三種類型農(nóng)田排水溝渠氮磷攔截效果比較

農(nóng)田溝渠系統(tǒng)的輸出將直接影響水體的生態(tài)環(huán)境安全。在大面積濕地農(nóng)田化的三江平原,溝渠排水是鐵輸入河流的源和主要通道,也是北太平洋西北部okhotsk海鐵輸入的重要來源。以農(nóng)田溝渠水體中鐵為研究對象,采用切向超濾技術(shù)分離鐵的形態(tài),研究溝渠系統(tǒng)中可溶態(tài)鐵的形態(tài)和遷移特征,探討濕地開發(fā)后溝渠向河流輸出鐵的特征。通過對2005年～2008年間溝渠水體中鐵賦存形態(tài)變化研究發(fā)現(xiàn):溝渠水體中鐵多以可溶態(tài)鐵存在,濃度在0.34～3.99mg.l-1;絡(luò)合形態(tài)是可溶態(tài)鐵的主要形態(tài),其次為膠體態(tài),離子態(tài)鐵含量最少;同一年間,可溶性鐵含量平水期要略高于夏汛期,干渠中可溶態(tài)鐵的含量略低于支渠,可溶態(tài)鐵在支渠向干渠遷移過程中,絡(luò)合態(tài)鐵所占比例由70.12%降至56.53%,溝渠中可溶態(tài)鐵濃度受田間降雨量的控制,同時ph、陽離子總量(cec)、hco3-、po43-等因素共同影響可溶態(tài)鐵濃度。溝渠水體中可溶態(tài)鐵濃度受水體化學(xué)性質(zhì)的影響,與水體中po43-、cec和hco3-濃度呈現(xiàn)不同程度相關(guān)關(guān)系。據(jù)估算三江平原每年通過溝渠輸送可溶態(tài)鐵約在45t～116t,濕地開墾為農(nóng)田是導(dǎo)致可溶態(tài)鐵銳減的原因,農(nóng)田增施有機(jī)肥可能會提高可溶態(tài)鐵的輸出。

農(nóng)田所涉及到的排水溝渠本身,實際上是作為農(nóng)田景觀之中的一個核心存在,能夠有效的對于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)出的水平進(jìn)行平衡,完善流域之中的水文狀況。農(nóng)田之中存在的養(yǎng)分雖然也會隨著排水流失,但是可以通過吸附機(jī)制,來使得農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)得以完善。本篇文章主要針對農(nóng)田排水溝渠環(huán)境效應(yīng)以及生態(tài)功能進(jìn)行了全面詳細(xì)的探討,以期為我姑農(nóng)業(yè)溝渠建設(shè)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

田間排水溝作為農(nóng)田水利工程配套系統(tǒng)的重要組成部分,在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收和糧食安全保障中發(fā)揮著重要作用。做好田間排水溝的規(guī)劃設(shè)計,是實現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田水利建設(shè)不可或缺的環(huán)節(jié)。本文擇取設(shè)計工作中的經(jīng)驗,從田間排水溝的設(shè)計要素、排水溝的設(shè)計步驟等方面,與大家探討。

農(nóng)田排水溝渠作為農(nóng)業(yè)景觀中重要的景觀單元,能夠調(diào)節(jié)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水分平衡,改變流域水文情勢。農(nóng)田養(yǎng)分可以隨排水過程迅速流失,也可以通過沉淀與吸附機(jī)制被農(nóng)田溝渠所截留或者通過植物吸收后收割與反硝化去除等機(jī)制脫離農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。作為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)邊緣的交錯帶,農(nóng)田排水溝渠較高的植物多樣性可以提供動物棲息地和避難場所,增加農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性。清淤、收割和控制排水等管理措施對于農(nóng)田排水溝渠的環(huán)境效應(yīng)和生態(tài)服務(wù)功能有著不同的影響。今后應(yīng)加強(qiáng)從多個學(xué)科研究農(nóng)田排水溝渠的環(huán)境效應(yīng)和生態(tài)功能,探索生態(tài)排水溝渠的構(gòu)建和管理技術(shù),實現(xiàn)農(nóng)田排水溝渠水利功能和生態(tài)功能的"雙贏"。

本研究選擇寧夏靈武農(nóng)場的典型排水支溝進(jìn)行人工布設(shè)基質(zhì),在溝中布設(shè)土壤、爐渣、秸稈、鋸末4種基質(zhì)處理及鏟草處理和對照(不做任何處理),研究分析了基質(zhì)對農(nóng)田排水溝水質(zhì)的影響。對基質(zhì)的組分分析表明,鋸末顯著地吸附鹽分和全氮,吸附量分別達(dá)0.4g.kg1和0.3g.kg1,土壤、爐渣、秸稈均明顯地釋放鹽分,釋放量為5.3~50.8g.kg1;秸稈顯著地釋放有機(jī)碳,釋放量達(dá)54.0g.kg1;4種基質(zhì)對全磷吸附效果不明顯。水質(zhì)分析表明,除秸稈處理和對照外,鹽分(tds)在其他處理下顯著減少,而化學(xué)需氧量(cod)、總氮(tn)、總磷(tp)、no3-n和nh4+-n濃度在鋸末和土壤處理下均有不同程度的減小。對于整條試驗溝道,農(nóng)田退水中tds、tn、tp的濃度隨著在溝道遷移距離的增加呈明顯減小的趨勢,至出水?dāng)嗝鏁r濃度分別為0.60~0.80g.l1、0.24~0.33mg.l1和0.04~0.09mg.l1。田間溝道試驗說明,農(nóng)田排水溝能有效地截留農(nóng)田退水污染物,選擇適合的基質(zhì)進(jìn)行人工布設(shè)實際可行,有助于發(fā)揮農(nóng)田排水溝的生態(tài)功能。

為探索寧夏靈武地區(qū)農(nóng)田排水溝植物物種組成和多樣性特征,選擇24條農(nóng)田排水溝,分別于2009和2010年8月對植物物種和群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查,并對物種多樣性特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明,排水溝植物由17科36屬43種組成,分為以蘆葦(phragmitesaustralis)為主要建群種的6種群落類型和1個沉水植物群落,其中水燭+蘆葦(typhaangustifolia+phragmitesaustralis)群落生物量(平均鮮重達(dá)2326.2g·m-2)顯著高于其他群落,2010年排水溝植物群落生物量較2009年小;邊坡較溝底的物種多樣性高,其中shannon指數(shù)、豐富度指數(shù)差異達(dá)到顯著水平,且2009年溝底物種多樣性高于2010年。排水溝水文條件、水質(zhì)和人為干擾可能是影響農(nóng)田排水溝植物分布、群落組成及多樣性特征的主要因素。

通過小尺度野外原位試驗,研究排水溝渠水體、底泥和植物中氮含量的變化規(guī)律。結(jié)果表明,隨水體停留時間增加,溝渠對水體氮素的凈化能力增強(qiáng),認(rèn)為停留8d左右較適宜。溝渠對nh4+-n的截留率大于tn和no3--n。渠水停留11d時,4條試驗溝渠〔氮濃度高、磷濃度低(nhpl),氮濃度高、磷濃度高(nhph),氮濃度低、磷濃度低(nlpl),氮濃度低、磷濃度高(nlph)〕對nh4+-n的截留率均達(dá)100%,對no3--n的截留率分別為84.63%、84.35%、75.67%和76.14%,對tn的截留率分別為88.02%、89.89%、90.88%和88.53%。試驗結(jié)束時溝渠表層(0～15cm)底泥氮含量降低,植物氮累積量遠(yuǎn)大于進(jìn)水tn總量,說明植物生長同時吸收了水體、土壤和底泥中的氮,建議在秋季適時收割植物,以避免植物分解導(dǎo)致二次污染。

2010年8—9月對河套灌區(qū)九排域農(nóng)田排水溝植物進(jìn)行了綜合調(diào)查。分別在干溝、支溝、斗溝/農(nóng)溝的上、中、下游布設(shè)斷面,斷面上設(shè)置0.5m×0.5m和5m×5m樣方對草本和灌木的植物種類和數(shù)量進(jìn)行調(diào)查。結(jié)果表明:河套灌區(qū)九排域農(nóng)田排水溝植物由17個科、38個屬、39個種組成,禾本科(n=10)、菊科(n=7)和藜科(n=4)植物種類最多,蘆葦、羊草和鹽地堿蓬是分布面積最廣的物種。干溝、支溝和斗/農(nóng)溝的多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù)值分別為0.57、1.93、0.37和0.81,0.77、3.46、0.65和0.50,0.90、3.88、0.64和0.53。物種多樣性表現(xiàn)為邊坡的高于溝底,但排溝等級間的變化趨勢不明顯。水的存留時間及農(nóng)業(yè)管理(清溝)是影響植物物種多樣性最主要的因素。

基于陜西鹵泊灘農(nóng)田排水溝底泥鹽分年內(nèi)跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù),探討試驗區(qū)排水溝底泥鹽分的遷移特性和分布情況。研究結(jié)果表明:當(dāng)前條件下研究區(qū)排水溝底泥鹽分沿著水流匯集的方向和底泥層深度方向均有一定的累積,對流和水動力彌散是排水溝底泥鹽分運動的主要機(jī)制;溝底泥鹽分含量與水體水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,而與水體鹽分含量呈良好的正相關(guān)關(guān)系,且相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.93;水體水量的變化是引起其本身和底泥鹽分含量變化的主要因素。

通過等溫?zé)崃W(xué)吸附實驗,將爐渣、爐渣+30%底泥、排水溝渠底泥對水中氨氮的去除效果進(jìn)行比較,并采用langmuir等溫吸附方程對3種基質(zhì)吸附氨氮、磷酸鹽的量進(jìn)行擬合;通過動力學(xué)實驗,比較3種基質(zhì)吸附速率.結(jié)果表明,爐渣、爐渣+30%底泥、排水溝渠底泥對氨氮的最大吸附量分別為0.49,1.03,1.75mg/g,對磷酸鹽的最大吸附量分別為0.99,2.33,1.88mg/g;4h內(nèi)基質(zhì)吸附氨氮速率分別為:0.10,0.11,0.54mg/(g.h),2h內(nèi)基質(zhì)吸附磷酸鹽速率分別為:0.048,0.051,0.096mg/(g.h).由于溝渠底泥較為松散、遇水沖刷易流失,故選擇爐渣作為溝渠基質(zhì)壩的填充物.基質(zhì)壩能夠減緩渠水流速,延長渠水的水力停留時間(hrt).

排水溝的開挖為減少淹水深度和淹水時間,以保證作物正常生長起到重要作用,是農(nóng)田水利工程治理的重要措施。采取統(tǒng)一平臺寬度的排水溝設(shè)計和施工的改進(jìn)辦法,成功的解決問題。

建設(shè)生態(tài)型灌區(qū)是灌區(qū)現(xiàn)代化發(fā)展的重要內(nèi)容。針對傳統(tǒng)灌區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染日益嚴(yán)重的現(xiàn)狀,總結(jié)了當(dāng)前利用農(nóng)田排水溝渠塘堰系統(tǒng)去除農(nóng)業(yè)面源污染的研究進(jìn)展,探討了減污型農(nóng)田排水溝渠塘堰濕地系統(tǒng)的構(gòu)建方法,其基本特征包括:水利工程屬性(排漬排澇及水流的不沖不淤要求),溝塘末端修建控制排水閘(低壩),種植優(yōu)勢植被,生態(tài)護(hù)岸(護(hù)底)工程,排水閘(退水閘)等水工建筑物減污型工況設(shè)計。分析了該系統(tǒng)的運行管理方式。

為探索上海地區(qū)農(nóng)田徑流污染物的生態(tài)攔截模式,在上海市環(huán)境科學(xué)研究院農(nóng)業(yè)面源污染生態(tài)工程控制及生態(tài)恢復(fù)研究工作示范基地,開展了生態(tài)排水溝渠對農(nóng)田徑流營養(yǎng)性污染物的攔截凈化效果的研究,并進(jìn)行了工程尺度的應(yīng)用示范?，F(xiàn)場試驗表明:生態(tài)溝渠對農(nóng)田徑流ss、tn、nh+4-n、tp均有一定的截留凈化作用。工程示范結(jié)果顯示:示范區(qū)內(nèi)生態(tài)溝渠對ss、tn、nh+4-n、tp的凈化效果總體上優(yōu)于示范區(qū)外部普通農(nóng)田排水溝渠?？傮w來看,生態(tài)排水溝渠對氮、磷等營養(yǎng)性污染物有較好的凈化作用,可減輕周圍環(huán)境受納水體的污染負(fù)荷。

農(nóng)業(yè)是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)的主要原因,引起富營養(yǎng)化的原因很多,但最主要的是水體中碳、氮、磷的增加。實行排水管理可減少這些污染負(fù)荷。使氮素利用率達(dá)到最大的農(nóng)藝措施是使農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中氮流失達(dá)到最小的主要手段。提高水質(zhì)的措施是利用植草明渠來處理農(nóng)田流出物。研究表明植草溝渠的應(yīng)用是減輕農(nóng)業(yè)污染的有效措施?？刂婆潘梢詼p少排水過程中的氮損失。裝上滲透過濾的裝置是降低進(jìn)入溝渠中氮的有效方法。河邊或其他緩沖地帶也是反硝化作用活躍區(qū)域,能有效地減少溝渠中氮含量。然而緩沖帶要有一定的寬度。

介紹了幾種常用的地面排水溝渠的加固措施及施工中的注意要點,即土溝表面夯實、三合土或四合土抹面、單層干砌片石加固等。

主要闡述地面排水溝渠的加固措施及施工方法。

四、截排水溝設(shè)計計算書 采用公式為： 當(dāng)f＜3km2時qp=φspf 式中：qp——設(shè)計頻率地表水匯流量（m3/s） φ——徑流系數(shù)0.139 sp——設(shè)計降雨強(qiáng)度（mm/h） f——匯水面積（km2） 排水溝過流量計算公式為： c=r1/6/n 式中：q——過流量（m3/s）r——水力半徑 i——水力坡降w——過流斷面面積（m2） c——流速系數(shù)（m/s）n——糙率(漿砌塊石)取0.017 截水溝流量表 編號 滲流系 數(shù)r 20年暴雨 強(qiáng)度 hn(mm/h) 50年校核 暴雨強(qiáng)度 hn(mm/h) 匯水面 積 f(km2) 廢水流 量 (m3/s) 設(shè)計流量 qb(m3/s) 校核流 量 q(m3/s) de0.565.579.40.20.001.8212.207

為有效阻控農(nóng)田土壤流失氮、磷通過溝渠進(jìn)入水體，通過動態(tài)模擬實驗研究對比不同排水溝渠對農(nóng)田流失氮、磷的截留作用，同時通過靜態(tài)模擬實驗重點探討了水生植物對氮、磷在水-沉積物-水生植物這一微觀系統(tǒng)中的截留機(jī)理。結(jié)果表明，溝渠中的水生植物茭白和菖蒲對氮、磷的截留和轉(zhuǎn)化有明顯的促進(jìn)作用；水生植物的存在可以加速氮、磷界面交換和傳遞，從而使上覆水中氮、

農(nóng)田排水溝渠的環(huán)境效應(yīng)和生態(tài)功能是農(nóng)業(yè)景觀研究中極為重要的因素,在這樣的情況下,充分的調(diào)節(jié)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的水分平衡,保護(hù)流域內(nèi)水文不會出現(xiàn)較大的變化,這樣的生態(tài)建設(shè)才是極為重要的.排水溝渠作為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)邊緣的交錯帶,為植物和動物的生長提供了環(huán)境的支持,對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中生物的多樣性有著重要的作用.因此農(nóng)田排水溝渠的環(huán)境效應(yīng)和生態(tài)功能是極為重要的.

介紹了現(xiàn)代生態(tài)排水溝的特點與含義,同時從緩沖帶設(shè)計、護(hù)坡設(shè)計、基本要求以及斷面設(shè)計等3個方面具體闡述了生態(tài)型排水溝的設(shè)計方式,并且應(yīng)用實際案例進(jìn)行了說明?，F(xiàn)階段,我國對于溝道的研究并未形成完整的理論體系,還處在探索研究階段,應(yīng)基于河流的治理經(jīng)驗,克服理念、理論上的障礙,大力促進(jìn)我國生態(tài)溝道的建設(shè)。同時,結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H地理條件,積極開展試點;針對不足,不斷進(jìn)行自我完善,以便生態(tài)溝道的實踐經(jīng)驗與具體理論得到快速發(fā)展。

哈爾濱市灌區(qū)排水溝道多為傳統(tǒng)土質(zhì),存在穩(wěn)定性差、易產(chǎn)生淤積、排水效率低等問題。在生態(tài)型灌區(qū)的建設(shè)過程中,排水溝道選擇使用適當(dāng)透水材料,以改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境和減少農(nóng)田退水的污染排放是十分必要的。針對生態(tài)混凝土、透水型秸稈混凝土、生物磚排水溝、棱形水泥板這4種透水材料的特點,采用模糊評價法進(jìn)行了評價。

縫隙式排水溝現(xiàn)澆施工時所需的鋼模板數(shù)量多，且現(xiàn)澆時中間的波紋管只能一次性使用，不 能重復(fù)利用，耗材較大，施工成本相對較高；夠壁內(nèi)槽一般較粗糙，不易清理；一般為矩形 過水?dāng)嗝妫琢粜l(wèi)生死角；而預(yù)制縫隙式線性排水溝不占用工作面，可提前進(jìn)行，從而節(jié)省 縫隙式排水溝的整體施工時間；有v型，u型過水?dāng)嗝?，水力性能更佳；溝體內(nèi)壁光滑， 易于清理維護(hù)；樹脂混凝土抗?jié)B不親水不會凍裂，抵御化學(xué)品腐蝕性能較強(qiáng)。 蘇州宏么瑞材專業(yè)生產(chǎn)成品線性排水溝的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，線性排水溝材質(zhì)為樹脂混凝土。 我司線性排水溝產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于商業(yè)廣場，政府市政工程，步行街等項目的室內(nèi)外線性排水。 宏么瑞線性排水系統(tǒng)是成品模塊化系統(tǒng)由多種預(yù)制構(gòu)件組成并可集成化施工安裝，線性排水 溝溝體的主要材質(zhì)為樹脂混凝土，是一種新型的建筑材料其成分取自天然礦物質(zhì)，如石英砂 晶體、沙石沫、花崗巖等作為骨料按照粒徑大小進(jìn)行