生态塘对稻田降雨径流中氮磷的拦截效应研究

农田养分的大量流失已成为农业面源污染的主要来源之一,生态塘兼具排水和生态湿地双重功效,研究其对稻田排水氮磷的拦截效应对于防治农业非点源污染具有重要意义。针对降雨径流条件下生态塘对降雨径流中氮磷的动态拦截效应以及降雨径流结束后氮磷在静水中的去除效应有待明了的需求,本文选取太湖西岸何家浜流域典型农田作为研究对象,并将该区域的塘堰改造为生态塘,研究了生态塘对水稻生长期内的三场降雨径流氮磷的拦截去除效果及降雨径流结束后氮磷在静水中的去除效应。研究结果表明:(1)在三场降雨过程中,生态塘对总氮(TN)的平均去除率为34.7%,总磷(TP)的平均去除率为34.8%;(2)生态塘对降雨径流中不同形态氮磷的去除率大小排序为氨氮(NH_4~+-N)颗粒态氮(PN)硝态氮(NO_3~--N),颗粒态磷(PP)溶解态磷(DP),且径流状态下水体垂向分层氮磷浓度分布随降雨进行而变化,总体分布规律为底层氮磷浓度大于表层氮磷浓度;(3)降雨径流结束后,TN在生态塘中的去除率为50.4%,TP在生态塘中的去除率为52.3%,塘2对TN、TP的去除率大于塘1与塘3,生态塘表现了较强的抗冲击自修复性。     

平原河网区农田渗滤沟道及氮磷拦截效果试验研究

为有效拦截控制平原河网地区农田径流氮磷流失，减少农业非点源污染，设计了农田排水渗滤沟道生态系统，并通过稻田蓄水、渗滤沟道、传统排水等不同情形下对ＴＮ、ＴＰ、ＮＯ３－Ｎ、ＮＨ４－Ｎ的拦截与去除效果进行了试验研究。结果表明，基于多孔透水的沟道护砌材料、排水垫层材料、沟渠植被生态系统、控制排水等方面构建的农田径流生态渗滤沟道系统，在农田径流氮磷拦截和去除效果上发挥了重要作用；水稻生育期，农田渗滤沟道系统对农田排水中总氮、硝态氮、氨氮等氮类营养物去除率介于１８％～３９％之间，去除效果较好，而对于总磷的去除率高达５５．６％，拦截效果更为明显，为农业非点源污染治理提供了可行的解决途径。     

不同形式生态沟渠截除农田径流污染物效果分析

为探索上海地区生态沟渠不同布置方式对农田径流污染物拦截效果的影响,构建了2种不同布局的生态排水沟渠系统("一"字型和"弓"字型),针对2种不同径流进水污染物浓度(一般浓度和较高浓度)水平,对生态沟渠农田径流营养性污染物的截除效果开展了研究。结果表明:2种不同布置方式的生态沟渠对径流污染物均有较好的截除作用,对SS、TN、NH_4~+-N、TP的去除率分别在13%~28%,12%~41%,14%~47%,12%~55%之间,总体来看,"弓"字形生态沟渠对污染物的去除效果要优于"一"字形生态沟渠;一般浓度水平下,"弓"字形生态沟渠对SS、TN、NH_4~+-N、TP去除率分别比"一"字形高13.63%,27.49%,32.17%,11.98%;较高浓度水平下,"弓"字形生态沟渠对SS、TN、NH_4~+-N、TP去除率分别比"一"字形高10.71%,20.06%,25.86%,22.83%。最后,对生态沟渠相关应用与今后的研究提出了建议。     

稻田沟渠施肥后降雨径流中氮素迁移规律研究

农田养分的大量流失已成为农业非点源污染的主要来源之一,针对施肥后降雨作用下农田沟渠氮素迁移规律的研究对农业非点源污染的防治具有重要意义。由于水稻生育后期施肥量大大减少,故以宜兴市何家浜上游的水稻耕作区为研究对象,重点对比分析了施肥后降雨作用下水稻生长前期沟渠水的氮素浓度分布特征,以及降雨径流过程中沟渠氮素的迁移规律。研究结果表明:(1)降雨量≤15 mm的限制型降雨事件中,处于施肥中期、末期的沟渠系统整个降雨过程中TN浓度波动范围较小;(2)水稻生长前期沟渠系统氮素输出的主要形态为NH4+-N和NO3--N,且降雨初期径流以颗粒态氮为主;(3)沟渠对氮素具有截留效应,沿沟渠水流方向氮素含量总体上沿程下降。     

双季晚稻田灌溉径流氮磷分布特征研究

以浙江绍兴地区曹娥江流域双季晚稻耕作区为研究对象,划分农田系统为引水系统、田间积水、排水系统等3个子系统,研究了在晚稻生长期灌溉动力作用下农田各沟渠径流氮素（总氮、硝酸盐氮、氨氮）及总磷浓度分布特征,并探索了秸秆覆盖裸田对氮、磷流失的影响。结果表明：（1）晚稻生长期间,硝酸盐氮是灌溉径流可溶性氮流失的主要形态,占总氮浓度的63.2%~92.9%。径流氨氮浓度所占比例较低,仅为5.1%~32.1%,且呈田间积水>排水系统>引水系统的分布特征;（2）晚稻生长期内农田排水系统总磷浓度是逐级下降的,降幅在14%~26%,但拔节孕穗期田间磷素流失较弱,而返青分蘖期和抽穗结实期则反之;（3）秸秆覆盖能明显减轻裸田氮素的流失,但对各沟渠径流总磷浓度影响不大。     

南方多水塘系统流域土壤养分空间变异特征研究

长江中下游区域湖泊富营养化严重，而农业非点源污染是主要影响因素，了解流域土壤养分空间变化特征，对于采取非点源污染控制措施具有重要意义。借助地理信息系统，利用地统计学中的半变量变异函数研究巢湖流域北岸区域六岔河流域多水塘-沟渠系统中的土壤养分空间变异特征，研究表明，土壤中有机物质（OM）、总氮(TN)、总磷(TP)、氨态氮(NH4-N)、硝态氮(NO3-N)的空间变异函数理论模型均符合球状模型，总磷（TP）、氨态氮（NH4-N）、有机物（OM）空间异质性中结构性变异大于随机变异，在28.8%～44.0%之间；总氮（TN）、硝态氮（NO3-N）空间异质性中结构性变异小于随机变异。机物质（OM）、总氮(TN)、总磷(TP)、氨态氮(NH4-N)、硝态氮(NO3-N)空间自相关范围具有明显的差异，变化范围为123.9m～517.36m，呈现出氨态氮（NH4-N）>硝态氮（NO3-N）>总氮（TN）>有机物（OM）>总磷（TP），变化范围相差4倍左右，表明影响土壤养分的生态过程在不同尺度上起作用，主要影响因素包括养分特性、土地利用以及水塘-沟渠系统景观等。     

表面流人工湿地控制农田排水污染物的作用

南方早稻期间降雨多,农田排水多、面源污染严重.为了研究生态修复技术对南方早稻期间农田排水中氮磷污染物的净化效果,本试验在广西桂林青狮潭灌区农田灌溉区域中,地势低洼处建立表面流人工湿地对农田排水进行处理.2009～2010年,早稻期间定时检测农田排水中氮磷污染物的变化情况及表面流人工湿地对氮磷污染物的去除效果,结果表明:2009～2010早稻期间,表面流人工湿地对总氮去除率分别为43.11%、48.95%;总磷的去除率分别为54.23%、43.28%,去除效果较好.     

紫色土丘陵区典型生态-水文单元径流与氮磷输移特征

通过对紫色土丘陵区典型农业-集镇-林地复合型小流域3次降雨-径流全过程的连续监测，测定径流过程中泥沙含量和不同形态氮磷浓度，以期认识典型农村生态-水文单元降雨径流过程中氮磷迁移规律。结果表明：降雨-径流过程中悬浮泥沙的流失主要集中在径流前期，其峰值出现在雨强最大时；集镇径流污染的影响主要表现在径流前期，是径流前期铵态氮偏高的主因；降雨-径流过程中，颗粒态氮与可溶态氮比（PN/DN）、颗粒态磷与可溶态磷比（PP/DP）的峰值均出现在雨强较大时：其中PN/DN多小于1，而PP/DP范围为1.1~30.2，说明氮素流失主要通过可溶态的方式，而磷的迁移以颗粒态磷为主。因此在紫色丘陵区建议利用湿地植物与沉砂池等综合措施控制土壤侵蚀和非点源污染以保护当地生态环境安全。     

紫色土丘陵区典型生态-水文单元径流与氮磷输移特征

通过对紫色土丘陵区典型农业-集镇-林地复合型小流域3次降雨-径流全过程的连续监测,测定了径流过程中泥沙含量和不同形态氮磷浓度,以期认识典型农村生态-水文单元降雨径流过程中氮磷迁移规律。结果表明：降雨-径流过程中悬浮泥沙的流失主要集中在径流前期,其峰值出现在雨强最大时;集镇径流污染的影响主要表现在径流前期,是径流前期铵态氮偏高的主因;降雨-径流过程中,颗粒态氮与可溶态氮比（PN/DN）、颗粒态磷与可溶态磷比（PP/DP）的峰值均出现在雨强较大时：其中 PN/DN 多小于1,而 PP/DP 范围为1.1~30.2,说明氮素流失主要通过可溶态的方式,而磷的迁移以颗粒态磷为主。因此在紫色丘陵区建议利用湿地植物与沉砂池等综合措施控制土壤侵蚀和非点源污染以保护当地生态环境安全。     

雨水花园对不同赋存形态氮磷的去除效果及土壤中优先流的影响

雨水花园作为一种生物滞留系统,能够有效降低城市化进程对城市水文和水质带来的负面影响,但其效果与雨水径流中污染物的赋存形态以及花园内部的水力特性等因素有关。通过一项在黄土地区开展的雨水花园对路面雨水径流水文过程及污染物降解的试验研究,分析了雨水花园对不同赋存形态氮磷污染物的去除效果;同时根据雨水花园入流和出流的水文过程监测数据,分析了土壤优先流的存在及其对污染物去除效果的影响。结果显示,雨水花园入流中颗粒态磷和溶解态磷的浓度比例约为4∶1,颗粒态氮和溶解态氮的浓度比例接近1∶1;颗粒态总磷的浓度去除率和负荷去除率分别为40.1%和69.9%,颗粒态总氮的浓度去除率和负荷去除率分别为44.8%和73.8%;系统对于溶解态的氮、磷几乎没有去除能力。雨水花园土壤中存在的优先流现象导致出流速度较快,雨水径流在花园内的水力停留时间较短,结果表明:系统能够拦截颗粒态污染物,但对溶解态污染物去除效果较差;雨水花园对入流中总磷和总氮的浓度去除率很低,平均值仅为6.3%和-2.7%,但因截留了很大比例的入流(平均为51.5%),其对氮、磷污染物总负荷的削减分别达到52.5%和51.5%。所以,利用城市雨水花园来滞留雨水径流,净化雨水水质在研究区具有良好的应用前景。     

农田排水沟渠底泥-间隙水-上覆水氮磷迁移转化规律研究

研究氮磷在底泥、上覆水以及两者间交换介质-间隙水三者之间的迁移转化规律对控制农业面源污染具有重要科学意义。本研究对降雨和无降雨情况下氮磷在沟渠底泥、间隙水和上覆水间的迁移转化规律进行了分析;同时,对扫描电子显微镜(SEM)下底泥颗粒的微观形貌进行了观测。结果表明:在水稻生长前期氮磷被吸附贮存在底泥中,中后期被再次释放出来;在整个水稻生长期内,间隙水的总氮、总磷浓度约为上覆水的3.1和6.5倍,氮主要以NH_4~+-N形式存在;在降雨过程中,沟渠底泥成为氮磷释放的源,NH_4~+-N为氮的主要迁移形态,上覆水中NH_4~+-N逐渐向NO_3~--N转化,颗粒态氮磷对TN、TP流失有较大影响;沟渠底泥颗粒表面粗糙、具有一定的微孔结构,为底泥吸附氮磷提供了条件。     

不同类型控水性建筑物在生态拦截技术中的应用浅析

针对灌区范围内农田径流,排水沟沟体内N、P残留比较严重、天然塘堰湿地受到污染的现象,生态拦截技术作为农业生态补偿手段,对农业非点源污染的控制有着非常重要的意义.本文针对生态拦截型沟渠系统构建中的工程技术部分,介绍了不同级别排水沟渠的生态拦截性控水建筑物的应用类型.     

浅谈生态型农田排水沟的设计与试验研究

农田面源污染治理属于综合性治理,生态排水沟是其中一项重要的工程措施。本文介绍了一种新型的农田生态排水沟型式,并详细阐述了设计思路和设计方案。研究人员在上海青浦某基地建造了长度110m的新型生态排水沟进行现场试验。本文根据试验成果,分析了该新型生态排水沟对氨氮、总磷的削减效果,并同时考察了排水沟的生态效果。本次研究成果可为农田面源污染防控研究提供一定参考。     

农田退水净污湿地对污染物的净化效果及机理分析

通过对望虞河西岸无锡市古市桥河道整治中农田退水净污湿地的水质净化效果的监测,研究农田湿地对稻田退水中氮磷和有机农药的去除效果,并分析了去除机理。结果表明:农田湿地对总氮、总磷和氨氮的去除率平均值分别为60.95%、72.62%和65.97%,对3种典型农药二甲四氯钠、三唑磷和多菌灵的去除率分别在20.86%～62.33%、17.86%～69.52%和1.31%～61.15%范围内;水体中氮磷可以通过透水坝物理拦截过滤作用、基质吸附作用、微生物代谢作用和植物吸收利用来去除;农田湿地对污染物去除率与各级透水坝所用填料介质密切相关,各级湿地池对污染物去除无显著性差异;水体中农药去除途径较为单一,主要依靠填料表面功能微生物的作用,且第一级透水坝对农药去除率显著低于后两级。     

Influence of rainfall on the performance of bioretention systems modified with activated carbon and biochar

The use of bioretention areas is common in urban stormwater management, but their performance varies significantly depending on rainfall characteristics and design conditions. In this study, a pilot experiment using bioretention columns with different media (commercial activated carbon and river sediment-derived biochar) investigated the influence of rainfall on bioretention performance. The results indicated that the runoff volume retention ratio (R_v), which included the runoff purified and discharged at the bottom of the column, and the runoff retained in media during rainfall event, decreased significantly with increases in the rainfall event return period (p < 0.05). The R_v of the activated carbon and biochar columns decreased with a 2-yr return period and then fell further with a 50-yr return period. Porous material has been shown to improve the water-holding capacity of bioretention media, but it did not result in an improved R_v under heavy rain that exceeded the 2-yr return period. With the increase of the return period from two to 50 yr, the mass removal efficiency (R_L) of total phosphorus and phosphate illustrated a clear decreasing trend in all columns. The total nitrogen, ammonia and nitrate removal did not show a clear trend with return periods because of transformations among different forms of nitrogen and similar saturation periods during the different rainfall events. The influence of the return period on chemical oxygen demand (COD) removal was related to whether the inflow COD reached maximum COD removal capacity of the bioretention media. Under a rainfall event with a specific return period, there were no significant differences in the R_L of all nitrogen species and COD among the different columns (p > 0.05). The addition of adsorptive material, such as activated carbon and biochar, may not be the key factor for improving nitrogen and COD removal under heavy rain that exceeds the 2-yr return period. The bioretention performance of phosphorus removal from urban stormwater runoff could be improved by replacing or adding media with high adsorption capacity, but these improvements would not be significant under heavy rain that exceeds the 2-yr return period. The results provide some reference for evaluating bioretention performance and optimizing bioretention design in the future.     

太湖流域典型平原河网区降雨径流氮磷流失特征分析

通过对研究区降雨径流中氮、磷浓度的野外实验和定点监测,研究典型平原河网区的农田降雨径流氮磷流失特征及其输出规律。得出平原河网区内不同土地利用方式对土壤氮、磷流失的影响很大,同时也得出在平原河网地区氮、磷的输出浓度与降雨时间、径流大小密切相关等结论,为进一步相关研究提供资料积累。     

NO-2-N、MLSS对反硝化脱氮除磷的影响

通过对实验室培养的富集反硝化聚磷菌活性污泥在不同电子受体条件、不同MLSS条件下进行缺氧批式试验,研究了NO-2-N作为电子受体时对反硝化脱氮除磷的影响,并与NO-3-N作为电子受体时进行比较。同时分析了MLSS对反硝化脱氮除磷的影响。结果表明:NO-2-N可作为电子受体被DPAOs利用,但是过量的NO-2-N会对吸磷产生抑制作用;NO-2-N作为电子受体可能同时参与了反硝化除磷和常规的内源反硝化。此外,增加活性污泥浓度(MLSS)可提高缺氧吸磷速率,但过高的污泥浓度会导致单位污泥的吸磷速率降低,因此需合理控制反硝化除磷中的MLSS。     

基于GIS技术的方便水库面源污染控制方案研究

以南京市溧水区方便水库为研究对象,运用GIS技术并结合RS技术对整个汇水区域进行污染源的解析,确定污染关键因素以及重点污染区域,在此基础上,提出符合该水源地现状的最优保护方案。结果表明:在整个汇水区域中,耕地面积所占比例最大,且主要集中在青龙桥河、谢家棚河和西南村河3个水库主要来水河流流域内。青龙桥河和谢家棚河流域是污染负荷排放量最大的区域,其次是西村河和西南村河流域。在兼顾污染物去除率和成本的前提下,生态沟渠-生态塘技术是最优农田径流污染控制技术,其次为生态拦截缓冲带技术;生物接触氧化-人工湿地处理技术是农村生活污水最优控制技术。     

改良型人工快渗系统脱氮除磷效果研究

人工快渗(CRI)系统是一种广为人知的无动力生态处理技术措施,但传统CRI系统存在对氮、磷去除率普遍较低的问题。本研究采用海绵铁、沸石、火山岩、红壤土和杂沙作为填料,构建了一个改良型CRI系统,在水力负荷为1 m~3/(m~3·d)的条件下,以实际生活污水为试验进水,进行为期20天的试验。实验结果表明,该系统在运行16天后出水TP、TN和NH_3-N浓度均趋于稳定,稳定后出水平均浓度分别为0.21 mg/L、8.38 mg/L和2.34 mg/L,能分别满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准的0.5 mg/L、15 mg/L和5 mg/L的限值。TP、TN和NH3-N三项指标的总平均去除率为84.44%,远高于传统CRI系统的44.06%总平均去除率。该研究成果为治理农村生活污水提供了一项行之有效的生态治理技术措施。