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。

水生植物对农田排水沟渠中氮、磷的截留效应

为有效阻控农田土壤流失氮、磷通过沟渠进入水体,通过动态模拟实验研究对比不同排水沟渠对农田流失氮、磷的截留作用,同时通过静态模拟实验重点探讨了水生植物对氮、磷在水-沉积物-水生植物这一微观系统中的截留机理.结果表明:沟渠中的水生植物茭白和菖蒲对氮、磷的截留和转化有明显的促进作用;水生植物的存在可以加速氮、磷界面交换和传递,从而使上覆水中氮、磷含量快速减少;沉积物间隙水中氮、磷含量的变化受界面交换、沉积物吸附、微生物转化及植物吸收等各方面因素影响,水生植物调整并加强氮、磷的各种转化,植物的存在使得间隙水中氨氮及磷酸盐含量降低并呈现规律变化.

降水对农田排水沟渠中氮磷流失的影响

以浙江嘉兴双桥农场为研究对象,分析降水对农田沟渠中氮、磷流失的影响,揭示氮、磷在降水径流中流失的一般规律.在单晚稻生长期间,同步监测了施肥后的2次降水量和沟渠径流量,并对2次降水径流的全过程进行污染物含量的测定,对农田排水沟渠径流量与污染物含量随2次降水变化过程进行监测.结果表明:污染物含量变化呈现出大致相同的趋势,且污染物含量峰值比流量峰值提前2～3 h;在降水初期,污染物含量随径流量的增大而升高;随着流量的继续增大,含量呈下降趋势.施肥后4 d内降水的农田沟渠中氮、磷随径流的流失量比4 d后大.影响氮、磷流失的因素主要有降水量、降水时间间隔、径流量、施肥的种类和数量、土壤前期含水量以及沟渠中的沉积物等.氮流失的主要形态为氨氮和硝氮;磷流失的主要形态为磷酸盐.通过回归分析发现,径流量与氮、磷排放负荷间符合多项式关系.

农田排水沟渠的环境效应与生态功能综述

农田排水沟渠作为农业景观中重要的景观单元,能够调节农田生态系统水分平衡,改变流域水文情势。农田养分可以随排水过程迅速流失,也可以通过沉淀与吸附机制被农田沟渠所截留或者通过植物吸收后收割与反硝化去除等机制脱离农田生态系统。作为农田生态系统边缘的交错带,农田排水沟渠较高的植物多样性可以提供动物栖息地和避难场所,增加农田生态系统生物多样性。清淤、收割和控制排水等管理措施对于农田排水沟渠的环境效应和生态服务功能有着不同的影响。今后应加强从多个学科研究农田排水沟渠的环境效应和生态功能,探索生态排水沟渠的构建和管理技术,实现农田排水沟渠水利功能和生态功能的"双赢"。

pH对沟渠沉积物截留农田排水沟渠中氮、磷的影响研究

通过摇瓶动态实验和箱体静止实验,研究了不同pH条件下沟渠沉积物对农田流失氮、磷的截留效应,分析了pH对氮、磷截留效应及其界面交换作用的影响。结果表明:在实验pH变化范围内,沟渠沉积物对NH4+-N的吸附量和NO2--N的硝化量以及对TN的截留率都是随着pH的增加而增加;沟渠沉积物对总溶解性磷(TDP)的吸附量随着pH的增加而增加,TP的截留率在5d前随pH的增加而增加,但在此后基本不发生变化;在不同的pH下,通过影响微生物的活动直接或间接影响氮的界面交换行为,同时pH通过影响沉积物的吸附作用和离子交换作用来影响磷在沉积物-水界面的交换行为。阐明pH对沟渠沉积物氮、磷截留效应的影响有助于掌握氮、磷在农田排水沟渠中的迁移转化机理,从而对控制农业面源污染具有重要的意义。

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。

排水沟渠炉渣与底泥对水中氮、磷截留效应

通过等温热力学吸附实验,将炉渣、炉渣+30%底泥、排水沟渠底泥对水中氨氮的去除效果进行比较,并采用Langmuir等温吸附方程对3种基质吸附氨氮、磷酸盐的量进行拟合;通过动力学实验,比较3种基质吸附速率.结果表明,炉渣、炉渣+30%底泥、排水沟渠底泥对氨氮的最大吸附量分别为0.49,1.03,1.75mg/g,对磷酸盐的最大吸附量分别为0.99,2.33,1.88mg/g;4h内基质吸附氨氮速率分别为:0.10,0.11,0.54mg/(g.h),2h内基质吸附磷酸盐速率分别为:0.048,0.051,0.096mg/(g.h).由于沟渠底泥较为松散、遇水冲刷易流失,故选择炉渣作为沟渠基质坝的填充物.基质坝能够减缓渠水流速,延长渠水的水力停留时间(HRT).

三江平原农田源头排水沟渠截留排水中氮素动态

通过小尺度野外原位试验,研究排水沟渠水体、底泥和植物中氮含量的变化规律。结果表明,随水体停留时间增加,沟渠对水体氮素的净化能力增强,认为停留8 d左右较适宜。沟渠对NH4+-N的截留率大于TN和NO3--N。渠水停留11 d时,4条试验沟渠〔氮浓度高、磷浓度低(NHPL),氮浓度高、磷浓度高(NHPH),氮浓度低、磷浓度低(NLPL),氮浓度低、磷浓度高(NLPH)〕对NH4+-N的截留率均达100%,对NO3--N的截留率分别为84.63%、84.35%、75.67%和76.14%,对TN的截留率分别为88.02%、89.89%、90.88%和88.53%。试验结束时沟渠表层(0～15 cm)底泥氮含量降低,植物氮累积量远大于进水TN总量,说明植物生长同时吸收了水体、土壤和底泥中的氮,建议在秋季适时收割植物,以避免植物分解导致二次污染。

生活污水为主要补给源的城郊排水沟渠氮磷滞留特征

为揭示生活污水补给影响下排水沟渠氮、磷滞留特征,以合肥市城郊结合部的关镇河支渠为对象,以NH4Cl和KH2PO4为添加营养盐,以Na Cl为保守型示踪剂,开展5次现场示踪试验.在此基础上,利用OTIS(one-dimensional transport with inflow and storage)模型估算D(扩散系数)、A(渠道过水断面面积)、As(暂态存储区断面面积)、α(暂态存储交换系数)、λ(主流区溶质一阶吸收系数)和λs(暂态存储区吸收系数);并利用营养螺旋原理,计算营养盐的Sw(吸收长度)、Vf(吸收速度)和U(吸收速率)等.结果表明:1As/A具有随流量减小而增大的变化特征,平均值为0.35;5次试验得到的α均处在10-3数量级水平,平均值为2.49×10-3s-1.2Sw-NH4和Sw-PO4(分别表示NH4-N和PO4-P的Sw,下同)均较大,最大值分别达934 020、47 518 m,意味着关镇河支渠已基本不具备氮、磷滞留能力;而Sw-NH4和Sw-PO4均不同程度地出现负值,表明该支渠还具有"源"的作用.3Vf-NH4与河水平均深度、渠道流量均呈显著负相关,Vf-PO4和U-PO4与渠道水面宽度均呈显著正相关.4NH4-N和PO4-P的营养螺旋指标与其相应质量浓度背景值无明显相关性.

湖北四湖流域排水沟渠水质指标的因子-聚类分析

排水沟渠水质监测是研究湿地农业区域农业面源污染特征的基础。沿湖北四湖流域总干渠两岸采集了14个排水泵站所在沟渠水样,测定了EC、pH值、DO、COD、TN和TP6项水质指标,应用因子分析、聚类分析对该流域沟渠水质指标进行了分析。结果表明,沟渠水质的主导影响因子为水体氮、磷负荷;以3个主因子得分为依据进行聚类分析,将沟渠污染水平划分为4种类型,即重度、中度、轻度污染类型以及一个特殊的生物污染类型,其中属于重度、中度、轻度污染类型的沟渠分别位于流域总干渠的中游、上游、下游3个空间位置;属于特殊的生物污染类型的沟渠是洪湖出口处的万全泵站所在的沟渠,表现为溶氧低、耗氧高。

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。

利用排水沟渠处理污水技术研究

利用合流制排水沟渠处理污水是一项新技术。通过室内试验和实际模型试验 ,对利用合流制排水沟渠处理污水的工艺、效率、抗冲刷能力、生物载体等进行了研究 ,结果表明处理效率达到或超过一般生物膜法的水平 ,基建投资和运行费用大大降低。利用排水沟渠处理污水与传统的推流式生物氧化法有所不同 ,在内源呼吸期COD值有所上升 ,对此现象进行了理论探讨 ,并建立了COD和溶解氧变化过程数学模式 ,还对设置初次沉淀段进行了经济分析。

灌区非点源氮在排水沟渠中的归趋机理及控制问题

针对灌区农田非点源氮素污染控制问题,从排水沟渠系统结构、功能等角度出发,对氮素在排水沟渠中的归趋机理以及水文、沟渠几何特征、生态特征和沟渠底泥-水生植物-微生物系统等因素对氮素归趋的影响等已有研究成果进行了总结回顾,提出了排水沟渠的三维生态整治模式,这对实现灌区农田非点源氮素污染的调控及可持续性发展具有参考意义。

不同因素对排水沟渠水平冻胀力的影响

多年冻土地区的排水沟渠经常遭受水平冻胀力的破坏,严重影响构筑物的服役性能。根据青藏高原多年冻土区路基坡脚U型槽排水沟渠的现场试验,并通过数值计算与理论分析,分析了结构埋深、粗颗粒换填范围以及结构形式对其温度场和水平冻胀力的影响。结果表明:改变工况,对土体温度场分布的形状影响较小,仅对其大小有一定影响。不同工况下水平冻胀力均沿深度非均匀分布,最大水平冻胀力主要出现在结构中部,而其上部和下部较小,结构侧壁在1/2至1/3处易发生冻胀破坏。梯形结构所受的水平冻胀力较U型结构增大13%~15%左右,但其分布形式基本相同。因此,U型结构在降低水平冻胀力方面优于梯形结构。随着换填范围增大,排水沟渠的水平冻胀力最大值逐渐减小;对于埋深1.7 m的排水沟渠来说,其侧边的0~2.8 m是影响水平冻胀力的主要换填宽度范围,而当换填宽度超过2.8 m后,水平冻胀力几乎不再降低。

农田排水沟渠调控农业非点源污染研究综述

农业非点源污染日益成为亟待解决的问题,随着农业非点源污染的深入研究,农田排水沟渠在调控非点源污染上的作用逐渐得到大家的关注。在简要分析农田排水沟渠特征及功能的基础上,归纳总结了排水沟渠系统对氮、磷非点源污染的迁移转化机理;结合目前研究状况,提出今后尚需进一步研究的问题,包括沟渠内植物和底泥二次污染、农田排水沟渠非点源污染溶质净化与内源污染形成机理研究、农田排水沟渠对农田生态系统生物多样性的影响以及土壤次生盐碱化与灌区农田排水沟渠之间关系研究等,以期为农田排水沟渠对农业非点源污染调控作用的研究提供参考。

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。

查哈阳灌区排水沟渠破坏成因及治理办法

灌涝区的排水沟渠工程普遍存在片堤塌坡的破坏问题 ,文章对查哈阳灌区排水沟渠存在的片堤塌坡破坏问题 ,分析了破坏形成的原因 ,并提出了具体治理办法。

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。

排水沟渠在道路排水系统中的计算分析与应用

排水沟渠的成功应用可使排水系统水流顺畅、工作有效。该文采用实地调查及理论分析的方法,分析了排水沟渠的分类,给出了三角形边沟、带低洼区三角形边沟、矩形及梯形边沟、半圆形边沟及皿型边沟等排水沟渠的流量计算公式,讨论了其在曲线段的流态,提出了不同形式排水沟渠的适用条件,可对排水沟渠的设计起到较好的指导作用。

农业排水沟渠系统中总磷的运移模拟研究

针对农业排水沟渠系统中磷的迁移转化机理不清楚,运移模拟少的问题,本文以沟渠中水体为研究对象,通过分析排水沟渠的生态结构,得出总磷在排水沟渠系统内迁移转化过程。将水流连续方程、污染物迁移转化方程组成模型,运用模型和获得的参数进行了排水沟渠的试验,对总磷的指标进行模拟,最后模拟出的结果与样品实测值吻合比较好,模拟系数更是达到了0.9,构建的模型适合此类封闭式沟渠。