一种防止沟壁土壤流失的生态减污型排水沟渠构建方法与流程

1.本发明属于农业面源污染技术领域，具体涉及一种防止沟壁土壤流失的生态减污型排水沟渠构建方法。


背景技术：

2.南亚热带土层薄、土壤孔隙度大、保水性差的赤红壤农作区排水沟渠在受到暴雨冲刷时，沟壁易出现滑坡或垮塌等现象。在径流的作用下，将垮塌物及农田地表枯叶、所施肥料、农药等污染物通过沟渠带入农田毗邻的受纳湖泊水库，导致局部水体泥沙量增加、水体富营养化等，对水体质量和生态环境造成严重威胁。
3.目前，有关沟壁防护的专利鲜有报道，诸多学者研究主要集中在河道边坡的防护，且大多以工程措施为主，如采用混凝土挡板、水泥砌墙、大块石头堆砌成防护墙。这种防护措施虽然稳固，但对周围的生态系统产生了相应的破坏，且不能适用于防护土层薄、土壤孔隙度大、保水性差的南亚热带赤红壤农作区排水沟渠，难以解决暴雨期对赤红壤农作区沟渠及沟壁产生的损坏问题。此外，关于沟渠控制农业面源污染问题的研究大都集中在生态沟渠上，以制备生态混凝土、混凝土板材、沟渠内铺设生态砖、水泥板等为主，这些方法虽然能够对污染物产生一定的去除效果，但其工程量大、成本高、过程繁琐、运行管理难度大，很难大范围推广应用，更无法适应于赤红壤农作区的自然排水沟渠。
4.为此，针对土层薄、土壤孔隙度大、保水性差的南亚热带赤红壤农作区沟渠，发明人设计了一种防止沟壁土壤流失的生态减污型排水沟渠构建方法，以解决暴雨期农田沟渠所面临的垮塌或滑坡、污染物进入毗邻受纳水体污染水质的问题。


技术实现要素：

5.本发明旨在解决上述技术问题，提供一种防止沟壁土壤流失的生态减污型排水沟渠构建方法，所述方法以土层薄、土壤孔隙度大、保水性差的南亚热带赤红壤农作区的排水沟渠为主，利用沟渠两侧沟壁的不同坡度及沟底种植的相应植物来防护沟壁、拦截、吸收沟渠水体中的污染物，达到防止沟壁垮塌或滑坡的同时降低了沟渠水体中污染物浓度以净化水质。
6.本发明的技术方案为：
7.一种防止沟壁土壤流失的生态减污型排水沟渠构建方法，包括以下步骤：
8.(1)构建排水沟渠：所述排水沟渠包括沟渠主体、沟渠主体两侧的沟壁和沟底；
9.(2)根据沟壁的坡度不同种植不同的植物：当沟壁坡度＜30
°
时，沟壁上全部种植香根草；当30
°
≤沟壁坡度≤60
°
时，沟壁下半部分种植香根草，沟壁上半部分种植象草；当沟壁坡度＞60
°
时，沟壁上全部种植象草。
10.进一步地，所述沟底沿水流方向设置多个种植区域，所述种植区域内种植不同等级植被覆盖度的植物，相邻种植区域的植被覆盖度不同。
11.优选地，所述沟底种植的植物为香根草。
12.进一步地，所述不同等级植被覆盖度包括4个等级，分别为部分覆盖、大部分覆盖、全覆盖和裸露，对应的植被覆盖度为1-50％、51-80％、81-100％、0。
13.进一步地，所述排水沟渠连接在农田与水库之间。
14.进一步地，所述沟渠主体的横截面为梯形。
15.本发明的有益效果为：
16.本发明提供了一种防止沟壁土壤流失的生态减污型排水沟渠构建方法，以农作区沟渠为主，利用沟渠两侧沟壁的不同坡度及沟底种植的相应植物来防护沟壁、拦截、吸收沟渠水体中的污染物，不仅防止了土层薄、土壤孔隙度大、保水性差的南亚热带赤红壤农作区沟渠沟壁在受到暴雨冲刷时垮塌或滑坡，还可以利用沟渠中不同等级覆盖度的植物对沟渠水体中的污染物加以拦截、吸收，降低了沟渠水体中的污染物。
17.本发明在农区原有沟渠的基础上种植草本植物，操作简单、省时省工、投资少、运行维护成本低，不同坡度的沟壁通过种植不同植物，不但达到了稳固沟壁，防止水土流失的作用，同样沟底不同等级覆盖度的植物能够延长水体在沟渠中的停留时间，这些植物起到了吸收、拦截、过滤污染物的效果。
18.本发明所涉植物为香根草和象草，香根草生态适应性强，根系发达，具有很强的穿透力，根系数量多成网状且能深扎，与土壤接触面积大，固土能力强，不仅能够防护表层土壤，而且能控制浅层土体位移，高强度的根系对沟壁起到锚固补强的作用，增加了沟壁的稳定性；象草根系发达、生长速度快、拦截泥沙能力强、防淤护坡效果好，根系细密，有利于养分吸收，减少陡坡地段土壤侵蚀，截留表土能力强，一般多采用无性繁殖，陡坡地段适合茎秆扦插，可以在坡度较大的沟壁上种植，这两种植物均为多年生草本植物，易于存活，生长速度快，定期收割可用作农户养殖家畜的饲料，具有较高的经济价值。
附图说明
19.图1为沟渠不同坡度沟壁的正面示意图；其中，a为沟壁坡度30
°
的示意图；b为沟壁坡度30
°
～60
°
的示意图；c为沟壁坡度60
°
以上的示意图。
20.附图标记为：1、沟壁；2、草本植物；3、沟底。
21.图2为沟底的示意图；附图标号为：31、植被部分覆盖；32、植被大部分覆盖；33、植被全覆盖；34、植被裸露。
22.图3为实施例2的沟渠侵蚀量的实验结果图。
23.图4为实施例2的沟渠水体中tn浓度的实验结果图。
具体实施方式
24.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.实施例1
26.如图1所示的一种防止沟壁土壤流失的生态减污型排水沟渠构建方法，包括以下步骤：
27.(1)构建排水沟渠：所述排水沟渠包括沟渠主体、沟渠主体两侧的沟壁和沟底，所述沟渠主体的横截面为梯形；
28.(2)根据沟壁的坡度不同种植不同的植物：当沟壁坡度＜30
°
时，沟壁上全部种植香根草；当30
°
≤沟壁坡度≤60
°
时，沟壁下半部分种植香根草，沟壁上半部分种植象草；当沟壁坡度＞60
°
时，沟壁上全部种植象草。
29.本实施例中，所述沟底沿水流方向设置5个种植区域，所述种植区域内种植不同等级植被覆盖度的植物，不同等级植被覆盖度包括4个等级，分别为部分覆盖、大部分覆盖、全覆盖和裸露，对应的植被覆盖度为50％、80％、100％、0。如图2所示，本实施例的沟底沿水流方向依次种植植被覆盖度为部分覆盖、大部分覆盖、全覆盖、裸露、部分覆盖的香根草。
30.实施例2
31.为了验证实施例1的技术效果，实验选择在土层薄、土壤孔隙度大、保水性差的南亚热带赤红壤农作区进行，前期进行实验布设，草类植物种植，整条沟长280m。暴雨期在沟渠入口和出口处采集水样，对浊度、总氮(tn)和总磷(tp)浓度进行测定，雨后对沟渠进行测量，以计算出沟渠侵蚀量。
32.测定结果如图3和图4所示。以三次降雨平均值为例，结果表明：沟壁种植草类植物段沟渠侵蚀量为3.2kg，对照段沟壁全部裸露，沟渠垮塌导致的侵蚀量达到25.6kg，说明沟渠内沟壁种植草类植物能够很好的控制沟壁垮塌和滑坡，起到防止水土流失的作用；暴雨期沟渠入口处沟渠水体浊度为59.1％，经过不同等级覆盖度的植物段，出口处浊度降到25.5％，沟渠所种植的植物对沟渠水体污染物有显著的沉降、过滤、吸附作用；沟渠水体中入口处tn、tp的浓度分别为20.41mg/l、0.4mg/l，出口处tn、tp的浓度分别为7.9mg/l、0.25mg/l，表明农田径流在经过沟渠时，沟内不同等级覆盖度的植物对tn、tp产生了显著的拦截效果。
33.综上所述，本发明提出的一种防止沟壁土壤流失的生态减污型排水沟渠构建方法对防止沟壁垮塌、减少水体污染物的效果显著，不仅能够防止土层薄、土壤孔隙度大、保水性差的南亚热带赤红壤农作区沟渠沟壁垮塌或滑坡的现象，还可以利用沟渠里的植物很好的减轻沟渠水体污染，净化水质，在防止水土流失的同时减轻了农业面源污染。
34.上述说明是针对发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。