一种茶园面源污染防控及资源循环利用方法及其系统

摘要

本发明公开了一种茶园面源污染防控及资源循环利用的方法，主要组成为茶园污染产生的源头减量系统(沟渠配置、基肥使用)，污染过程削减系统(干渠和拦截透水坝设置)，污染末端控制系统(缓冲和生态区)和资源循环利用系统(生态区植物为制备基肥的原料)。通过坡地茶园设置纵沟和横沟，基肥的制备和使用，源头削减污染；干渠设置透水坝拦截污染；设置缓冲区和生态区，末端控制污染；茶园中的废弃物，资源化利用制备基肥，从而针对低污染水的茶园坡面径流，通过资源循环利用的方式，形成了一种茶园“源头减量、过程削减、末端控制、循环利用”的面源防控方法。

说明书

技术领域

本发明属于污染防控的技术领域，具体涉及一种茶园面源污染防控及资源循环利用 方法及其系统。

背景技术

非点源污染是导致水体富营养化的重要原因之一。美国的非点源污染量占污染总量 的2/3，其中农业的贡献率为75%，我国安徽巢湖、上海淀山湖等水域的非点源污染比 例超过了点源污染。大量研究资料表明，非点源氮磷流入水体主要通过降雨造成的地表 径流，由此引起的土壤侵蚀和氮、磷等养分的流失既导致土壤质量的退化，又是农业非 点源污染的重要发生形式。目前在太湖流域范围内点源污染控制的难度较大，同时对于 点源污染的控制费用也较高，可提升的处理率也是有限的，太湖流域面源污染比重较大， 面源污染成为最主要污染类型之一，面源污染控制的成本相对较低，因此，因地制宜的 采取面源的防控方法，为太湖污染治理起到重要的作用。

太湖流域东部为太湖平原，西部为山地丘陵，山地丘陵面积约占太湖流域总面积的 20％。丘陵地区农用地类型主要有稻田、旱地、茶园、竹林、板栗林、菜地和果园等， 坡耕地则以茶园、竹林和果园为主。目前已有一些关于太湖地区农业种植业和果园面源 污染控制研究，但是茶园种植和坡地污染防控具有一定的特殊性：茶树适宜种植在土层 厚达1米以上不含石灰石，排水良好的砂质壤土中，以避免湿害；而在茶园的种植中， 海拔是一个非常重要的因素，因为在有一定高度的山区，雨量充沛，云雾多，漫射光较 强日夜温差大有利于茶树的生长发育和有机物质的积累，产出的茶叶香而味道醇厚，品 质更好。因此茶园通常建立在有一定高度的缓坡上，既满足茶树生长的环境要求，又能 增强茶园的排水能力。茶园的管理过程中需要施加氮肥磷肥以满足茶树生长所必须的肥 料作为营养，而在要求排水性良好的茶园中一旦发生降雨，雨水冲刷土壤迅速形成地表 径流，会将施加的肥料冲走，既浪费了肥料，又浪费了雨水，还产生低污染的水，污染 了受纳水体。降雨是影响坡地茶园径流量的主要因素之一，如何立足于资源循环利用的 角度，因地制宜的构建减少径流产生量的方法，合理施肥可提高肥料利用率，减少养分 流失，通过低成本、去除率高、易于操作茶园面源污染防控方法，成为技术发明的关键 因素。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种茶园面源污染防控及资源循环利用系统，以 解决茶园面源污染防控和茶园资源循环利用问题。

本发明还要解决的技术问题是提供一种茶园面源污染防控及资源循环利用的方法。

本发明以径流和污染物源头削减为根本，从污染物的源头减量入手，结合空间地貌 和生态景观和谐要求，构建污染沿程逐级控制技术，层层削减污染物为目标，本项发明 既有单项技术的研发，又体现了各单项技术的集成，形成了“源头减量、过程削减、末 端控制、循环利用”的农村茶园面源污染防控及资源循环利用的方法。

本发明的一种茶园面源污染防控及资源循环利用系统包括陡坡地、梯田、横沟、纵 沟、主干沟渠、茶树；在15°～30°的陡坡地上设置梯田，梯田的梯面水平且宽度大于150cm， 在梯田上种植茶树，以防止水土流失，蓄水保水；在梯田上沿顺坡方向设有纵沟以排除 茶园中多余的地面水，相邻两条纵沟之间的横向间距为30～50m，在梯田上垂直于纵沟 方向设有横沟，以收集径流，减少排放并侵润茶园。相邻两条横沟之间的纵向间距为 5～15m，在陡坡地四周边界处设置有主干沟渠，纵沟与横向主干沟渠连通，横沟与纵向 主干沟渠连通；所述纵沟深45～60cm，宽35～55cm，所述横沟深35～50cm，宽25～35cm， 所述主干沟渠深55～90cm，宽55～80cm，所述纵沟至少比所述横沟深10cm。

茶园种植的土壤要求排水性良好是为了避免当降雨量过大时，表面土壤长期过于潮 湿，地下水位过高，产生湿害，植物根系呼吸作用被移植造成衰亡，并造成土壤产生有 毒物质，如硫化氢、甲烷等毒害植物；田地渍湿板结，植物长势减弱、发黄、腐烂。较 深的纵沟不仅在当降雨量大的当时能够快速将低污染水排出。而且，如果优选纵沟的深 度为大于45cm，在大量降雨之后，纵沟还能使地下积蓄的大量高水位地下水从纵沟的沟 壁渗出，从而降低地下水位，防止在大量降雨后地下水位长期过高导致作物发生湿害。 而当降雨量较小时，开挖的纵沟可以收集地表径流并侵润茶园，使低污染水在茶园停留 地时间更长，茶园土壤也有更多的面积来吸收低污染水，并且可以让地表径流绕过已经 充分吸收富营养水的表层土壤，直接渗入到更干燥的深层土壤，增强了整片茶园对水分 的快速吸纳能力。同样减少了含有大量肥料的地表径流出现，节约了肥料。这样，通过 开挖横沟和纵沟，实现了整片茶园对不同降雨量的自适应调节，节约了日后茶园管理的 工作量，同时减小了地表径流的流量，减少了茶园径流排放量同时也有效利用了养分和 水资源。

此外，在主干沟渠每相隔150～300m设置有透水坝，坝高35～50cm，透水坝可以设置 为填充煤灰渣的鹅卵石透水坝，这样，部分来水通过透水坝，煤灰渣吸附污染物，拦储 部分来水，减缓水速，延长水停留时间，促使流水携带的泥沙和颗粒物质得以沉淀，同 时营造形成跌水充氧，实现污染物净化。

通过在陡坡地低处设置缓冲区在径流末端收集，以减少污染排放。将主干沟渠连通 到缓冲区，缓冲区内水深0.8～2.5m的区域种植再力花、菖蒲和美人蕉等挺水植物，缓冲 区内水深1～2m的区域种植菱角、苦草和菹草等沉水植物。

在缓冲区外设置生态区，缓冲区通过管道连通到生态区，生态区水面设置生态浮床， 浮床上种植油菜，单体浮床尺寸为长3.3m，宽0.5m，进行有效搭配组合，水面中心设立 生态岛，构建生态链，有效吸收水中氮磷营养物，实现污染的净化，营造良好生态景观， 从而形成立体式污染物削减体系。

本发明的一种茶园面源污染防控及资源循环利用方法，在15°～30°的陡坡地开垦茶 园，为了防止水土流失，蓄水保水，修筑成梯田。梯田的梯面水平且宽度大于150cm， 在梯田上种植茶树；在梯田上沿顺坡方向设有纵沟，以排除茶园中多余的地面水。相邻 两条纵沟之间的横向间距为30～50m，在梯田上垂直于纵沟方向设有横沟以收集径流， 减少排放并侵润茶园，相邻两条横沟之间的纵向间距为5～15m，在陡坡地四周边界处设 置有主干沟渠，纵沟与横向主干沟渠连通，横沟与纵向主干沟渠连通；所述纵沟深 45～60cm，宽35～55cm，所述横沟深35～50cm，宽25～35cm，所述主干沟渠深55～90cm， 宽55～80cm，所述纵沟至少比所述横沟深10cm。茶园种植的土壤要求排水性良好是为了 避免当降雨量过大时，表面土壤长期过于潮湿，地下水位过高，产生湿害，植物根系呼 吸作用被移植造成衰亡，并造成土壤产生有毒物质，如硫化氢、甲烷等毒害植物；田地 渍湿板结，植物长势减弱、发黄、腐烂。较深的纵沟不仅在当降雨量大的当时能够快速 将低污染水排出，而且如果优选纵沟的深度为大于45cm，在大量降雨之后，纵沟还能使 地下积蓄的大量高水位地下水从纵沟的沟壁渗出，从而降低地下水位，防止在大量降雨 后地下水位长期过高导致作物发生湿害。而当降雨量较小时，开挖的纵沟可以收集地表 径流并侵润茶园，使低污染水在茶园停留地时间更长，茶园土壤也有更多的面积来吸收 低污染水，并且可以让地表径流绕过已经充分吸收低污染水的表层土壤，直接渗入到更 干燥的深层土壤，增强了整片茶园对水分的快速吸纳能力。同样减少了含有大量肥料的 地表径流出现，节约了肥料。这样，通过开挖横沟和纵沟，实现了整片茶园对不同降雨 量的自适应调节，节约了日后茶园管理的工作量，同时减小了地表径流的流量，减少了 整片农田低污染污水的排放量同时也节约了宝贵的肥料和水。

茶园施肥要坚持“重施基肥，适施追肥”的原则，冬季茶园重施发酵后菜饼基肥，提 高土壤肥力，减少径流流失，冬季降雨少减少营养流失，也可减少径流的产生量。将如 下重量百分比的组分混合堆成土堆并覆盖尼龙布，周边压实共同沤制，发酵至未恶臭有 臭豆腐香味后，制得所述农家肥：鸡粪10～15%，茶园的枝叶5～15%，稻草5～8%，捣碎 的油菜饼65～80%；在冬季每亩地施用200-300kg所述的农家肥；将所述农家肥施入茶树 的栽植槽内，先用表土覆盖，再填心土至距槽口10cm处。

在主干沟渠每相隔150～300m设置透水坝，坝高35～50cm。透水坝可以是填充有煤灰 渣的鹅卵石透水坝。部分来水通过透水坝，煤灰渣吸附污染物，拦储部分来水，减缓水 速，延长水停留时间，促使流水携带的泥沙和颗粒物质得以沉淀，同时营造形成跌水充 氧，实现污染物净化。

在陡坡地低处设置缓冲区，将主干沟渠汇集到缓冲区，缓冲区内水深0.8～2.5m的 区域种植再力花、菖蒲和美人蕉等挺水植物，缓冲区内水深1～2m的区域种植菱角、苦 草和菹草等沉水植物；

在所述缓冲区外设置生态区，缓冲区通过管道连通到生态区，生态区水面设置生态 浮床，浮床上种植油菜。单体浮床尺寸为长3.3m，宽0.5m，进行有效搭配组合，水面中 心设立生态岛，构建生态链，有效吸收水中氮磷营养物，实现污染的净化，营造良好生 态景观，从而形成立体式污染物削减体系；

将油菜饼来源于生态区中收割的油菜榨油后残余的菜饼，缓冲区收割的水生植物切 碎。茶园修剪后的枝叶切碎作为冬季重施的发酵后的农家肥的原料，提高肥效和透气性， 冬季作为基肥回埋茶园。

本发明的优点：

1、针对低污染水的茶园坡面径流，通过资源循环利用的方式，减少化肥投入、养分 流失和坡面径流产生量，形成了一种茶园“源头减量、过程削减、末端控制、循环利用” 的面源防控方法，实现了面源污染控制和资源的循环利用，是一种从系统角度的技术集 成的创新。

2、浮床植物油菜既吸收营养盐，又是经济作为可营造良好景观效果，榨油后的菜饼 提供茶园基肥的主要原料，实现了多重作用，良好效果，集成放大效应。

3、整个方法直观可行，功能清晰，定位明确，系统串联组合，流程简单，投资建设 和运行费用极低，平均单位面积投入不超过100元/m²，日常管理维护简便。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/ 或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是茶园面源污染防控及资源循环利用系统示意图；1为主干沟渠，2为纵沟，3为 横沟，4为缓冲区，5为生态岛。

图2是单个生态浮床示意图。

图3是浮床组合示意图。

图4是实施例4的沟渠沿程削减茶园地表径流污染效果图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实 施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的 本发明。

实施例1

选择15°的陡坡地作为茶园种植的的场地，在陡坡地上设置梯田，梯田的梯面水平且 宽度大于150cm，在梯田上种植茶树；在梯田上沿顺坡方向设有纵沟，相邻两条纵沟之 间的横向间距为1m，在梯田上垂直于纵沟方向设有横沟，相邻两条横沟之间的纵向间距 为2.5m，在陡坡地四周边界处设置有主干沟渠，纵沟与横向主干沟渠连通，横沟与纵向 主干沟渠连通；纵沟深45cm，宽35cm，横沟深35cm，宽25m，主干沟渠深55cm，宽55cm， 纵沟比所述横沟深10cm。这样设置以后养分流失率减少了2%，径流产生量减少了6%， 农田TN排放消减6%。

实施例2

选择30°的陡坡地作为茶园种植的的场地，在陡坡地上设置梯田，梯田的梯面水平且 宽度大于150cm，在梯田上种植茶树；在梯田上沿顺坡方向设有纵沟，相邻两条纵沟之 间的横向间距为2.5m，在梯田上垂直于纵沟方向设有横沟，相邻两条横沟之间的纵向间 距为4m，在陡坡地四周边界处设置有主干沟渠，纵沟与横向主干沟渠连通，横沟与纵向 主干沟渠连通；纵沟深60cm，宽55cm，横沟深50cm，宽35cm，主干沟渠深90cm，宽80cm， 纵沟比所述横沟深10cm。这样设置以后养分流失率减少了2%，径流产生量减少了6%， 农田TN排放消减8%。

实施例3

选择18°的陡坡地作为茶园种植的的场地，在陡坡地上设置梯田，梯田的梯面水平且 宽度大于150cm，在梯田上种植茶树；在梯田上沿顺坡方向设有纵沟，相邻两条纵沟之 间的横向间距为2.5m，在梯田上垂直于纵沟方向设有横沟，相邻两条横沟之间的纵向间 距为4m，在陡坡地四周边界处设置有主干沟渠，纵沟与横向主干沟渠连通，横沟与纵向 主干沟渠连通；纵沟深65cm，宽55cm，横沟深58cm，宽38cm，主干沟渠深92cm，宽82cm， 纵沟比所述横沟深12cm。这样设置使得茶园减少养分流失率(流失量与肥有机肥投入量 的比率)减少了3%，径流产生量减少了8%，田TN排放消减10%。

实施例4

同实施例3，并且在主干沟渠每相隔200m设置透水坝，坝高42cm。此外，再在陡坡 地低处设置缓冲区，所述主干沟渠汇集到缓冲区，缓冲区内水深0.8～2.5m的区域种植挺 水植物再力花、菖蒲和美人蕉，缓冲区内水深1～2m的区域种植沉水植物菱角、苦草和 菹草，在缓冲区外设置生态区，缓冲区通过管道连通到生态区，生态区水面设置生态浮 床，浮床上种植油菜。冬季每亩地施用200kg所述的农家肥；将所述农家肥施入茶树的 栽植槽内，先用表土覆盖，再填心土至距槽口10cm处。农家肥用如下的重量百分比的组 分混合堆成土堆并覆盖尼龙布，周边压实共同沤制，发酵至未恶臭有臭豆腐香味后，制 得：鸡粪10%，茶园的枝叶5%，稻草5%，切碎的水生植物2%，捣碎的油菜饼78%；农 家肥使用生态区中收割的油菜榨油后残余的菜饼，缓冲区收割的水生植物切碎的水生植 物碎片作为原料。在实施例3的基础上，设置透水坝、缓冲区和生态区各自分别能实现 农田TN排放削减10%、17%和18%以上。

实施例5

同实施例3，并且在主干沟渠每相隔150m设置透水坝，坝高35cm。此外，再在陡坡 地低处设置缓冲区，所述主干沟渠汇集到缓冲区，缓冲区内水深0.8～2.5m的区域种植挺 水植物再力花、菖蒲和美人蕉，缓冲区内水深1～2m的区域种植沉水植物菱角、苦草和 菹草，在缓冲区外设置生态区，缓冲区通过管道连通到生态区，生态区水面设置生态浮 床，浮床上种植油菜。冬季每亩地施用200kg所述的农家肥；将所述农家肥施入茶树的 栽植槽内，先用表土覆盖，再填心土至距槽口10cm处。农家肥用如下的重量百分比的组 分混合堆成土堆并覆盖尼龙布，周边压实共同沤制，发酵至未恶臭有臭豆腐香味后，制 得：鸡粪15%，茶园的枝叶9%，稻草8%，切碎的水生植物3%，捣碎的油菜饼65%。农 家肥使用生态区中收割的油菜榨油后残余的菜饼，缓冲区收割的水生植物切碎的水生植 物碎片作为原料。在实施例3的基础上，设置透水坝、缓冲区和生态区各自分别能实现 农田TN排放削减12%、16%和18%以上。

实施例6

同实施例3，并且在主干沟渠每相隔300m设置透水坝，坝高50cm。此外，再在陡坡 地低处设置缓冲区，所述主干沟渠汇集到缓冲区，缓冲区内水深0.8～2.5m的区域种植挺 水植物再力花、菖蒲和美人蕉，缓冲区内水深1～2m的区域种植沉水植物菱角、苦草和 菹草，在缓冲区外设置生态区，缓冲区通过管道连通到生态区，生态区水面设置生态浮 床，浮床上种植油菜。冬季每亩地施用300kg所述的农家肥；将所述农家肥施入茶树的 栽植槽内，先用表土覆盖，再填心土至距槽口10cm处。农家肥用如下的重量百分比的组 分混合堆成土堆并覆盖尼龙布，周边压实共同沤制，发酵至未恶臭有臭豆腐香味后，制 得：鸡粪10%，茶园的枝叶15%，稻草8%，切碎的水生植物2%，捣碎的油菜饼65%。农 家肥使用生态区中收割的油菜榨油后残余的菜饼，缓冲区收割的水生植物切碎的水生植 物碎片作为原料。这样设置透水坝、缓冲区和生态区各自分别能实现农田TN排放削减 12%、17%和18%以上。在实施例3的基础上，整个系统可实现TN削减率达到55%以上。

实施例7：

对实施例4效果具体分析测量如下：

（1）设置透水坝的对农田TN排放消减率。

实施例4一年内不同时期氮的削减率如说明书附图4所示，可实现农田TN排放削减 10%，有效缓解了农田面源污染与茶叶生产之间的矛盾。

（2）缓冲区对消减污染物的作用。

浅水区0.8～2.5m深，种挺水植物再力花、菖蒲和美人蕉、深水区1～2m种沉水植物菱 角、苦草和菹草，主要污染物削减率达到15%以上。

(3)生态区对消减污染物的作用

生态区水面区域布置生态浮床，浮床尺寸为长3.3m，宽0.5m，用泡沫塑料板及固定 支架制作，均匀布置植物栽种孔，水面中心设立生态岛，构建生态链，生态浮床种植油 菜，有效吸收水中氮磷营养物，实现污染的净化，营造良好生态景观，从而形成立体式 污染物削减体系，可实现主要污染去除13%以上。

(4)茶园废弃物循环利用。

塘中收割的油菜榨油后菜饼，收割的水生植物切碎以及茶园修剪后的枝叶，进行混 合堆肥，提高肥效和透气性，冬季作为基肥回埋茶园。

(5)通过系统设计和工程实施，改变了以往茶园污染物的无序直排现象，实现了园区 内污染物有序控制及污染物中的氮磷养分多级阻控和废弃物的循环利用，克服了以往工 程之间的分散独斗等缺点，通过工程之间的系统整合，从而使园区的污染物控制效果大 大提高，一年园区内的主要污染物削减效果表1所示，可实现主要污染去除47%以上。

表1茶园降雨径流污染削减效果

本发明提供了一种茶园面源污染防控及资源循环利用的方法具体实现该技术方案的 方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些 改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技 术加以实现。