农田排水沟渠的生态环境效应研究综述

农田排水沟渠是农业生态系统中的重要组成部分,随着研究的深入,农田排水沟渠的生态环境效应逐渐得到大家的关注。该文从水文效应、生物效应和去污效应等方面归纳了目前国内外农田排水沟渠的研究进展,重点阐述了农田排水沟渠与农田地下水位、生物多样性和去除氮磷等营养物质的机制,同时简要介绍了沟渠模型和管理方面的研究,结合目前研究状况,提出今后尚需进一步研究的问题,以期为农田排水沟渠生态环境效应的研究提供参考。     

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。     

生态沟-湿地系统对农田排水氮磷的去除效应

为探讨生态拦截系统对农田尾水氮、磷的去除效应及其应用前景,在太湖水源地陆域保护区原位构建生态沟-湿地系统对涵盖施肥期的农田尾水进行了拦截净化。结果表明,生态沟-湿地系统可对TN、NH_4+-N、TP平均浓度分别为23.45、19.87 mg·L-1和0.341 mg·L-1的高浓度农田尾水有效净化,出流最低TN、NH_4+-N分别可达地表Ⅴ类水和Ⅳ类水标准,出流TP稳定达到地表Ⅲ类水标准。生态沟对农田排水TN、NH_4+-N、TP平均去除率分别为49.95%、48.55%和53.22%,尾水进入人工湿地后得到再次净化,去除率分别为18.4%、9.43%和23.35%,系统总体去除率分别为59.6%、51.69%和60.92%。研究表明,生态沟末端配置人工湿地能有效提高氮、磷去除效率,系统具有一定的环境经济效益和可移植性,为太湖东部同类型农田排水的生态拦截提供案例参考。     

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.     

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。     

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。     

甘肃省农田氮磷流失特征及影响因素研究

为进一步摸清甘肃省当前生产条件下农田氮、磷流失污染现状及其影响因素,基于第一次污染源普查在甘肃设立的17个一般监测点和第二次污染源普查前在甘肃设立的17个面源污染国控监测点,对甘肃省农田土壤氮、磷流失特征及影响因素进行了调查研究。结果表明:影响氮磷面源污染的因素有施肥量、降水量、灌溉量、坡度、土壤性质、种植物类型、施肥方式、地面耕作方式等,其中施肥量、降水量和灌溉量为主控因素。甘肃省肥料总氮流失量20 493.44 t/a,总磷流失量1 387.93 t/a,总氮和总磷流失最多的地区为陇南市,最少的为嘉峪关市。     

三峡库区农业面源污染控制的生态调节技术

本文以三峡库区为例,立足源头控制和过程阻断,探讨了农田生态系统管理、农田排水沟渠、消落带生态系统等农业面源污染生态调节技术措施,以期为进一步控制库区农业面源污染提供依据。     

三峡库区农业面源污染控制的生态调节技术

本文以三峡库区为例,立足源头控制和过程阻断,探讨了农田生态系统管理、农田排水沟渠、消落带生态系统等农业面源污染生态调节技术措施,以期为进一步控制库区农业面源污染提供依据。     

农村面源污染治理的“4R”理论与工程实践——氮磷养分循环利用技术

农业面源污染已经取代点源成为水环境污染最重要的来源,其主要的污染物为各种途径排放的氮和磷,有效减少氮和磷的排放或循环利用这部分养分,不仅可以减少污染物的排放,也是实现氮磷养分资源化利用的重要途径。本文在以往研究成果的基础上,结合国内外已有研究报道,重点阐述了畜禽粪便、作物秸秆、农村生活污水及工程处理尾水中的氮磷养分利用方式、应用效果及环境效应。畜禽粪便固体部分经高温好氧堆肥后可直接还田,养殖肥水和沼液可替代25%~75%的化肥。农作物秸秆可直接还田或经堆肥化处理及能源化利用后还田。农村生活污水、农田排水及     

赣江尾闾区农田沟渠径流中氮磷负荷与迁移特征

为定量研究农田径流中氮磷负荷,通过野外采样和室内分析相结合的方法,研究了赣江尾闾区休耕期农田沟渠径流中氮、磷含量水平及其迁移特征。结果表明,农田沟渠径流中总氮(TN)、总磷(TP)含量均值分别为1.177mg/L、0.044mg/L,与同时期下游河渠水体中氮、磷含量(TN为0.936mg/L,TP为0.032mg/L)相比,农田沟渠径流中氮、磷含量较高,对河渠水体中氮、磷含量水平具有重要贡献;在沿程变化上,其含量虽然有起伏变化,但总的趋势为沿程下降。农田沟渠系统对氮磷均有一定的截留去除效果。     

水生植物对农田排水沟渠氮磷迁移生态阻控效果比较研究

以亚热带红壤小流域为研究区域,选取2 m底宽、1 m深的小型农田排水沟渠,种植美人蕉(Canna indica)、狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、黑三棱(Sparganium stoloniferum)、灯心草(Juncus effusus)、铜钱草(Hydrocotyle vulgaris)、水芹菜(Oenanthejavanica)等6种多年生水生植物,研究了农业面源污染的生态阻控技术措施及其效果。结果表明,6种水生植物的生态阻控效果差异显著(P<0.01),其生物量变化范围为0.58kg/m2～2.32kg/m2,其中以美人蕉为最大,水芹菜到夏季后进入休眠期,其生物量最低。植物体地上部N、P含量(干基)变化范围分别为N 8.06 g/kg～16.39g/kg和P 1.34 g/kg～3.82 g/kg,地下部分N、P含量变化范围分别为N 5.83 g/kg～10.80 g/kg和P 1.34 g/kg～3.35 g/kg。从生态拦截效果来看,以美人蕉对N的富集能力最强,达到23.90 g/m2,而黑三棱对P的富集能力最强(4.04 g/m2)。总的来讲,美人蕉和黑三棱在试验区具有明显的N、P生态拦截优势,其地上植株还可用作草食性动物的饲料,或者生物质覆盖还田,实现N、P资源循环利用与环境保护的有机结合。     

稻田退水沟渠去除氮磷的强化措施及其应用概述

在阐述稻田退水氮磷面源污染严重性及沟渠结构与功能的基础上,分析了沟渠底泥吸附、植物吸收、微生物分解和协同作用等主要净化机理,探讨了沟渠植物种类选取、沟渠基质类型筛选、沟渠结构的合理设计以及充分利用毗邻生态单元构建生态处理系统4种沟渠改造措施,指出在沟渠工程化建设的同时宜采用人工强化技术,可有效增强沟渠生态与服务功能;从生态学及景观生态学角度,提出生态拦截型沟渠、溪流式接触氧化沟渠、多级消减沟渠等3种新型生态型沟渠的应用。建议在沟渠的改造、利用、管理上要实施合理的监管制度,对新型沟渠的建设相关部门要出台相关法律法规及设计规范;同时,在理论研究的基础上进行实验室模拟分析,为实践工程提供数据支撑及科学指导。     

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。     

生态沟渠中4种水生植物的氮磷积累效应

为探明水生植物的氮磷积累规律,以贵州某生态沟渠中4种优势水生植物(菖蒲、黄菖蒲、水葱、美人蕉)为试验对象,研究各植物生物量及不同器官氮、磷积累量的变化。结果表明:随着生长时期的推进,4种植物生物量逐渐增加,尤其是夏季过后地上部生物量增加明显,秋季达最大值,至冬季后又逐步降低。4种植物总氮、总磷含量差异明显,菖蒲总氮与总磷含量最高,分别为41.26g/kg和11.22g/kg,美人蕉最低,分别为21.22g/kg和7.14g/kg;随着时间的推移,4种植物的地上部分(茎叶)和地下部分(根)氮、磷积累量均逐步增加,至秋季达最大值;10月是多数水生植物生物量和体内氮、磷含量最高的时段,可通过收割去除这部分氮、磷;4种植物中,菖蒲的氮、磷回收量最大(氮10.79kg、磷2.34kg),美人蕉最少(氮0.32kg、磷0.11kg),通过收割4种优势植物,2km河段总共可回收氮22.87kg和磷4.98kg。     

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.     

桑基鱼塘池塘子系统氮、磷污染特征及迁移转化研究进展

桑基鱼塘生态系统是一种高效的农业物质循环利用模式,蕴藏巨大价值。鱼塘子系统是桑基鱼塘生产模式中主要的经济来源和组成,其安全性和效益值得深入研究。氮、磷元素作为鱼塘子系统中的主要营养成分,可为鱼塘水产养殖提供大量的营养物质,但过剩的氮、磷元素会导致鱼塘水体富营养化等水质污染问题,造成鱼塘经济损失严重。目前有关桑基鱼塘的研究还局限于空间演变格局、经营模式评估、水陆相互作用过程与机理、投入产出效率、物质循环与能量流动等方面,而对桑基鱼塘内部营养物质的迁移转化规律缺乏全面了解。为了探究桑基鱼塘生态系统内部潜在的科学规律,对近 10 年桑基鱼塘系统研究文献进行梳理和概括,总结出鱼塘水体和底泥中氮、磷的基本特征,赋存形态、释放行为与循环特征,揭示氮、磷在水体 - 底泥界面的迁移转化机制及影响因素,这对桑基鱼塘生态系统的水体富营养化管控和科学化养殖具有重要意义,从而为桑基鱼塘的传承和保护提供参考依据和解决方案。     

梭鱼草(Pontederia cordata)拦截沟渠中氮、磷的效果研究

通过沟渠中种植观赏植物梭鱼草,研究了不同时间沟渠中梭鱼草段与无植物段拦截净化氮磷的效果以及梭鱼草自身氮磷含量、生物量季节变化。结果表明:梭鱼草段与无植物段都会净化沟渠水中的氮磷含量,全氮、全磷含量的降低(3.37%-3.33%)一般要高于硝态氮、铵态氮的变化(-3.66%-7.14%),梭鱼草段拦截氮磷的能力(6.82%-33.33%)明显高于无植物段的自然净化(-3.66%-6.67%);降雨后,沟渠水中全氮、硝态氮含量呈先增加后降低的变化趋势,铵态氮含量变化则不稳定,全磷含量在雨后第2d含量达到最高,然后趋于平稳;梭鱼草氮磷含量以及生物量季节动态变化在10月份达到最高值,可确定此时为其最佳收割期,其氮磷含量分别为28.38g/kg、4.10g/kg,生物量为0.19kg/m2。梭鱼草收割全年可从沟渠带走氮、磷分别为5.36g/m2、0.78g/m2。本研究结果对开发观赏植物在沟渠修复中的应用提供理论依据。     

自然降雨条件下农田地表产流及氮磷流失规律研究

基于淮北平原自然降雨条件下2个连续汛期观测的降雨-径流试验数据,分析不同试验处理下农田地表产流规律和氮磷浓度及其构成,探讨地表径流氮磷浓度和流失量的时间变化过程及其分布差异。结果表明,当地农田地表径流氮磷浓度构成分别以颗粒态氮和可溶性磷为主,而可溶性氮中又以溶解性有机氮为主,且硝态氮是农田地表径流无机氮流失的主要成分。汛初7月不同土地利用方式下农田地表径流量及铵态氮、硝态氮、可溶性氮磷和颗粒态氮磷的浓度及流失量间的差异相对较小,但8月期间的差异却明显增加,低秆高密度作物种植模式下的相应流失量最低。在淮北平原夏季种植黄豆、棉花等矮秆高密度作物,可起到有效减少地表径流氮磷流失量的作用,减缓因农业非点源污染对地表水体富营养化产生的潜在威胁。     

氮在河北平原褐土和地下水迁移转化机制

[目的]为了揭示氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮在褐土和地下水中的迁移转化。[方法]以河北平原的褐土为主要的研究对象,通过室内土柱的淋滤实验,建立数学模型,预测其迁移规律。[结果]在施氮周期内,氨氮浓度最高为15.86 mg/L,最低为0.09 mg/L,平均为2.02 mg/L,超标10.1倍;亚硝酸盐氮最高浓度为37.456 mg/L,最低浓度为0.002 mg/L,平均浓度为4.854 mg/L,超标242.7倍;硝酸盐氮浓度最高为16.35 mg/L,最低浓度为2.12 mg/L,平均浓度为6.51 mg/L的未超标,占标率为32.57%。[结论]在浅层地下水中,硝酸盐氮和氨氮是污染地下水的主要2种氮素存在形态。在深层地下水中,氮素主要存在形态为硝酸盐氮。所建数学模型可以定量地预测氮在包气带和地下水中的迁移规律。