生态沟渠对农区农业污水中氮素的拦截效果研究1.docxVIP

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生态沟渠对农区农业污水中氮素的拦截效果研究

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中图分类号：S274TV93X522文献标识码：A文章编号：1003-9082（2017）04-0212-02

生态沟是指具有一定宽度和深度，主要由水、土壤和水生植物组成，具有自身独特结构并发挥相应生态功能的农田沟渠生态系统，也称之为农田沟渠湿地生态系统。生态沟作为人工湿地的一种类型，对农业面源污染中氮磷迁移具有较好的效果，其去除氮、磷的机理是通过底泥吸附和沉降、植物吸收、微生物硝化-反硝化作用等协同作用达到去除污染物的目的[1]，生态沟系统中物理、化学及生物的协同作用以及水生植物输氧系统形成的根区效应是提高农业污染物处理效果的重要保证[2]。

目前研究生态沟对农业面源污染物迁移拦截效率成为我国的研究领域关注的热点之一，生态沟种植水生植物对污染物的去除有较好的效果[3-5]。生态沟系统中的水生植物不仅能有效吸收污水中营养物质，同时有的植物种类对污水中的重金属等有害物质具有吸附、吸收和富集作用[6]。另外，水生植物还可降低水流速度，增加水体颗粒物沉降速度，改变沉积物的分布与理化特性，进而减缓养分在沟渠中运输，加速氮、磷界面交换和传递，增加对流经水体中养分的拦截效应[7]，此外，选择水生植物种类时考虑种类间合理搭配，形成优势互补，可以有效提高对污染物的拦截效率。

本文通过沟渠水体中氮含量的时间变化特征，分析了生态沟对氮污染物的拦截效应，以期为生态沟渠技术在面源污染的地区推广应用提供理论依据和合理建议。

一、材料与方法

1.研究区概况

试验区位于金井河流域（113°18～113°26E，28°30～28°39N），该流域面积为144km2，主要分布在湖南省长沙县金井镇。当地属于亚热带季风气候，为典型的江南丘陵地貌，成土母质主要是花岗岩。年平均气温在16.5～20.5℃之间，极端最低气温为-5.2℃，极端最高气温为39.1℃，≥10℃的有效积温6539℃；年平均降雨量1389mm，降雨多集中在4～6月，占全年降雨的76%。

试验于金井镇脱甲村的一条生态沟渠进行，该沟于2009年初建成，2011年重新改建，至今已运行了4年，该沟渠为城郊农业区环境质量修复与功能提升技术研究示范项目基地，是四周农田径流、农户养殖废水和日常生活用水的汇水之地，沟渠上口宽4米，下口宽2米，长200米，沟壁由混泥土材料建成，沟渠从上到下分别分为15个植物区，每个植物区长约13.3m×宽2m，植物区之间有梯度差并用水泥墩和波浪形挡板隔开，由上到下分别种有水生美人蕉、狐尾藻、梭鱼草、铜钱草和黑三棱。该试验区有农户20户，生猪出栏量为200头/年，主要以种植业和养殖业为主，无水环保设施。非降雨期生态沟渠中的水主要来源于农业污水和农民生活用水。

2.样品采集与分析方法

从2013年1月到12月，每个月分别在该生态沟的进水口和出水口取水样，水样运回实验室后，尽快分析，来不及分析的样品迅速放入-20℃冰箱中冷冻起来。分析指标包括铵态氮、硝态氮、总氮、磷酸盐和总磷。水样过0.45μm滤膜后，直接用流动分析仪测定铵态氮和硝态氮；总氮用碱性过硫酸钾消解，流动分析仪测定；磷酸盐用钼锑抗分光光度法测定；总磷用过硫酸钾消解，钼锑抗分光光度法测定。

3.数据处理

所有试验数据用2003版Excel和SPSS17.0进行计算和统计分析。

二、结果与分析

1.生态沟进、出水中不同形态氮浓度变化特征分析

生态沟进水铵态氮、硝态氮和总氮浓度受降雨、农田灌溉、气温等外界因素影响较大。从表1中可以看出，5-8月份生态沟基流流量比其他时间大，为当地的丰水季节，而基流流量12月份最小，为枯水季节。

如图1所示，一年中进水铵态氮浓度变化范围为0.18～1.36mg/L，9月份最高达1.36mg/L；出水的铵态氮浓度变化范围为0.02～0.14mg/L，显著低于进水浓度（p0.05），达Ⅰ类水质标准，且无明显的季节变化特征。

硝态氮进水浓度范围为0.15～1.85mg/L，有较明显的季?变化特征，最低峰值在4月份，为0.15mg/L，最高峰值出现在9月份，达1.85mg/L，5～8月份之间变化幅度较小；出水浓度变化与进水浓度变化有相似规律，4月份浓度最低，最高峰值出现在2月份，且出水硝态氮浓度均小于进水浓度。

进水总氮浓度范围为2.31～4.38mg/L，均超过V类水质标准（2mg/L），具有较明显的季节性变化特征，峰值出现在2月份和9月份，分别为4.32和4.38mg/L，在5～8月份总体污染浓度较低，且变化幅度较小，可能该时间段内当地连续降雨使得污染物