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人工湿地水循环的盐碱土壤淋洗与养殖系统及其运行方法

来源：花匠小妙招时间：2025-08-25 13:42

1.本发明涉及盐碱地治理、节水节能以及生态循环农业技术领域，具体涉及一种人工湿地水循环的盐碱土壤淋洗与养殖系统及其运行方法。

背景技术：

2.土壤盐碱化是土壤和土地退化的主要类型之一,通常是指地下水位过高所引发的土壤易溶性盐类在土壤表层积聚的过程。盐碱土指土壤含盐量超过0.3％，导致其有机质含量降低、营养条件变差、物理结构破坏、微生物活动受到抑制等，进而使植被生长不良，尤其使作物低产或不能生长。由此可见，土壤盐碱化会带来生态系统、资源的破坏与农业生产的巨大损失，不利于地区经济发展与国家粮食安全。针对盐碱土壤治理方法，国内外开展了大量研究，成果主要集中在生物措施、化学措施与物理措施方面，包括盐碱地造林、培育耐盐植物与微生物、设计土壤改良剂、改变耕作方式、客土压碱以及利用水利工程排盐等。目前我国盐碱治理主要遵循“盐随水来，盐随水去”的原则，通过简单的水利设施以及灌溉措施来治理盐碱化问题，主要技术包括修建台田法、淡水泡田压盐碱法、井灌井排法、暗管排盐法、农业生物法以及化学法等。灌水洗盐虽然被认为是土壤改良利用的先行途径和有效措施，以及重盐碱土改良的有效手段，但使用该方法降盐容易出现土壤反盐现象，需要长期不断投入大量的淡水资源，同时灌洗过程中所产生的含有高盐度的淋洗液的排放将造成当地水系水盐平衡的破坏，对于水质型缺水的盐碱化地区而言并不是理想的盐碱土治理方法。
3.而如何在现有的灌水洗盐技术基础上，收集、处理和降低淋洗出水的盐度，提高有限淡水资源的重复利用率，提高该治理技术的生态、环保性，达到盐碱地治理与生态效益、经济效益共赢，是当前盐碱化治理的难点与技术突破口。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种人工湿地水循环的盐碱土壤淋洗与养殖系统及其运行方法，以解决目前灌水洗盐这一盐碱土地治理方法所存在的水资源浪费、淋洗液排放带来二次污染以及次生盐碱化问题，同时实现资源循环利用率与经济收入的提高。
5.为了解决上述提到的问题、实现上述预期的目的，本发明采用了以下的技术方案：
6.人工湿地水循环的盐碱土壤淋洗与养殖系统，包括依次连接的农田土壤淋洗单元、淋洗液处理单元以及芦苇-鱼-蟹养殖单元；
7.所述的农田土壤淋洗单元，包括淋洗水道与作物种植区，淋洗水道环绕所述的作物种植区，其中淋洗水道包括淋洗进水渠、蓄水沟渠、淋洗排水渠；淋洗进水渠、淋洗排水渠分别位于农田土壤淋洗单元的两端，淋洗进水渠与淋洗排水渠之间通过蓄水沟渠相连通；淋洗进水渠作为农田淋洗淡水输入端，而淋洗排水渠作为土壤淋洗液收集、排放端；
8.所述的淋洗液处理单元，包括淋洗液水道、降盐植物种植区，其中淋洗液水道包括设在淋洗液处理单元两端的淋洗液进水渠和淋洗液排水渠；淋洗液进水渠与农田土壤淋洗单元的淋洗排水渠连接；
9.所述的芦苇-鱼-蟹养殖单元，包括养殖体系、芦苇种植区、防逃设施，其中养殖体系又包括环沟和蟹道。
10.进一步的，所述的农田土壤淋洗单元中设有多片作物种植区，淋洗进水渠、淋洗排水渠之间设有多条蓄水沟渠，蓄水沟渠与作物种植区相间排列。所述作物种植区具有坡度，所述淋洗进水渠设置于坡顶，淋洗排水渠设置于坡底，且沿作物种植区水平纵向设置；所述蓄水沟渠截面为上宽下窄的梯形，沿作物种植区水平横向设置。
11.所述的淋洗液处理单元中，降盐植物种植区周围设置沟渠与防护墙。优选的，所述降盐植物种植区四周设有横截面为上宽下窄的梯形沟渠。降盐植物根据地区植物分类与降盐机理进行选择，优先考虑当地物种。降盐植物种植区水位高低依据植物习性与降盐负荷而定。防护墙为在沟渠靠外侧壁浇筑一定材料形成，防护墙应当起到减少淋洗液渗漏、防止降盐植物扩散至农田等作用，依据应用地区的不同与所选降盐植物的种类决定是否需要设置防护墙以及选择何种浇筑材料。
12.所述的芦苇-鱼-蟹养殖单元中，芦苇种植区周围设有环沟，芦苇种植区通过蟹道分割成多片，蟹道与芦苇种植区同时作为蟹类活动场所，环沟用于鱼类养殖，养殖鱼蟹种类根据地区品种特色以及经济性进行选择，推荐养殖滤食性鱼、蟹类。所述蟹道与环沟相连通。所述芦苇种植区推荐初始栽植密度为10-20株/m2。防逃设施包括：防逃网，由木桩与铁丝网与薄膜组成，具体为围绕环沟一周外1m～2m处打上一圈木桩，木桩下端埋入土中20cm左右，并在木桩间拉上铁丝网与薄膜；所有进水口与排水口都使用聚乙烯网片进行拦截。
13.作物种植区相间排列上述的人工湿地水循环的盐碱土壤淋洗与养殖系统的运行方法，包括以下步骤：
14.所述的农田土壤淋洗单元的淋洗进水渠输入农田淋洗淡水，采用循环水位淋洗法降低土壤盐碱度，高盐度土壤淋洗液收集通过淋洗排水渠输入淋洗液处理单元，流经降盐植物种植区进行降盐处理，得到的低盐度出水再进入芦苇-鱼-蟹养殖单元作为养殖用水。
15.使农田土壤淋洗单元排水进入淋洗液处理单元，进入降盐处理过程。同时，由淋洗液处理单元输出的低浓度出水作为芦苇-鱼-蟹养殖单元养殖用水，芦苇-鱼-蟹养殖单元最终出水作为农田土壤淋洗单元淋洗用水或灌溉用水，以实现系统内水资源的循环利用。
16.农田土壤淋洗单元采用循环淋洗水位法淋洗土壤，即每隔一段时间在一定范围内变换蓄水沟渠内淋洗水位高低，淋洗用水除芦苇-鱼-蟹养殖单元出水外，还可用自然降雨、引当地河流淡水或者当地其他类型水体作为淋洗用水，淋洗时间推荐依据应用地区降雨、作物种植规律而定。
17.所述淋洗液处理单元中可按照降盐植物生活习性与降盐负荷，适当维持植株处于一定的淹水位，并利用盐度计定期测量水体盐度，及时进行排水、补水。
18.芦苇-鱼-蟹养殖单元的最终出水表示收获鱼蟹并进行底泥收集后，经由单元中芦苇净化处理一段时间后的出水。
19.芦苇-鱼-蟹养殖单元底泥收集后作为肥料返田，实现系统内资源重复使用。
20.本发明所具有的效益有：
21.(1)降低农田土壤盐碱度，提高农作物产量；
22.(2)收集土壤淋洗液防止其污染当地自然水系，利用降盐植物的降盐能力进行初步处理后作为养殖用水，拓宽水资源用途，同时再次利用芦苇的处理能力使养殖废水成为
农田淋洗水或灌溉水来源，实现水资源循环利用；
23.(3)芦苇作为养殖单元内鱼和蟹的食物来源，减少养殖过程中的外部投入，养殖产生的底泥作为肥料返回农田单元，实现系统内部资源重复使用；
24.(4)整个系统最终产出除了农作物外，还包括降盐植物地上部分、芦苇地上部分以及鱼蟹，大大提高了农民收入，促进区域农业经济发展。
附图说明
25.图1为本发明的系统模型俯视图。
26.图2为本发明的农田土壤淋洗单元蓄水沟渠侧视图。
27.图3为本发明的农田土壤淋洗单元蓄水沟渠横截面示意图。
28.图4为本发明的淋洗液处理单元侧剖图。
29.图5为本发明的芦苇-鱼-蟹养殖单元侧视图。
具体实施方式
30.为了使本发明的系统构建、各单元结构以及运作流程更加清晰，结合附图与实施例对本发明进行更加细致的说明。需要阐明的是，这里所举的具体实施例仅仅用于更好的解释本发明，并不对本发明产生限制。
31.参考附图，本发明的一个实施例为：
32.应用于黄河三角洲滨海盐碱地区的一种人工湿地水循环的盐碱土壤淋洗与养殖系统，如图1所示，包括有农田土壤淋洗单元1、淋洗液处理单元2以及芦苇-鱼-蟹养殖单元3，农田土壤淋洗单元1包括淋洗水道与作物种植区11，其中淋洗水道又分为淋洗进水渠12、蓄水沟渠14、淋洗排水渠13；
33.淋洗液处理单元2包括淋洗液水道、降盐植物种植区21以及防护墙，其中淋洗液水道又分为淋洗液进水渠22和淋洗液排水渠23；
34.芦苇-鱼-蟹养殖单元3包括养殖体系、芦苇种植区31、防逃网34和其他防逃措施，其中养殖体系又包括环沟32和蟹道33。
35.参考图1所示，所述农田土壤淋洗单元1淋洗进水渠12与淋洗排水渠13上宽0.5m、深0.5m沿农田水平纵向挖掘，蓄水沟渠14沿农田水平横向挖掘连通淋洗进水渠12与淋洗排水渠13，蓄水沟渠14与作物种植区11相间排列，相邻蓄水沟渠14相距1.0m。
36.参考图2所示，所述农田土壤淋洗单元1农田具有一定坡度，使水能够借助重力作用由淋洗进水渠12经由蓄水沟渠14自然下流至淋洗排水渠13收集、排出。
37.参考图3所示，所述农田土壤淋洗单元1蓄水沟渠14上宽0.5m、下宽0.2m、深0.5m，每一块种植区宽1.0m。
38.所述农田土壤淋洗单元1采用循环淋洗水位法进行土壤淋洗，即在蓄水沟渠14距离地面0.2m、0.35m处设置水位标记，淋洗时控制水位在35～50cm、20～35cm、0～20cm之间规律变化，促进土壤表层盐度向深层转移，使作物根系远离盐碱危害。
39.进一步的，考虑黄河三角洲降雨、作物种植规律，确定淋洗时间为春末夏初上一年作物收割后、下一轮作物播种前的间隔时间内(一般在6～9月份间)，淋洗用水为自然降雨、引黄河淡水以及芦苇-鱼-蟹养殖单元3出水。
40.参考图1所示，所述淋洗液处理单元2选择互花米草作为降盐植物并以5-6株/m2的密度进行种植，种植区被上宽1.0m的淋洗液水道包围，高盐度进水由淋洗液进水渠22输入，流经互花米草种植区，由植物吸收降盐后汇集于淋洗液排水渠23排出。
41.进一步的，参考图4所示，所述淋洗液处理单元2淋洗液水道沟渠深0.8m，横截面上宽1.0m、下宽0.3m，沟渠靠外侧坡度约为63.4
°
，靠内侧坡度约为59.0
°
，保持单元内植株淹水位在0.2m左右(《0.3m)，在沟渠靠外侧壁浇筑水泥修筑防护墙，利用淹水与水泥硬化的手段防止互花米草入侵系统外的环境。
42.于每年8月份以前收割互花米草时间，防止其进入有性繁殖阶段种子扩散侵占农田，收割下的互花米草地上部分作为加工原料出售给饲料厂。
43.参考图1所示，所述芦苇-鱼-蟹养殖单元3芦苇种植区31为2.5m宽环沟32包围，由若干宽2m的蟹道33分隔开的边长为5m的正方形单位田块组成，芦苇初始栽植密度为10-20株/m2。
44.参考图5所示，所述芦苇-鱼-蟹养殖单元3田字形蟹道33深0.6m，环沟32深1.2m，防逃网34设置指在环沟32外1m处绕环沟32一圈打上木桩，木桩下端埋入土中20cm左右，拉上铁丝网与薄膜，同时单元中进水口与排水口使用聚乙烯网片进行拦截。
45.确定鲢鱼或鳙鱼为鱼类饲养品种，确定河蟹作为蟹类饲养品种，于三月下旬至四月上旬投放鱼、蟹苗，扣蟹规格为120-200只/kg，投放量1.5kg/亩，鱼苗投放密度为1000-1500尾/亩，投苗前该单元内需要提前通入来自淋洗液处理单元2的低盐度出水，利用芦苇进一步处理水体至适合养殖的盐度，同时在种苗放养前15～20天左右使用100～150kg/亩生石灰兑水溶化后泼洒进行消毒。
46.确定单元中不同时间水位，见表1，选择投苗后的次年9月份进行鱼蟹收获，捕捞完毕后清整单元淤泥投入农田系统用于肥田，整个养殖场进行晾晒，为下一波投苗做准备。
47.表1芦苇-鱼-蟹系统各月份水位表
[0048][0049]
尽管在这里利用了黄河三角洲滨海盐碱地区作为应用实例对本发明进行了细致的描述，但实际上该发明可以应用于其他任何受盐碱化危害的地区，并且本领域技术人员可以根据地区特点以及农田具体情况对本发明内部各参数进行设定或修改，这些设定和修改将落在本技术公开的原则范围内。进一步说，在本技术公开、附图和权利要求的范围内，可以对系统内各单元组分的参数、布局以及物种选择进行更改、改进，以更好的发挥本发明在盐碱土治理、节水节能和生态农业发展等方面的作用。