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。     

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。     

排水沟渠中非点源氮控制的节约型自然处理

农业是导致水体富营养的主要原因,引起富营养化的原因很多,但最主要的是水体中碳、氮、磷的增加。实行排水管理可减少这些污染负荷。使氮素利用率达到最大的农艺措施是使农业生态系统中氮流失达到最小的主要手段。提高水质的措施是利用植草明渠来处理农田流出物。研究表明植草沟渠的应用是减轻农业污染的有效措施。控制排水可以减少排水过程中的氮损失。装上渗透过滤的装置是降低进入沟渠中氮的有效方法。河边或其他缓冲地带也是反硝化作用活跃区域,能有效地减少沟渠中氮含量。然而缓冲带要有一定的宽度。     

排水沟土壤中磷质量分数对水质的潜在影响

排水沟可促进农业区域中水和养分的迁移,因此探讨沟床中磷的特性及其对水质的影响是非常重要的。美国学者Elizabeth通过对美国佛罗里达州中南部奥基乔比湖流域排水沟土壤磷的特性及其影响因素进行分析,描述不同磷组分之间的关系,并与丘陵和沼泽地土壤特性进行比较。研究表明,排水沟土壤中全磷质量分数为中度,土壤有机质和金属元素质量分数对预测土壤磷是非常重要的;奶牛场和改良牧场产生较高的磷质量分数,对水质影响较大,且其土壤特性接近丘陵地;因此为了控制磷的流失需对排水沟进行有效管理。     

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。     

三种类型农田排水沟渠氮磷拦截效果比较

为了了解太湖地区不同类犁农田排水沟渠对N、P拦截效果的影响,分别在野外构建了3种类型的农田排水沟渠,即生态沟渠、混凝土沟渠和土质沟渠.研究了不同进水N、P浓度、不同水力停留时间和不同进水流速条件下,3种类型沟渠的N、P拦截效果.结果表明:在水力停留时间分别为24 h和48 h静态试验以及在固定进水流速的动态试验中,沟渠对不同进水N、P浓度的N、P去除牢大小顺序是:生态沟渠、土质沟渠和混凝土沟渠,其中,生态沟渠明显优于其他沟渠.在固定进水浓度的条件下,沟渠在不同水力停留时间下的N、P去除率大小顺序为;生态沟渠、土质沟渠和混凝土沟渠,其中,生态沟渠明显好于其他沟渠.在高、低两种进水流速和固定进水浓度条件下.生态沟渠在低进水流速下的N、P去除率明显优于其他沟渠.在不同进水浓度条件下,生态沟渠最佳水力停留时间为48 h.     

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、蔗草、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。     

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。     

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。     

大凌河水质变化趋势及主要影响因素分析

采用污染分担率、Spearman秩相关系数和内梅罗指数法统计分析大凌河2016—2020年285组水质监测数据及其变化趋势,为科学防治水污染问题识别分析关键影响因子。结果表明：2016—2020年大凌河水质逐年改善,其内梅罗指数呈波动下降趋势,其中氨氮对河流水质变化的贡献率不断减小,2020年减小到24.1%,明显低于其它污染因子;以化学需氧量、石油类、总磷和氨氮4个因子评价河流水质具有较强操作性,加强入河污染物总量控制和改善水源生态补给状况是实现大凌河生态发展的重要途径。     

贵州草海湿地农田沟渠沉积物氮磷的吸附动力学及影响因素

以草海-湿地农田沟渠系统为研究对象,运用模拟实验的方法,针对沟渠系统对氮磷的截留效用、沟渠沉积物对氮磷的吸附动力学及其影响因素进行了研究。结果表明,湿地农田沟渠系统对TP和TN的截留率分别为66.7%～79.7%和66.0%～76.4%,对NH4＋-N的截留率最高,为82.8%～89.3%。沟渠沉积物与太湖、滇池沉积物相比较而言,沉积物对PO4-3-P和NH4＋-N吸附平衡时间较长。盐度、[SO42-]和[NO3-]对PO43--P和NH4＋-N的吸附都具有一定的抑制作用;而[Ca2＋]对两者的影响具有明显的差别：Ca^2＋对PO43--P的吸附在低浓度下抑制,在高浓度下有促进作用;对NH4＋-N的吸附具有明显的抑制作用,且当[Ca^2＋]浓度为5mg·L^-1时吸附量最小。     

城郊居民农田混合区田间沟渠水质空间变异特征研究

选择滇池北岸大清河流域下游46.7 hm2韭菜田与花卉地田间26条沟渠为对象,通过网格法布点采集沟渠水样结合化学分析,研究了其水质空间变异特征.并解析了其污染源汇关系.结果表明.调查区沟渠水TN为2.3～172.7(40.5±31.7)mg/L,NH3-N为0～34.4(7.5±7.7)mg/L,NO-3-N为0～7.4(1.1±0.1.0)mg/L,TP为0.2～9.5(1.5±1.8)mg/L,H2PO-4-P为0.1～5.6(0.95=1.1)mg/L,CODMn为1.4～62.3(17.8±10.4)mg/L.污水来源差异导致不同区域沟渠水质空间变异明显,B区(养殖废水+生活污水+韭菜田侧渗水)>A区(生活污水+韭菜田侧渗水)>C区(花卉地侧渗水)、D区(韭菜田侧渗水).A,B区污水流经沟渠其水中磷浓度逐渐降低,表明沟渠对高浓度磷具有自净作用.但是,所有沟渠出水氮磷浓度均大于Ⅳ、Ⅴ类水质标准.因此,为了减少农业面源污染风险,滇池北岸居民农田混合区排水应采取净化措施.     

美国的农用水质管理

本文系赴美考察报告。指出美国河流、湖泊和地下水等主要水源的水质良好。当前，影响水源利用的主要因素是非点源污染，约占水污染的６８％，并详细介绍了美国为控制非点源污染采取的各种措施。     

寒旱地区生态沟渠基质去除氨氮和磷最优配比筛选及影响因素

基质是生态沟渠的重要组成部分,但在我国北方寒旱地区,由于高寒、降雨少、蒸发强等原因,导致土壤和水体中盐度较高,可供选择的基质种类较少,从而限制了生态沟渠技术在该地区的应用。选取天然沸石、麦饭石、无烟煤、炉渣、废砖块5种北方地区常见基质作为试验材料,通过静态吸附试验对选用材料进行氨氮和磷的吸附,并将吸附效果较好的3种基质组合成不同比例的生态沟渠基质试样,再次通过筛选试验确定出去除效果最好的基质比例组合,同时研究了温度、pH和盐度对最优基质组合去除氨氮和磷效果的影响。结果表明:废砖块、天然沸石、炉渣在质量比例为1∶1∶3时对氨氮和磷的去除率最优,均达到90%以上。随着温度的升高,氨氮的吸附量降低,磷的吸附量升高。pH对氨氮和磷的吸附效果有显著的影响,对磷的去除率随着pH升高而降低,对氨氮的去除率随着pH升高呈现先增后减的趋势,在pH=7时,氨氮去除效果最好,去除率为91.78%。氨氮和磷的去除效果均随着溶液盐度的增加而降低,对磷的吸附效果影响不明显,但对氨氮影响较大,表现为盐度低于1%时,溶液中氨氮的去除效果下降幅度并不明显,均在3%左右,而当盐度达到2%时,氨氮的去除率仅有68%,比盐度为0时的去除率(92%)降低了24%。     

人工布设基质对农田排水沟水质的影响

本研究选择宁夏灵武农场的典型排水支沟进行人工布设基质,在沟中布设土壤、炉渣、秸秆、锯末4种基质处理及铲草处理和对照(不做任何处理),研究分析了基质对农田排水沟水质的影响。对基质的组分分析表明,锯末显著地吸附盐分和全氮,吸附量分别达0.4 g.kg 1和0.3 g.kg 1,土壤、炉渣、秸秆均明显地释放盐分,释放量为5.3~50.8 g.kg 1;秸秆显著地释放有机碳,释放量达54.0 g.kg 1;4种基质对全磷吸附效果不明显。水质分析表明,除秸秆处理和对照外,盐分(TDS)在其他处理下显著减少,而化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)、NO3-N和NH4+-N浓度在锯末和土壤处理下均有不同程度的减小。对于整条试验沟道,农田退水中TDS、TN、TP的浓度随着在沟道迁移距离的增加呈明显减小的趋势,至出水断面时浓度分别为0.60~0.80g.L 1、0.24~0.33 mg.L 1和0.04~0.09 mg.L 1。田间沟道试验说明,农田排水沟能有效地截留农田退水污染物,选择适合的基质进行人工布设实际可行,有助于发挥农田排水沟的生态功能。     

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。     

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。     

新农村建设背景下的沟渠污染治理效果及对策——以湖北省涴市镇为例

针对当前农村沟渠污染治理效果不佳的现状,选取了具有代表性的湖北省涴市镇进行研究,对目前该镇治理沟渠污染3种主要的方式进行了效益分析。在此基础上,提出了运用工艺较为成熟的人工曝气法;通过投资、效益分析对比,反映了现行方式的弊端和人工曝气技术法的优势,为今后农村沟渠污染科学治理提供了依据。     

土壤中施入猪粪量及土壤入渗率对水质的影响

饲养牲畜被认为是产生非点源污染的主要原因。美国学者D H Pote等人研究了降雨入渗率及土壤中施入不同量的猪粪对径流及水质的影响。试验方法是在种植羊茅的试验小区分别施入 1t hm2 和 2t hm2 的干猪粪 ,可分别提供 78 4和 15 6 8kg hm2 的N。结果表明 :施肥后 ,模拟降雨 (雨强 75mm h) 2 4h产流 3 0min ,平均入渗率在7 7～ 60 6mm h。NTK(凯氏全N)、NH4 -N(氨态N)、PDR(溶解态活性P)以及PT(全P)的流失量及质量浓度 ,随着施粪量的增加而增加。增加入渗率 ,可减少径流量和径流中Cl、可溶性物质 (可溶性固态物质 )、PDR 、NTK 、和NH4 -N的质量浓度。然而 ,在渗漏水中NO3-N(硝态N)和NH4 -N的质量浓度不随施粪量变化。     

农业灌溉期辽河水质演变分析

辽河是辽宁省重要的农业灌溉河流。每年农业灌溉期上游水库放水初期Ⅱ、Ⅲ类库区水流经河道后就变成了Ⅴ类和劣Ⅴ类水,河道每年必须经过冲污后才能对农田进行灌溉,河水污染加剧了水资源的供需矛盾,成为困扰全省经济和社会发展的一个重大问题。以辽宁省水文局2004～2007年连续4 a开展的灌溉期水平衡测试为基础,采用单指标法和综合污染指标法评价分析了灌溉期辽河水质演变状况,进行了辽河典型断面COD承载容量分析,为辽宁省水质评价及水资源的开发利用方面提供了技术资料。