外加碳源对污水灌溉系统氮素去除和作物生长影响的实验研究

基于土柱实验，对有作物生长条件下的污水灌溉土地处理慢渗系统氮素去除和作物生长状况开展实验研究，探讨在灌溉原污水中添加有机碳对该系统去除氮素和作物生长状况产生的影响作用。实验研究结果表明，随着灌溉原污水中有机碳含量的逐渐增加，污水灌溉土地处理慢渗系统下排的水量有所增大，排水中的氮素（铵态氮、硝态氮、总氮）淋溶量和化学需氧量有所增加，而作物的干物质量和吸氮量则明显下降；增加灌溉原污水中的有机碳含量，会影响污水灌溉土地处理慢渗系统去除氮素的效果和作物生长条件，在增加基于硝化和反硝化作用的除氮量同时，造成作物生长水土环境的改变，导致作物产量显著下降。     

污水土地处理中水田氮素的迁移特征

污水中含有益于作物生长的氮磷和微量元素,故污水土地处理会给作物产量和质量带来好处^[1],但使用的水力负荷率、污染负荷率(即投配水量)过高的话,会引起氮磷等元素迁移,对水环境产生二次污染。在过去同类研究中虽有许多关于土壤除氮效果的报导^[2～4],但绝大多数报导仅限于整个处理系统的去除效果上,很难查寻到有关污水中氮素在不同土壤和土层中氮素迁移的特征,因而影响土地处理场排水暗管设计的性能和采取有效调控方法提高土壤脱氮能力。本文通过对作物型污水土地处理实际运行过程氮的时空分布监测,深入了解水作条件下土壤不同形态氮素迁移特征,为进一步改进污水土地处理设计和提高处理系统的脱氮效果提供基础数据和科学依据。     

商丘啤酒厂污水土地处理与利用

啤酒污水中的污染物为大麦芽、大米、酒花的糟粕及其分解物，是对农作物生长有利的营养成分。在清洗旧瓶时，使用碱及洗涤剂，虽数量不多，但对作物、土壤危害甚大。通过河水土地处理系统，污水水质有明显的改善，进入土地处理场后污水得到进一步净化，水质达到农田灌溉水质标准。实现啤酒污水土地处理，是一个变废为宝，化害为利的过程，既改善、美化、净化了环境，又为灌溉提供了水源，同时又有明显的经济效益和社会效益，是一项多效益的生态工程。     

复式潜流湿地净化生活污水的试验研究

研究了新型复式潜流人工湿地对生活污水的净化效果。在不同水力负荷、季节、曝气方式等条件下经过小试试验,分析了该湿地对污染物净化效果的影响。结果表明,该系统出水水质稳定,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级A标准。在水力负荷184 mm·d-1条件下COD、NH3-N去除率最大分别可达87.2%、68.9%。冬季低温条件下对各类污染物去除率仍大于20%。正交试验分析得知,最佳运行条件是气温28.6℃、水力负荷0.184 m3·m-2·d-1、水力停留时间2.4 d。对比试验表明,采用预曝气方式对湿地净化效果明显优于厌氧处理。     

用溶质运移理论评价污水土地处理系统长期运行的处理效果

美国农业部自然资源保护局所推荐的田间水管理模型(DRAINMOD)在模拟分析污水土地处理系统水力负荷时，只从水力角度出发，根据土壤的入渗、蒸发和排水情况来计算污水灌溉量，对污水的处理效果未加考虑。该文利用溶质运移理论对DRAINMOD模型所模拟的水力过程进行排水出流浓度计算。以西安地区为例的模拟结果表明：随着排水间距减小，水力负荷逐渐增大，处理效果明显变差；该方法还可以用来确定污水土地处理系统达到不同水质标准所要求的污水预处理程度。     

污水慢速渗滤土地处理系统的改进试验研究

传统的污水慢速渗滤土地处理系统以污水的深度处理和利用为主要目标，水力负荷较小。该试验对传统的土地处理系统进行改进，在土壤1 m深处设置排水系统，增大系统水力负荷。试验结果表明，在大水力负荷情况下，改进的污水慢速渗滤土地处理系统对污染物有较好地去除效果，出水水质优良。除总氮外各指标浓度均满足地面水环境Ⅲ类水域水质标准要求。     

河北省污水灌溉农业环境污染经济损失评估

以河北省为例 ,采用市场价值法、人力资本法和工程费用法对污水灌溉所造成的农田土壤、地下水和作物污染及其对人群健康的影响进行经济损失评估 ,研究结果表明 2 0 0 0年河北省污水灌溉造成的环境污染总经济损失为 7.37亿元 ,占农业生产总值的 0 .87% ,其中以人群健康损失所占比重最大 ,占污染总经济损失的 95 .3% ,地下水和作物污染经济损失相对较小 ,故污水灌溉的潜在负面影响 ,尤其是对污灌区人群健康的影响应引起高度重视。     

垂直流人工湿地处理生活污水的试验

通过将强化混凝引入到垂直流人工湿地水质净化系统,从而提高了人工湿地的处理效率。试验证明,该预处理装置的设置降低了湿地负荷,提高了人工湿地对污水的净化效率,特别是对有机污染物有较好的去除效果。改良后的湿地系统对生活污水污染物净化具有良好效果,且运行成本低,适用于土地资源比较丰富、资金紧张的地区。     

污水灌溉对农业环境影响的研究——以石家庄市污水灌溉区为例

通过对石家庄市污水灌溉区污水,农作物,土壤及地下水的现状调查及评价,研究了污水灌溉对农作物、土壤及地下水的影响。结果表明,石家庄市排放的污水水质为有机污染类型,硫化物污染较重,有机物污染中度、重金属类污染较轻;污水泽排污水渠两侧地下水有影响,影响范围为１００￣２００ｍ;该市已用污水灌溉农田４０年,作物（小麦、玉米）籽粒中重金属含量均应低于国家食品重金属限量卫生标准;表层土壤中重金属含量均低于国家土     

生活污水灌溉小白菜的盆栽试验研究

污水水质及灌溉制度是影响污水灌溉安全性的主要因素.盆栽试验设置了两种水质(清水和污水)和4个灌水下限(60?,70?,80?,90?),共8个处理,研究了污灌条件下不同灌水下限对小白菜生长及品质的影响.试验结果表明:生活污水灌溉会造成小白菜轻度减产,植株的硝酸盐含量和叶片叶绿素含量增加,植株重金属累积增加;灌水下限对小白菜生长状况和品质均有较大影响,污水灌溉条件下各项指标随灌水下限变化的变化规律不同于清水灌溉条件,表明污水灌溉的灌水下限不能直接移用清水灌溉的控制指标.综合分析表明污水灌溉80? 灌水下限条件下小白菜有较高的产量、水分利用效率和叶绿素含量,较低的硝酸盐含量和重金属富集,因此选择土壤相对含水率80?以及与此相对应的叶片细胞液浓度9.3%作为污水灌溉的灌水下限指标.     

环渤海低平原农田多水源高效利用机理和技术研究

淡水资源严重匮乏是影响环渤海低平原粮食生产可持续发展的重要限制因素。本文针对该区粮食生产中水分利用效率低、提升潜力巨大,同时该区浅层微咸水资源和降水资源较丰富的现状,以中国科学院南皮生态农业试验站最近3年试验研究结果为基础,综述了在挖掘咸水利用潜力、提高雨水和灌溉水利用效率方面研究工作进展。针对冬小麦夏玉米一年两作种植,研究结果显示品种间产量和水分利用效率(WUE)差异显著,最高和最低品种差异达20%左右,通过选用节水高产品种可显著提升产量和WUE;冬小麦通过拔节期灌溉关键水,在促进地上部生物量积累同时,显著促进地下根系生长,使冬小麦充分利用土壤储水,实现限水灌溉下稳产高效;夏玉米通过缩小行距增大株距的缩行匀播,可提升夏玉米苗期单株作物根系所占土壤体积空间,增加水分养分对作物的有效性,提高夏玉米成苗率和苗期所截获辐射量,比常规种植产量提高10%左右;冬小麦在拔节期利用含盐量不大于4 g×L~(-1)的浅层微咸水替代淡水灌溉,产量与淡水灌溉相同;浅层微咸水替代淡水灌溉并配套土壤有机质提升技术和利用夏季降水淋盐,可实现微咸水灌溉下周年土壤盐分平衡。通过上述措施实施,实现以咸补淡、以淡调盐、多水源互补高效利用,在不影响作物产量条件下可节约深层淡水资源,促进区域灌溉农业可持续发展。     

基于作物模型的农田水分管理决策支持系统研究

初步建立了基于作物模型的农田水分管理决策支持系统(DSSFWM) ,着重阐述了系统的实现原理,包括系统的结构和功能、系统管理决策目标的确立和水分管理决策的机制。以郑州冬小麦生长季水分管理为对象,对当地1991,1992年冬小麦生长季优化灌溉制度决策进行了实例分析。结果表明冬前分蘖期、返青期和拔节期灌三水的灌溉制度兼顾了节水(灌水量少)、高产、高效(效益费用比值较高)的多目标。系统能支持和加强用户对农田水分管理的策略分析和判断效率     

再生水灌区调蓄工程对地下水盐分的影响

为了对再生水灌区调蓄工程选址提供依据,该文通过建立5个不同深度监测井研究了再生水灌区调蓄工程对地下水盐分的影响,再生水经包气带入渗后渗滤液氯离子、全盐、总硬度含量有所增加,12 m包气带厚度对总氮、总磷去除率达到97.3%和99.0%以上,但是渗滤液中全盐、总氮、氮磷、总硬度等含量指标接近地下水背景值,未发现再生水调蓄工程蓄水导致地下水水质发生明显变化,说明研究区域再生水渗滤进入地下水对盐分的影响与其他补给水源的影响效果无显著差异。再生水灌区调蓄工程应建设在具有包气带岩性粗细相间、防污性能较好的区域。     

耕深对土壤物理性质及小麦-玉米产量的影响

为了解不同犁底层破除程度对黄淮海平原农田土壤蓄水保墒、穿透阻力动态变化及作物产量的影响,在山东德州试验基地以冬小麦-夏玉米轮作农田为研究对象,设置4个犁底层厚度处理,分别为犁底层不破除(RT15)、犁底层破除1/3(DL20)、犁底层破除2/3(DL25)和犁底层完全破除(DL40)。结果表明:1)完全或者部分破除犁底层均能够显著降低10~30 cm土层容重和穿透阻力,各处理降低幅度具体表现为DL40DL25DL20RT15。2)DL20、DL25和DL40处理有利于增加降水或灌溉后水分入渗,冬小麦苗期20~70 cm土壤平均含水率分别较RT15处理提高5.3%、15.9%和23.6%,且冬小麦季耗水量分别较RT15处理提高4.9%、10.2%和11.6%;DL20、DL25和DL40处理夏玉米苗期20~70 cm土壤平均含水率分别较RT15处理提高7.7%、14.2%和15.8%,但夏玉米季耗水量分别较RT15处理降低5.8%、7.6%和10.5%。3)冬小麦季0~15和15~30 cm土层穿透阻力均表现为双峰型,且2土层受冻融作用影响各处理在越冬期达到穿透阻力峰值1 489.2~2 128.1和1 925.4~4 423.7 kPa;30~45 cm土层各处理穿透阻力变化规律在两季作物生长后期差异较大,冬小麦生长后期表现为DL40DL25DL20RT155,而夏玉米后期表现为DL40DL25DL20RT15。4)相对完全打破犁底层,部分打破犁底层更有利于提高水分利用效率,显著增加作物产量,DL25处理冬小麦和夏玉米产量分别较DL40处理增加4.2%和2.4%。综合考虑,DL25是目前相对较好的犁底层改良方式,此时犁底层厚度适当,既可节省农机能耗,又可兼有透水、增产效能。     

华北典型区域农田耗水与节水灌溉研究

本文总结了中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心围绕华北典型地区冬小麦-夏玉米一年两熟开展的节水灌溉研究。在位于华北中北部的中国科学院栾城农业生态系统试验站的定点试验结果显示,从1980年到2017年,在充分灌溉条件下冬小麦产量增加55.7%、夏玉米产量增加59.7%。冬小麦生育期耗水(ET)从400 mm增加到465 mm;玉米耗水年平均稳定在375 mm左右;年耗水量从777.0 mm增加到834.4 mm;满足冬小麦、夏玉米生育期耗水条件下,年灌溉需水量平均300 mm,必须减少灌溉用水和田间耗水,才能解决区域地下水超采问题。研究发现在限水灌溉条件下,冬小麦拔节期1次灌溉可显著促进作物营养生长和根系生长,利于后期土壤水分高效利用,在维持作物稳产基础上,比充分灌溉年节水165.2 mm。研究发现进一步利用小定额灌溉技术,通过增加灌水频率、缩减次灌水量,可增加有限水对作物的有效性,实现作物根系、土壤水分和养分在空间上的耦合,进一步提升有限灌溉对作物的增产作用。只考虑维持播种时良好土壤水分条件、生育期不进行灌溉的最小灌溉模式,与充分灌溉模式相比,产量减少28%,但可节约灌溉水69%,田间耗水减少43%,水分利用效率提高13%,年耗水量维持在560 mm左右。相对于减熟制节约灌溉水措施,冬小麦-夏玉米一年两季最小灌溉模式总产量高于两年3作5.5%~12.0%,年耗水量低于两年3作10%~13%,可显著消减减熟制带来的休闲期土壤蒸发损失。因此,实施冬小麦、夏玉米生育期节水灌溉,如最小灌溉、关键期灌溉,可大幅度降低灌水量和作物生育期耗水量,同时又能维持一定的生产能力,是华北实施地下水限采措施下应优先考虑的技术选择。     

园林地慢速渗滤系统处理农村分散式生活污水

针对农村分散式生活污水处理设施缺乏而面源污染严重的问题,该研究从土壤自净功能出发,结合传统土地慢速渗滤处理系统和澳大利亚FILTER系统技术特点,提出了园林地慢速渗滤农村生活污水处理系统,优化了污水处理工艺中的布水和排水系统,提高了系统的污水接纳与处理能力。试验结果表明该系统对TN(总氮)、TP(总磷)、COD(化学需氧量)、TOC(总有机碳)、NH4+-N(铵态氮)均有较好去除效果,平均去除率分别为80.7%、89.2%、89.5%、60.2%、85.7%,出水水质达到一级A类标准。该系统对农村生活污水处理效果良好,具有技术可行、成本有效和管理方便等特点,为中国现阶段农村生态环境建设提供参考。     

冀京津冬小麦灌溉需水量时空变化特征

利用冀京津地区20个气象站点1961-2010年气象资料和1980-2009年冬小麦生育期资料,采用美国农业部土壤保持局推荐方法计算有效降水量,同时利用FAO推荐的Penman-Monteith方法计算冬小麦全生育期和4个主要生育阶段的需水量,并对冬小麦生育阶段灌溉需水量进行探讨。结果表明,过去50a来,冀京津冬小麦生育期内有效降水量呈增加趋势,空间上呈经向分布特点,表现为从西向东梯状增加的趋势。而冬小麦的需水量呈减少趋势,其中抽穗-乳熟期减少幅度最大,全生育期需水量的空间分布呈带状特征,全区差异较大。抽穗-乳熟期分布由东南向北递减。为满足冬小麦需水要求,全生育期灌溉需水量为291~381mm,灌溉需水量较多的地区为沧州市和衡水市一带。其中需水较多的生育阶段为拔节-抽穗期和抽穗-乳熟期。在空间上,拔节-抽穗期灌溉需水量以沧州市为中心,向南北两侧递减;抽穗-乳熟期灌溉需水量南高北低,有明显的带状分布特征。研究结果可为冀京津冬小麦适时定量灌溉和提高水分利用效率提供基础数据支撑。     

黄淮海平原典型区冬小麦水分胁迫规律与灌溉策略

黄淮海平原区是中国主要的水分亏缺区,进行合理的灌溉,充分提高水分利用效率是近些年该地区农业研究的重要课题。该文利用环境政策综合气候模型（environmental policy integrated climate,EPIC）,通过模拟黄淮海平原典型区河北沧州地区冬小麦在3种灌溉情景下的生长过程探索合理的灌溉策略。首先通过雨养（无灌溉）情景模拟,分析在当地气候条件下冬小麦生长期内水分胁迫的变化规律,然后通过自动灌溉,调整单次灌溉最大量来分析产量、水分利用效率的变化规律,并根据灌溉实施过程探索合理的人工灌溉方式进行手动灌溉模拟。研究发现：该地区冬小麦在生长期内缺水严重,存在4个主要的水分胁迫期,分别位于分蘖期、返青期、拔节期和灌浆期;通过分析自动灌溉结果,冬小麦在播种期需灌溉10 mm,分蘖期40 mm,返青期35 mm,拔节期35 mm,灌浆期10 mm,能在提高产量的同时保证水分利用效率在一个较高的水平;试验证明,利用EPIC模型可较好地进行作物的水分胁迫与灌溉策略研究。     

不同地下水埋深条件下再生水灌溉对冬小麦生长的影响

为给地下水浅埋区再生水作物安全灌溉提供科学指导，该文利用地中渗透仪控制地下水位，研究不同地下水埋深条件下再生水灌溉对冬小麦生长的影响。结果表明：灌水量相同时，地下水埋深对作物生长影响顺序为:埋深2 m>埋深3 m>埋深4 m；灌水量不同时，地下水埋深为2 m的处理，低水处理较高水处理更能促进冬小麦干物质量和产量的增长；地下水埋深为3 m和4 m时，高水处理较低水处理更能促进冬小麦干物质量和产量的增长。再生水灌溉对冬小麦生长有一定的促进作用。