草地過濾帶對農(nóng)業(yè)非點源污染物的截留效應研究.pdf

1、隨著點源污染治理水平的相對提高，農(nóng)業(yè)非點源污染已經(jīng)成為制約我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展及威脅生態(tài)環(huán)境安全的首要因素。治理農(nóng)業(yè)非點源污染可根據(jù)其產(chǎn)移特點分為防治產(chǎn)污的“源環(huán)節(jié)”和控制遷移的“匯環(huán)節(jié)”?！皡R環(huán)節(jié)”控制側重于對已流出污染物的去除和削減，是保護河湖水體的重要措施。由于地表徑流是污染物運移的主要路徑，在污染源和受納水體間設置植被區(qū)域，利用植被過濾帶攔蓄地表徑流中的污染物，已在美歐等國家得到較多的研究和應用，并被證明是一種低成本、高成效的徑流

2、治理措施。
　　 本研究構建了兩種產(chǎn)流系統(tǒng)，利用華北地區(qū)土壤及其常見植物紫花苜蓿和高羊茅在易于觀察、條件可控性好的土槽裝置上構建了模擬徑流系統(tǒng)（長度6m）;采用高羊茅、白三葉、百慕達三種植物構建了人工降雨徑流小區(qū)（長度12m）。選擇典型農(nóng)田徑流污染物懸浮物、氮磷營養(yǎng)鹽及有機農(nóng)藥化合物為研究對象，從化合物存在狀態(tài)角度分析了兩種產(chǎn)流方式下污染物在草地過濾帶中的地表及地下徑流中的遷移規(guī)律和截留特征，并對有機農(nóng)藥化合物的遷移機理進行了探

3、討，為掌握植被過濾帶多介質(zhì)系統(tǒng)的生態(tài)功能及其調(diào)控機理，系統(tǒng)評估其環(huán)境效益提供了重要的理論參考。本研究得出的主要結果如下:
　　 (1)草地過濾帶能有效截留徑流污染物，模擬徑流和人工降雨實驗均得出顆粒態(tài)污染物（SS和PP）和CODMn去除率高于溶解態(tài)污染物（NO3--N、NH4+-N和TDP）;較強吸附性污染物（NH4+-N和TDP）去除率高于弱吸附性污染物(NO3--N); TN和TP中顆粒態(tài)組分所占比例越高，其去除率越高。

4、r>　　 (2)SS和PP主要截留在凈化系統(tǒng)前端，其出水濃度隨帶寬增加而呈指數(shù)降低;NO3--N、NH4+-N和TDP出水濃度均隨帶寬增加而呈線性降低。
　　 (3)在模擬徑流實驗中，固定土壤條件和凈化系統(tǒng)長度，選擇植被條件、污染物進水濃度、進水流量和坡度為控制變量，通過正交實驗分析該4種因素對各種污染物去除率的影響。實驗得出污染物的截留特征與其存在狀態(tài)顯著相關，SS、PP和CODMn的截留特征具有相似性。植被條件、進水濃度、

5、流量和坡度均為極顯著影響因素，高羊茅過濾帶和紫花苜蓿過濾帶的SS和PP去除率均顯著優(yōu)于對照系統(tǒng)，污染物去除率均呈現(xiàn)出隨進水濃度、進水流量和系統(tǒng)坡度的增加而降低的趨勢;對于溶解態(tài)營養(yǎng)鹽而言，植被條件為顯著性因素，高羊茅過濾帶因其植被近地表密集度較高而對污染物去除率顯著高于紫花苜蓿過濾帶和對照系統(tǒng);濃度為NO3--N、NH4+-N和TDP去除率的極顯著因素，中等濃度時NO3--N去除率最高，進水濃度升至高等進水濃度后去除率明顯下降，而NH4

6、+-N和TDP去除率呈現(xiàn)隨進水濃度增加而增加的趨勢;進水流量為NO3--N去除率的顯著影響因素，隨流量增加去除率降低，本試驗范圍內(nèi)的進水流量變化對NH4+-N和TDP去除率無顯著影響;坡度為NH4+-N去除率的極顯著影響兇素，其去除率隨坡度增加而降低，本試驗范圍內(nèi)的坡度變化對NO3--N和TDP去除率無顯著影響。
　　 (4)選取弱吸附性除草劑阿特拉津(Koc=100L Kg-1)和強吸附性殺菌劑百菌清(Koc=1380L Kg

7、-1)為目標污染物，模擬徑流實驗得出阿特拉津和百菌清地表徑流液相出水濃度均隨徑流距離增加而降低，但其出水濃度和徑流距離未能用線性方程和指數(shù)方程進行較好擬合;通過液相農(nóng)藥化合物的進出水濃度計算去除率，得出強吸附性農(nóng)藥化合物百菌清去除率高于弱吸附性化合物阿特拉津，植被高羊茅的存在能顯著促進農(nóng)藥截留;比較系統(tǒng)進水和2m出水沉積物中的農(nóng)藥吸附相濃度，可知阿特拉津吸附相濃度未表現(xiàn)出明顯的變化規(guī)律，而百菌清2m出水的吸附相濃度較進水出現(xiàn)明顯升高，觀

8、察到顆粒物粒徑越小其有機農(nóng)藥吸附相濃度越高的現(xiàn)象。以吸附相污染物負荷減少率評價顆粒態(tài)農(nóng)藥化合物的截留效果，得出草地過濾帶能有效攔截吸附態(tài)農(nóng)藥化合物。
　　 (5)人工降雨實驗中阿特拉津和百菌清的出流濃度均呈現(xiàn)出逐次增加的趨勢，尤其是對照系統(tǒng)的變化幅度最為顯著，以草地過濾帶污染物出水濃度比對照系統(tǒng)出水濃度的減少率計算去除率來評價徑流污染物的截留效果:植被的存在能顯著促進地表徑流中阿特拉津的截留，草地過濾帶的阿特拉津去除率為60％以

9、上，但其去除率呈現(xiàn)出逐次降低的趨勢;百菌清去除率與阿特拉津存在較大差別，其去除率呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，第一次和第四次實驗對照系統(tǒng)與草地過濾帶的百菌清出流濃度無顯著差異，第二次和第三次實驗草地過濾帶的百菌清出流濃度顯著低于對照系統(tǒng)，計算第二次和第三次百菌清去除率分別為85.43％～87.69％和22.36％～37.21％。
　　 (6)滲流實驗得出:經(jīng)0.35m土層滲濾后各污染物滲流濃度均較進水濃度出現(xiàn)降低，尤其是草地過濾帶，其

10、污染物去除率普遍高于對照系統(tǒng)，根據(jù)2m、4m和6m滲流出水平均濃度相比于地表徑流進水濃度的減少率計算污染物去除率，SS去除率高于溶解態(tài)污染物（NO3--N、NH4+-N和TDP）;強吸附性污染物去除率（TDP和NH4+-N）高于弱吸附性污染物(NO3--N); TP和TN去除率是溶解態(tài)組分和顆粒態(tài)組分的綜合反應，顆粒態(tài)組分比例越高，去除率越高;溶解態(tài)氮素，尤其是NO3--N污染地下水的風險較高;各處理系統(tǒng)滲流出水電導率均較進水明顯降低，