农村面源污染治理的“4R”理论与工程实践——生态拦截技术

农村面源污染因其排放路径的随机性、排放区域的广泛性以及排放量大面广等特征,即使在实施源头控制后,仍然不可避免地有一部分污染物随各排放途径输移,对下游水体水质造成很大的影响,因此,实施生态拦截技术,高效阻断污染物输移是农村面源污染治理技术中非常重要的一环。研究表明,生态拦截沟渠技术不额外占用土地,能高效拦截净化氮磷污染物,并兼具生态景观美化之功能。人工湿地技术、稻田消纳技术以及前置库技术,也能有效拦截氮磷污染物,在农村面源污染治理实践中得到了一定的应用,但其占地面积大的缺点限制了在我国经济发达地区的推广。以丁型潜坝技术为代表的陆-水交接面污染拦截净化技术在我国农村面源污染物的过程阻断方面开始崭露头角,具有较高的应用潜力。缓冲带、生草覆盖、脱氮沟以及湿地-多级塘等技术也有一定的应用前景。生态拦截技术的应用需结合区域环境特征和地形地貌现状,因地制宜,兼顾生态功能、环境功能和景观功能,在充分利用和改良现有沟渠塘的基础上注重氮磷养分资源的回用,从而提高拦截效率,实现水体生态系统的生态修复。     

碳氮比对水芹浮床系统去除低污染水氮磷效果的影响

随着我国经济的快速发展,农业面源污染问题日益严重,加剧了淡水水质恶化的趋势。本研究以浮床水芹(Oenanthe javanica)系统和无植物对照(Control)为对象,研究了其对不同碳氮比农村低污染水[定义为农业生产或农民生活过程中产生的,富含植物生长所需的氮、磷等养分与多种微量元素且满足城镇污水处理厂污染物排放标准一级B要求(GB 18918—2002一级B:TN≤20 mg·L~(-1),TP≤1 mg·L~(-1))的那部分污水]中氮(N)、磷(P)、化学需氧量(COD)的净化效果。试验所用低污染水为生活污水(TWW)和外加碳源生活污水(高碳氮比,TWW-HC)两种。整个试验历时82 d,中间换水一次。试验结果表明水芹浮床系统接纳高碳氮比低污染水对氮磷的去除效果较好。外加碳源能在短时间内快速降低低污染水中N、P的浓度,试验3 d时TWW-HC中总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、总磷(TP)的去除率分别达40.8%、38.4%、62.8%。整个试验周期TWW-HC组对TN的去除率为73.9%~96.0%,高于TWW组(60.6%~85.9%);该组对TP的去除率为68.0%~81.1%,高于TWW组和Control组(TP去除率分别为21.3%~54.9%和19.2%~58.1%)。收获时TWW-HC处理水芹生物量、平均株高和相对生长速率均显著高于TWW处理(P0.05)。TWW-HC处理通过植物吸收带走的N、P分别占系统对N、P去除量的58.2%和37.6%,明显高于TWW处理(相应比例分别为8.7%和11.0%)。这说明通过外加碳源调节进水C∶N比促进了水芹的生长和对污水中养分的吸收利用,有利于水芹浮床系统对N、P的去除。     

苏州市吴中区土壤地力评估及适宜氮肥投入量估算

确定稻田的适宜氮肥投入量是保障耕地持续生产力和减少农业面源污染的关键,而土壤地力直接影响着作物产量与氮投入关系。以江苏省苏州市吴中区稻田系统为对象,调查了当前水稻的氮肥投入现状及产量水平,并对土壤地力进行了定量评估。在此基础上,因地制宜地设定针对不同土壤地力的生产目标,给出了不同土壤地力下的适宜氮肥推荐用量及氮肥施用类型,并估算出吴中区现有土壤条件下,高地力田块推荐产量为7.50～9.00 t/hm~2,对应适宜氮肥投入量为140～240 kg/hm~2;中地力田块推荐产量为6.00～8.25 t/hm~2,对应适宜氮肥投入量为130～230 kg/hm~2;低地力田块推荐产量为5.25～7.50 t/hm~2,对应适宜氮肥投入量为130～200 kg/hm~2。     

不同土壤添加剂对太湖流域水稻产量及氮磷养分利用的影响

为探讨土壤添加剂对太湖流域稻田面源污染的控制效果,选用生物炭、微生物菌肥和硝化抑制剂三种土壤添加剂作为供试材料,通过盆栽试验研究其单独施用及两两组合配施对水稻生长、产量、肥期田面水养分动态、养分吸收利用以及土壤肥力等的影响。研究结果表明:各添加剂处理均可保证水稻的正常生长,并表现出增产效果,生物炭添加处理、微生物菌肥与生物炭组合处理及生物炭与硝化抑制剂组合处理水稻产量分别较施肥对照处理提高了57.5%、66.1%和45.4%。各添加剂的施用对植株吸氮量的影响不显著,仅微生物菌肥与生物炭组合处理显著提高了氮回收效率,但是所有添加剂处理均显著提高了氮肥农学利用效率和生理效率,生物炭处理和微生物菌肥与生物炭组合处理效果最佳,各添加剂处理对水稻的磷素吸收利用没有影响。微生物菌肥单施处理提高了水稻基肥期田面水氮浓度,而其他处理则表现为显著降低,特别是与生物炭的组合处理;蘖肥期各处理对田面水氮浓度影响不大;穗肥期除生物碳与菌肥配施处理外,其他各添加剂处理均显著提高了田面水氮浓度。添加剂处理还略微增加了基肥期和穗肥期的田面水总磷浓度,但差异不显著。各添加剂处理对收获后土壤肥力指标没有影响。综合产量、氮肥吸收以及田面水氮磷流失风险,微生物菌肥与生物炭组合处理可促进水稻生长,显著提高水稻产量,有效降低水稻生育前期氮素流失风险,缩短养分流失风险期,并能维持土壤肥力,值得应用于太湖流域稻田的面源污染控制上。     

太湖地区稻麦轮作系统不同氮肥管理模式对麦季氮素利用与流失的影响研究

通过对施氮管理模式的调整,研究太湖流域稻麦轮作系统不同模式下麦季氮素利用率以及土壤中氮素迁移对水体中氮的影响.试验设置6个处理:农户施肥处理、化肥减量处理、稻季按需施肥处理(麦季同化肥减最处理)、新型肥料处理、有机无机配施处理以及无氮处理.结果表明:有机无机配施处理在麦季持续减少25％施氮量的情况下不会影响产量及作物地上部分氮素总积累量,且氮素表观利用率显著高于其他处理,麦季径流与渗漏损失量主要受施氮量的影响,NO3-N是损失的主要形态;减氮处理可较农户处理降低7.7～12.0 kg·hm-2的氮素流失;麦季有机无机配施减量处理,能够保证作物产量与氮素吸收并且有效降低氮素的流失,具备可持续性发展的前景.     

秸秆还田配施氮肥对水稻根际土酶活性的影响

为了明确水稻根际土壤酶活性对秸秆还田与氮肥配施的响应规律,本研究以江苏泰州高砂土和江苏常州黄泥土两种稻麦轮作土壤为研究对象,采用根际袋法,基于温室模拟盆栽试验研究了秸秆单独还田（S）、秸秆与常规氮肥配施（SN）、秸秆与高量氮肥配施（SHN）3种施肥模式对水稻成熟期根际与非根际土壤脱氢酶、蛋白酶、脲酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、羟胺还原酶活性的影响。结果表明：与非根际区土壤相比,两种类型稻田根际区土壤脱氢酶、脲酶、羟胺还原酶活性分别提高了22.4%～48.7%、13.4%～70.9%、12.4%～23.0%,仅江苏常州S处理根际土壤脲酶活性增加效应不显著;同时,秸秆还田配施氮肥显著提高了江苏泰州根际土壤蛋白酶活性34.2%～44.7%和亚硝酸还原酶活性49.6%～87.1%,以及江苏常州根际土壤硝酸还原酶活性243.8%～270.5%。与秸秆单独还田相比,秸秆与氮肥配施显著提高了水稻根际和非根际区土壤中脱氢酶活性14.2%～62.7%,脲酶活性8.2%～54.4%,以及羟胺还原酶活性3.8%～18.0%（江苏常州非根际土脲酶和江苏泰州SN处理羟胺还原酶除外）;与以上3种酶不同,根际区土壤...     

利用叶绿素计(SPAD-502)诊断水稻氮素营养和推荐追肥的研究进展

叶绿素计(SPAD-502)在监测水稻氮素营养水平和及时提供追肥所需的信息方面有快速、简便、无损的特点,但其精度常受多种因素的影响。本文分析了影响利用SPAD-502叶绿素计诊断水稻氮素营养和推荐追肥精度的水稻品种、生育时期、测定叶位、测定叶片的位点、生态环境等因素。并综述了通过量化SPAD读数与氮的关系,提高诊断水稻氮素营养精度;通过量化SPAD读数与追肥关系,提高SPAD-502叶绿素计诊断法推荐施肥精度的研究现状;提出进一步提高利用SPAD-502叶绿素计诊断水稻氮素营养状况与推荐追肥精度尚需解决的几个问题。     

不同表面分子膜材料抑制稻田氨挥发的效果及其作用途径

表面分子膜是抑制稻田氨挥发的一种经济环保的手段,但适宜膜材料的选取及作用途径尚未明确,为此,试验选取聚乳酸(PLA)、玉米蛋白、Span60为表面分子膜材料,根据材料的溶解度和成膜状态确定各材料添加比例,PLA添加比例为2、4、6、8 g·m~(-2)(以干性物质计,下同),玉米蛋白1、2、4、8 g·m~(-2),Span60 1、2、4、6 g·m~(-2)。通过开展控温培养试验,比较不同分子膜材料对氨挥发的控制效果及其主要作用途径。结果表明,PLA、玉米蛋白、Span60三种材料均降低了肥后一周内的氨挥发排放量,降低比例分别为6.61%～18.10%、6.71%～21.78%、4.32%～9.51%。PLA、玉米蛋白通过降低田面水铵态氮浓度和pH值共同作用抑制氨挥发,含2 g·m~(-2)的玉米醇溶蛋白和含8 g·m~(-2)的PLA对氨挥发有较好的抑制作用,与对照相比可分别降低氨挥发排放量12.46%和9.61%;Span60主要通过降低田面水铵态氮浓度抑制氨挥发,但添加比例过高会增加田面水铵态氮浓度,最佳添加比例为1 g·m~(-2),与对照相比可降低氨挥发排放量5.63%。研究表明,玉米蛋白(2 g·m~(-2))是较适宜的氨挥发表面分子抑制材料,但其田间实际效果还有待于进一步验证。     

生活污水氮磷浓度对水稻生长及氮磷利用的影响

通过设置不同N、P浓度的生活污水进行水稻盆栽实验,研究了生活污水灌溉对水稻生长、产量以及氮磷吸收利用的影响。结果表明,在正常灌溉和不施肥条件下,污水灌溉明显降低了水稻施肥期的田面水氮磷浓度,水稻移栽后70 d左右田面水N、P浓度与不施肥处理田面水N、P浓度趋于一致;污水TN、TP浓度与水稻的生长指标和产量密切相关,生活污水灌溉提高了穗粒数、千粒重和结实率,但穗数明显减少,导致产量下降;当污水中总氮浓度达20~25 mg·L~(-1)、总磷浓度达1.0~1.5 mg·L~(-1)时,不施任何化肥条件下水稻产量即可达到常规化肥处理的95%,差异不显著,此时污水灌溉中带入的氮仅为常规施肥处理氮用量的64.1%和磷肥用量的23.2%。与常规化肥处理相比,污水灌溉提高了水稻的N、P利用效率,水稻对N、P的吸收利用与污水中的N、P浓度成正相关,且污水中的N、P存在着正交互作用,即提高P浓度促进了N的吸收利用,提高N浓度促进了P的吸收利用。在应用生活污水进行稻田灌溉时,需在分蘖期配施一定的化肥从而保证水稻高产。