平原河网区农田径流氮磷生态拦截体系研究

研究结合太湖常熟市常福村示范田,提出了“深蓄减排、浅湿控灌、水肥耦合、渗滤控排、塘堰湿地”的农田径流氮磷高效去除模式,并通过技术集成示范,对TN、TP、NO3-N、NH4+-N等的拦截效果进行了研究。示范区建成后,水稻作物产量平均增加3.08 kg/hm2,生态系统对农田排水中TN、TP、NO3-N、NH4+-N去除率介于52.2%~67.1%之间,拦截效果均较为明显。研究结果为该地区农田径流面源污染防治及高标准农田生态体系构建提供理论依据及建设思路。

三江平原退化湿地和农田土壤养分的比较研究

三江平原农业开垦导致地表水位和土壤水分下降,原生湿地退化为沼泽化草甸和典型草甸,或者直接转化为水田和旱田。退化湿地与农田土壤养分的对比研究结果表明,4种样地类型0—30 cm土层土壤有机质含量为水田>沼泽化草甸>旱田>典型草甸,全氮含量差异与有机质含量差异相一致,速效磷含量为水田>旱田>沼泽化草甸>典型草甸。这说明在湿地退化为典型草甸的过程中土壤养分严重下降,水分状况是影响湿地土壤养分下降的关键因素;但是农田土壤养分仍然保持较高水平,主要是由于耕作、施肥等非水分因素的影响。由此可见,水分条件和人为干扰共同决定了退化湿地和农田土壤养分状况。

塘堰湿地对农田排水氮磷净化效果试验研究

为了研究不同塘堰湿地与稻田面积比β以及湿地水滞留时间对稻田排水中氮磷污染物净化效果的影响,在江西省灌溉试验中心站针对以白莲为湿地植物的塘堰开展了原位试验.试验以TN,NH+4-N,NO-3-N,TP去除率为判别指标,结果表明,白莲塘堰湿地对稻田排水中氮、磷具有较好的去除效果.排水进入湿地后的前3～4 d,各项指标随水滞留时间的延长上升较快,之后并没有随水滞留时间延长而明显提高,即湿地最佳水滞留时间为3 d.不同β湿地对氮、磷的去除效果在白莲成苗期和花果期明显好于成藕期.以成苗期和花果期去除率为辨别标准,不同β湿地对TN,NH+4-N,NO-3-N的去除率从大到小依次为SD1,SD2,SD3,其中SD1与SD2之间差异不大,但均显著大于SD3.不同β湿地对TP的去除效果差异不明显.综合考虑经济及对农田排水中氮磷的去除率,最佳β为SD2湿地的1∶6.SD2湿地成苗期和花果期第3天对TN,NH+4-N,NO-3-N,TP的平均去除率分别为72.5%,71.7%,55.6%,69.5%.

植草沟-湿地滞留塘控制农田径流污染效能

植被拦截是控制非点源污染的最佳管理措施之一。为了探讨植草沟与湿地滞留塘组合系统对农田径流污染控制效能,研究以江苏金坛市某农业科技园为对象,对农田降雨径流特征进行了现场测试,并通过相关性分析对农田径流各污染物相互关系及成因进行了探讨。考察了4场典型降雨下植草沟-湿地滞留塘组合系统对农田径流污染实际控制效能,结果表明植草沟-湿地滞留塘组合系统是控制农田径流污染的有效措施。

多级串联表面流库塘-湿地净化农田径流效果评价

农田径流已成为湖泊流域非点源污染治理的主要制约因素.为研究多级串联表面流库塘-湿地中各级表面流湿地对洱海流域农田径流水体的净化效果,以大理市喜洲镇美坝村新建的多级串联表面流库塘-湿地为研究对象,跟踪监测其各级表面流湿地进、出水中ρ(TN)、ρ(NO3^--N)和ρ(TP),分析水质净化效果及营养盐质量浓度沿程变化规律.结果表明:①多级串联表面流库塘-湿地出水ρ(TN)、ρ(NO3^--N)和ρ(TP)平均值分别为1.77、1.18和0.05 mg/L,低于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅴ类标准限值,TN、NO3^--N和TP去除率分别为57.75%、65.54%和67.43%.②农田径流在经过沉淀池、一级和二级表面流湿地后,对TN、NO3^--N和TP的去除率已分别达45.35%、52.21%和50.59%,且二级表面流湿地中出水ρ(TN)、ρ(NO3^--N)和ρ(TP)分别为2.36、1.69和0.06 mg/L,已达到较好的出水水质.③氮、磷营养盐质量浓度沿程削减模型拟合结果表明,指数削减模型较适宜表征TN、NO3^--N在多级串联表面流库塘-湿地中的沿程削减过程,而TP的最佳削减模型为线性削减模型.研究显示,多级串联表面流库塘-湿地对农田径流具有较好的净化效果,其对营养盐净化作用主要体现在前两级表面流湿地.

植物塘+人工湿地系统对灌溉水净化及稻米镉的阻控效果

为了降低灌溉水中Cd向农田中输入,减轻农田重金属Cd污染,降低稻米中Cd含量。本试验选取梭鱼草、狐尾藻、轮叶黑藻为材料,构建3级植物塘+人工湿地系统,研究其对湖南典型矿区Cd超标灌溉水(全量Cd浓度均值≈6.65μg·L^(-1))净化效果及稻米Cd阻控效果,并分析灌溉水进出水浓度与干湿沉降通量对系统净化效果的影响及净化系统中湿地植物的吸附能力。结果表明:梭鱼草、狐尾藻、轮叶黑藻3种水生植物对灌溉水中Cd具有较好的去除能力,经系统净化后灌溉水中全量和可溶态Cd平均去除率分别高达70%和91%,可有效降低湿地系统中重金属Cd浓度并阻止灌溉水中Cd向稻田迁移。湿地进水Cd浓度易随降雨产生波动,但湿地系统对Cd的去除效果不受影响。降雨量与Cd湿沉降通量呈线性正相关,与Cd干沉降通量呈线性负相关。监测期间(2017年4月16日—2017年9月17日)该3级净化系统Cd输入总量为428.46 g,其中干沉降沉降量为20.52 g,湿沉降沉降量为57.60 g,系统有效截留Cd占输入总量的87.94%,干湿沉降作为外源Cd输入源之一,对净化系统的运行效果影响不显著。在湿地正常运行情况下,净化后灌溉区水稻根部、茎鞘、叶片、谷壳和糙米中的Cd含量与未净化灌溉区水稻相比分别下降了5.96、3.83、2.42、0.40 mg·kg^(-1)和0.12 mg·kg^(-1)。研究结果可为典型矿区Cd污染灌溉水净化、降低农田重金属输入量与粮食安全生产提供科学参考和数据支持。

植物塘-人工湿地复合系统基质与植物筛选及农田退水处理研究

通过等温吸附试验研究4组不同组合基质对水中氨氮和磷素的吸附效果,考察模拟农田退水中植物的生长状况及对化学需氧量(COD)、氨氮(Ammonia)和总磷(TP)去除率,并从6种水生植物中选取适宜的栽种植物,进而构建植物塘-人工湿地复合系统,以处理模拟农田退水。结果表明,由Langmuir方程得到组合基质对氨氮的最大吸附量从大到小依次为M3、M1、M4、M2,对磷素的最大吸附量从大到小依次为M1、M3、M4、M2。选择M1为植物塘的最佳填充基质,M3为人工湿地的最佳填充基质。模拟农田退水中挺水植物和沉水植物生长状况迥异,4种挺水植物对氨氮和TP的去除效果差异显著,其中氨氮的去除率从大到小依次为菖蒲、千屈菜、泽泻、香蒲,TP的去除率从大到小依次为泽泻、千屈菜、菖蒲、香蒲;2种沉水植物中狐尾藻对COD、氨氮和TP的去除率均显著高于金鱼藻。选择狐尾藻为植物塘的栽种植物,"菖蒲+泽泻+千屈菜"为人工湿地的栽种植物。植物塘-人工湿地复合系统对COD去除率为96.05%~98.06%,氨氮去除率为98.07%~98.88%,TP去除率为95.14%~96.68%,去除效果均良好。

鄱阳湖流域防治面源污染的稻田湿地面积比分析

为有效防治鄱阳湖流域农业面源污染,科学构建修复面源污染的灌排湿地系统,采用农田排水试验,并通过理论分析,研究了不同控制水深的塘堰湿地对农田排水面源污染物氮磷的净化效果;同时根据多年灌溉试验资料和气象资料分析农田排水量,计算了防治面源污染效果较佳的稻田湿地面积比。结果表明,湿地植被为莲藕的塘堰,水深20cm对氮、磷的去除效果波动较大,水深40cm去除效果较佳,水深60cm去除效果较慢;莲藕开花期对氮、磷的去除效果最好;排水频率为50%、75%和90%时,其稻田与湿地面积比分别为46.1∶1、22.3∶1和12.6∶1;农田排水进入湿地后停留时间以3~4d为宜。根据鄱阳湖流域沟塘湿地和耕地现状,从净化效果和经济性综合角度出发,鄱阳湖流域稻田与湿地面积比以22.3∶1~46∶1为宜。