生态沟渠对水稻不同生长期降雨径流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,研究生态沟渠对稻田降雨径流氮磷拦截效应具有重要意义。针对水稻不同生长期内的降雨以及降雨的不同时段下生态沟渠对稻田径流氮磷的动态拦截效应研究缺乏的现状,本文选取太湖西岸何家浜流域典型农田作为研究对象,将该流域的自然排水沟渠改造为生态沟渠。研究了生态沟渠对水稻不同生长期内的3场降雨径流的氮磷去除效果。研究结果表明:(1)在3场不同强度的降雨过程中,生态沟渠对TN(总氮)的平均去除率为31.4%,TP(总磷)的平均去除率为40.8%;(2)生态沟渠对降雨径流不同形态氮磷的去除率大小为NH4+-N(氨氮)PN(颗粒态氮)NO3--N(硝态氮),PP(颗粒态磷)DP(溶解态磷),且PN和PP的去除率随沟渠径流量的增大而呈现下降趋势;(3)生态沟渠底泥总氮、总磷浓度在水稻的生长周期内呈现先增加后降低的趋势,说明生态沟渠具有一定的自净能力,对氮磷的拦截去除具有可持续性。     

稻田与沟塘湿地协同原位削减排水中氮磷的效果

农田排水中过多的氮磷会造成水体富营养化以及面源污染等一系列水环境问题。本文提出控制农田面源污染的稻田沟塘湿地协同系统,研究了该系统及其各组成部分对农田排水中氮磷的削减效果及机理。研究结果表明：该系统可有效地减少稻田排水量,降低稻田排水中氮磷浓度,对稻田排水中氮磷实现原位削减。其较传统灌排系统减少排水量73.03%,分别减少总氮（TN）和总磷（TP）流失负荷90.17%和79.53%;该系统中各组成部分都具有控污效果,其中稻田控制灌排可有效地减少稻田排水、降低排水中氮磷浓度和田间产污能力,控制灌溉稻田TN 和 TP 负荷较传统灌溉减少53.72%和37.45%,明沟控制排水对稻田排水中 TN 和 TP 的去除率达到64.59%和54.35%,沟塘湿地能够有效地净化稻田排水中氮磷等污染,TN 去除率达到37.13%,TP 去除率达到27.32%。本文研究结果可为该系统在我国的应用提供理论支持及实践指导。     

稻田与沟塘湿地协同原位削减排水中氮磷的效果

农田排水中氮磷流失造成了水体富营养化及面源污染等一系列水环境问题。提出了控制农田面源污染的稻田沟塘湿地协同系统(PEDWS)，研究了该系统及其各组成部分对农田排水中氮磷的削减效果及机理。结果表明：PEDWS可有效地减少稻田排水量，降低稻田排水中氮磷浓度，对稻田排水中氮磷实现原位削减。较传统灌排系统减少排水量73.03%，分别减少总氮(TN)和总磷(TP)流失负荷90.17%和79.53%；PEDWS中各组成部分都具有控污效果，其中稻田控制灌排可有效地减少稻田排水、降低排水中氮磷浓度和田间产污能力，控制灌溉稻田TN和TP负荷较传统灌溉减少53.72%和37.45%，明沟控制排水对稻田排水中TN和TP的去除率达到64.59%和54.35%，沟塘湿地能够有效地净化稻田排水中氮磷等污染，TN去除率达到37.13%，TP去除率达到27.32%。本文研究结果可为PEDWS在我国的应用提供理论支持及实践指导。     

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。     

生态排水沟渠农田径流污染物的净化效果及示范

为探索上海地区农田径流污染物的生态拦截模式,在上海市环境科学研究院农业面源污染生态工程控制及生态恢复研究工作示范基地,开展了生态排水沟渠对农田径流营养性污染物的拦截净化效果的研究,并进行了工程尺度的应用示范。现场试验表明:生态沟渠对农田径流SS、TN、NH+4-N、TP均有一定的截留净化作用。工程示范结果显示:示范区内生态沟渠对SS、TN、NH+4-N、TP的净化效果总体上优于示范区外部普通农田排水沟渠。总体来看,生态排水沟渠对氮、磷等营养性污染物有较好的净化作用,可减轻周围环境受纳水体的污染负荷。     

生物流化床法处理城市污水处理厂污泥回流液的可行性研究

以城市污水处理厂污泥回流液为研究对象,研究生物流化床法降低污泥回流液中氮磷浓度的效果,并分析了COD/TN与COD/TP值对生物流化床脱氮除磷的影响.结果表明,COD_(Cr)浓度对脱氮影响不大,而对除磷有较大影响.在COD_(Cr)为500 mg/L,进水TN为115 mg/L时,TN的去除率最大为72.05%,此时,COD/TN值为4.35.在COD_(Cr)为480 mg/L,进水TP为11.25 mg/L时,TP的去除率最高为36.98%,此时COD/TP为42.67.生物流化床法对降低高浓度氮磷污泥回流液具有一定的去除效果,TN去除率可达56.35%,TP去除率为28.96%.     

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.     

淮北平原区沟渠控制排水与不同植被覆盖条件下农田氮磷流失特征分析

为综合分析沟渠控制排水与植被覆盖对淮北平原典型农田氮磷流失变化的影响，充分发挥农田沟渠生态服务功能和环境效益。本文以利辛试验区不同沟渠断面的氮磷观测点数据为依据，分析沟渠氮磷养分流失特征规律。研究表明：控制排水期间车辙大沟春店闸下游断面 TN、NO3--N 浓度分别较闸上游减少 24.3%、19.7%，闸上 TP 浓度较闸下虽未显著降低，但随时间变化动态波动表现放缓。控制排水条件下的排水沟渠中 TN 和 NO3--N 浓度变化对植被盖度高低有更显著的响应关系，植被生长状态较植被覆盖度对 TP 流失有更好的吸收拦蓄作用。因此，通过在淮北平原大沟采取控制排水措施能够有效减少农田氮素向下游流失，并能促进植物对氮、磷的吸收拦蓄作用。     

平原河网地区面源污染控制的前置库技术研究

本研究提出了平原河网地区面源污染前置库技术,以去除地表径流中的氮、磷污染物质,提出其系统结构,以及关键技术,并开展了示范工程规模上的研究。工程实施后水质和景观得到明显改善,污染负荷得到削减。无降雨和小降雨输入期间,TN、TP、SS的平均去除率分别达到65.1%、45.3%、62.9%;强降雨时,降雨初期TN、TP、SS污染物去除率分别为70.5%、84.6%、90.9%,而处理后期,TN、TP、SS的去除率达到91.7%、96.2%、96.8%。     

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。     

表面流人工湿地不同植物及其组合净化污水处理厂尾水研究

为提高表面流人工湿地对低污染水的生态净化效率,对人工湿地中湿生植物的组成进行比选研究,设置8个由不同湿生植物(包括挺水、沉水和浮叶植物)组成的表面流人工湿地,比较其净化尾水氮磷效果。结果表明:挺水植物圆币草(Hydrocotyle verticillata)和大聚藻(Myriophyllum aquaticum)组合的表面流人工湿地净化尾水氮磷效果最好,其人工湿地对TN、NO-3-N和NH3-N的平均去除率分别为68.6%、62.6%和78.2%,对TP和溶解性无机磷(DIP)的平均去除率分别为64.5%和80%。浮叶植物睡莲(Nymphaea L.)人工湿地去除氮磷能力次之,TN、NO-3-N、NH3-N、TP和DIP平均去除率分别为55%、55.2%、63.3%、56.1%和64.7%,体现一定的污染物去除潜力。沉水植物苦草[Vallisneria natans(Lour.)Hara]在与圆币草等共存净化尾水过程中逐渐失去优势种地位。而由黄菖蒲(Iris pseudacorus L.)和再力花(Thalia dealbata)等挺水植物构建的表面流人工湿地,虽然生物量高,但其氮磷去除效果较差,尤其是再力花人工湿地对TN、NO-3-N和NH3-N平均去除率仅在18%~36.2%之间,对TP和DIP平均去除率也分别只有41.5%和38.7%。因此,采用圆币草和大聚藻组合构建的表面流人工湿地能更有效净化污水处理厂尾水中氮磷,对TN的去除尤为高效,能有效提升尾水水质。     

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。     

人工湿地植物水质净化作用的数值模拟研究

研究区域永年洼湿地面临生态退化、水污染严重等问题,已通过人工种植湿地植物进行生态修复及水质改善。永年洼连续2年的水质监测结果表明,随着湿地植物的种植和生长,洼内水体的氨氮(NH3-N)、总氮(TN)、总磷(TP)等都有不同程度的下降。本文根据湿地植物对水质的作用机理,通过MIKE模型的EcoLab中水质过程自定义及编辑功能,基于湿地植物的泌氧、细菌活性增加和植物吸收作用下水化学反应过程,构建"WQ+Veg"水质模块,耦合MIKE21水动力结果,模拟永年洼人工湿地种植前后湖区流速及NH3-N、 TN、 TP等水质指标的变化。在有加密监测的断面上,模拟有植物的2017年情景相比无植物的2016年情景,NH3-N、TN和TP平均下降了14.9%、7.33%和14.3%,与监测结果较为一致。在永年洼出水口处2017年相比2016年,NH3-N、TN和TP的去除率提高了7.2%、5.3%和9.1%。模型描述的反应过程清晰,可考虑湿地植物类型、分布、面积等条件下水质氮磷的响应,为大尺度湿地修复的布局及设计提供研究工具,同时为湿地水质净化效果评估提供依据。     

生物接触氧化法净化供水原水现场试验

为了考察生物接触氧化法对供水原水的净化效果,以不同填料为基质构建了4组生物接触氧化池,开展野外现场试验。结果表明:组合填料、弹性填料、SDF阿科蔓和BDF阿科蔓4组生物接触氧化池对TP的平均去除率分别为59.4%、59.4%、44.7%和51.9%;对NH_4~+—N的平均去除率分别为36.5%、33.4%、35.0%和36.6%;对TN的平均去除率分别为21.6%、18.8%、22.3%和18.0%;对COD_(Mn)的平均去除率分别为13.9%、13.7%、14.5%和13.4%;对TOC的平均去除率分别为10.7%、13.6%、13.4%和11.5%;对UVA_(254)的平均去除率分别为31.1%、34.0%、25.3%和26.2%;对UVA_(410)的平均去除率分别为54.2%、62.0%、47.2%和49.3%。综合而言,组合填料生物接触氧化池对原水氮、磷营养盐的净化效果最好,弹性填料生物接触氧化池对原水有机物的净化效果最好,其次是组合填料生物接触氧化池。     

上海市淀山湖水域春夏季水质特征及环境容量分析

根据2011-2015年间春夏季对上海市淀山湖水域中pH、水温、溶解氧、总氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、总氮及总磷等环境因子的调查结果,分析水体中氮磷变化特征及营养盐限制状态,采用综合营养状态指数法对水体富营养化现状进行评价,利用数学模型估算淀山湖主要特征污染物的环境容量。结果表明:调查期间TN、TP春季与夏季存在显著差异,除2014年TP季节规律不明显外,春季TN、TP含量显著高于同年夏季;淀山湖三态氮含量排序,NO_3~-—N含量最高,TAN其次,NO-2—N最低,淀山湖水域三态氮基本达到热力学平衡;氮磷Pearson相关性分析表明湖库整体呈氧化性环境,氮磷补给具有异源性。根据水中营养物限制性分类标准分析得出,大多数情况下淀山湖水域氮磷比例合理,少数情况下营养盐限制状态以磷限制为主,氮磷限制状态交替存在的情况,可能会对浮游植物生长和群落演替产生影响。综合营养状态指数法计算结果表明调查期间淀山湖均处于富营养化状态,其中2014年之前基本处于中度富营养化状态,2014年以后处于轻度富营养化状态。环境容量分析表明除2014年夏季CODMn外,调查期间淀山湖水体CODMn、TN及TP的污染负荷现状均大于同期保护目标要求的水环境容量,为达到水环境保护的目标,需要进行不同程度的削减。     

2种浮床植物吸收不同N/P水体中氮磷的研究

选取水稻、空心菜这2种常见植物作为研究对象,通过在容积为25 L的塑料水桶中设置浮床,在低、中、高3种N/P（分别为8∶1,25∶1,55∶1）富营养化水体表面种植植物,研究其对氮磷的去除效果。研究结果表明：①所选的2种试材--浮床水稻与空心菜能较好地吸收富营养化水体中的氮磷元素,可作为水体富营养化防治的浮床栽培植物进行推广;②在所选的3种N/P水体中,浮床水稻对TP的净去除率均大于浮床空心菜,而浮床空心菜对TN,NH₃-N的净去除率大于浮床水稻,可根据富营养化水体的性质,选择适合的浮床植物进行栽种;③在低N/P（比值为8∶1）的水体中,2种植物对TN,NH₃-N,TP的吸收能力最强,浮床水稻对其的净去除率分别为19.0%,91.4%,95.0%,浮床空心菜净去除率分别为28.2%,99.2%,87.2%。
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广州市典型社区单元面源污染初期冲刷效应

为了向初期雨水截留控制提供基础数据,研究广州市社区单元面源污染初始冲刷效应,采集并分析研究区域中3场降雨道路、屋顶和绿地径流的污染物情况,利用无量纲累积曲线、初期冲刷系数及质量初期冲刷强度指数MFF对径流污染物BOD_5、COD_(Cr)、TSS、NH_3-N、TP、TN的初期冲刷效应进行定性分析和定量分析。结果表明,绿地和屋顶比道路更易发生初期冲刷效应,且冲刷强度一般比道路强,而绿地在连续降雨后初期冲刷效应更加明显;各种初期冲刷污染物中,TN初期冲刷效应更为显著,TP和NH_3-N次之;采用MFF指数法可以得到较为可靠的定量化结果,建议采用该方法作为初始冲刷效应分析方法。     

常见水生植物对富营养化和重金属复合污染水体的修复效果研究

选取大沽排污河原位生态修复工程现场的6种修复植物旱生美人蕉、水生美人蕉、旱伞草、鸢尾、马蔺、菖蒲为研究对象,通过温室培养试验研究了这6种植物对水中氮磷和重金属Cd、Pb复合污染的修复效果。试验结果表明,所选6种植物在复合污染水体中对营养物质和重金属Cd、Pb均表现出较好的修复效果。经50 d修复后,各植物对总氮TN的去除率为53.90%～94.75%,对总磷TP的去除率为46.76%～85.10%;对Cd的去除率达到90.39%～99.47%。其中,菖蒲、鸢尾、马蔺对总氮的修复能力较好;鸢尾、美人蕉和马蔺对氨氮的修复效果较好;而旱伞草、美人蕉和马蔺对总磷的修复能力最强。所有修复植物对Cd和Pb的富集系数都远远大于1,对Cd、Pb表现出很强的富集能力,可作为Cd、Pb超富集植物来修复水体中的重金属Cd、Pb污染。