10%、17%和18%以上。實施例5同實施例3，并且在主干溝渠每相隔150m設置透水壩，壩高35cm。此外，再在陡坡地低處設置緩沖區，所述主干溝渠匯集到緩沖區，緩沖區內水深0.8 2.5m的區域種植挺水植物再力花、菖蒲和美人蕉，緩沖區內水深I 2m的區域種植沉水植物菱角、苦草和菹草，在緩沖區外設置生態區，緩沖區通過管道連通到生態區，生態區水面設置生態浮床，浮床上種植油菜。冬季每畝地施用200kg所述的農家肥；將所述農家肥施入茶樹的栽植槽內，先用表土覆蓋，再填心土至距槽口 IOcm處。農家肥用如下的重量百分比的組分混合堆成土堆并覆蓋尼龍布，周邊壓實共同慪制，發酵至未惡臭有臭豆腐香味后，制得:雞糞15%，茶園的枝葉9%，稻草8%，切碎的水生植物3%，搗碎的油菜餅65%。農家肥使用生態區中收割的油菜榨油后殘余的菜餅，緩沖區收割的水生植物切碎的水生植物碎片作為原料。在實施例3的基礎上，設置透水壩、緩沖區和生態區各自分別能實現農田TN排放削減12%、16%和18%以上。實施例6同實施例3，·并且在主干溝渠每相隔300m設置透水壩，壩高50cm。此外，再在陡坡地低處設置緩沖區，所述主干溝渠匯集到緩沖區，緩沖區內水深0.8 2.5m的區域種植挺水植物再力花、菖蒲和美人蕉，緩沖區內水深I 2m的區域種植沉水植物菱角、苦草和菹草，在緩沖區外設置生態區，緩沖區通過管道連通到生態區，生態區水面設置生態浮床，浮床上種植油菜。冬季每畝地施用300kg所述的農家肥；將所述農家肥施入茶樹的栽植槽內，先用表土覆蓋，再填心土至距槽口 IOcm處。農家肥用如下的重量百分比的組分混合堆成土堆并覆蓋尼龍布，周邊壓實共同慪制，發酵至未惡臭有臭豆腐香味后，制得:雞糞10%，茶園的枝葉15%，稻草8%，切碎的水生植物2%，搗碎的油菜餅65%。農家肥使用生態區中收割的油菜榨油后殘余的菜餅，緩沖區收割的水生植物切碎的水生植物碎片作為原料。這樣設置透水壩、緩沖區和生態區各自分別能實現農田TN排放削減12%、17%和18%以上。在實施例3的基礎上，整個系統可實現TN削減率達到55%以上。實施例7:對實施例4效果具體分析測量如下:( I)設置透水壩的對農田TN排放消減率。實施例4 一年內不同時期氮的削減率如說明書附圖4所示，可實現農田TN排放削減10%，有效緩解了農田面源污染與茶葉生產之間的矛盾。(2)緩沖區對消減污染物的作用。淺水區0.8 2.5m深，種挺水植物再力花、菖蒲和美人蕉、深水區I 2m種沉水植物菱角、苦草和菹草，主要污染物削減率達到15%以上。(3)生態區對消減污染物的作用生態區水面區域布置生態浮床，浮床尺寸為長3.3m，寬0.5m，用泡沫塑料板及固定支架制作，均勻布置植物栽種孔，水面中心設立生態島，構建生態鏈，生態浮床種植油菜，有效吸收水中氮磷營養物，實現污染的凈化，營造良好生態景觀，從而形成立體式污染物削減體系，可實現主要污染去除13%以上。(4)茶園廢棄物循環利用。塘中收割的油菜榨油后菜餅，收割的水生植物切碎以及茶園修剪后的枝葉，進行混合堆肥，提高肥效和透氣性，冬季作為基肥回埋茶園。(5)通過系統設計和工程實施，改變了以往茶園污染物的無序直排現象，實現了園區內污染物有序控制及污染物中的氮磷養分多級阻控和廢棄物的循環利用，克服了以往工程之間的分散獨斗等缺點，通過工程之間的系統整合，從而使園區的污染物控制效果大大提高，一年園區內的主要污染物削減效果表I所示，可實現主要污染去除47%以上。表I茶園降雨徑流污染削減效果
權利要求1.一種茶園面源污染防控及資源循環利用系統，其特征在于，它包括陡坡地、梯田、橫溝(3)、縱溝(2)、主干溝渠(I)、茶樹； 在15° 30°的所述陡坡地上設置梯田，梯田的梯面水平且寬度大于150cm，在梯田上種植茶樹； 在梯田上沿順坡方向設有縱溝(2)，相鄰兩條縱溝(2)之間的橫向間距為30 50m，在梯田上垂直于縱溝(2)方向設有橫溝(3)，相鄰兩條橫溝(3)之間的縱向間距為5 15m，在陡坡地四周邊界處設置有主干溝渠(1)，縱溝(2)與橫向主干溝渠(I)連通，橫溝(3)與縱向主干溝渠(I)連通；所述縱溝(2)深45 60cm,寬35 55cm,所述橫溝(3)深35 50cm,寬25 35cm,所述主干溝渠(I)深55 90cm,寬55 80cm,所述縱溝(2)至少比所述橫溝(3)深 IOcm0
2.根據權利要求1所述的茶園面源污染防控及資源循環利用系統，其特征在于，在所述主干溝渠每相隔150 300m設置透水壩，壩高35 50cm。
3.根據權利要 求1所述的茶園面源污染防控及資源循環利用系統，其特征在于，在陡坡地低處設置緩沖區(4)，所述主干溝渠匯集到緩沖區(4)，緩沖區(4)內水深0.8 2.5m的區域種植挺水植物，緩沖區(4)內水深I 2m的區域種植沉水植物。
4.根據權利要求1所述的茶園面源污染防控及資源循環利用系統，其特征在于，在所述緩沖區(4)外設置生態區(5)，緩沖區(4)通過管道連通到生態區(5)，生態區(5)水面設置生態浮床，浮床上種植油菜。
專利摘要本實用新型公開了一種茶園面源污染防控及資源循環利用的系統，主要組成為茶園污染產生的源頭減量系統(溝渠配置、基肥使用)，污染過程削減系統(干渠和攔截透水壩設置)，污染末端控制系統(緩沖和生態區)和資源循環利用系統(生態區植物為制備基肥的原料)。通過坡地茶園設置縱溝和橫溝，基肥的制備和使用，源頭削減污染；干渠設置透水壩攔截污染；設置緩沖區和生態區，末端控制污染；茶園中的廢棄物，資源化利用制備基肥，從而針對低污染水的茶園坡面徑流，通過資源循環利用的方式，形成了一種茶園“源頭減量、過程削減、末端控制、循環利用”的面源防控系統。
文檔編號C02F3/32GK203112595SQ201320107270
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月8日 優先權日2013年3月8日
發明者邊博, 吳海鎖, 李冰, 范亞民, 常聞捷 申請人:江蘇省環境科學研究院