农田排水沟渠中氮磷迁移转化及净化措施研究

从农田排水沟渠中氮、磷污染的视角,在综述排水沟渠底泥吸附、植物吸收、微生物作用等一系列净化机理的基础上,从温度和季节、pH、植物状况以及沟渠结构等角度分析归纳排水沟渠氮、磷去除效率的影响因素。并根据目前排水沟渠中氮、磷净化存在的问题,提出通过控制排水、筛选适宜的基质和应用生化措施等加强排水沟渠对氮磷的截留净化,进一步开展生态沟渠的构建和管理技术,在野外长期监测的基础上,深化实验模拟量化研究,再到区域的系统化管理应用研究等建议,旨在提高排水沟渠的氮磷净化效果,减轻农业面源污染。     

不同类型沟渠对农田氮磷流失的拦截效果

为探究不同类型沟渠对农田径流水中氮磷的拦截效果及其机理,分别针对3种类型的农田排水沟渠(生态拦截沟渠、简易土质排水沟渠、混凝土板型沟渠)进行试验。结果表明,生态拦截沟渠对农田径流水中的氮磷元素可以起到明显的拦截作用,几种养分(总氮、硝态氮、铵态氮、总磷、可溶性磷)的降低幅度在31.81%~58.21%之间,净化效果明显高于简易土质排水沟渠和混凝土板型沟渠。总体来看,生态拦截沟渠对氮磷元素等污染物有较好的净化作用,可以减轻周围环境受到的水体污染。     

上海地区农田排水沟生态化建设思路及方法

针对上海地区排水沟渠的建设特点,改变以往工程建设的观点,提出了不同类型排水沟生态化建设及改造的思路和方法,使其既能满足农田排水,又具有生态功能,对类似地区未来沟渠设计的改善具有重要意义。     

长江流域农田生态排水沟渠氮削减效应研究

为研究长江流域农田生态排水沟渠对总氮（TN）的削减效果,本研究收集长江流域生态排水沟渠的639项野外现场试验数据,通过Mann-Whitney U检验和K-W检验方法探究了不同植被类型、沟渠类型、强化措施类型、温度范围和进水浓度范围等因子对生态排水沟渠TN削减效率的影响。结果表明：在农田生态排水沟渠中,不同植被类型中的多种人工植被对TN削减效果最好,平均削减效率为47.72%;沟渠类型为边坡半衬砌（沟壁材质为部分混凝土,沟底材质为全土）对TN去除效果最佳,其平均削减率为58.18%;强化措施类型中,添加基质类和设置拦截类强化措施的生态排水沟渠对TN削减效果最好,其平均削减效率为54.24%;气温处于>25~35℃时生态排水沟渠TN削减效果更有效,而在低温环境下可以通过种植耐寒植物（绿狐尾藻、黑麦草等）提高削减率;沟渠进口TN浓度多数集中在>2~4 mg·L^-1之间,沟渠出口TN浓度主要分布在0~2 mg·L^-1之间,TN进口浓度为>2~4 mg·L^-1时沟渠TN削减效果最佳;不同浓度条件下,沟渠选择种植多种人工植被,对沟壁进行半衬砌,设有强化措施都能有效提高TN的净化效果; TN削减效率与水力停留时间、沟渠长度、水深呈现正相关;在多种因素最优的情形下,TN表面去除负荷随着TN进口浓度增大而增大。研究表明,长江流域农田生态排水沟渠选择多种人工挑选的植被、沟渠类型选择边坡半衬砌、同时添加基质类和设置拦截类强化措施更能有效地削减TN,并且控制气温在>25~35℃和进口浓度为>2~4 mg·L^-1来削减TN,另外延长沟渠长度和控制水体的水深、水力停留时间可更好地削减TN。     

宁夏引黄灌区农田排水沟渠水生植物物种多样性

为探索宁夏引黄灌区农田排水沟水生植物物种组成和多样性,采用样方调查法在灌区农田选取典型支沟、斗沟和农沟,并在每条沟渠布设上、中、下游断面,断面上设置样方大小进行退水沟渠水生植物物种种类、数量、多度、盖度调查。结果表明：宁夏引黄灌区排水沟水生植物由11个科,13个属,20个种组成,其中,芦苇、藨草、水莎草、香蒲、龙须眼子菜和浮叶眼子菜是分布较广的优势种。群落垂直分层明显,但以芦苇及其伴生种组成的挺水群落多见。灌区农田排水沟各层次植物种类分布和多样性指数差异较大,表现为农沟>斗沟>支沟。水位和流速是影响沟渠水生植物形态及分布的主要因素。农沟中水流速度较慢,生长环境稳定,有利于多种植物的繁殖,为科学合理布局优势物种富集农田排水中的养分,以达到控制农田非点源污染目的提供了可能。     

巢湖圩区农田排水沟渠氮磷时空分布及输出特征

【目的】以巢湖圩区农田排水沟渠为研究对象,探讨圩区农田沟渠排水中氮磷的输出特征及时空 分布规律。【方法】在 2015—2016 年间对巢湖圩区农田排水沟渠不同断面进行取样监测,测定沟渠水体氮、磷 含量。【结果】该区域沟渠水体氨态氮（NH4 +-N）与硝态氮（NO3 --N）平均浓度分别为 1.1、1.3 mg/L,均超过 Ⅲ类水质标准;总氮（TN）浓度为 1.6~11.6 mg/L,TP 浓度为 0.1~1.0 mg/L,平均浓度分别超过Ⅴ类和Ⅳ类水质标准。 农田沟渠水体氮磷浓度季节变化明显,总磷（TP）和 NH4 +-N 浓度夏秋季节较低,TN 和 NO3 --N 则表现为春、 夏浓度较高,秋、冬较低的变化特征。【结论】农田排水沟渠对氮磷具有拦截净化作用,沟渠水体氮磷浓度由 高到低为蔬菜 - 水稻区沟渠、稻麦 - 居民区沟渠和稻麦种植区沟渠,圩区排水氮磷浓度略低于农田沟渠排水, 但高于受纳河流鸡裕河河水。     

浙江省农田氮磷生态拦截沟渠系统建设实例与分析建议

从平原地区排水生态沟渠系统建设、山区农田排水沟渠生态化改造、水源地等敏感区域排水沟渠生态化改造、以畈为单元的农田尾水“零排放”生态循环模式等方面遴选浙江省农田氮磷生态拦截沟渠系统的典型案例,总结其技术要求和建设成效,并分析存在的问题,如沟渠生态化改造不彻底、水生植物种植品种单一、重项目建设轻日常管护等,进而提出注重功能发挥、科学建设、长效运维的对策建议。     

不同运行期排水沟渠中氮的净化效应实验研究

以模拟排水沟渠静态实验为基础,以典型非点源溶质氨氮和硝氮为例,分析了不同运行期排水沟渠中氨氮和硝氮浓度的变化过程与影响机制。结果表明：不同运行期排水沟渠对水体中氨氮、硝氮均具有较强的净化效应,并表现出“快速净化,波动平衡”的特点,其中氨氮浓度的下降速度快于硝氮,氨氮“波动平衡”的浓度范围（≤2 mg·L^-1）低于硝氮（≤3 mg·L^-1）;实验初始阶段,运行期的不同对沟渠中氨氮和硝氮的净化速率有较大的影响,初始阶段的净化速率表现为：多年沟渠跃7 月龄沟渠跃1 月龄沟渠,除不同运行期非生态沟渠中硝氮的净化速率有显著性差异外,其余阶段均无显著性差异;不同运行期生态沟渠和非生态沟渠中氨氮浓度的变化过程,除 7 月龄沟渠的“波动平衡”阶段有显著性差异（P=0.03<0.05）外,其余均无显著性差异; 硝氮浓度的变化过程,1 月龄和 7月龄沟渠在实验初期和“波动平衡”阶段均有显著性差异,多年沟渠的净化趋势相似,无显著性差异。综上所述,本实验初步证明了增长沟渠运行期能够增强沟渠对氮素的净化能力,这对进一步探究排水沟渠的发育过程和生态沟渠的合理化设计与管理具有一定的借鉴意义。     

贵州草海湿地农田沟渠水质污染特征及其治理研究

为研究农田生态沟渠对面源污染物的去除效应,于2013年春、夏两季对贵州草海城郊农田不同类型沟渠采集水样进行分析,运用综合水质标识指数法等对排污沟渠、人工生态沟渠和农田自然沟渠的水质污染状况进行评价.结果表明,高原湿地农田沟渠TN含量春季低于夏季,TP含量春季高于夏季,TN是水体中的主要污染因子,农田沟渠水质污染严重,人工生态沟渠与自然沟渠相对比氮磷的去除率提高了20～30个百分点,出水区综合水质类别达到Ⅱ类.     

沟渠及塘堰湿地系统对稻田氮磷污染的去除试验

为研究原位状态下灌区沟渠及塘堰湿地系统对稻田氮磷污染的去除效应和规律,在湖北省漳河灌区选取农沟～斗沟尺度的3段典型排水沟渠和一处塘堰,分别于2009—2010年5—9月水稻生育期在沟渠和塘堰进出水口采集水样进行氮磷浓度化验分析。结果表明,灌区农沟～斗沟尺度典型排水沟渠对总氮、硝态氮、铵态氮、总磷整体去除率分别为44.6%、9.9%、37.3%、35.1%;塘堰对总氮、硝态氮、铵态氮、总磷的平均去除率分别为15.2%、15.6%、30.2%、-6.5%。典型沟渠和塘堰对氮磷污染的去除表现出一定的抗冲击自修复性。原位条件下,由于排水沟中水力停留时间都不长,使得种植不同植被的沟段之间对氮磷的去除效应差异性不明显。塘堰湿地系统中植被的选育及其管理对去除稻田排水氮磷污染具有重要意义。     

滇池流域农业沟渠系统景观特征分析

近年来,随着沟渠生态功能退化,导致区域生态质量不断恶化。根据景观生态学的廊道理论和尺度格局原理,在现状调查的基础上,利用地理信息系统技术对滇池流域农业沟渠进行空间格局分析和网络分析。结果表明,高级别沟渠多数为混凝土或砖石衬砌结构,其缓冲带植被覆盖度低,沟渠断面宽度与植被带宽度比值较小;通过网络结构分析,发现滇池流域农业沟渠网络结构相似,连通度和环度较低,滇池东南岸和南岸研究区沟渠分维数大,沟渠分布较均匀。     

滇池流域农业沟渠系统景观特征分析

近年来,随着沟渠生态功能退化,导致区域生态质量不断恶化。根据景观生态学的廊道理论和尺度格局原理,在现状调查的基础上,利用地理信息系统技术对滇池流域农业沟渠进行空间格局分析和网络分析。结果表明,高级别沟渠多数为混凝土或砖石衬砌结构,其缓冲带植被覆盖度低,沟渠断面宽度与植被带宽度比值较小;通过网络结构分析,发现滇池流域农业沟渠网络结构相似,连通度和环度较低,滇池东南岸和南岸研究区沟渠分维数大,沟渠分布较均匀。     

农村面源污染治理的“4R”理论与工程实践——生态拦截技术

农村面源污染因其排放路径的随机性、排放区域的广泛性以及排放量大面广等特征,即使在实施源头控制后,仍然不可避免地有一部分污染物随各排放途径输移,对下游水体水质造成很大的影响,因此,实施生态拦截技术,高效阻断污染物输移是农村面源污染治理技术中非常重要的一环。研究表明,生态拦截沟渠技术不额外占用土地,能高效拦截净化氮磷污染物,并兼具生态景观美化之功能。人工湿地技术、稻田消纳技术以及前置库技术,也能有效拦截氮磷污染物,在农村面源污染治理实践中得到了一定的应用,但其占地面积大的缺点限制了在我国经济发达地区的推广。以丁型潜坝技术为代表的陆-水交接面污染拦截净化技术在我国农村面源污染物的过程阻断方面开始崭露头角,具有较高的应用潜力。缓冲带、生草覆盖、脱氮沟以及湿地-多级塘等技术也有一定的应用前景。生态拦截技术的应用需结合区域环境特征和地形地貌现状,因地制宜,兼顾生态功能、环境功能和景观功能,在充分利用和改良现有沟渠塘的基础上注重氮磷养分资源的回用,从而提高拦截效率,实现水体生态系统的生态修复。     

我国北方水陆交错带的功能与发展方向研究

概述了我国北方水陆交错带的几种常见形式,通过分析我国北方治理农业面源污染的实例,总结出农业排水沟渠、湿地塘、河流缓冲带等水陆交错带在防治农业面源污染方面的生态功能。在讨论水陆交错带研究状况和应用前景的基础上,提出了上述几种主要水陆交错带应用的发展方向。     

滇池北岸城郊农田生态沟渠构建及净化效果研究

[目的]提出一套适宜农村地区居民-农田混合类型污水处理方案。[方法]依据生态学原理,对滇池北岸梁家村原有农田沟渠进行生态学改造,扩大沟渠生态容量,强化其污水净化功能,并对其净化效果进行监测评价。[结果]对TN,TP,COD的平均浓度削减率,添加微生物的生态沟渠分别为70.3%,66.6%,73.7%,未添加微生物的生态沟渠为48.3%,60.6%,58.0%,而传统渠渠则为30.1%,23.8%,18.4%。[结论]农田生态沟渠不仅污水净化效果显著,而且不另占用土地,具有应用推广价值。     

3种湿地植物对农田沟渠水体氮、磷的消减作用

由于农业生产过程中过量施放化肥,农田氮、磷流失从而对周边水体产生一定的面源污染。为探讨水生植物种植对农田排水沟渠中流失氮、磷的吸附拦截效果,在农田沟渠内种植水芹Oenanthe javanica,石菖蒲Acorus tatarinowii和刺苦草Vallisneria spinulosa,测定植物对农田沟渠内氮、磷营养物质的消减作用。结果表明:通过种植植物,沟渠内总氮去除率为56.18%~74.58%,铵态氮去除率为36.23%~59.33%,硝态氮去除率为34.35%~66.88%,总磷去除率为44.38%~76.35%;随水流路径的延长沟渠中氮、磷的质量浓度均呈递减趋势;随时间增加,沟渠内各采样点氮、磷质量浓度呈明显下降趋势。表明水芹、石菖蒲和刺苦草对农田沟渠中氮、磷具有较好的去除效果,可应用于湖泊及其周边等污染水体的生态修复治理。     

生态沟渠塘氮磷拦截方法研究

[目的]利用生态沟渠塘减少农田径流排放负荷。[方法]以苏州市相城区宅基村生态沟渠塘N、P拦截工程建设为研究对象,通过对原有排水沟渠修缮1 834 m3、新开挖生态主沟渠6 800 m2和人工净化生态塘6 000 m2等工程建设,计算工程实控面积内的径流排放负荷。[结果]33.3 hm2农田TN、TP年径流排放净负荷分别为2 552.22和95.00 kg,沟渠径流年截留负荷TN、TP分别为1 225.07、50.35 kg,生态塘减少年径流排放负荷TN、TP分别为1 327.15、44.65 kg,出水浓度TN 6.32≤15、TP 0.25≤0.5,均达到一级A排放标准。[结论]该研究为太湖流域农业非点源污染的有效控制提供理论依据。     

小流域降水径流沟渠中氮磷的流失特征与生态拦截效应

为研究降水径流过程中非点源污染物氮、磷浓度的变化特征,分析降水作用下长沙县金井河小流域农业源头沟渠水中氮、磷的流失特征与生态拦截效应。结果表明:在降水初期非点源污染物氮、磷浓度与降水径流量的变化均呈逐渐递增趋势,雨后均呈递减变化;降水作用下沟渠系统总氮输出的最大值为4.67 mg/L,总磷输出的最大值为0.38 mg/L,其氮素输出的主要形态为氨态氮和硝态氮;雨后各断面氮、磷的输出随着时间的增加呈先增加后降低的趋势,其中总氮与总磷含量分别在雨后第3天和第2天达到最高;菖蒲–茭白段的生态拦截效果明显高于自然段的自然净化效果,表明植物拦截和吸收是植被段氮、磷去除的重要途径,菖蒲、茭白在6月吸收氮、磷分别达26.90、2.34 g/m~2。     

生态沟渠中盘培牧草去除养猪场废水中重金属Cu、Zn和Cd效果的研究

针对浙江省杭嘉湖区域养猪场废水排放所造成的农田和水环境中重金属污染日渐严重的状况,本研究构建了以盘培牧草为主要内容的生态沟渠来降解流经沟渠的养猪场废水,观测了养猪场废水中重金属含量在盘培高羊茅和盘培多花黑麦草所构成的生态沟渠中的沿程降解梯度变化。结果表明:盘培高羊茅对养猪场废水中的重金属污染物Cu、Zn、Cd的吸收降解能力都要强于多花黑麦草。在铺设盘培牧草的600 m沟渠中,3种重金属污染物指标在靠近污水入口处的300 m沟渠内降解速度较快,而在远离污水入口处的后300 m沟渠内变化幅度相对比较平缓。