(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 110104779 A(43)申请公布日 2019.08.09
(21)申请号 201910248329.2(22)申请日 2019.03.29
(71)申请人 浙江农林大学
地址 310000 浙江省杭州市临安区武肃街
666号(72)发明人 曹玉成 徐坚 蔡飞翔 张肖剑
庄倩倩 胡玉梅 (74)专利代理机构 浙江杭知桥律师事务所
33256
代理人 王梨华 陈丽霞(51)Int.Cl.
C02F 3/32(2006.01)C02F 3/34(2006.01)E02B 11/00(2006.01)
权利要求书2页 说明书6页 附图1页
CN 110104779 A(54)发明名称
一种农田氮磷生态拦截沟渠系统的构建方法
(57)摘要
本发明涉及农业面源污染防治领域，公开一种农田氮磷生态拦截沟渠系统的构建方法，包括工程措施和生态措施，工程措施包括以下措施：设有一道沟渠(4)，在农田排水口处设有水位调节积泥池(1)；在沟渠(4)的底部设有低位生态坝(2)；在低位生态坝(2)下游的沟渠底部设有下沉式生态净化池(3)；生态措施包括以下措施：在沟渠(4)底部种植优势沉水植物(41)；向沟渠(4)中投加底栖软体动物(42)；在沟渠(4)埂上种植防控病虫害的草本植物。本发明利用生态和工程措施的配合，防止农田水土流失和沟渠淤积，确保沟渠维持一定的生态水位，强化沟渠对农田退水的污染拦截能力，同时也有利于维系农田沟渠的生物多样性且实施的成本低。
CN 110104779 A
权 利 要 求 书
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1.一种农田氮磷生态拦截沟渠系统的构建方法，包括工程措施和生态措施，其特征在于：
工程措施包括以下措施：设有一道沟渠(4)，在通向沟渠(4)的农田排水口处设有水位调节积泥池(1)；在沟渠(4)的底部每间隔50～200m设置一座低位生态坝(2)；在低位生态坝(2)下游的沟渠底部设有下沉式生态净化池(3)；
生态措施包括以下措施：在沟渠(4)底部种植优势沉水植物(41)；向沟渠(4)中投加底栖软体动物(42)；在沟渠(4)埂上种植用于防控病虫害的草本植物。
2.根据权利要求1所述的一种农田氮磷生态拦截沟渠系统的构建方法，其特征在于：低位生态坝(2)的坝顶高程与其上一级低位生态坝所处位置的沟底高程相等，低位生态坝(2)由单层或多层生态袋(21)堆叠而成，生态袋(21)为植物根系可透过生长的土工布缝制而成的生态袋，生态袋(21)中填装有植物繁殖体和复合基质。
3.根据权利要求2所述的一种农田氮磷生态拦截沟渠系统的构建方法，其特征在于：植物繁殖体为多年生湿生挺水植物或水生挺水植物的种子、块根、块茎、球茎、鳞茎中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的一种农田氮磷生态拦截沟渠系统的构建方法，其特征在于：复合基质是由以下质量百分比的组分组成：
沟渠淤泥：30～40％；火山石粉：20～28％；原生蛭石粉：20～30％；白云石颗粒：20～30％。
5.根据权利要求1所述的一种农田氮磷生态拦截沟渠系统的构建方法，其特征在于：水位调节积泥池(1)内设有进水口(11)和出水口(12)，进水口(11)与农田田块排水口连通并接入农田排水，出水口(12)装有“L”形的可调式出水管，可调式出水管包括横管和竖管，横管的管口与排水沟渠连通，竖管左右移动调节农田水位。
6.根据权利要求1所述的一种农田氮磷生态拦截沟渠系统的构建方法，其特征在于：下沉式生态净化池(3)通过活动隔板(31)分隔成第一净化池和第二净化池，活动隔板(31)为单个或两个相平行的活动隔板，可向上移动活动隔板(31)抬高沟渠(4)上游水位使沟渠(4)水流流经下沉式生态净化池(3)的内部，或者向下移动活动隔板(31)至下沉式生态净化池(3)的底部以阻断沟渠(4)水流流经下沉式生态净化池(3)内部。
7.根据权利要求6所述的一种农田氮磷生态拦截沟渠系统的构建方法，其特征在于：第一净化池的池顶上装有可取出的隔网(32)，第二净化池内的中上部装有可取出的填料床(33)，第二净化池的池壁或池体中安装有可卸取的固定式支撑立管(34)，固定式支撑立管(34)的管体内设有活动式支撑立管(35)，第二净化池的水面上设有生态浮床(36)，生态浮床(36)中设有可套入固定式支撑立管(34)的套环，
8.根据权利要求7所述的一种农田氮磷生态拦截沟渠系统的构建方法，其特征在于：填料床(33)中填装有弹性填料、软性填料、半软性填料中的一种或多种，固定式支撑立管(34)的内径为30～60mm，固定式支撑立管(34)的长度不小于下沉式生态净化池(3)的深度和沟渠(4)常水位水深之和，活动式支撑立管(35)的外径小于固定式支撑立管(34)的内径，活动式支撑立管(35)的长度不小于沟渠(4)最高水位水深。
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权 利 要 求 书
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9.根据权利要求7所述的一种农田氮磷生态拦截沟渠系统的构建方法，其特征在于：活动式支撑立管(35)的上端设有防落柄(351)，防落柄(351)的长度不小于生态浮床(36)套环的内径。
10.根据权利要求1所述的一种农田氮磷生态拦截沟渠系统的构建方法，其特征在于：优势沉水植物(41)为苦草、黑藻、菹草和金鱼藻中的一种或多种；底栖软体动物(42)为田螺、河蟹、河蚬和河蚌中的一种或多种；草本植物为香根草、三叶草、波斯菊、硫华菊和向日葵中一种或多种。
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说 明 书
一种农田氮磷生态拦截沟渠系统的构建方法
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技术领域
[0001]本发明涉及农业面源污染防治领域，尤其涉及一种农田氮磷生态拦截沟渠系统的构建方法。
背景技术
[0002]农田面源污染防治已变成我国当今水污染防治工作所面临的一项重要内容，也成为了我国农业可持续发展的重大课题。2015年4月国务院出台的《水污染防治行动计划》和2015年5月由农业部、国家发展改革委、科技部等国家部委联合发布了《全国农业可持续发展规划(2015-2030年)》，明确提出要全面加强农业面源污染防控。[0003]不同于工业废水、城市生活污水等点源污染，农田面源污染面广、量大，污染主体较多，污染发生的时间和空间具有较大的随机性，污染物不仅包括氮、磷等无机污染物，还包括农药带来的有机污染。因此，遵循农田面源污染特征，农田面源污染治理除了需要从源头上减少化肥、农药用量与灌溉用水以外，还需要采取行之有效的技术措施对农田排水进行过程拦截处理。[0004]近年来，我国不少地区开始尝试采用生态拦截沟渠、人工湿地、生态塘等技术治理农田面源污染，其中生态拦截沟渠技术不需要额外占用土地，维护管理简单，建设成本较低，也容易为农民所接受，因而受到额外重视。然而，现行的生态沟渠技术普通存在拦截设施构建不合理，如沟渠中设置的潜流坝、过滤吸附床、生态净化筒等污染拦截设施设计过多，高度过高，对沟渠的排水产生十分不利的影响，沟渠的排水标准也因此很难达到我国现行的《农田排水工程技术规范》的要求。
[0005]申请号CN201210303211.3为发明专利，公开了一种采用护坡技术的农田生态拦截沟渠及其构建方法。该沟渠横断面为倒梯形，沟底为预制多孔板，孔洞呈“S”型交错布置，孔内种植本地多年生水生植物；沟壁土体夯实后贴土铺设三维植物网并加盖预制多孔板，该板中上部分平行均布若干孔洞，孔内种植狗牙根复播黑麦草；进水端设格栅，出水端设可控排水闸门。通过植物种植孔的合理布设，并利用根系、植被网的锚固作用达到沟渠结构稳定。本发明的生态拦截沟渠，结构稳固，其结构稳定性基本能达到设施粮田建设的混凝土沟渠结构强度，可有效抵御农田排水水力侵蚀，同时可有效拦截农田特别是旱地排水中的悬浮物、氮磷等。但是发明存在建造高成本高(采用预制多孔板构筑)、沟渠底泥淤积严重(如排水口处水土流失)、生态水位难以保障(旱季水生植物难以存活)、污染拦截净化能力不足(主要依靠水生植物)、维护管理不便(如可控排水闸门需要根据农田季节排水特征手工控制)等问题。
发明内容
[0006]本发明针对现有技术中建造成本高、沟渠易淤积、生态水位难以保障、技术集成度低、污染拦截净化能力不足的缺点，提供一种农田氮磷生态拦截沟渠系统的构建方法。[0007]为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
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说 明 书
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一种农田氮磷生态拦截沟渠系统的构建方法，包括工程措施和生态措施，工程措
施包括以下措施：设有一道沟渠，在通向沟渠的农田排水口处设有水位调节积泥池；在沟渠的底部每间隔50～200m设置一座低位生态坝；在低位生态坝下游的沟渠底部设有下沉式生态净化池；
[0009]生态措施包括以下措施：在沟渠底部种植优势沉水植物；向沟渠中投加底栖软体动物；在沟渠埂上种植用于防控病虫害的草本植物。[0010]作为优选，低位生态坝的坝顶高程与其上一级低位生态坝所处位置的沟底高程相等，低位生态坝由单层或多层生态袋堆叠而成，生态袋为植物根系可透过生长的土工布缝制而成的生态袋，生态袋中填装有植物繁殖体和复合基质。本发明低位生态坝采用生态袋填装复合基质和植物繁殖体的方式构造而成，施工作业简单易行，植物成活率高，建造成本低，所采用的复合基质是由沟渠淤泥、火山石粉、原生蛭石粉和白云石颗粒按一定比例混合制备而成，所配入的白云石在沟渠淤泥所含有的微生物的作用下，可缓慢释放出能够与氮、磷物质快速反应的活性镁和活性钙，并形成碱性环境，有利于氨氮和可溶性磷的吸附，从而促进火山石粉和原生蛭石粉对氮、磷物质的吸附。[0011]作为优选，植物繁殖体为多年生湿生挺水植物或水生挺水植物的种子、块根、块茎、球茎、鳞茎中的一种或多种。[0012]作为优选，复合基质是由以下质量百分比的组分组成：[0013]沟渠淤泥：30～40％；[0014]火山石粉：20～28％；[0015]原生蛭石粉：20～30％；[0016]白云石颗粒：20～30％。[0017]作为优选，水位调节积泥池内设有进水口和出水口，进水口与农田田块排水口连通并接入农田排水，出水口装有“L”形的可调式出水管，可调式出水管包括横管和竖管，横管的管口与排水沟渠连通，竖管左右移动调节农田水位。在农田排水口处设置水位调节积泥池，并在积泥池出水口装有可调式出水管，该技术措施不仅可以防止农田排水口水土流失，还可以通过左右移动管道调节农田水位，从而节省灌溉用水，减少养分流失，从源头上减少农田面源污染。[0018]作为优选，下沉式生态净化池通过活动隔板分隔成第一净化池和第二净化池，活动隔板为单个或两个相平行的活动隔板，可向上移动活动隔板抬高沟渠上游水位使沟渠水流流经下沉式生态净化池的内部，或者向下移动活动隔板至下沉式生态净化池的底部以阻断沟渠水流流经下沉式生态净化池内部。下沉式生态净化池中采用活动隔板控调水流流向和水位，在农田排涝期，可将活动隔板下移至下沉式生态净化池的底部，隔断水流进入第二净化池内部，从而有效地保护了生物填料床免受急流冲击破坏，在农田灌溉期或退水期(此时污染较重)，可将活动隔板上移，抬高沟渠上游水位，迫使沟渠水流流向第二净化池内部，从而发挥生物填料床的净化功能。[0019]作为优选，第一净化池的池顶上装有可取出的隔网，第二净化池内的中上部装有可取出的填料床，第二净化池的池壁或池体中安装有可卸取的固定式支撑立管，固定式支撑立管的管体内设有活动式支撑立管，第二净化池的水面上设有生态浮床，生态浮床中设有可套入固定式支撑立管的套环。沟渠底部深挖设置下沉式生态净化池，并在该净化池中
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说 明 书
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集成配装了可取出的生物填料床、生态浮床、固液分离的隔网等经济实用的工艺设施，不仅可以拦截净化污染，还可以储存富集沟渠生物，形成生物蓄积库，有利于维系农田沟渠的生物多样性。
[0020]作为优选，填料床中填装有弹性填料、软性填料、半软性填料中的一种或多种，固定式支撑立管的内径为30-60mm，固定式支撑立管的长度不小于下沉式生态净化池的深度和沟渠常水位水深之和，活动式支撑立管的外径小于固定式支撑立管的内径，活动式支撑立管的长度不小于沟渠最高水位水深。[0021]作为优选，活动式支撑立管的上端设有防落柄，防落柄的长度不小于生态浮床套环的内径。
[0022]作为优选，优势沉水植物为苦草、黑藻、菹草和金鱼藻中的一种或多种；底栖软体动物为田螺、河蟹、河蚬和河蚌中的一种或多种；草本植物为香根草、三叶草、波斯菊、硫华菊和向日葵中一种或多种。
[0023]本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：本发明从农田沟渠整体角度采用在沟渠底部种植沉水植物、在沟渠埂上种植具备病虫害绿色防控的草本植物、向沟体中投放底栖软体动物等简单易行的生态措施，同时在农田排水口处设置水位调节积泥池，并在沟渠内设置低位生态坝和下沉式生态净化池，这些生态和工程技术措施的集成与配合，可有效防止农田水土流失和沟渠淤积，确保沟渠维持一定的生态水位，从而快速形成结构相对完整的农田生态沟渠系统，进而强化沟渠对农田退水的污染拦截能力，同时也有利于维系农田沟渠的生物多样性。本发明所提供的农田氮磷生态拦截沟渠系统的构建方法，所采用的材料廉价易得(如植物、底栖软体动物、沟渠淤泥、火山石粉、原生蛭石粉、白云石、生物填料)，材料的制备和应用加工工序简单易行(如复合基质、植物繁殖体、生态袋)，主要功能设施的构筑作业和后期维护管理也十分简单(如采用生态袋堆叠成低位生态坝；用生物填料床、生态浮床和隔网配装成生态净化池)，因而建设和维护成本低。附图说明
[0024]图1是发明的结构示意图。
[0025]图2是水位调节积泥池的结构示意图。
[0026]以上附图中各数字标号所指代的部位名称如下：其中，1—水位调节积泥池、2—低位生态坝、3—下沉式生态净化池、4—沟渠、11—进水口、12—出水口、21—生态袋、31—活动隔板、32—隔网、33—填料床、34—固定式支撑立管、35—活动式支撑立管、36—生态浮床、41—优势沉水植物、42—底栖软体动物、351—防落柄。具体实施方式
[0027]下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。[0028]实施例1
[0029]一种农田氮磷生态拦截沟渠系统的构建方法，如图1-2所示，包括工程措施和生态措施，
[0030]工程措施包括以下措施：设有一道沟渠4，在通向沟渠4的农田排水口处设有水位调节积泥池1；在沟渠4的底部每间隔125m设置一座低位生态坝2；在低位生态坝2下游的沟
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渠底部设置一座下沉式生态净化池3；[0031]生态措施包括以下措施：在沟渠4底部种植优势沉水植物41；向沟渠4中投加底栖软体动物42；在沟渠4埂上种植用于防控病虫害的草本植物。
[0032]低位生态坝2的坝顶高程与其上一级低位生态坝所处位置的沟底高程相等，低位生态坝2由单层或多层生态袋21堆叠而成，生态袋21为植物根系可透过生长的土工布缝制而成的生态袋，生态袋21中填装有植物繁殖体和复合基质。[0033]植物繁殖体为多年生水生挺水植物的种子、块根、块茎、球茎、鳞茎。[0034]复合基质是由以下质量百分比的组分组成：[0035]沟渠淤泥：36％；[0036]火山石粉：14％；[0037]原生蛭石粉：25％；[0038]白云石颗粒：25％。
[0039]水位调节积泥池1内设有进水口11和出水口12，进水口11与农田田块排水口连通并接入农田排水，出水口12装有“L”形的可调式出水管，可调式出水管包括横管和竖管，横管的管口与排水沟渠连通，竖管左右移动调节农田水位。
[0040]下沉式生态净化池3通过活动隔板31分隔成第一净化池和第二净化池，活动隔板31为单个或两个相平行的活动隔板，可向上移动活动隔板31抬高沟渠4上游水位使沟渠4水流流经下沉式生态净化池3的内部，或者向下移动活动隔板31至下沉式生态净化池3的底部以阻断沟渠4水流流经下沉式生态净化池3内部。[0041]第一净化池的池顶上装有可取出的隔网32，第二净化池内的中上部装有可取出的填料床33，第二净化池的池壁或池体中安装有可卸取的固定式支撑立管34，固定式支撑立管34的管体内设有活动式支撑立管35，第二净化池的水面上设有生态浮床36，生态浮床36中设有可套入固定式支撑立管34的套环。[0042]填料床33中填装有弹性填料、软性填料，固定式支撑立管34的内径为45mm，固定式支撑立管34的长度不小于下沉式生态净化池3的深度和沟渠4常水位水深之和，活动式支撑立管35的外径小于固定式支撑立管34的内径，活动式支撑立管35的长度不小于沟渠4最高水位水深。
[0043]活动式支撑立管35的上端设有防落柄351，防落柄351的长度不小于生态浮床36套环的内径。
[0044]优势沉水植物41为苦草、黑藻、菹草和金鱼藻；底栖软体动物42为田螺、河蟹、河蚬和河蚌；草本植物为香根草、三叶草、波斯菊、硫华菊和向日葵。[0045]实施例2
[0046]一种农田氮磷生态拦截沟渠系统的构建方法，如图1-2所示，包括工程措施和生态措施，
[0047]工程措施包括以下措施：设有一道沟渠4，在通向沟渠4的农田排水口处设有水位调节积泥池1；在沟渠4的底部每间隔50m设置一座低位生态坝2；在低位生态坝2下游的沟渠底部设置一座下沉式生态净化池3；[0048]生态措施包括以下措施：在沟渠4底部种植优势沉水植物41；向沟渠4中投加底栖软体动物42；在沟渠4埂上种植用于防控病虫害的草本植物。
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低位生态坝2的坝顶高程与其上一级低位生态坝所处位置的沟底高程相等，低位
生态坝2由单层或多层生态袋21堆叠而成，生态袋21为植物根系可透过生长的土工布缝制而成的生态袋，生态袋21中填装有植物繁殖体和复合基质。[0050]植物繁殖体为多年生湿生挺水植物的种子、块根、块茎、球茎、鳞茎。[0051]复合基质是由以下质量百分比的组分组成：[0052]沟渠淤泥：30％；[0053]火山石粉：20％；[0054]原生蛭石粉：20％；[0055]白云石颗粒：30％。
[0056]水位调节积泥池1内设有进水口11和出水口12，进水口11与农田田块排水口连通并接入农田排水，出水口12装有“L”形的可调式出水管，可调式出水管包括横管和竖管，横管的管口与排水沟渠连通，竖管左右移动调节农田水位。
[0057]下沉式生态净化池3通过活动隔板31分隔成第一净化池和第二净化池，活动隔板31为单个或两个相平行的活动隔板，可向上移动活动隔板31抬高沟渠4上游水位使沟渠4水流流经下沉式生态净化池3的内部，或者向下移动活动隔板31至下沉式生态净化池3的底部以阻断沟渠4水流流经下沉式生态净化池3内部。[0058]第一净化池的池顶上装有可取出的隔网32，第二净化池内的中上部装有可取出的填料床33，第二净化池的池壁或池体中安装有可卸取的固定式支撑立管34，固定式支撑立管34的管体内设有活动式支撑立管35，第二净化池的水面上设有生态浮床36，生态浮床36中设有可套入固定式支撑立管34的套环。[0059]填料床33中填装有弹性填料、软性填料、半软性填料中的一种或多种，固定式支撑立管34的内径为30mm，固定式支撑立管34的长度不小于下沉式生态净化池3的深度和沟渠4常水位水深之和，活动式支撑立管35的外径小于固定式支撑立管34的内径，活动式支撑立管35的长度不小于沟渠4最高水位水深。
[0060]活动式支撑立管35的上端设有防落柄351，防落柄351的长度不小于生态浮床36套环的内径。
[0061]优势沉水植物41为苦草；底栖软体动物42为田螺；草本植物为香根草。[0062]实施例3
[0063]一种农田氮磷生态拦截沟渠系统的构建方法，如图1-2所示，包括工程措施和生态措施，
[0064]工程措施包括以下措施：设有一道沟渠4，在通向沟渠4的农田排水口处设有水位调节积泥池1；在沟渠4的底部每间隔200m设置一座低位生态坝2；在低位生态坝2下游的沟渠底部设置一座下沉式生态净化池3；[0065]生态措施包括以下措施：在沟渠4底部种植优势沉水植物41；向沟渠4中投加底栖软体动物42；在沟渠4埂上种植用于防控病虫害的草本植物。
[0066]低位生态坝2的坝顶高程与其上一级低位生态坝所处位置的沟底高程相等，低位生态坝2由单层或多层生态袋21堆叠而成，生态袋21为植物根系可透过生长的土工布缝制而成的生态袋，生态袋21中填装有植物繁殖体和复合基质。[0067]植物繁殖体为多年生水生挺水植物的种子、块根、块茎、球茎、鳞茎。
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复合基质是由以下质量百分比的组分组成：
[0069]沟渠淤泥：40％；[0070]火山石粉：20％；[0071]原生蛭石粉：20％；[0072]白云石颗粒：20％。
[0073]水位调节积泥池1内设有进水口11和出水口12，进水口11与农田田块排水口连通并接入农田排水，出水口12装有“L”形的可调式出水管，可调式出水管包括横管和竖管，横管的管口与排水沟渠连通，竖管左右移动调节农田水位。
[0074]下沉式生态净化池3通过活动隔板31分隔成第一净化池和第二净化池，活动隔板31为单个或两个相平行的活动隔板，可向上移动活动隔板31抬高沟渠4上游水位使沟渠4水流流经下沉式生态净化池3的内部，或者向下移动活动隔板31至下沉式生态净化池3的底部以阻断沟渠4水流流经下沉式生态净化池3内部。[0075]第一净化池的池顶上装有可取出的隔网32，第二净化池内的中上部装有可取出的填料床33，第二净化池的池壁或池体中安装有可卸取的固定式支撑立管34，固定式支撑立管34的管体内设有活动式支撑立管35，第二净化池的水面上设有生态浮床36，生态浮床36中设有可套入固定式支撑立管34的套环。[0076]填料床33中填装有弹性填料、软性填料、半软性填料中的一种或多种，固定式支撑立管34的内径为60mm，固定式支撑立管34的长度不小于下沉式生态净化池3的深度和沟渠4常水位水深之和，活动式支撑立管35的外径小于固定式支撑立管34的内径，活动式支撑立管35的长度不小于沟渠4最高水位水深。
[0077]活动式支撑立管35的上端设有防落柄351，防落柄351的长度不小于生态浮床36套环的内径。
[0078]优势沉水植物41为菹草和金鱼藻中的一种或多种；底栖软体动物42为河蚬和河蚌中的一种或多种；草本植物为波斯菊、硫华菊和向日葵。[0079]总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
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说 明 书 附 图
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