基于小型湿地的农田排水处理系统设计与实现

针对我国目前农业面源污染严重的现状,在前人研究的基础上提出基于小型湿地的农田排水处理模式。通过理论分析和实例研究表明,该系统可以有效地降低农田排水的氮磷浓度,改善农田排水水质,减少农业面源污染。     

农田土壤氮磷含量时空差异分析

农田氮磷排放是农业面源污染的重要来源之一,其排放潜力可能受到诸多环境因素的影响。为了解农田氮磷排放潜力的影响因素,选点湖北省武汉市新洲区西黄村,利用箱线图和方差分析方法进行研究。结果表明,研究地点土壤氮含量的平均水平为0.974～1.297 g/kg,其中秋季水田含量相对较高,而夏季旱地含量相对较低。土壤磷含量平均水平为0.491～0.676 g/kg,其中夏季旱地近居民区含量相对较高,而秋季水田远居民区含量相对较低。氮含量在季节、水旱作之间存在显著差异,而在居民区远近之间不存在显著差异;磷含量在季节、水旱作和居民区远近之间均存在显著差异。     

湿地对农业非点源污染的去除效应

综合论述了湿地去除农业非点源污染的机理及影响营养物质净化的因素,指出农业非点源污染是引起地表水富营养化的主要因素,湿地生态系统作为农田与水体之间的一个过渡地带,可通过土壤吸附、植物吸收、微生物转化等一系列物理、化学和生物学作用降解地表径流中的氮磷营养物质,减轻地表水的污染。     

农田排水中氮磷监测规范化技术

在对农业面源污染的调查和研究中,氮磷浓度水平的确定至关重要。阐述了农田排水中氮磷样品采集的方法和注意事项,样品的保存、运输和预处理技术,以及分析方法和实验室质量控制,为农田排水中氮磷监测的规范化技术提供参考。     

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。     

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。     

生态沟渠中水稻生长特性及对农田排水中氮去除效应研究

[目的]了解生态沟渠中水稻生长特性及对农田排水中氮的去除效应.[方法]对稻田和生态沟渠各段水稻干物质量、生育特性、氮素吸收及水体总氮动态变化进行比较研究.[结果]研究表明,各段沟渠顺水流方向水体总氮浓度逐渐降低,且均显著低于田面水.沟渠水稻植株体氮浓度较田间水稻高,但生物量较田间显著降低.整段沟渠水稻吸收氮素234.1 g,这部分氮素将随水稻的收割被带离水体,极大地消减了水体的氮浓度,减少了田间径流水入河及最终入湖的氮素.[结论]研究可为生态沟渠的建设和推广提供理论依据.     

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。     

宁波市农田氮磷平衡的分析

应用1990-2005年的统计数据,研究了浙江省宁波市农田氮和磷的平衡状况.结果表明,由于耕地面积和复种指数的下降、畜禽养殖规模的提高,宁波市农田氮和磷盈余量逐年提高,2005年农田平均氮和磷盈余量分别相当于作物收获物带走氮和磷的158%和281%,各县(市、区)农田氮(N)盈余量为23.49～384.88kg/hm²,氮盈余量奉化>象山、市区>慈溪、宁海>余姚;磷(P)盈余量为15.78～122.60kg/hm²,磷盈余量奉化>象山>市区>宁海>慈溪>余姚.16年来,宁波市农田氮和磷盈余景增加迅速,氮和磷盈余量分别由1990年位于浙江省11个地市中排行第6位跃升至2005年的第1和第2位.在该市农田养分管理中,应重视氮肥的减量化施用和磷肥的高效利用.     

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。     

改性沸石制备及其同步去除农田排水氮磷研究

为进行高浓度农田排水的应急处理,以天然斜发沸石为原料,制备能够同步吸附NH4+-N、NO-3-N和TP的组合改性沸石,并对人工模拟农田排水进行处理。结果表明:采用0.01mol L-1LaCl3改性的沸石对NH+4-N和TP具有良好的吸附效果,可在10 min内达到吸附平衡,且与Freundlich等温吸附模型拟合度较高(R2>0.99);采用0.02mol L-1溴代十六烷基吡啶(CPB)改性的沸石可同时吸附NH+4-N、NO3--N和TP,在20min内即可达到吸附平衡,其与Langmuir等温吸附模型相关度较高(R2>0.97)。这两种改性沸石的吸附过程均符合准二级动力学模型。15g L-1的CPB改性沸石与8g L-1的LaCl3改性沸石组合处理模拟农田排水,反应20min,沉淀7min后,出水NH+4-N、NO3--N和TP浓度分别为0.23、2.18mg L-1和0.015mg L-1,去除率分别为95.38%、78.21%和97.12%。研究表明组合改性沸石可快速高效地处理农田排水。     

农田化肥氮磷地表径流污染风险评估

以长江中下游地区所处的六省一市为研究对象,通过对80个市级行政区化肥施用情况的调研,估算了农田化肥氮磷地表径流流失量,在耦合农业化肥流失量、降雨和河网密度三种因素的基础上,提出了农田化肥氮磷污染风险分级方法并初步识别了重点区域。结果表明,近20年来,其化肥施用量呈现上升趋势,氮磷地表流失量较高的区域主要集中于湖南省,氮磷流失强度的平均值分别为2.41、0.61 kg·hm~(-2)·a~(-1)。湖南省为六省一市中农田化肥氮磷污染的高风险区,上海市为低风险区,其他五省则以中、低污染风险为主。研究结果有助于实现对农田面源污染的风险防范,推动我国农业面源污染防控的优化升级。     

我国农村生活污水与农田退水面源氮磷污染生态净化技术现状与研究进展

当前,我国农村生活污水与农田退水面源氮磷污染尚未得到有效治理,解决此类污染的代表措施——“生态净化技术”的发展广受关注。本文从技术发展、技术标准、技术体系三个角度切入,对农村生活污水与农田退水氮磷污染生态净化技术进行梳理分析。技术发展从分析和介绍当前热门生态净化技术的研究进展开始,通过调研整理这些技术在我国的推广和应用,梳理其在我国不同区域的发展特征,归纳出当前生态净化技术应用所面临的困难。当前相关部门对生态净化工程的监管仅关注出水水质的达标率,缺乏有效的后期维护及意见调查反馈。在技术标准方面,本文梳理了关于已发布实施的生态净化工程的的系列标准,认为应引入综合效益评价方法,以完善我国生态净化工程的评价体系。在技术体系方面,以生态净化技术的拦截性和修复性为依据对单一技术进行分类,并分别针对农村生活污水、农田退水提出了对应的技术联用体系。     

冀南地区农田氮磷流失模拟降雨试验研究

农田氮磷养分流失是我国农业面源污染的主要污染源,为了研究冀南地区农田氮磷流失特征,本文采用人工模拟降雨大田试验的方法,测定施肥前后裸地农田地表径流与壤中流氮磷流失量,分析径流中不同形态氮磷的流失规律。结果表明:地表径流与壤中流的产流存在明显差异,地表径流产流过程波动明显,壤中流流量变化较为平缓并具有一定的滞后性,且在总径流量中的比例较小,两次试验分别占9.0%与13.1%;径流中氮素浓度在产流初期较高,随后迅速衰减,产流后0～35 min是累积氮流失量较快的时段;产流中可溶性氮的输出以硝氮为主,占累积流失量的71.0%～99.7%,且硝氮的流失极易受水文因素的影响;磷元素在径流中的含量较低,多以颗粒态存在,并且随着产流时间的延长,壤中流逐渐成为磷流失的主要途径;累积产流量与累积氮、磷流失量之间可分别用线性拟合与幂函数拟合,拟合优度分别在0.99与0.97以上,存在显著相关关系。研究结果表明,冀南地区农田在降雨之后氮磷流失量巨大且呈现一定规律性,适宜氮肥施用量与控制产流前期养分流失是防控当地农业非点源污染的有效途径。     

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。     

基于SWAT的河套灌区氮磷面源污染时空变化研究

以河套灌区为研究区,采用SWAT模型估算该灌区流域面源污染负荷,分析面源污染的空间分布特征和年际变化趋势,识别灌区面源污染关键区域和关键污染源。结果表明:2001-2020年灌区内总氮、总磷负荷年平均值分别为565.23 kg·a^-1和108.93kg·a^-1;面源氮磷负荷高值区主要分布于灌区中部,低值区主要分布于灌区北部;面源氮磷负荷在中部地区表现为先上升再下降趋势,西部地区表现为先下降再上升趋势,而在东部及北部地区表现为下降趋势;灌区内在产生生活污水过程中产生的氮类和磷类污染物贡献率最大,达到44.51%,其次就是种植业源和养殖业源,贡献率分别为28.76%和26.73%,其中种植业源贡献率会受降雨量变化影响,从东部的乌拉特前旗站向西至杭锦后旗站水量逐渐减少,种植业源贡献率也表现出东部高于西部。生活污水作为第一污染来源,需要严格控制其排放,应着重对厕所粪尿通过排入化粪池等处理方法将其中有害物质转化为沼液等对农作物有用的物质。     

化肥配施生物炭对稻田田面水氮磷流失风险影响

在控制外源氮输入相同的前提下,通过大田试验研究生物炭部分替代化肥作为底肥,不同生物炭施用量(5、10、20 t·hm~(-2))对水稻生长期内稻田田面水氮磷迁移转化特征的影响。研究结果表明:各处理的田面水总氮、硝氮、铵氮浓度在施肥后第3 d达到最高,然后迅速下降,并逐渐稳定;田面水总磷浓度在施肥后2~4 d内增幅较小,而后迅速下降至稳定,施加生物炭对田面水总磷的影响不大;可溶性磷浓度在施肥后2~4 d内处于平稳下降的状态,之后迅速下降至稳定。稻田施肥后10 d内是控制氮磷流失的最佳时段。采用生物炭代替部分化肥的施肥方式,在一定范围内能降低稻田田面水的氮磷浓度,稻田退水氮、磷的输出负荷分别减少了39%~50%和38%~50%,显著提高了水稻生态效益。通过综合效益评估可知,施加5 t生物炭代替化肥是综合效益最高的施肥方法,该施肥方式下氮、磷的年输出负荷分别为16.83、1.89 kg·hm~(-2)。     

长江下游“玉米-花菜”轮作模式下旱地降雨产流过程及氮磷输出特征研究

农田氮(N)、磷(P)的流失是水体富营养化的主要原因,然而农田径流N、P浓度与流失量受到前期土壤含水率(AMC)、降雨量、翻耕等多种因素影响,尚缺乏田间监测方法。本研究以位于长江下游的崇明岛旱地为研究对象,建立自动取样方法,在天然降雨条件下对农田径流量和水质进行高频率取样与连续监测,分析"玉米-花菜"轮作模式下降雨产流过程及N、P输出特征,采用径流曲线数(CN)表征土壤的持水能力,研究10、30、50 cm深处土壤AMC(AMC_(10)、AMC_(30)、AMC_(50))对CN的影响,并利用电导率(EC)来反映径流离子浓度的变化趋势以及降雨的稀释效应。结果表明:农田径流峰值滞后于降雨峰值,CN值取值范围为37～88,且与AMC_(10)线性关系最好(y=293.40x-39.41,R~2=0.790 5,P0.01),与AMC_(50)无显著相关关系;秸秆还田后的翻耕导致总磷(TP)和溶解性总磷(DTP)浓度升高,夏季翻耕显著增加了P浓度,但N的浓度没有增加;径流N浓度随着径流速度的增大而减小,但P浓度相反。EC与径流速度呈现出完全相反的变化趋势,降雨量增加了径流流量并产生了稀释效应,导致EC下降,且EC可以反映总氮(TN)、NO_3~--N的浓度变化,EC的变化可充分反映N的输出特征,而P的输出与N输出不同,当径流速度较大且EC较低时,P的浓度可能较高;NO_3~--N、DTP分别是农田N、P输出的主要形式,径流流量和养分浓度差异影响N、P的输出负荷,但养分浓度差异对NH4_~+-N、TP、DTP输出负荷的影响要大于径流流量对其的影响。     

施氮和不同栽培模式对半湿润农田生态系统冬小麦库特征的影响

为了探讨半湿润农田生态系统施氮和栽培模式对冬小麦库特征的影响,以冬小麦小偃22为供试品种进行大田试验,试验设施肥(不施氮和施纯氮120 kg/hm2)和4种不同栽培模式(常规栽培、地膜覆盖、垄沟栽培和垄播覆膜),研究半湿润农田生态系统施氮和栽培模式对冬小麦库特征的影响。结果表明,栽培模式和施氮及其交互作用对小麦穗数有极显著影响(P<0.01),4种栽培模式中,垄播覆膜模式穗数最多,其次为地膜覆盖,垄沟栽培模式最少;不同栽培模式间穗粒数差异显著(P<0.05),而施氮、栽培模式与施氮之间的交互作用对穗粒数影响不显著,4种栽培模式中,地膜覆盖模式穗粒数最多,垄沟栽培最小;栽培模式、栽培模式与施氮之间的交互作用对小麦千粒重的影响不显著,而施氮对千粒重的影响达到极显著水平(P<0.01),4种栽培模式中,垄播覆膜模式千粒重最大,常规栽培最小,但差异不显著;施氮有助于提高小麦收获指数,4种栽培模式中,地膜覆盖模式收获指数最高,常规栽培最小;施氮和栽培模式对小麦产量均有极显著影响(P<0.01),栽培模式与施氮之间的交互作用对小麦产量的影响显著,垄播覆膜模式的小麦产量最高,常规栽培最小,与常规栽培模式相比,垄播覆膜、垄沟栽培和地膜覆盖模式的小麦产量分别增加27%,20%和9%。综合分析认为,在施氮条件下垄沟覆膜为最优种植模式,这对农业生产中合理选择小麦种植模式以达到高产具有借鉴作用。