农业排水沟渠水质影响因素分析及管理对策

加强农业排水沟渠管理在保护河流水质方面起着重要作用。影响排水沟渠的主要因素有氮、磷、碳、农药及沟渠淤积物等,沟渠中残留的农药、肥料及生长的植被会导致下游河流富营养化,影响水质。通过介绍美国农业排水沟渠内部、外部管理措施及相关政策法规,为我国农业非点源污染治理提供了借鉴资料。     

生态沟渠对小流域农田排水中氮磷的拦截效果研究

农田养分大量流失已成为农业面源污染的主要来源之一,研究自然降雨排水条件下生态沟渠对稻作区小流域农田排水中氮(N)、磷(P)的拦截效应具有重要意义。以流入湘北津市市毛里湖区的生态沟渠为研究对象,连续2年系统研究多级植物组合截留后N、P的沿程变化规律及拦截效率。结果表明:生态沟渠对稻作区小流域农田排水中TN、NH_4~+-N、NO_3~--N和TP均有一定的拦截净化作用。2016年和2017年生态沟渠对农田排水中TN平均拦截率分别为58.49%、47.61%,对NH_4~+-N平均拦截率分别为77.29%、69.72%,对NO_3~--N平均拦截率分别为58.77%、47.79%,对TP平均拦截率分别为67.07%、54.47%。总体认为,生态沟渠能有效拦截农田排水中N、P,减轻周围环境受纳水体的污染负荷。     

水肥综合管理对减少滇池北岸韭菜地氮磷流失的研究

农田氮、磷随地表径流向水体迁移,不仅造成化肥利用率降低,农业生产成本上升,还对水环境造成污染,引起水体富营养化。针对滇池流域规模化韭菜生产施肥量大,农业面源污染严重等问题,采用田间试验,结合自然降雨与人工模拟降雨,研究了不同施肥及田间沟渠利用方式下农田氮、磷的流失风险。结果表明,相对于化肥表施,合理的有机-无机肥料配合施用以及化肥深施,可分别降低地表径流中总氮和总磷平均浓度53％和39％。施肥后1周为氮、磷流失的高风险期,随后其风险随时间延长而降低;通过小区问沟渠的改造,提高排水溢流口高度,控制径流在沟渠内滞留时间以及采用农田养分循环利用的回灌技术,可减少农田向环境水体输出总径流量的76％以上,并同时提高了肥料利用率。     

排水沟渠水-底泥-植物协同作用下非点源溶质氮运移模拟研究

沟渠系统"过程拦截"是现阶段农业非点源污染控制和管理的重要手段。针对当前农田排水沟渠水体-底泥-植物系统内各介质间非点源溶质迁移转化机制不清的现状,在简要分析农田排水沟渠水-底泥-植物复合生态结构及其各组分功能特征的基础上,以沟渠中水体为中心,解析了非点源溶质氮在沟渠系统单一介质以及不同介质间的迁移转化过程;考虑到排水沟渠中水体和污染物均以沿沟渠方向线性迁移为主,应用水流连续方程和非保守性污染物迁移扩散方程,构建了农田排水及其中非点源污染物在排水沟渠中的一维迁移模型,并结合试验沟渠具体情况进行了适度简化;通过内业可控性监测试验,同时提出了沟渠系统水-底泥-植物不同介质对水体中非点源污染物衰减程度影响的量化计算方法;将所建模型与计算参数应用于野外试验沟渠,以氨态氮和硝酸盐氮为例进行模拟,结果表明模拟结果与实测值结合较好,其中氨态氮模拟效率系数为0.87,硝态氮模拟效率系数0.93,表明所建模型及模拟手段符合试验沟渠实际情况,具有较好的适用性。     

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。     

滇池宝象河流域水体氮素特征及影响因素

非点源流失的氮是造成水体污染的主要因素之一.通过对滇池宝象河6个点位沟渠水和河道水体氮素的动态监测,研究了流域水体氮污染特征和影响因素.结果表明,农田沟渠水总氮平均浓度高于相应河道水总氮浓度,沟渠水总氮平均浓度范围为3.86～22.86 mg/L,河道水总氮浓度3.14～6.63 mg/L,总体趋势是从上游到下游水体氮素浓度逐渐升高、并且沟渠水体和河道水体氮素随时间变化呈现同样的趋势.农田沟渠水与河道水体总氮之间、农田沟渠水总氮与沟渠周边表层土壤全氮及沟渠沉积物全氮均呈显著相关性.     

北仑区四合村氮磷生态拦截沟渠工程设计及应用

在农村生态环境的治理中,农业面源污染治理是重要的内容之一,而氮、磷的过量排放是造成农业面源污染的重要原因。氮、磷生态拦截沟渠技术因其环境友好和简单高效而日益受到重视。基于此,通过生态拦截沟渠技术在北仑连片农田氮磷流失治理中的应用实例,介绍了氮磷生态拦截沟渠工程的设计和实际应用效果,并探讨了该项技术在治理农业面源污染方面的作用和推广前景。     

基于“源”、“汇”过程的农业非点源污染模型构建及应用

根据农业非点源污染产移特点, 将农业非点源污染模型分为田间产污的“源”模块以及模拟污染物在排水沟渠中运移的“汇”模块, 其中“源”模块又包括农田灌溉(降水)排水子模块及农田灌溉(降水)排水中污染物浓度计算子模块。应用DRAINMOD模型模拟田间尺度的灌溉(降水)排水, 同时将农田的施肥和灌溉过程“合成”作为田间污染物浓度的脉冲输入, 以逆高斯分布作为综合作用函数, 建立农田尺度的灌溉排水污染物浓度估算模型, 二者结合构成农业非点源污染田间产污模块; 应用一维水动力学基本方程和非保守性污染物迁移方程, 建立农业非点源污染物沟渠“汇”模块。并以黄河上游青铜峡灌区为例进行了示例应用, 依据典型田块以及排水沟渠农业非点源污染监测试验资料, 结合灌区作物种植结构, 计算了2008年5~9月青铜峡灌区输出污染负荷, 结果为盐分470 099 t、总磷98.17 t、总氮3 593 t、硝态氮2 122 t、氨态氮426 t。通过示例验证, 表明所建模型具有较好的模拟效果, 可进一步推广应用。     

农田氮、磷向水体迁移原因及对策

农田氮、磷向水体迁移,不仅造成化肥的利用率低,农业生产成本上升,还对水环境造成污染,引起水体富营养化。综合评述了农田氮、磷向水体迁移的原因及其控制方面的国内外研究进展。氮、磷肥的过量施用和施用比例不合理是导致农田氮、磷向水体迁移的主要原因;氮、磷向水体迁移量受土壤质地、施肥种类、降雨条件等因素影响;相应措施如优化土地利用、合理施肥和处理农田径流等均可有效地降低农田氮、磷向水体迁移风险。在当前的非点源污染治理中,应采取有力措施控制农田养分流失。     

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。     

流域沟渠植草拦截农田氮磷入河污染的有效性研究

  【目的】  过度施肥与降雨径流的耦合作用使得大量氮磷从农田流失进入河道,导致河湖水体污染。在水土流失严重区,尤其是热带–亚热带集约化农业坡地,土层浅薄、蓄水性差,在降雨条件下所施肥料极易发生径流侵蚀流失,通过沟渠进入下游河湖水体,导致水体污染。如何控制这种水蚀型面源污染物从农田向河湖水体的输送愈来愈受到人们的关注,为此在流域下游沟渠构建植物拦截系统,评价其减少坡面氮磷入河污染的有效性,为水蚀型农田面源污染物的流域防控提供理论依据。  【方法】  本研究在广西客兰水库水源区那辣小流域,选择下游500 m长的沟渠,该沟渠接收流域上游来水并直接输入水库,隔段种植当地优势植物狗牙根[Cynodon dactylon (L.) Pers]和象草(Pennisetum purpureum),以及引种植物香根草[Vetiveria zizanioides (L.) Nash] (于南宁花鸟市场购买香根草籽育苗移栽)。在13次降雨事件下分别采集沟渠入口和出口处的水样进行检测,用以研究面源污染防治效益。  【结果】  与流域上游入口比较,下游植草沟渠输出水体中溶解态总氮(TDN)浓度由17.55 mg/L降至12.43 mg/L,NH₄+-N由1.06 mg/L降至0.73 mg/L,NO₃?-N浓度由15.10 mg/L降至10.92 mg/L,溶解态总磷(TDP)浓度由0.031 mg/L降至0.021 mg/L;植物对降雨事件下流域输入沟渠中的TDN、NH₄+-N、NO₃?-N和TDP平均去除率分别为31.90%、27.92%、29.80%和31.02%。  【结论】  在热带和亚热带集约化径流农业流域,选择连接上游坡地与下游河湖水库的沟渠植草,可以对流域流失氮磷实施有效地拦截和去除,是一个简单、可行、有效的农业面源污染流域防控措施,值得推广应用。     

水土保持在农业非点源污染防治中的作用

由于农业活动的广泛性和普遍性,农业非点源污染已成为目前水质恶化的一大威胁。农业非点源污染是由于土壤的扰动而引起农田中的土粒、氮、磷、农药及其它有机或无机污染物质,在降雨或灌溉过程中,借助农田地表径流、农田排水和地下渗漏等途径而大量地进入水体,或因畜禽养殖业的任意排污直接造成水体污染。降低农业非点源污染应采用最好的肥料施用措施及合理的土地利用方式,同时,水土保持措施在控制污染、净化水质方面具有显著的效益。     

生态空间格局优化与景观要素耦合视角下环水有机农业面源污染控制技术

农村面源污染是水生态环境的主要问题之一,严重影响水体安全。本研究以环水有机农业为技术手段,从农业空间格局和景观要素之间的耦合作用视角,通过有机农业生态系统的生态功能控制面源污染,以期解决农业面源污染防治的关键问题。首先,在生态格局构建与优化方面,加强景观结构的合理布局,关注景观连接度,加强景观要素异质性,因地制宜构建湿地、生态岛、集水池等,既提高动物多样性,增强生态系统稳定性,减少化学农药投入,又能够实现养分的多级利用,从而阻控氮、磷等营养元素的迁移,延长面源污染的空间迁移路径。其次,增强景观要素的生态功能,提高半自然生境的面积比例,因地制宜构建生态沟渠、前置库等,有效衔接农业面源污染控制技术。再次,统筹合理施肥、堆肥、轮作套作以及生物防治等农艺措施,充分发挥空间格局与景观要素耦合功能。最后,以云南松华坝饮用水源地有机农场与常规农场为例,通过采用上述措施,显著提高了生物多样性,并减少氮流失820～1 093 kg·hm~(-2),减少磷流失273～364 kg·hm~(-2),减少农药流失2.2～2.5 kg·hm~(-2),有效控制了区域面源污染。     

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。     

沟渠土壤形成过程及其生化循环

沟渠植物促进养分循环和土壤结构的形成。土壤形成过程、生物地球化学循环、结构形成、生物活动可影响环境质量和调解水质。在概述沟渠土壤形成和生物化学循环过程基础上,探讨了此过程减少农业养分流失和污染的作用。结果表明,沟渠土壤形成是气候温度分布、有机体、地形、浸深、流态、母质、时间、水体属性和突发事件综合作用的结果。种植垄沟植物等管理措施,可增强土壤稳定性和生态系统功能。     

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。     

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。     

基于磷负荷削减的沙河水库流域生态修复措施配置研究

水体磷浓度增加易导致水体中藻类大量繁殖等生态问题,磷负荷削减一直都是水环境治理的重点工作。以磷负荷削减为重点,以北京城市副中心上游沙河水库流域为研究对象,采用SWAT模型对4类24种源头控制—过程拦截生态修复措施进行分析模拟,评价生态修复措施对磷负荷的削减情况。结果表明：（1）对总磷的削减效率依次为退出畜禽养殖>分散污水处理>生态护岸>植草沟、植被缓冲带>城镇径流控制>节药节肥、林下结构提升,退出畜禽养殖、分散污水处理等源头控制措施效益十分显著。（2）针对农业面源污染,建议采取5 m宽生态沟渠,果园：过滤带面积比为10：1的植被过滤带,不使用除草剂,果园减少50%有机肥施用量,100%养殖废弃物资源化利用并减少30%污水量5项措施,削减农业生产过程产生的磷负荷;城镇建议采取提高20%透水铺装率和提升40%分散污染处理率2项措施;河道推荐采用高覆盖度生态护岸和布设5 m宽河道缓冲带。（3）空间上削减农业—城镇—河道磷负荷,要素上针对山水林田湖草生态要素进行系统治理,措施实施后总磷负荷削减率可达53%,总磷达到IV类标准的流域面积增加8.6%,效果尤为显著。研究成果为山水林田湖草系统治理措施布局提供了参考。     

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。     

水土保持措施降低河网平原区果园地表氮磷铜流失

河网平原因地下水位高、内排水较差,进行水果生产需要深沟排水以便适合果树根系的生长,但这些直接与水体连接的排水沟也大大促进了果园氮、磷等养分的流失。为了解不同水土保持措施对水网平原果园地表养分流失的影响,本文采用天然降雨条件下的小区试验研究了生物措施(种植黑麦草)、化学措施(表施沸石+石灰石粉)和工程措施(在排水沟内设置沉砂坑)对水网平原果园地表径流氮、磷、铜流失的影响。结果表明,生物措施能减少18.6%的径流水量流失;生物措施、化学措施和工程措施能分别减少52.6%、16.3%和38.3%的泥沙流失。地表泥沙携带侵蚀是果园氮、磷、铜流失的主要途径,生物措施能使总氮流失减少23.6%;生物措施、化学措施和工程措施能使总磷流失分别减少38.66%、18.53%和22.68%,总铜流失分别减少41.4%、18.4%和29.9%。三种水土保持措施对降低磷、铜流失的效果好于降低氮流失的效果。同时采用生物措施、化学措施和工程措施可使氮、磷、铜流失量明显降低,有助于果园周围水体环境的保护。