[发明专利]一种兼备控污减排效果的生态陂塘系统及其构建方法

说明书

本发明公开了一种兼备控污减排效果的生态陂塘系统，包括水塘、太阳能水泵、水稻湿地等单元要素。周边农田排水首先汇入水塘，然后依靠水塘上架设的太阳能光伏电板发电供给水泵运行，将水泵入水稻湿地；水稻湿地中布置田埂，引导来水以折流形式充分流经稻田；水稻湿地末端布置管道，将水体再次汇入水塘，从而形成内循环。本发明充分利用区域内原有的水塘与水田，构建生态陂塘系统，净化周边农田排水，减少温室气体排放，保护生物多样性，并且生产高品质的绿色生态稻米。

技术领域

本发明涉及生态修复技术领域，尤其涉及一种兼备控污减排效果的生态陂塘系统及其构建方法，适用于净化周边农田排水、减少温室气体排放、保护生物多样性并生产高品质绿色生态稻米的系统。

背景技术

广泛分布的水稻田被认为是温室气体的重要排放源。水稻田虽然有较大的固碳潜力，但由于长期淹水形成的厌氧环境、水稻田中丰富的有机物以及种植期较高的温度，使得土壤中存在大量的厌氧性微生物，促进了CH₄和N₂O的形成，而CH₄和N₂O产生的温室效应分别为CO₂的21倍和310倍。有相关研究提出采用免耕直播的种植方式，向土壤中添加硝化抑制剂，以及通过转基因技术控制水稻根部向土壤释放有机物以抑制产甲烷菌活性，能够减少CH₄和N₂O的排放。然而，兼顾农田排水净化和温室气体排放控制的技术方法还较为缺乏。

另一方面，传统的水稻种植过程中，化肥的施用量普遍超过农田的实际需求，导致大量氮磷等养分在农田排水、下渗的过程中进入环境水体，不仅流失了营养物质、降低了化肥的利用率，更是增加了周围受纳水体富营养化的风险，进而形成农业面源污染。目前解决农业面源污染问题常见的方法是利用生态拦截型沟渠系统。此类沟渠作为农田和周围水体间的缓冲过渡带，通过沉积物-植物-微生物系统，对氮磷等养分进行截流和降解。但是利用沟渠系统净化农业面源污染物，可能将产生二次污染问题。由于沟渠中的野生植物不具有高经济价值，到秋冬季不会被农民收割利用，而植物地上部分死亡后，残体分解释放营养物质，进而对排水产生二次污染。另外，沟渠系统去除面源污染物的能力很大程度上取决于沟渠宽度和面积，而在农耕区土地紧约束的现状下，难有足够空间支持沟渠系统有效发挥净化功能。除了生态沟渠技术之外，人工湿地常常被用于控制农田面源污染，现有技术包括表面流、地下潜流、垂直流等不同类型人工湿地，实践证明能取得较好的氮磷去除效果，但仍存在占用农田或周边的生态用地的问题。

在我国传统农业模式中，常常在耕作区域兴作陂塘，具有调蓄雨水、河水，供给农业生产用水的功能；而从水稻自身生物学特征来看属于湿生植物，水稻田也可以视为人工湿地的特殊类型；同时由于水稻田甲烷排放受到土壤氧化还原条件的影响，适当的水体流动会对甲烷起到强烈的抑制作用。有基于此，吸取古代陂塘耕作的经验，可将农田局部区域进行适当改造，构建田间水塘和水稻湿地联动的生态陂塘系统，结合水流调控措施，用于调蓄农田排水并去除氮磷污染物，同步削减甲烷排放，同时还避免了占地问题，并可以进一步利用生态陂塘系统，营造多样化的生物栖息地和水田湿地景观。

发明内容

本发明的目的是对水稻种植区域，利用水田、水塘等生态空间，构建生态陂塘系统，实现对灌溉水的净化、调蓄、循环利用，同时控制温室气体排放、保护生物多样性，并且生产高品质的绿色生态稻米，提供良好的生态系统服务。本发明实现水体氮磷去除、甲烷排放控制的技术手段和原理在于：构建了水稻田、水塘、水稻湿地一体化协同的系统，利用水塘收纳高氮磷稻田排水，利用光伏电板发电带动水泵提升水塘水体流入稻田，通过溢流口将排水重新汇入水塘，实现灌溉水循环流动、养分有效利用；水稻湿地中低流速水流扰动，增加水体溶解氧、土壤氧化还原电位和溶质的垂向对流迁移，从而促进对营养盐的土壤吸附、水稻吸收、微生物硝化反硝化作用，抑制产甲烷菌的异养呼吸生成甲烷。本发明的技术方案如下：利用现有水塘或根据地势开挖浅塘，通过管道布置连接水田和水塘，依靠水塘上架设的太阳能光伏电板发电供给水泵运行，将水泵入水田，充分流经后再次汇入水塘，构建一种生态陂塘系统，实现低施肥、低能耗和负排放的新型耕作。