不同规格生态沟渠对排水中污染物的处理能力之比较研究

利用三种不同深度规格的生态沟渠（E_0.80、E_1.05和E_1.30）,通过控制相同的表面水力负荷,比较研究了动态进水（TN 0.86~6.13 mg?L^-1、TP 0.11~0.28 mg?L^-1）条件下生态沟渠对农业面源主要污染物的去除效果,同时考察其耐冲击负荷能力和适宜建造长度。结果表明：整个试验期间,三种不同深度规格的生态沟渠对铵态氮（NH₄⁺-N）、总氮（TN）、总磷（TP）和悬浮物（SS）的去除率均达到50%以上,其中E_1.30对污染物的去除效率较高,NH₄⁺-N、TN、TP和SS的总平均去除率分别为64.8%、63.1%、71.8%和60.8%。同时,E_1.30的污染物出水浓度较为稳定,耐冲击负荷能力相对较强。进水浓度较高情况下,E_1.30在TN、TP出水浓度为2 mg?L^-1和0.2 mg?L^-1时所需长度分别为27.4 m和4.9 m,为三种规格生态沟渠中最短。表明生态沟渠是有效去除农业面源污染物的技术,在实际应用中可因地制宜地建设E_1.30规格的生态沟渠,并可辅以高效吸附氮磷材料等其他措施,进一步提高生态沟渠对农业面源污染物的去除能力。     

生态沟渠磷拦截效应对不同因子的响应特征

生态沟渠是中国南方地区农业面源重要拦截磷污染的措施,受生态沟渠自身特征和环境因子影响,不同研究中生态沟渠对磷的去除效率差异较大。通过文献检索平台CNKI和Web of Science,收集研究磷在生态沟渠迁移转化过程的文献,经过筛选后,建立生态沟渠磷迁移数据库,共包含334项数据,通过统计分析系得到生态沟渠对总磷（Total Phosphorus,TP）的平均去除效率为47.16%。基于Mann-Whitney U检验和K-W检验方法,分析不同因素（植被类型、沟渠材质类型、强化措施、气候温度、水力停留时间）对生态沟渠TP去除效率的影响。研究结果表明：不同植被类型中,多种人工植被的生态沟渠去除效果最好,其TP平均去除效率为53.93%;不同沟渠材质中,边坡半衬砌的生态沟渠的TP平均去除效率为58.22%,效果最佳;不同强化措施类型中,基质类更有助于提高生态沟渠对TP的去除效果,其去除平均去除效率达到53.53%;不同气候温度区间中,温度在＞25～35 ℃时生态沟渠对TP去除效率最高,平均值为57.18%;不同水力停留时间条件下,超过24 h时生态沟渠对TP的平均去除效率最佳,达到72.12%。该研究成果可为中国南方生态沟渠磷拦截效应评估、沟渠设计提供技术支撑。     

沟渠在控制农业面源污染中的作用

农业面源污染日益严重,其中的N、P是造成农田附近水体富营养化的重要成因。沟渠是农田系统中的重要组成部分,它具有重要的水文功能和生态功能。将沟渠改建为生态沟渠,发挥它的截留沉淀、植物吸收、沉积物吸附和微生物降解作用,对去除农业面源污染中的N、P具有重要意义。沟渠可以单独的沟渠形式或与水塘等其它处理方式组成复合系统,实现对农业面源污染的控制。     

农田排水沟渠系统对磷面源污染的控制

排水沟渠是农业区重要的水利工程,其排水功能更是农业安全生产的重要保障,然而农田排水沟渠的生态功能未得到足够重视。随着农业面源污染研究的深入,农田排水沟渠在控制磷面源污染上的作用日益引起人们的关注。针对农业面源磷污染控制问题,简要归纳总结了农田沟渠系统对磷面源污染的迁移转化机理及影响因素,并在此基础上,探讨了排水沟渠控制磷污染的措施,以期为农业面源污染控制和管理提供参考。     

负荷对渗滤系统控制农业径流污染物的影响

为了考察负荷变化对渗滤系统拦截削减农业径流污染物性能的影响,在重庆市万州高峰镇鹿山河旁建立多级渗滤系统,开展了农业径流污染物净化效果的试验研究。结果显示,系统对污染物具有较好的去除效果,对化学需氧量(COD)、氨氮(NH4+-N)、总氮(TN)和总磷(TP)的平均去除率分别为35%、73%、37%和54%。污染物出水浓度随进水负荷的升高而升高,具有明显的线性关系。单位面积污染物去除负荷与进水负荷近似服从对数关系,低进水负荷时系统运行稳定,高进水负荷时系统污染物去除负荷波动较大。随着渗滤系统级数的增加,污染物出水负荷和去除负荷沿程上均体现出逐渐降低的趋势。渗滤系统沿程污染物负荷的变化兼具滨岸缓冲带、植被过滤带和生物接触氧化池的特点。     

生态沟渠对农田面源污染的消减机理及其影响因子分析

农业生产过程中肥料和农药的大量施用,造成农田面源污染问题日益突出,开发农田面源污染的减控技术对生态修复具有重要的意义。生态沟渠不仅兼具农田排水沟的过水功能,同时是有效消减面源污染且适合中国农情的重要生态措施之一。该研究阐述了生态沟渠对农田面源污染的消减机理（底泥吸附及植物阻抗作用、植物/微生物吸收作用、降解去除作用）;通过整理分析559组生态沟渠野外观测试验数据,剖析了污染物初始浓度、水力停留时间、植物种类、生物量这4个主要影响因子对农田排水中N、P及农药去除率的影响;进而采用多元线性回归模型将多因子影响与N、P及农药去除率之间建立定量关系。结果表明总氮和总磷的去除率随单一因子污染物初始浓度、水力停留时间或生物量增大而增大,但与植物种类没有显著关系（P>0.05）;且多元线性回归模型结果表明污染物初始浓度的对总氮/总磷去除率的贡献大于生物量。农药的去除率随水力停留时间、生物量增大而增大,随污染物初始浓度增大而减小,与植物种类没有显著关系（P>0.05）。研究可为生态沟渠的合理构建和设计提供理论和技术支撑。     

改进灰色模式识别模型评价洱海雨季灌排沟渠水质

为揭示洱海流域农田生产与农村生活单元交替分布对灌排沟渠水质的综合影响及污染物贡献率,选取流域典型灌排沟渠不同断面进行连续取样观测,在分析化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、总氮(total nitrogen,TN)、总磷(total phosphorus,TP)及铵态氮(ammonium nitrogen,NH_4~+-N)浓度变化特征基础上,采用"中心化"灰色模式识别模型和综合平均污染指数对沟渠农田入口-农田出口-村落出口-农田出口-村落出口-农田出口断面水质进行综合评价。结果表明:沟渠断面TP和总可溶磷(totaldissolved phosphate,TDP)浓度沿水流方向持续增加,TN和硝态氮(nitrate nitrogen,NO_3~--N)浓度先增加随后稳定,沟渠农田出口段NH_4~+-N和COD浓度分别削减13.43%～57.88%和2.88%～19.33%,而流经村落段浓度相应增加。灰色模式识别模型分析发现沿水流方向沟渠断面水质类别分别为Ⅲ类、Ⅱ类、Ⅳ类、Ⅳ类、Ⅴ类和Ⅴ类,综合平均污染指数法表明沟渠中TN和COD是水体主要污染因子,而NO3--N是水体TN的最主要形态。该研究可揭示洱海流域氮磷污染来源与贡献,为明确面源污染防治的主要污染因子提供科技支撑。     

水生植物刈割对生态沟渠中氮、磷拦截的影响

本研究选用生态沟渠中水生美人蕉、铜钱草、黑三棱、穗花狐尾藻和灯心草作为试验植物,通过比较刈割区和未刈割区底泥样和植物样氮、磷含量及水样氮、磷去除率,分析刈割措施对生态沟渠拦截氮、磷效果的影响。结果表明,5种植物(300 m2)2次刈割试验共带走全氮11.889 kg和全磷1.099 kg;其中,不同植物收获全氮表现为水生美人蕉(7.686 kg)>穗花狐尾藻(1.501 kg)>铜钱草(1.128 kg)>灯心草(0.974 kg)>黑三棱(0.601 kg),收获全磷表现为水生美人蕉(0.433 kg)>穗花狐尾藻(0.233 kg)>黑三棱(0.191 kg)>铜钱草(0.134 kg)>灯心草(0.109 kg)。刈割管理还可以提高沟渠底泥中氮、磷的去除率(黑三棱除外)。与未刈割区相比,刈割提高底泥全氮和全磷的去除率次序分别为穗花狐尾藻(20.73%)>铜钱草(20.00%)>灯心草(16.05%)>水生美人蕉(4.86%)>黑三棱(9.72%)和灯心草(20.69%)>铜钱草(16.67%)>水生美人蕉(4.55%)>穗花狐尾藻(0.00%)>黑三棱(16.00%)。刈割后的水体氮、磷去除结果也说明植物刈割可以提高水生植物对氮、磷的净化效果。因此,植物刈割管理既能直接转移出沟渠中的营养物质,也提高了沟渠底泥和水体中氮、磷的去除效率。     

汉江水源区生态沟渠对径流氮、磷的生态拦截效应

[目的]研究汉江水源区生态沟渠对径流氮、磷的生态拦截效应,为农业非点源污染的控制提供重要参考和依据。[方法]设置生态沟渠在不同时间对不同断面水体进行监测。[结果]同段沟渠内,侧面外来水对沟渠径流氮浓度变化影响比磷浓度变化明显;径流TN,NO3-N浓度在上游、中游和下游断面变异系数分别达到19.81%~31.88%,9.57%~16.73%和32.14%~42.81%;NH+4-N和TP在4个断面变异系数在33.33%~88.46%范围内变化;生态沟渠断面之间,水草拦截净化沟渠段氮、磷含量降低幅度在9.52%~31.11%。[结论]沟渠生态拦截对径流氮素净化效果较明显,同时适当布局拦沙工程可以削减磷素流失。     

五种水生植物生物量及其对生态沟渠氮、磷吸收效果的研究

为明确水生植物对农田排水沟渠中氮、磷吸收效果的影响,本研究以生态沟渠中水生美人蕉、铜钱草、黑三棱、狐尾藻和灯心草为试验植物,对5种水生植物的生物量以及吸收、累积的氮、磷量进行测定。结果表明:不同水生植物生物量有差异,平均总生物量在1.10～2.43kg/m2之间,其中以水生美人蕉的生物量最大,达2.43kg/m2。5种水生植物地上部分的氮、磷浓度分别在8.41～20.67g/kg和1.41～3.40g/kg之间,狐尾藻氮、磷浓度最高;而地下部分的氮、磷浓度分别在4.41～10.47g/kg及1.08～1.90g/kg之间,不同水生植物间差异显著,以狐尾藻氮浓度和铜钱草磷浓度为最高;地上部分氮、磷累积量的变化范围分别7.40～28.23g/m2和1.13～4.49g/m2,其中以水生美人蕉对氮的累积量为最大,狐尾藻对磷的累积量为最大。5种水生植物地上部分氮、磷累积量均高于地下部分。地上部分收割后,5种水生植物单次可带走氮、磷分别在7.40～28.23g/m2和1.13～4.49g/m2,水生美人蕉带走的氮最多;全年可带走的总氮和总磷量分别为20.34～109.12g/m2a和3.41～17.95g/m2a,狐尾藻带走的最多。水生植物地上部分通过收割的方法可有效去除沟渠中的氮磷,还能解决水生植物的二次污染问题。     

农业非点源污染物在排水沟渠中的迁移转化研究进展

农业非点源污染物在排水沟渠中的迁移转化是农业非点源污染控制和管理的重要环节。在简要分析农田排水沟渠生态结构和生态特征的基础上,归纳总结了排水沟渠中水生植物、微生物和基质底泥各组分的生态功能以及各组分同氮磷污染物间的相互作用机理;结合目前研究现状,提出今后尚需进一步研究的问题,包括沟渠生态系统中各组分不同作用的量化研究、农业非点源污染物在排水沟渠中的迁移模型以及宏观层面上沟渠湿地运用与区域生态环境间关系的研究等。     

柴河流域种植方式与沟渠类型对农田径流氮、磷含量的影响

为了解高原湖泊流域内农田种植方式及沟渠类型对雨季径流中固体悬浮物及氮磷浓度变化的影响,在柴河流域不同农田种植方式(蔬菜地、玉米地、大棚种植区)的区域内选择典型自然沟渠及土质沟渠进行自然降雨过程中径流氮、磷含量分析。结果表明:(1)该区域农田径流水体总氮(TN)、总磷(TP)平均值为27.16,17.18mg/L,相对地表V类水质限值而言超标严重,溶解态氮(DN)与颗粒态磷是氮、磷的主要存在形态,符合面源污染特征;(2)降雨是影响径流污染物含量最重要的因素之一。除此之外,种植方式对总氮、溶解态氮及溶解态磷(DP)具有显著影响(P0.05),而沟渠类型对污染物含量的影响不显著(P0.05);(3)在同一降雨量(18.05 mm)条件下,蔬菜地及大棚区的农田径流氮含量(TN:32.26 mg/L和29.02mg/L,DN:21.33mg/L和17.46mg/L)显著高于玉米地(TN:18.33mg/L,DN:6.23mg/L),大棚区径流的磷素含量(TP:17.46mg/L,DP:2.16mg/L)则显著高于蔬菜地(TP:6.89mg/L,DP:1.38mg/L)及玉米地(TP:7.92mg/L,DP:0.64mg/L);自然沟渠相对于土质沟渠可以显著降低径流中的总磷、DN及DP含量(P0.05)。研究结果表明在同一降雨量条件下,土地种植方式仍是影响柴河流域面源污染的主要因素,沟渠虽然可以有效降低面源污染含量,但其影响却小于土地种植方式。因此建议在流域面源污染控制及水土保持过程中,首先需要对流域原有种植结构进行优化,然后在此基础上实现对现有沟渠生态化水平的改造与提升,以增加对面源污染物的控制效能。     

植草带对红壤坡耕地面源污染物输出的削减效果

为探讨植草带对红壤坡耕地面源污染输出的削减效果,以植草带和裸露红壤坡面作对照,根据野外观测数据拟定降雨强度和N,P等面源污染物浓度,室内模拟产流产沙及N,P输出过程.结果表明,雨强越小,植草带的减流和减沙效果越明显;在同一雨强条件下,植草带的减沙效果比减流效果明显.与裸地比较,植草带对全N的削减率随雨强和全N输入量增大而逐渐减小;在20 mm/h和35 mm/h雨强条件下,植草带对全P的削减率随着全P输入量的增大而增大,在同一全P输入浓度条件下削减率随雨强增大而逐渐减小;在50 mm/h雨强条件下,植草带径流中全N输出量大于裸地对照.     

水口库区流域农业面源污染评价及其防治对策

通过对水口库区流域内18个镇（乡）的农业面源污染源（包括生活污染、人粪尿、农村固体废物及生活垃圾、化肥、畜禽养殖、农田养分流失、村镇地表径流、水产养殖等）调查,并采用等标排放量进行评价,结果显示：2005年该流域全年CODer、TN和TP的排污量分别为6288．87t．4450．07t和1448．82t,总等标排放量为19357．55×10^6m^3,其中CODer、TN和TP的污染率指数分别为2．17％、22．99％和74．85％,故磷和氮是水口库区流域水体污染的主要污染物。污染率指数大小排在前3位的污染源为农田水土流失、水产养殖和畜禽粪尿,分别为41．95％、36．81％和10．60％,三者总和占全流域污染率的89．36％,是该流域农业面源污染的主要污染源。各乡镇间相比较,2005年全年等标排放量以黄田镇居第1位,达2942．14×10^6m^3,污染率指数为15．20％;水口镇和东桥镇次之。不同乡镇的主要污染源有所不同,例如黄墩办、水东办以生活污水为主,炉下镇、大横镇等以畜禽粪尿为主,梅溪镇、东桥镇等以农田养分流失为主,水口镇、尤溪口镇等以水产养殖为主,不同乡镇在治理农业面源污染问题上应各有所侧重。最后提出水口库区流域农业面源污染的防治对策,主要包括：完善农业立法、强化经营管理措施,加强农化物质投入最小化技术研究,开展畜禽粪便多用途综合利用,发展生态农业和有机农业、提倡清洁生产,合理投放鱼饲料和药物、减少流失率。     

安吉赋石水库板栗林地地表径流污染物特征研究

在浙江省安吉县赋石水库库尾选择有代表性的板栗(Castanea mollissima)林地设置径流小区,对自然降水条件下地表径流中污染物的流失特征进行观测、研究.结果表明:2012年3-10月共观测到10次产生地表径流的降雨事件,降雨量从28.2 mm到303 mm不等;径流水中TN、NH4+-N和COD浓度与降雨量均呈现显著正相关(p=0.05),TP浓度与降雨量则呈现显著负相关(p=0.05),而NO3--N与降雨量之间没有表现显著相关性;污染物浓度COD(6.12～11.14 mg/L)＞TN(2.163～5.371 mg/L)＞NH4+-N(0.733～4.220 mg/L)＞TP(0.276～1.742 mg/L)＞NO3--N(0.035～0.433 mg/L).这些结果表明,单一经营的板栗林地表径流污染物中N、P浓度均超过引起水体富营化的阀值,对水库面源污染和水质变化形成潜在压力.     

不同施氮水平下油菜地土壤氮素径流流失特征研究

采用野外阳问试验,研究了浙北平原不同施氮水平对油菜地土壤氮素流失形态与含量的影响.结果表明,施肥的时间与降雨间隔对氮素的流失形态和浓度有明显影响,硝态氮是氮索流失的主要形态,占流失无机氮的比例为0.56～0.95;但若施肥后短期内降雨,铵态氮流失占有量增加,占流失无机氮的比例为0.37～0.42;氮素的流失量与施肥水平...     

氮负载生物炭对干湿交替稻田水土生态环境的调控效应

农田面源污染已成为引起水体富营养化的主要原因之一。为了减少稻田氮素流失、改善稻田局部水体养分负载过重的问题,采用盆栽试验,通过生物炭吸附富营养水中的养分后再利用于盆栽水稻,设置主区为持续淹水灌溉（I_F）与干湿交替灌溉（I_A）,副区为1个对照（常规施氮,N1C0）与4种不同用量的氮肥与氮负载生物炭处理（N3/4C1、N3/4C2、N1/2C1、N1/2C2）,其中N3/4、N1/2表示氮肥施入量为当地传统施氮量（N1）的3/4,1/2倍;C1、C2分别为10 t/hm²和20 t/hm²氮负载生物炭。结果表明：（1）减少氮肥施入配施氮负载生物炭显著提高了常规施氮处理田面水的pH;（2）常规施氮肥处理下,干湿交替灌溉（I_A）田面水NH₄⁺—N平均浓度较持续淹水灌溉（I_F）高8.0%,但是添加20 t/hm²氮负载生物炭后,干湿交替灌溉田面水NH₄⁺—N平均浓度低于持续淹水灌溉处理;（3）水稻生育后期,氮负载生物炭对NH₄⁺—N具有明显的缓释作用,而在干湿交替灌溉中,减施氮肥配合添加氮负载生物炭处理较N1C0处理降低了田面水NO₃^-—N浓度;（4）减施氮肥配合添加氮负载生物炭可提高水稻分蘖率,而添加20 t/hm²氮负载生物炭在氮肥施用量较少时,有利于提高水稻的有效分蘖率。综上,氮负载生物炭不仅可以降低富营养水中30.8%含氮量,还能显著降低施肥初期水稻田面水中NH₄⁺—N浓度,降低流失风险,延长NH₄⁺—N的释放时间而减少1/4的施氮量和保证水稻生育末期的氮素需求,从而有利于水稻生长。     

人工降雨条件下不同坡长和覆盖度对氮素流失的影响

用植被覆盖度(20%,45%,60%,90%)和坡长(1,2,3,4,5m)作为可变因素,设定固定雨强2.0mm/min进行室内模拟降雨,研究氮素的流失特征,探索坡长、覆盖度和径流对氮素流失的影响。通过对试验数据的分析,结论为:(1)相同覆盖度,不同坡长全氮(TN)流失量随时间延长而逐渐增加,并且随着坡长的增加,流失量逐渐增大,但径流中总氮的浓度变化差异不明显。硝态氮(NO3--N)和铵态氮(NH4+-N)流失量的变化与TN较为相似,流失浓度随着时间变化主要表现为径流前期浓度较高,随着降雨时间的延长,浓度逐步降低并最终趋于稳定。(2)降雨过程中,径流中的氮流失主要以溶解态的氮为主,并以NO3--N比NH4+-N含量高,但是随着降雨时间的延长,不溶性氮的比例也会有所增加。(3)径流量对各形态氮的流失影响十分明显,植被覆盖度和坡长分别与TN、NO3--N的流失量呈显著负相关和显著正相关。