生态沟渠对农田退水中氮、磷去除效果及构建技术.pptVIP

生态沟渠对农田退水中氮、磷去除效果及构建技术 报告人：王莉霞 张燕 中科院东北地理所 2013年12月27日 报 告 提 纲 氮磷在农田-沟渠系统迁移示意图 影响生态沟渠净化能力的因素 沟渠中氮磷浓度变化 * * 生 态 沟 渠 的 设 计 生 态 沟 渠 运 行 参 数 优化 研 究 区 域 简 介 研 究 背 景 农业面源污染 第一次全国污染源普查（2007）结果显示：农业面源污染中来自种植业的TN和TP分别占总污染物排放量59%和38% 松花江流域平均施肥量为391kg/ha，远高于发达国家的安全施用强度225kg/ha 农田非点源污染对土地退化和水体富营养化的影响占据了很大的比重( 郭鸿鹏等， 2008; Ongley et al， 2010) 水田面源污染排放量为旱田的5-8倍(阎百兴，2007) 水田区排水沟渠水质较长时间处于V类水，这对下游受纳水体来说具有潜在的污染风险性 研究背景 农业面源污染不容忽视！ 吉林省4项重点水利工程示意图 长白山天池 中部引松供水工程 哈达山水利枢纽工程 大安灌区工程 引嫩入白工程 粮食增产百亿斤项目的实施 大规模水田开发 农药化肥的增施 东北地区水田面源污染排放加剧 三江平原耕地面积的变化 (苏艳华等，2008) 研究背景 N P N P N P N P N P N P N P N P N P 沟渠 农田 受纳水体 N P 三江平原水田区每年单位面积TN输出负荷为25.3kg/ha，TP输出负荷为1.9kg/ha,营养物质（N、P）主要通过排水沟渠流失（祝惠等，2010,2011） 排水沟渠具有湿地生态性质的特殊类型的线性湿地特征,人工生态沟渠是一项新的“最佳管理措施( best management practices) ”，可作为面源污染“源头控制”的生态拦阻技术(姜翠玲，2004 ； Tanner et al，2005； Jiang, et al.，2007；Kleinman，2007) 农田 渠系 河流、湖泊 源头控制 中间调控 末端治理 最有效 经济可行 高投入、低收效 渠系具有拦截污染物功能 研究背景 水文条件 植物类型 水体性质 气候条件 基质坝 底泥特征 生态沟渠 净化能力 土壤中硝化作用的最佳温度范围是30~40℃，反硝化作用的温度范围在10~30℃之间（Vymazal，1999） 。夏秋阶段氮磷去除效果最好 氨化作用的最佳pH值是6.5~ 8.5，硝化作用的最佳pH 值是7.5~ 8.6，而反硝化作用的最佳 pH 值是7~ 8（Al-Omari and Fayyad，2003） ，DO浓度高促进硝化作用而限制反硝化作用进行，低DO条件下限制硝化作用 可溶性的无机磷化合物与底泥中的Ca2+易在碱性条件下发生沉淀作用，而与Al3+、Fe3+主要是在中性或酸性环境条件下发生反应（Xiong and Mahmood，2010） 干湿交替对氮磷去除机制存在争议（Nguyen and Marschner，2005 ） 通过吸附、延长水力停留时间和附着微生物来提升净化效率（liu et al.,2011; Penn et al.,2007) 吸收转运能力、生物量大 根系发达程度等 如何构建适合东北地区集约化水田的生态沟渠？ 研究背景 三江平原湿地排水沟渠系统的网络类型属于平行格状格局，以斗渠为主，和干支渠交叉，大部分耕地形成2400×800m 的大网络。 三江平原 （郗敏，2009） 我国主要的粮食生产基地，施用的化肥主要有尿素和复合肥，其中氮肥40%作基肥，60%作追肥，磷及其它肥料全部作基肥耙地时施入，且N的施肥总量(折纯N)：16.5 t/km2；P的施肥总量(折纯P2O5)：4.5t/km2，折成P为1.95t/km2（刘双全，2008） 研究区域简介 生态沟渠对氮磷去除能力 高水位生态沟渠 生态沟渠 排水沟渠 生态沟渠实验布设 基质坝 实验简介 NH4-N：0.63-7.59mg/L,峰值出现在施肥后24-48h后且在水田NH4-N峰值之后 NO3-N: 1-4mg/L的，水田浓度最高值出现在6月中旬，排水沟渠浓度峰值较滞后 PO4-P: 吸附固定迅速，在实验开始阶段快速固定利用，后期变化不大 生态沟渠运行参数优化 沟渠植物的选择 芦苇 小叶章 净化能力：芦苇略高于小叶章 生存能力：芦苇略高于小叶章 经济成本：芦苇低于小叶章 生态沟渠运行参数优化 0.55m/s 0.80m/s 低流速条件下，有效延长水力停留时间（HRT）(45.5-55.5%) 低的流速有效的降低氨氮沿程浓度，而硝氮降低不明显 生态沟渠运行参数优化 进水流速-对氮的去除 进水流速-对磷的去除 0.55m/s 0.80m/s 低流速条件下，与沟底泥