[发明专利]基于短期轮伐速生林的污水－植物资源再生灌溉系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种污水再利用装置，尤其是涉及一种基于短期轮伐速生林的污水-植物资源再生灌溉系统。

背景技术

林地污水生态处理(FLTS)源于林业生产的需要，其本质仍属于污水土地生态处理类型，但我国现有的关于城市污水土地生态处理技术指南([1]国家环境保护局科技标准司编.城市污水土地处理处理技术指南[M].中国环境科学出版社，1997)中并没涉及到与林业生产相结合的措施。集约化短期轮伐林栽培(SRIC)是一种较新的栽培方式([2]MoffatA.J.，ArmstrongA.T.，Ockleston J.The optimization of sewage sludge and effluent disposal on energy crops ofshort rotation hybrid poplar[J].Biomass and Bioenergy 2001，20：161-169)，比中期轮伐林和皆伐林具有更高木材生物量，但却具有更快的营养、水分消耗速度([3]White E.H.，Whole-treeharvesting depletes soil nutrients[J].Canadian Journal of Forest Research，1974，4：530-535；[4]Hansen E.A.，Baker J.B.Biomass and nutrient removal in short-rotation intensively culturedplantations.In：Proceedings of the symposium on Impact of Intensive Harvesting on ForestNutrient Cycling[M].SUNY-ESF，Syracuse，NY，1979，13：130-151；[5]Ericsson T.Nurientcycling in energy forest plantations[J].Biomass and Bioenergy，1994，6：115-121)。很早就有人建议污水不仅可以作为可替代的资源，而且可以作为一种商品肥源([6]Al-Jamal M.S.，SammisT.W.，Mexal JG.，et al.A growth-irrigation scheduling model for wastewater use in forestproduction.Agricultural Water Management 2002，5657-5659)。随后的研究表明，污灌能显著增加一些短期轮伐林的生物量、凋落物量，并提高凋落物分解速度等([7]Guo L.B.，Sims R.E.H.Effect of meatworks effluent irrigation on soil，tree biomass production and nutrient uptake inEucalyprus globulus seedlings in growth cabinets[J].Bioresource Technology，2000，72：243-251；[8]Guo L.B.，Sims R.E.H.Eucalypt litter decomposition and nutrient release under a short rotationforest regime and effluent irrigation treatments in New Zealand I.External effects[J].Soil Biology&Biochemistry，2001，33：1381-1388；[9]Guo L.B.，Sims R.E.H.Eucalypt litter decompositionand nutrient release under a short rotation forest regime and effluent irrigation treatments in NewZealand II.Internal effects[J].Soil biology&biochemistry，2002，34：913-922；[10]Polglase P.J.，Tompkins D.，Stewart L.G.，et al.Mineralization and leaching of nitrogen in an effluent～irrigatedpine plantation[J].J.Environ.Qual.，1995，24：911-920)。因此，通过模型优化污灌参数([11]Snow V.O.，Bond W.J.，Myers B.J.，et al.Modeling the water balance of effluent-irrigated trees[J].Agricultural Water Management，1999，30：47-67；[12]Theiveyanathan S.，Benyon R.G.，MarcarN.E.，et al.An irrigation-scheduling model for application of saline water to tree plantations[J].Forest Ecology and Management，2004，193：97-112)，并依据降雨预报、土壤水分和污水营养成分监测进行污灌短期决策管理([13]Mahmood B.，Wall G.L.，Russell J.M.A physicalmodel to make short-term management decisions at effluent-irrigated land treatment system[J].Agricultrual Water Management，2003，58：55-56)，完全可以实现污水处理与提高短期轮伐林的生物量双重效果。国外已经发展许多类似处理系统。如印度利用桉树(Eucalyptus spp.)消耗污水([14]Hunter I.Above ground biomass and nutrient uptake of three tree species(Eucalyptus camaldulensis，Eucalyptus grandis and Dalbergia sissoo)as affected by irrigationand fertiliser，at 3years of age，in southern India[J].Forest Ecology and Management，2001，144：189-199)；英国的利用杂交柳树(Populus trichocarpa x P.deltoides，P.trichocarpa“Beaupre”)处理城市污水([2]Moffat A.J.，Armstrong A.T.，Ockleston J.The optimization of sewage sludgeand effluent disposal on energy crops of short rotation hybrid poplar[J].Biomass and Bioenergy2001，20：161-169)；新西兰利用桉树林处理食品加工业废水([9]Guo L.B.，Sims R.E.H.Eucalypt litter decomposition and nutrient release under a short rotation forest regime and effluentirrigation treatments in New Zealand II.Internal effects[J].Soil biology&biochemistry，2002，34：913-92)。亦有一些利用天然林地生态处理系统的报道，如澳大利亚利用普通硬杂木林地处理城市污水([15]Gupta V.S.R.，Rogers S.，Naidu R.Effects of secondary treated sewage effluentapplication on the populations of microfauna in a hardwood plantation soil：Bolivar HIAT trial[J].Geoderma 1994，(84)：249-263)。国内相关研究较少，最有代表性的是内蒙霍林河区的林地污水处理系统，用于处理霍林河区经初级处理后的生活污水。该系统占用林地面积达880hm²，通过前置池依靠重力或水泵输送至松树林、果林地，年污水处理量409mm/a([16]Ou Z.Q.，Sun T.H.，Li P.J.，Yediler A.，et al.A production-scale ecological engineering forest system for thetreatment and reutilization of municipal wastewater in the Inner Mongolia，China[J].EcologicalEngineering，1997，9：71-88)，但是还未见到结合SRIC技术的污水林地生态处理工程的报道。我国南方短期轮伐速生林的林业生产的主要特点是速生树种(如桉属：柠檬桉、大叶桉、巨尾桉；相思树属：台湾相思、大叶相思、马占相思等)生长迅速，对水肥需求量大。由于生活污水和有机废水含有丰富的植物生长所需的营养物质，因此，利用生活污水及有机废水对短期轮伐速生林进行灌溉，既可达到生态处理污水，又可同时生产大量的木材资源，实现循环经济，带来显著生态效益和经济效益。目前尚未见到有关利用生活污水和有机废水对短期轮伐速生林灌溉技术的报道。