基于塘内循环自净的河蟹生态养殖系统设计与试验

为了提高河蟹养殖品质和养殖池塘水质净化能力,该研究提出了一种通过养殖池塘内部结构改造实现池塘水体内部循环自净的技术,并设计了一套针对河蟹的生态养殖系统。应用软围隔将养殖塘划分为两个相对独立的功能区(养殖区和自净区),设计了浮式气提推水装置和射流装置作为塘内水循环动力系统,在推水装置的作用下,养殖区的水体流入自净区,经过滤、吸附、杀菌及降温等环节重新回到养殖区,形成"九分养蟹一分养水"的河蟹循环自净生态养殖模式。在崇明宝岛蟹业面积约为9 600 m~2的河蟹养殖池塘进行实施和试验,试验表明:合理配置气提推水装置可实现河蟹养殖池塘水体日循环2次以上;试验塘循环自净状态相较静水状态,水温均衡度提高10.17%,下层溶解氧水平提高18.57%,氨氮平均质量浓度下降19.2%;同时,养殖效果抽样对比显示试验塘200 g以上公蟹和150 g以上母蟹较对照塘分别增加了45%和35%。该研究设计的塘内循环自净的河蟹生态养殖系统能较好地净化养殖水体,有利于河蟹的生长,可为河蟹池塘生态高效养殖模式的构建和推广提供参考。     

凤眼莲生态修复工程改善滇池水质及湖体氮磷收支平衡

为了研究凤眼莲(Eichhornia crassipes)对滇池草海水体水质改善及湖体氮、磷归趋的影响,于2011-2013年在滇池草海实施了规模化控养凤眼莲生态修复富营养化湖泊水体的试验性工程。生态工程实施期间,监测草海水体总氮(TN)和总磷(TP)浓度及分析湖体TN、TP收支平衡。结果显示,草海水体TN和TP浓度均值分别由工程实施前(2006-2010年)的14.48 mg/L和0.60 mg/L降低至工程实施期间(2011-2013年)的7.09和0.36 mg/L,分别下降了51.04%和40.00%;草海入湖水体TN和TP浓度均值由入湖河口经凤眼莲控养区至出湖口的沿程方向上分别下降了9.74和0.40 mg/L。草海湖体TN、TP收支平衡表明,经出湖口排出和水体库存的TN量占入湖TN量比例较小,凤眼莲的吸收作用是入湖TN量去除的重要途径之一,而大部分入湖TN量(40.31%~59.04%)极可能是通过微生物的硝化反硝化、沉积等作用去除;各种途径支出的TP量高于入湖TP量,其中凤眼莲吸收的TP量为入湖TP量的40.44%~116.56%。因此,规模化控养凤眼莲对草海水质改善发挥了较大作用,凤眼莲的吸收作用既是湖体TN去除的重要途径之一,又是TP去除的主要途径之一。     

基于城市尾水深度净化和湿地生态恢复的水资源循环利用模式

以山东省滨州市某城市生活污水处理厂区内人工湿地工程为研究对象,采用表面流人工湿地对城市生活污水处理厂尾水深度净化,湿地工程为六级串联结构。2014年7月至2014年9月,每个月对湿地工程进水口、出水口、各级湿地接口处进行采样,以考察其对COD_(Cr)、TN、NH_3—N和TP的深度净化效果。结果表明,COD_(Cr)、TN、NH_3—N和TP的总平均去除率分别可以达到70.1%,85.0%,63.4%,71.0%,湿地工程出水COD_(Cr)、TN、NH_3—N和TP浓度均达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中的Ⅲ类、Ⅴ类、Ⅳ类和Ⅳ类标准,整体出水水质优于设计标准《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅴ类,多级串联表面流人工湿地对低浓度污水净化效果良好,符合污水生态治理的发展趋势;同时以尾水利用和湿地生态恢复为核心,构建了一种新的水资源循环利用模式,具有一定的推广应用价值。     

大水面网箱收集养殖废弃物及水处理系统研发

目前大水面网箱养殖过程中产生的尾水中含有大的残余饲料、粪便等固形废弃物,完全排放会造成养殖水体严重富营养化,危害养殖水域生态环境。针对上述问题,研发网箱底部废弃物汇集装置,通过气力提升的方法对沉积在网箱底部的废弃物及高浓度尾水进行收集,并结合生态浮床与富氧挂膜工艺对收集的尾水进行生态处理。结果表明:收集的尾水经生态处理后,水质指标化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、氨氮(ammonia nitrogen,NH3-N)、总磷(total phosphorus,TP)分别由450.1、21.350、8.458 mg/L降低至16.2、0.095、0.305 mg/L。研究结果能大幅降低网箱养殖尾水的各项排放指标,实现达标排放,有效降低网箱养殖水域的污染。     

10种水生观赏植物对不同富营养化水体的净化效果研究

通过温室静态试验研究了路易斯安娜鸢尾等10种水生观赏植物在中浓度和高浓度富营养化水体环境下的生长状况及对不同富营养化水体TN、TP和COD的去除能力。结果表明,无论中浓度还是高浓度富营养化水体环境下10种水生观赏植物中泽苔草、水芋、水生美人蕉、再力花长势均非常旺盛,而菖蒲、千屈菜和马蔺长势相对最弱,鲜重增加量最低。水芋、水生美人蕉、泽苔草和再力花对TN的去除能力较强,其在高浓度富营养化水体生长30d时对TN的去除率依次为97.85%,97.79%,96.12%,95.74%;千屈菜和菖蒲对TN的去除能力较弱,试验结束时其对高浓度富营养化水体TN去除率为77.43%和63.16%。不同植物对TP的去除能力存在差异,泽苔草对TP去除能力最强,试验结束时其对高浓度富营养水体TP去除率达99.17%,达国家Ⅰ类水质TP标准;其次为再力花和水芋,在高浓度富营养水体生长30d时TP去除率分别为98.65%和98.66%,达国家Ⅱ类水质TP标准;菖蒲、千屈菜和马蔺对TP去除能力最弱。此外,不同植物对降低水体COD也有一定作用,但是水体自净化也能够达到较好的降低COD的效果。从不同植物对水体N、P积累量来看,泽苔草在中、高2种浓度富营养化水体下单株植物净化能力居于10种植物之首,而路易斯安娜鸢尾尽管对N、P的去除能力居中,但其是10种植物中唯一的四季常绿观赏水生花卉植物,一年四季均可修复水体,具有较大的应用潜力。     

灌排调控的稻田排水中氮素浓度变化规律

基于农田排水氮素浓度及湿地进出口断面总氮（TN）、氨态氮（NH4+-N）、硝态氮（NO3--N）浓度的监测,研究了灌溉排水措施以及沟塘湿地对农田排水中氮素浓度变化的影响。结果表明,控制灌溉的水稻全生育期稻田排水中TN、NH4+-N和NO3--N浓度分别较常规灌溉处理低12.08%、20.33%和13.51%;控制排水处理下稻田排水中TN、NH4+-N和NO3--N浓度分别较常规排水处理低2.21%、7.08%和20.92%;湿地出口水体中TN、NH4+-N和NO3--N浓度分别比入口降低了16.8%、14.4%和50.9%,湿地水体中TN、NH4+-N、NO3--N浓度随时间近似服从指数函数衰减趋势。控制灌溉、控制排水及沟渠塘湿地系统的调控措施对农田排水中氮素的净化效果比较显著。     

水肥一体化结合植物篱对减缓果园土壤氮磷地表径流流失的效果

为了探究降低集约化果园氮、磷流失,减缓农业面源污染的技术措施。通过田间定位试验,比较分析了水肥一体化施肥方式结合田间植物篱对减少果园氮、磷地表径流流失影响,提升沟渠水质量的技术效果。结果表明:果园中构建植物篱提高了发生地表径流的最低日降雨量,减少了径流发生频次,地表径流水发生量比没有植物篱降低19.18%。与常规施肥相比,水肥一体化施肥全氮(TN)、全磷(TP)浓度分别降低31.23%和25.18%;植物篱处理TN、TP浓度分别降低16.74%和13.60%;水肥一体化+植物篱处理径流水中TN、TP浓度最低,分别比对照降低52.32%和43.89%。水肥一体化+植物篱处理TN、TP流失总量分别比对照降低45.38%和36.81%,该处理相对应的沟渠水中TN、TP浓度分别比对照降低23.98%和26.64%。在果园等集约化农田中推行水肥一体化灌溉施肥结合植物篱措施能够有效降低氮、磷径流流失,减缓农业面源污染物的排放,在实际应用中具有很大的推广应用价值。     

2种植物浮床对含抗生素养殖废水的净化效果

[目的]探讨湿地植物种类、浮床覆盖面积和处理时间3个因素对含抗生素养殖废水净化效果的影响,为高效利用湿地植物浮床技术去除养殖废水中的传统污染物和抗生素提供依据。[方法]分别利用巴拉草(Brachiaria mutica)和短叶茳芏(Cyperus malaccensis Lam. var.brevifolius)构建了植物浮床,每种植物浮床设置了20%,40%,60%这3个水面覆盖面积,监测了植物浮床在不同处理时间对养殖废水中的化学需氧量(COD)、氮磷和磺胺嘧啶的净化效果。[结果]各处理水质各指标随着运行时间持续变好:pH值变中性;溶解氧(DO)含量增加;氧化还原电位(ORP)上升;COD,氨氮(NH_3-N),总氮(TN),总磷(TP)和抗生素磺胺嘧啶(SDZ)浓度持续降低;不同植物种类对水体pH值和ORP值,DO和COD的含量无显著影响,但显著影响水体营养盐的去除;巴拉草浮床对水体中NH_3-N,TN和TP的去除效果优于短叶茳芏浮床;两种植物对SDZ的去除效率相当;总体上,60%的覆盖面积更加有利于水体中污染物的去除,但不利于DO扩散。[结论] 60%覆盖面积的巴拉草浮床,在运行47 d时,去除养殖废水中COD(88%),NH_3-N(97%),TN(89%),TP(94%)和SDZ(43%)的效果最好。     

四川丘陵农区地表水水质时空变化与污染现状评价

为分析四川丘陵典型农区种养格局对地表水水质的影响,于2013年3月至2015年2月,在四川丘陵区中江县选择响滩河7个监测断面和流域内4个研究点,研究了种植区、养殖区和种养混合区的地表水水体CODCr、TN、NO3--N、NH4+-N和TP的季节性变化规律与空间变化特征,并对地表水质污染现状进行评价。结果表明:响滩河7个监测断面枯水期主要污染物为CODCr、NH4+-N和TP,且分别比年平均值提高15.67%、59.35%和12.83%;丰水期主要污染物为TN,比年平均值提高19.27%。种养格局影响地表水中TN、NO3--N、NH4+-N和TP浓度的空间分布特征,不同区域之间养殖区种养混合区种植区;与种植区相比,生猪规模化养殖废污排放是造成种养混合区地表水污染的根本原因,其CODCr、TN、NO3--N、NH4+-N和TP浓度分别提高了17.79%、198.15%、132.10%、219.85%、567.57%。规模化养殖显著提高了地表水总污染指数,改变了地表水污染类型,种植区地表水污染类型为兼有CODCr污染的总氮污染型,而养殖区和种养结合区地表水均为兼有总磷污染的总氮污染型;种植区和种养混合区水质均达到劣Ⅴ类水质标准,种植区地表水为轻度污染,养殖区和受养殖业污染影响的种养混合区的地表水均为恶性污染,生猪集中养殖特别是规模化生猪养殖场废污排放加剧了受纳水体的污染程度。从水体污染治理角度,在种植区开展水土养分流失特别是氮素流失控制的同时,亟需加强区域生猪规模化养殖业粪污的无害化资源化循环利用技术研究与应用,以促进四川丘陵区规模养殖业健康发展与长江上游生态环境保护。     

废弃韭菜在垄沟水中的腐解特征及其水环境效应

废弃韭菜垄沟原位腐解是滇池北岸韭黄生产过程中废弃物处置的普遍方式,这种粗放的废弃韭菜处置方式是引起滇池水富营养化的主要原因之一.通过田间调查和室内培养试验,探讨了废弃韭菜在垄沟水中腐解特征及其对周边水净化植物生长的影响.结果表明,有废弃韭菜腐解的垄间沟渠水体TN,NO-3-N,NH+4-N,TP,CODCr浓度分别是无韭菜腐解的垄间沟渠水的15.5,4.4,24.1,5.5,8.3倍,表明韭菜腐解导致垄沟水质严重恶化.室内培养实验表明.随着培养时间延长.水中TN,NO-3-N,NH+4-N,TP,H2PO4--P,CODCr浓度逐渐增加.第12 d水中TN,NO-3-N,NH+4-N浓度达最大,然后逐渐下降;而磷(TP,H2PO4--P)和CODCr浓度达到最大时间分别是6和15 d;韭菜腐解导致水pH明显下降.水体铵浓度过高导致垄间水体净化植物满江红、青萍中毒,12 d后满江红全部死亡,青萍也有中毒迹象,到第15 d死亡率也达到60%.     

水生植物对河湖中回用的再生水富营养化的控制效应

再生水中含有大量的N、P等营养物质,使得回用区水环境面临了一定的污染风险,水生植物有望成为一种原位净化再生水水质的可行方法。该文利用人工模拟自然的方法,选择目前北京地区最为常用的挺水植物水葱（Scripus validus）、香蒲（Typha angustifolia）,浮水植物水葫芦（water hyacinth）以及沉水植物菹草（Potamogeton Crispus L）,系统研究了这4种水生植物及其配置模式对再生水中TN、TP的净化效应,研究结果表明：水生植物对上覆水体总氮的净化最优时间为第2换水周期培养阶段为60～90 d),而总磷为第3换水周期（培养阶段90～120 d）;对于间隙水、沉积物中氮磷的去除,以挺水植物配置单植方式效果突出;较沉浮水植物而言,挺水植物体本身对氮磷具有更好的积累效果,并以混植方式居优,景观效果良好,通过对其进行定时的收割,可将污染物彻底的移除水体。本研究可为北京市地区人工湿地的构建、净化再生水的植物配置模式选择,提供参考。     

节水防污型农田水利系统构建及其效果分析

不合理的农田水肥管理是造成农业面源污染的主要原因之一。为了探寻灌区水稻节水、增产和减污相统一的措施,提出运用由田间、草沟、塘堰湿地和骨干沟"四道防线"组成的系统净化农田排水,并在广西桂林市青狮潭灌区及广西灌溉试验中心站开展了系统的试验研究。通过站内不同水肥处理下对田间节水、水稻增产、氮磷流失减少指标的分析,优选水稻田间最优水肥管理模式,即采用间歇灌溉模式、施氮肥总量不变、适当减少氮肥基肥增加追肥用量;在站外根据现有的水系分布构建"四道防线"系统,分析了各道防线对农田排水的净化效果以及提高净化效果的主要措施。由"四道防线"构成的节水防污型农田水利系统对农田氮磷排放具有良好的净化效果,实现了减少农田面源污染和修复农田水环境的目的。     

池塘三维植被网生态坡水质净化调控系统

为研究养殖池塘三维植被网护坡技术及其水质净化调控效果,试验用三维植被网、布水管和水生植物等构建池塘生态坡净化调控系统。研究发现,池塘三维植被网生态坡净化调控系统具有潜流湿地和表流湿地双重特点,空隙率为4%～9%,构建坡度应低于1:2.5,水流速度应高于0.13m/s。在池塘水体日循环量10%情况下,三维植被网生态坡可使池塘水体中氨氮、亚硝态氮、硝态氮、总氮和总磷的浓度下降46%、65%、49.2%、64.4%和39%,使养殖水体中叶绿素a浓度下降8.8%;生态坡对水体中总氮、总磷、COD的净化效率分别为0.27、0.015和0.94g/h.m2。与对照池相比,试验期间,三维植被网生态护坡池塘水体中的绿藻种类比对照池塘增加了10.7%,蓝藻种类减少了2.5%,藻类ShannonWiener多样性指数(H’)增加了38%。同时,试验池塘水体中的藻类密度下降了23%,其中蓝藻密度下降48.4%,隐藻、裸藻密度分别增加了24%和34%,藻类优势种群结构组成更有利于养殖需要。研究表明池塘三维植被网生态坡系统具有保护池埂和净化调控水质效果,是一种"经济、生态、减排"的护坡技术。     

模拟降雨条件下北运河流域农田养分流失特征

为了解北运河流域农田养分流失特征,通过模拟降雨的情况下,分析了降雨量对径流雨水中养分含量、土壤养分和泥沙流失的变化特征。结果表明,北运河地区只有在暴雨情况下产生农田径流,暴雨后,农田径流雨水中总N浓度在4.7~11.3 mg·L-1,氨态氮和硝态氮占44.51%;总P浓度在0.66~1.35 mg·L-1,水溶磷含量占到总磷54.08%。养分的流失以表层为主,土壤表层总氮流失比例达到29.79%,氨态氮损失率达到52.09%,硝态氮损失10.21%,表层土壤总磷含量下降达到16.48%,水溶性磷损失5.27%。农田径流泥沙中总氮含量为0.66~1.27 mg·g-1,占总流失量的82.28%;总P浓度在14.73~20 mg·g-1,占到总流失量的99.89%;模拟降雨后土壤大团聚体减少8.8%,而微团聚体增加9.5%。     

菜田种养复合系统氮/磷平衡分析

通过田间试验,设置菜田种养复合模式（VE）和常规菜田单一种植模式（对照,CK）两个处理,采用投入−产出法,于蔬菜收获后对种植（种养）系统内土壤、水体和产品（包括花菜和水产动物）中氮磷含量进行测定,研究VE模式下土壤（耕作区、底泥、边沟）、蔬菜（花菜）、水产（螃蟹、黄鳝、鱼）和水体内氮、磷平衡和循环特征。结果表明：系统内总氮/总磷（TN/TP）含量均以肥料输入最大,VE模式和CK模式肥料氮、磷输入分别占TN/TP总输入量的89.09%、99.73%和89.20%、99.86%,收获季花菜花球氮、磷输出分别占TN/TP总输出量的37.74%、33.69%和38.26%、34.50%。VE模式中的系统TN/TP输出/输入比分别为67.01%和39.51%,均高于CK模式,VE模式降低了系统氮、磷表观损失35.19kg和24.38kg。当前投入水平下,两种模式的系统TN/TP盈余量均为负,说明均需投入适量肥料以利于作物产出和系统平衡。研究结果有助于为菜田种养复合模式氮、磷循环和平衡管理提供参考。     

漓江流域氮磷排放对水肥管理和下垫面属性变化的响应

为分析漓江流域农业面源污染氮磷排放及其主要影响因素,该研究在多年野外监测试验的基础上,运用SWAT(soil and water assessment tool)模型模拟水肥管理和下垫面属性对青狮潭灌区会仙试区氮磷排放的影响。研究中根据会仙试区径流量、总氮及总磷月排放监测数据校准和验证模型,进而采用情景模拟方法,分析稻田化肥施用量(氮肥和磷肥)、灌溉水量、湿地面积和蓄水容积以及岩溶发育程度等变化对试区径流及氮磷排放的影响。结果表明:1)校准期和验证期径流、总氮和总磷排放模拟值与实测值的决定系数和纳什系数分别在0.70和0.63以上,说明SWAT模型在会仙试区径流、总氮和总磷排放模拟上具有较好的适用性。2)针对不同水肥管理水平,化肥施入量和灌溉水量减少30%时,试区出水口多年平均总氮、总磷排放量分别下降11.45%和8.98%、7.79%和5.81%,化肥施用量减少对总氮、总磷排放的削减效果优于降低灌溉水量的削减效果。3)湿地面积或蓄水容量的增加和减少会相应降低和增大试区总氮、总磷排放量,若将湿地面积和蓄水容量均扩大50%,出水口总氮、总磷排放量可削减12.40%和10.44%;同时改变湿地面积和蓄水容量对试区总氮、总磷排放量的影响,超过单独改变其中一个属性影响的叠加。4)岩溶发育程度参数对子流域出水口氮磷排放影响各异,土壤厚度和土壤容重降低可减少试区径流量和氮磷排放量,而土壤有效含水量和饱和渗透系数则表现出相反的作用。该研究显示合理控制化肥施用量,防止湿地面积萎缩和蓄水能力退化,改善和保持岩溶区土壤结构,有助于削减漓江流域岩溶灌区氮磷污染的排放,为当地农业措施优化和水土管理方法提供指导。     

三峡库区农桑配置对地表氮磷流失的影响

为优化三峡库区紫色土旱坡地农桑配置方式,提高库区水土保持效果和生态环境效益,本试验通过采用三带等高桑+等高耕作、三带等高桑+交叉耕作、两带等高桑+等高耕作、两带等高桑+交叉耕作、传统等高耕作等5种处理研究了不同农桑配置方式对旱坡地地表氮磷流失的阻抗效果。结果表明,农桑配置方式能够显著阻抗地表径流和氮磷流失,但不同配置方式间存在显著性差异;三带等高桑+交叉耕作方式较其他方式能更显著地降低地表径流中全氮(磷)、可溶性氮(磷)、颗粒态氮(磷)的流失和氮(磷)年流失负荷量,地表径流中氮、磷流失分别以可溶性氮(约50.1%~60.2%)和颗粒态磷(约54.9%~59.6%)为主,并且硝态氮的年流失负荷(约0.19~0.27kg hm-2 a-1)高于铵态氮(约0.12~0.17 kg hm-2 a-1)。综上可知,三带等高桑+交叉耕作对地表径流和氮、磷流失的阻抗效果更显著,最符合三峡库区旱坡地开发利用的生态保护理念。     

生态沟渠对中华鳖温室养殖排放水体的净化效果

研究采用生态沟渠技术体系——"水生植物(凤眼莲,Eichhornia crassipes)-微生物(枯草芽孢杆菌,Bacillus subtilis)-水生动物(螺蛳,Margarya)"共生系统联合净化处理中华鳖温室养殖排放水体,并连续数月采样分析处理污水中各项主要营养盐污染物指标的动态变化规律。结果表明:经过近5个月的生态沟渠技术体系处理,中华鳖温室养殖排放水体中总氮(TN)浓度减少75%,铵氮(NH4+-N)浓度减少91%,总磷(TP)浓度减少83%,化学需氧量(CODCr)减少62%,溶解氧(DO)增加近4倍,水体酸碱度(pH)维持在中性水平,处理污水由初始的黄色或棕色、浑浊逐渐转变为微黄色、微浑浊,且无异味。由此可知,利用生态沟渠技术体系——"水生植物-微生物-水生动物"共生系统联合修复中华鳖温室养殖排放水体效果显著,具有良好的推广和应用前景。     

3种植物浮床对冬季富营养化水体氮磷的去除效果研究

采用浮床栽培黑麦草(Lolium multif)、"矮脚黄"和"苏州青"(后两者为青菜品种,Brassica rapa)研究其对冬季天然富营养化水体中N、P的去除效果。结果表明:黑麦草、"矮脚黄"、"苏州青"和对照对富营养化水体中总N的平均去除率分别为49.75%、45.77%、45.12%和28.91%,对总P的平均去除率分别为67.66%、60.19%、58.28%和42.56%,植物处理的去除效果与对照之间均达显著差异(P<0.05),它们为冬季富营养化水体的处理提供了新的植物资源。黑麦草对P的去除以吸收作用为主,植物累积的P占所去除P总量的89.53%,"矮脚黄"和"苏州青"则分别为34.64%和42.42%;但植物累积的N只占去除N总量的一小部分。