CN104612114B - 一种降低集约化农区面源污染的生物碳改良的农田排水沟渠的方法 - Google Patents

Abstract

一种降低集约化农区面源污染的生物碳改良的农田排水沟渠的方法，有七大步骤。它首先在集约化农区农田旁挖一条梯形排水沟渠，并在沟渠底部挖一个底槽，将包裹着生物碳滤层的渗排龙置于底槽中。连接可调式排放口和渗排龙，并填充连接孔隙。用细砂覆盖渗排龙，形成砂滤层并夯实。在砂滤层上方铺设土工布，并用生物碳改良土壤对其进行覆盖，随后将装有生物碳滤料的双层阻流堰及穿孔滤管置于排水沟渠底槽中指定位置，用生物碳填充底槽剩余空间并夯实。最后在沟渠入口处及堰口出水处布设缓冲卵石，形成完整的改良型排水沟渠。该方法能有效提高农田排水沟渠对集约化农区面源污染的控制效果，同时也可防止农田径流下渗对地下水造成的污染。

Description

一种降低集约化农区面源污染的生物碳改良的农田排水沟渠的方法

【技术领域】

本发明涉及一种改良的农田排水沟渠的方法。尤其涉及一种降低集约化农区面源污染的生物碳改良的农田排水沟渠的方法，属于农业环境保护技术域。

【背景技术】

第一次全国污染普查公报显示，农业面源污染已超越点源污染，成为影响中国水环境质量的最主要因素。尤其是在农药、化肥用量较大的农产区，氮、磷、颗粒物及作物残体等在地表径流的冲刷下进入周边环境，带来了土壤板结、水体富营养化、地下水污染等一系列环境问题。集约化农区是我国的粮食主产区，同时为缓解耕地减少和人口增加给国家粮食生产带来的压力，进一步加强农业集约化建设已成为中国农业发展的必然选择，但这也势必导致耕作强度的增加和化肥、农药用量的攀升，进而引发更为严峻的环境问题。一方面粗犷的机械化耕作会破坏土壤结构，导致吸附着氮、磷等营养物质的泥沙更容易随土壤流失进入水体；另一方面，我国化肥和农药的利用率相对较低，两者用量的增加会显著提升农田退水和径流雨水中的污染物含量，给周边环境带来巨大的冲击负荷。农田排水沟渠是水体和农田之间纽带，也是一种简易的面源污染控制措施，可以通过植物截留、土壤吸附、生物降解作用拦截径流中的污染物，达到截污、拦砂的作用。因此面对集约化农区面源污染形式日益严峻的形式，不断强化和完善农田排水沟渠的面源污染控制效果具有积极的意义。

生物碳是动植物残体在缺氧条件下热解所获的产物。众多研究指出，生物碳具有疏松多孔，比表面积大等特点，能够通过离子交换、分配作用、络合作用等有效吸附径流中的磷酸盐、重金属及非极性有机污染物污染物。同时生物碳在土壤中能够形成稳定的团聚体结构，对污染物有很强的固化作用，可有效降低污染物在土壤中的生物有效性，减小污染物溶出风险。集约化农区有着庞大的秸秆产量，因此利用秸秆等农业废弃物制备生物质碳，不仅能够减小因秸秆燃烧对空气质量造成的影响，回收部分生物质能，还能够用于农田排水沟渠的土壤改良或充当滤料，对农业面源污染控制具有积极的意义。

鉴于此背景，利用生物碳对农田排水沟渠进行改良，强化其污染物净化效果是极为必要的。目前与农田排水沟渠的改良研究正处于不断发展的阶段，但集约化农区应用时仍存在诸多不足之处，例如申请号为200910104687.2，名称为利用排水沟渠的污水原位净化系统，公开号为CN101638287B，该专利将沉砂池、接触氧化池、人工湿地和沉淀池在排水沟渠内串联并通过隔墙分割，通过一系列的净化单元对沟渠内雨水径流进行处理，该方法技术复杂，且占地较大，在空间紧凑的集约化农区难以施展。又如申请号为201310428024.2，名称为利用排水沟渠拦截消纳稻田流失氮、磷的方法，公开号为CN103435165A，通过在沟渠内设置生物过滤箱和流速控制闸门达到过滤径流污染物的目的，但该方法以表流净化为主，未能充分利用沟渠底部的净化空间，且对大流量、高流速径流处理效果尤未可知。再如申请号为200910272811.6，名称为一种生态减污型排水沟渠设计方法，公开号为CN101705672B，在沟渠两侧铺设预制穿孔混凝土板，并结合孔中植被及沟渠中的控制闸门对径流进行净化，该方法虽然能够稳固沟渠结构，但混凝土板的碱性特征对周边土壤物化特性的影响仍有待商榷。还如申请号为201410216755.5，名称为一种适用于农田排水沟渠的迷宫式生态净化池，公开号为CN104003574A，采用生态净化箱和闸门的组合，构成了由阀门调控的间歇式径流处理沟渠，该方法能有效处理批次进入的田间径流，但对农田退水和持续降雨产生的连续流所能发挥的净化作用有限。针对上述问题，本专利申请在不对沟渠原状土壤构成破坏的前提下，开发了一种能够有效降低集约化农区面源污染的生物碳改良的农田排水沟渠的设计方法，该方法充分利用沟渠内部空间，且结构简单易于执行；同时根据集约化农区田间径流污染物含量较高、流量波动较大的特征，采用表层截留吸附和底部垂向过滤相结合的技术手段，最大程度上减小集约化农区对周边水环境带来的影响，推进农业环境保护技术的发展。

【发明内容】一种降低集约化农区面源污染的生物碳改良的农田排水沟渠的方法

1、目的：本发明的目的是提供一种降低集约化农区面源污染的生物碳改良的农田排水沟渠的方法，该方法能减小集约化农区沟渠排水系统的污染物输出负荷，有效地防止重金属、农药、化肥进入水体所引发的污染问题。

2、技术方案：本发明的技术方案：一种降低集约化农区面源污染的生物碳改良的农田排水沟渠的方法，其特征在于，首先在沟渠底部铺设渗排龙，该渗排龙外层由双层土工布包裹，两层土工布之间包裹生物碳，构成底部过滤层。渗排龙出口处设置高度可调式排放口，便于调节底部蓄水高度；渗排管上层铺设细砂作为砂滤层，增加渗透性能；沟渠表层为添加生物碳的改性土壤，由原状土、细砂和生物碳混合而成；同时在沟渠表层入水端和出水端分别铺设缓冲卵石，以防土壤侵蚀，并于表层中段每隔一定间距设置底部开孔的穿孔滤管，穿孔滤管内填充由土工布包裹的生物碳，穿孔滤管顶部覆有滤网，以防堵塞；沟区出口缓冲卵石前端设有双层阻流堰，堰板上部设有孔口，堰板夹层中填充由土工布包裹的生物碳，堰体顶部和出口处均设有滤网，分别起到防止阻塞和过滤植物残体的作用。该沟渠系统的整体布设沿流向俯瞰方向，穿孔滤管均匀布设于沟渠内，呈等距排列。

综上所述，本发明一种降低集约化农区面源污染的生物碳改良的农田排水沟渠的方法，该方法具体步骤如下：

步骤一：开挖排水沟渠。可在原有排水沟渠基础上进行改良或根据场地条件重新选址，挖掘时应先开挖出适宜尺寸的梯形排水沟渠，随后以沟渠底部为挖掘宽度，继续下挖预定深度，用于安放渗排龙。

步骤二：布设渗排龙。渗排龙在埋设之前，应先将土工布缠绕于渗排龙表面，保证生物碳不会透过土工布而流失，再利用土工布将生物碳包裹于已缠绕好的渗排龙外层，形成生物碳滤层；渗排龙的安放位置应尽可能靠近沟渠中轴线，使土壤渗流尽可能多的汇入渗排龙之中。

步骤三：设置有盖可调式排放口。在渗排龙出口处，将有盖可调式排放口与之相连接，为防止渗漏，可在连接空隙处用水泥或发泡剂进行填塞。

步骤四：设置砂滤层。渗排龙布置完毕后，用细砂覆盖渗排龙，作为砂滤层，起到蓄水和快滤的效果。并用水夯夯实，防止塌陷。

步骤五：制备穿孔滤管。选择适宜尺寸的PVC管，PVC地下部分由下至上在其侧壁开孔，并在穿孔滤管内壁缠绕土工布，同时穿孔滤管底部也用土工布包裹，形成具有通透性的管体，随后利用生物碳填充穿孔滤管，并于管口处设置滤网，从而形成完整的垂向净化系统。

步骤六：制备双层阻流堰。双层阻流堰由硬质PVC板构成，孔口在堰板前后两侧由顶部至堰口均匀布设，双层阻流堰内部及底部均包裹土工布，土工布内填充生物碳，堰顶覆盖土工布，防止生物碳流失，后端堰口处设有滤网，用以截留植物残体。

步骤七：填充改良土壤。在砂滤层上方铺设土工布，填充5～10cm深改良土壤，随后将双层阻流堰和穿孔滤管置于指定位置，继续填充改良土壤直至达到设定高度，最后用水夯实，形成完整的生物碳改良的农田排水沟渠。

其中，步骤一中排水沟渠的长度以20～30m为宜，其梯形断面的上底宽度以1.2～1.8m为宜，下底宽度以0.6～1.0m为宜，高度以0.3～0.5m为宜，沿沟渠底宽的继续下挖深度以0.5～0.6m为宜。

其中，步骤二中渗排龙的具体尺寸的应根据当地土壤的渗透性能进行选择，一般外径应在0.1～0.3m之间，生物碳的填充厚度应在2～5cm为宜，农田出流量大、水质差的地区可酌情增加填充厚度。

其中，步骤三中有盖可调式排放口由硬质PVC构成，其底部设有放空口，前侧等间距设置排水口，排水口直径为3～5cm，上下两个排水口间距为10cm。后侧设置圆形的渗排龙连接口，用于连接渗排龙，其直径略大于渗排龙管径与生物碳滤层厚度之和。

其中，步骤四中细砂粒径为0.5～2mm，砂滤层顶部距渗排龙顶部5～10cm。

其中，步骤五中的穿孔滤管沿沟渠流向布设，每5～10m布设一排，每排布设2～3根，相邻两根穿孔滤管之间距离为0.2～0.3m。穿孔滤管的直径以4-6cm为宜，穿孔滤管地上部分的长度约为植株高度的2/3～1，地下部分长度为20～30cm为宜，同时穿孔滤管底部距离砂滤层应保持5cm～10cm的距离，以保证出水效果；孔口直径为1cm，沿圆周均匀布设，上下层孔口圆心间距为5cm，穿孔滤管内生物碳与管口应保持3～5cm余量，使径流顺利入渗。

其中，步骤六中的双层阻流堰堰口为90°直角，堰体宽度以大于沟渠梯顶宽5～10cm为宜，堰体厚度以10-20cm为宜,堰体高度应满足如下要求：堰顶距沟渠顶部应保持5-10cm的距离，堰底端距离砂滤层应保持5～10cm的距离。堰板上的孔口均应位于堰口以上，孔口直径为1cm。

其中，步骤七中的改良土壤由粘土、生物碳和细砂按85:10:5的预定比例均匀混合而成，生物碳以玉米芯、玉米秆、大豆秸秆和水稻秸秆作为原料，在400～500℃中温条件下，采用缺氧控温碳化法制备而成，改良土壤的填充深度以20～30cm为宜；穿孔滤管每排布设2～3根，管间距以0.2～0.3m为宜，排间距以5～10m为宜。

3、优点及功效：本发明的有益效果：

本发明所述的改良型排水沟渠，以生物碳作为土壤改良剂和滤料，为秸秆等农业废弃物提供了有效的利用途径，有助于形成新的秸秆利用产业，减少秸秆焚烧带来的污染，且农田排水沟渠紧邻秸秆产地，减少了因异地处理而导致的高昂运输成本。

本发明所述的改良型排水沟渠，从上到下设置了由生物碳、生物碳改良土壤、砂滤层及生物碳构成的多重垂向净化结构，可有效净化农田径流，防止因单一滤层净化不彻底对环境造成的污染，同时也有效预防了农田径流的下行淋洗效应对地下水造成的污染。

本发明所述的改良型排水沟渠，可对底部渗排龙的出流流量进行调节，在耕种季节可作为储水单元，回灌农田，充分提高了农田灌溉用水的利用效率，同时也也有利于农田径流的下渗，进而补充地下水，缓解因超采地下水而导致的环境问题。

本发明所述的改良型排水沟渠在设计时，充分考虑了农田径流水质、水量的波动特征，针对不同的产流事件均可发挥良好的控制效果：在小流量事件中，径流由经改良土壤、砂滤层和生物碳层的充分过滤作用，得到充分的净化；流量继续增加时，径流可通过穿孔滤管的快滤作用实现强化渗透和保障水质的双重目标；在极端产流事件中，双层阻流堰可通过表层孔口的水平过滤作用和垂向的渗透作用继续发挥水质净化作用，有效减少营养物质的流失。

【附图说明】

图1为本发明的改良型农田排水沟渠的俯视图。图中1为石子缓冲带，2排水沟渠边坡，3为穿孔滤管，4为双层阻流堰，5有盖可调式排放口。

图2为改良型农田排水沟渠的剖面图。图中1为石子缓冲带，2为排水沟渠边坡，3为穿孔滤管，4为双层阻流堰，5为有盖可调式排放口，6为孔口，7为生物碳，8为滤网，9为土工布，10为渗排龙，11为改良土，12为砂滤层，13为原状土,14为水面。

图3为改良型农田排水沟渠断面图。图中1为石子缓冲带，4为双层阻流堰堰体，6为孔口，7为生物碳，8为滤网，9为土工布，10为渗排龙，11为改良土，12为砂滤层，13为原状土。

图4为改良型农田排水沟渠断面图。图中3为穿孔滤管，6为孔口，7为生物碳，8为滤网，9为土工布，10为渗排龙，11为改良土，12为砂滤层，13为原状土。

图5为双层阻流堰细部特征图。图中6为孔口，其内部、上底和下底均由土工布9包裹。

图6为可调式排放口吸附特征图。图中15为盖板，16为排水口，17为放空口，18为渗排龙的连接口。

【具体实施方式】

见图1—图6，下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。

本发明一种降低集约化农区面源污染的生物碳改良的农田排水沟渠的方法，该方法具体步骤如下：

步骤一：开挖排水沟渠。可在原有排水沟渠基础上进行改良或根据场地条件从新选址，挖掘时应先开挖出适宜尺寸的梯形排水沟渠，随后以沟渠底部为挖掘宽度，继续下挖一定深度，用于安放渗排龙10。

步骤二：布设渗排龙10。渗排龙10在埋设之前，应先将土工布9缠绕于渗排龙10表面，保证生物碳7不会透过土工布9而流失，再利用土工布9将生物碳7包裹于已缠绕好的渗排龙10外层，形成生物碳滤层；渗排龙10的安放位置应尽可能靠近沟渠中轴线，使土壤渗流尽可能多的汇入渗排龙10之中。

步骤三：设置有盖可调式排放口5。在渗排龙10出口处，将有盖可调式排放口5与之相连接，为防止渗漏，可在连接空隙处用水泥或发泡剂进行填塞。

步骤四：设置砂滤层12。渗排龙10布置完毕后，用细砂覆盖渗排龙10，作为砂滤层12，起到蓄水和快滤的效果。并用水夯夯实，防止塌陷。

步骤五：制备穿孔滤管3。选择适宜尺寸的PVC管，PVC地下部分由下至上在其侧壁开孔，并在穿孔滤管3内壁缠绕土工布9，同时穿孔滤管3底部也用土工布9包裹，形成具有通透性的管体，随后利用生物碳7填充穿孔滤管3，并于管口处设置滤网8，从而形成完成的垂向净化系统。

步骤六：制备双层阻流堰4。双层阻流堰4由硬质PVC板构成，孔口在堰板前后两侧由顶部至堰口均匀布设，双层阻流堰4内部及底部均包裹土工布9，土工布9内填充生物碳7，堰顶覆盖土工布9，防止生物碳7流失，后端堰口处设有滤网8，用以截留植物残体。

步骤七：填充改良土壤。在砂滤层12上方铺设土工布9，填充5～10cm深改良土11，随后将双层阻流堰4和穿孔滤管3置于指定位置，继续填充改良土11直至达到设定高度，最后用水夯实，形成完整的生物碳改良的农田排水沟渠。

具体实施方式1：

一种集约化农区面源污染的生物碳改良的农田排水沟渠的方法，首先在集约化农区耕地旁边开挖一条农田排水沟渠，并在排水沟渠底部铺设一条包裹着生物碳7的渗排龙10。同时将渗排龙10出口端与有盖可调式排水口5相链接，并用发泡剂对接口处的缝隙进行填充。在排水沟渠内，利用细砂覆盖渗排龙10，直至细砂没过渗排龙10顶端一定高度，并用水夯实，形成砂滤层12。在砂滤层12顶部铺设土工布9，覆盖5～10cm厚的改良土11，之后将填充好生物碳的双层阻流堰4及穿孔滤管3置于该层改良土11之上，并用改良土11填充剩余空间，水夯夯实，形成改良土11。最后在排水沟渠入口及双层阻流堰4后端处铺设石子缓冲带1，形成完整的生物碳改良的农田排水沟渠。所述的生物碳改良的农田排水沟渠长度为30m，沟渠的梯形断面上底为1.8m，下底为1m，深度为0.5m；底部渗排龙10的管径为0.3m，渗排龙外层生物碳滤层的厚度5cm；有盖可调式排放口排放管的直径为5cm，管间距为10cm；砂滤层12所选细砂粒径为2mm，砂滤层顶部距渗排龙顶部10cm；穿孔滤管3沿沟渠流向布设，每10m布设一排，每排布设3根，相邻两根穿孔滤管3之间距离为0.3m。滤管直径为6cm，其地上部分高度为沟渠植被高度，地下部分长30cm，孔口直径为1cm，两层孔口之间距离为5cm，生物碳滤料距穿孔滤管3顶部距离为5cm；双层阻流堰4堰口为90°直角，堰体宽度大于沟渠顶宽10cm，堰体厚度为20cm，同时堰体顶部距沟渠顶端为10cm，堰体底部距砂滤层1210cm，堰板孔口6直径为1cm；改良土11的填充深度30cm，改良土11由粘土、生物碳和细砂按85:10:5的预定比例均匀混合而成，生物碳7以玉米芯、玉米秆、大豆秸秆和水稻秸秆作为原料，在400～500℃中温条件下，采用缺氧控温碳化法制备而成。

通过以下实施例验证本发明的有益效果。

实例位于三江平原东北部的集约化耕作农区，选取面积约1公顷的玉米旱田旁的农田排水沟渠为实施对象。该排水沟渠为梯形，上底1.2m，下底0.6m,深度0.4m，沟渠总长约30m，符合改良型排水沟渠的设计要求。以排水沟渠底宽0.6m为基准，在其底部开挖一个规格为长*宽*高为30*0.6*0.6m³的底槽。开挖完毕后将直径150mm，外层用土工布9包裹着4cm生物碳滤层的渗排龙10置于底槽中轴线处。安置完毕后，将有盖可调式排放口5后侧的直径为240mm的渗排龙连接口18与渗排龙10的出口相连，并利用发泡剂对孔隙进行填充。有盖可调式排放口5前侧共设置三个排水口16，底部设一个放空口17，排水口16的直径为5cm，间距为10cm。用粒径1mm的细砂覆盖渗排龙10，直至砂滤层12顶部与槽底间距30cm，水夯夯实，形成砂滤层12。随后在砂滤层12顶部铺设土工布9，并将5cm厚的粘土：细砂：生物碳＝85:10:5的改良土11覆于土工布9表面，夯实之后。将高55cm，宽130cm，厚10cm双层阻流堰4置于排水沟渠末端，并用土工布9包裹其底部和内部，随后填充生物碳7，利用土工布9包裹其顶部，防止生物碳7流失，双层阻流堰4的堰口为90°直角，堰板上孔口6直径为1cm。在排水沟渠5m、10m、15m、20m及25m长度处分别布设一排穿孔滤管3，每排三根，相邻两根穿孔滤管3间距0.3m，穿孔滤管3高40cm，直径5cm，其底部20-40cm长度表面开有孔口6，孔口6直径为1cm，沿圆周均匀布设，上下层孔口圆心间距为5cm，穿孔滤管3内表面及底端均包有土工布9，顶端包有滤网8，穿孔滤管3内填充37cm高生物碳7。穿孔滤管3及双层阻流堰4安放完毕后，继续向底槽填充改良土11，直至达到30cm的设定高度，水夯夯实。在排水沟渠入口端及双层阻流堰4堰口出水处分别铺设缓冲碎石，以防冲刷。最后在排水沟渠表层种植一定量的本土植被，并浇水养护一个月。本案例中所用生物碳7以玉米秆作为原料，在450度条件下缺氧加热而得。

本案例中按照上述方法涉及的改良型农田排水沟渠对集约化农区的田间径流有着良好的控制效果，其对径流的年削减率达到90％，表层出水中：沟渠对阿特拉津的吸附率达到72％，对重金属铅的去除率高达90％，对有机磷去除率高达92％。底部排放口出水中：沟渠对阿特拉津的吸附率达到95％，而Pb和有机磷农药的含量均低于方法检出限，由此可以得出垂向净化效果对集约化农区的农田径流起到良好的控制效果。

Claims (8)

1.一种降低集约化农区面源污染的生物碳改良的农田排水沟渠的方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

步骤一：开挖排水沟渠；在原有排水沟渠基础上进行改良或根据场地条件重新选址，挖掘时应先开挖出适宜尺寸的梯形排水沟渠，随后以沟渠底部为挖掘宽度，继续下挖预定深度，用于安放渗排龙；

步骤二：布设渗排龙；渗排龙在埋设之前，应先将土工布缠绕于渗排龙表面，保证生物碳不会透过土工布而流失，再利用土工布将生物碳包裹于已缠绕好的渗排龙外层，形成生物碳滤层；渗排龙的安放位置应尽可能靠近沟渠中轴线，使土壤渗流尽可能多的汇入渗排龙之中；

步骤三：设置有盖可调式排放口；在渗排龙出口处，将有盖可调式排放口与之相连接，为防止渗漏，在连接空隙处用水泥或发泡剂进行填塞；

步骤四：设置砂滤；渗排龙布置完毕后，用细砂覆盖渗排龙，作为砂滤层，起到蓄水和快滤的效果，并用水夯夯实，防止塌陷；

步骤五：制备穿孔滤管；选择适宜尺寸的PVC管，PVC地下部分由下至上在其侧壁开孔，并在穿孔滤管内壁缠绕土工布，同时穿孔滤管底部也用土工布包裹，形成具有通透性的管体，随后利用生物碳填充穿孔滤管，并于管口处设置滤网，从而形成完整的垂向净化系统；

步骤六：制备双层阻流堰；双层阻流堰由硬质PVC板构成，孔口在堰板前后两侧由顶部至堰口均匀布设，双层阻流堰内部及底部均包裹土工布，土工布内填充生物碳，堰顶覆盖土工布，防止生物碳流失，后端堰口处设有滤网，用以截留植物残体；

步骤七：填充改良土壤；在砂滤层上方铺设土工布，填充5～10cm深改良土壤，随后将双层阻流堰和穿孔滤管置于指定位置，继续填充改良土壤直至达到设定高度，最后用水夯实，形成完整的生物碳改良的农田排水沟渠。

2.根据权利要求1所述的一种降低集约化农区面源污染的生物碳改良的农田排水沟渠的方法，其特征在于：步骤一中排水沟渠的长度为20～30m，其梯形断面的上底宽度为1.2～1.8m，下底宽度为0.6～1.0m，高度为0.3～0.5m，沿沟渠底宽的继续下挖深度为0.5～0.6m。

3.根据权利要求1所述的一种降低集约化农区面源污染的生物碳改良的农田排水沟渠的方法，其特征在于：步骤二中渗排龙的具体尺寸，应根据当地土壤的渗透性能进行选择，一般外径应在0.1～0.3m之间，生物碳的填充厚度应在2～5cm为宜，农田出流量大、水质差的地区要酌情增加填充厚度。

4.根据权利要求1所述的一种降低集约化农区面源污染的生物碳改良的农田排水沟渠的方法，其特征在于：步骤三中有盖可调式排放口由硬质PVC构成，其底部设有放空口，前侧等间距设置排水口，排水口直径为3～5cm，上下两个排水口间距为10cm，后侧设置圆形的渗排龙连接口，用于连接渗排龙，其直径略大于渗排龙管径与生物碳滤层厚度之和。

5.根据权利要求1所述的一种降低集约化农区面源污染的生物碳改良的农田排水沟渠的方法，其特征在于：步骤四中细砂粒径为0.5～2mm，砂滤层顶部距渗排龙顶部5～10cm。

6.根据权利要求1所述的一种降低集约化农区面源污染的生物碳改良的农田排水沟渠的方法，其特征在于：步骤五中穿孔滤管沿沟渠流向布设，每5～10m布设一排，每排布设2～3根，相邻两根穿孔滤管之间距离为0.2～0.3m；穿孔滤管的直径以4-6cm为宜，穿孔滤管地上部分的长度约为植株高度的2/3～1，地下部分长度为20～30cm为宜，同时穿孔滤管底部距离砂滤层应保持5cm～10cm的距离，以保证出水效果；孔口直径为1cm，沿圆周均匀布设，上下层孔口圆心间距为5cm，穿孔滤管内生物碳与管口应保持3～5cm余量，使径流顺利入渗。

7.根据权利要求1所述的一种降低集约化农区面源污染的生物碳改良的农田排水沟渠的方法，其特征在于：步骤六中的双层阻流堰堰口为90°直角，堰体宽度以大于沟渠梯顶宽5～10cm为宜，堰体厚度以10-20cm为宜,堰体高度应满足如下要求：堰顶距沟渠顶部应保持5-10cm的距离，堰底端距离砂滤层应保持5～10cm的距离，堰板上的孔口均应位于堰口以上，孔口直径为1cm。

8.根据权利要求1所述的一种降低集约化农区面源污染的生物碳改良的农田排水沟渠的方法，其特征在于：步骤七中的改良土壤由粘土、生物碳和细砂按85:10:5的预定比例均匀混合而成，生物碳以玉米芯、玉米秆、大豆秸秆和水稻秸秆作为原料，在400～500℃中温条件下，采用缺氧控温碳化法制备而成，改良土壤的填充深度以20～30cm为宜；穿孔滤管每排布设2～3根，管间距以0.2～0.3m为宜，排间距以5～10m为宜。