排水沟渠

排水沟渠（共3篇）

排水沟渠 篇1

0 引言

日益严重的农业面源污染已经成为水体富营养化和水环境恶化的主要原因[1]。乌梁素海是河套灌区农田灌溉排水的唯一承泄渠道,而近年来由于大量化肥随排水淋失进入乌梁素海,导致其富营养化加重[2,3],致使其生态环境受到威胁。农田排水沟渠系统是农田生态系统的重要组成部分,是农田氮(N)、磷(P)污染物向下游水体汇集、迁移的主要通道,排水沟渠内水草、底泥对N,P有非常强的吸附作用[4],充分合理利用这些沟渠系统栽植水生植物,使其具有缓解水流流速、促进泥沙颗粒沉淀,增强沟内植物对N,P的立体吸收和拦截作用[5,6]。本文利用河套灌区天然排水沟研究沟内水流速度、沟内水草生长状况(时间)及沟内水流停留时间与氮磷去除率的关系,初步探讨天然排水沟渠经简单改造用于削减N,P污染物的可行性,以期使N,P等农业面源污染物在迁移过程中减少,从而减轻乌梁素海水体富营养化。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

河套灌区年引黄水量约50亿立方米,排水年均4.3亿立方米,引水与排水量比为11∶1。灌区灌排渠系发达,总干渠下设干渠、分干渠(灌溉面积在5万亩以上)、支渠(万亩以上)、斗渠(2000亩以上)、农渠(400~500亩)、毛渠(100亩)等六级渠系,共有干渠13条,分干渠40条,支渠222条,斗渠1056条,农、毛渠19375条,各级渠道总长度16800余公里。灌区排水系统多与灌水渠系相对应,亦设七级沟道,即总干沟、干沟、分干沟、支沟、斗、农、毛沟七级。现已建成总排沟1条,干沟12条,分干沟45条,支沟137条,斗、农、毛沟11275条。河套灌区90%以上的农田排水经总排干沟进入乌梁素海,排水经过湖泊的生物生化作用后,排入黄河。

1.2 样品采集与测试

于2014年6-10月份在永济灌域永成支沟取1800m,2012年重新修整的沟渠,沟底宽2.1m,深0.8m。6-9月份,研究区农田排水沟渠中水深一般为20cm左右,水流速度较慢,一般在20~30cm/s以内,10月份秋浇水量增大,沟内水流速度达到1m/s左右。6,7,9,10月时分别在排水沟段前端、末端分别取3个样;8月份,用漂流计时法每隔300m取样,并记录取样时间间隔,取样结束后在沟内选取一段300m的沟上下游封口截流防止试验水体与外界交换,取水样及底泥,之后每隔12小时在同一位置附近取一次水样和底泥,连续测5次。

水样和底泥的测试指标主要有:总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、硝氮(NO3--N)、总磷(TP)。分别采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法、纳氏试剂比色法和紫外分光光度法分析样品中TN,NH4+-N和NO3--N浓度,TP采用过硫酸钾消解钼锑抗分光光度法测试其浓度,6-10月份排水沟渠始端含量如表1所示。

(单位:mg/kg)

2 结果与分析

2.1 氮磷去除率随时间的变化

将6~10月份排水支沟内水体氮磷去除率换算为每1000m氮磷各指标的去除率如图1所示,由图可知TN,NH4+-N,NO3--N,TP在排水沟渠内随时间变化各异,去除率分别于7月达到最大值13%,8月份18%,9月份9%,7月份12.81%。7,8月份沟渠内水草茂盛,正值生长旺季,水草对养分的吸收、吸附作用强,故沿水流方向氮磷去除作用明显,而年内每千米TN,NH4+-N,NO3--N,TP去除率平均分别为7.11%,12.59%,9.65%,6.20%,可见排水沟渠消减了农田排水中的氮、磷,可有效缓解下游湖泊水体富营养化。

2.2 氮磷去除率随水流速度的变化

计算8月份排水沟渠内各取样节点内水流速度,将0~10cm/s,10~20cm/s,20~30cm/s,30~40cm/s各段氮磷每千米去除率分别做平均,如图2所示,由图可知随着水流速度的增加,TN,NH4+-N,NO3--N,TP在排水沟渠内去除率减小,主要是水流速度越小,氮磷在沟段内停留时间越长,氮磷在沟内与水草沟内底泥相互作用时间越长,其被吸收吸附的几率越大。

2.3 氮磷随水力停留时间的变化

沟段封口后排除了外界的干扰,水体及底泥中TN,NH4+-N,NO3--N,TP变化如图3-4所示。随着时间的推移,水体内去除率不断增加,到60小时去除率分别达到13.59%,15.9%,9.76%,12.14%,而此时底泥中TN,NH4+-N,NO3--N,TP增加率为10.07%,11.57%,6.69%,8.41%,分别占水体去除率的74.10%,72.77%,68.55%,69.28%,其余损耗部分可能主要靠植物的吸收作用,同时氨氮硝态氮相互转化,有部分可能进入大气。可见农田排水沟内氮磷去除最初主要是底泥的吸附作用,底泥将氮磷营养元素固定后再供植物吸收利用,其底泥去除率大可能也与沟渠是新开的有关,沟内土壤氮磷含量小,易于吸附。

3 讨论

已有研究表明:分布于我国南方灌区的塘堰等水体是天然的湿地,其是由基质—植物—微生物构成的生态净化系统,对农田面源污染具有很好的去除效果[7],其净化效果受湿地植物及微生物生长与生理生化活性影响[8,9],而对这些塘堰湿地进行简单的改造,形成天然—人工复合湿地,控制湿地水深,可显著增加湿地的净化效果[10]。河套灌区天然排水沟渠对氮磷的吸附削减作用明显,因此,可通过控制沟渠内排水水力停留时间来提高其对氮磷的拦截效果,只需在现有排水沟渠基础上设置闸阀即可实现控制水力停留时间的作用,在天然沟渠内形成小型的湿地系统,将氮磷在此削减,增加水力停留可进一步减少向乌梁素海的排水量。但与南方有别的是,河套灌区排水沟渠不仅起到排水的作用,还有一个非常重要的作用:排盐。所以,可在沟渠两侧种植对氮磷吸附作用强且耐盐碱的植物,而这需要进一步研究。这样通过在河套灌区构建排水沟渠生态系统在氮磷迁移过程中将其吸附吸收,从而保护下游水体,对于沟渠内底泥可在春季进行适当清理,移至附近的农田中,可肥沃土壤。因此,在河套灌区可用天然排水沟渠通过“闸阀控制—植物吸附—底泥更换”改造构建一个个小型的天然—人工复合湿地系统,在氮磷迁移过程中有效削减排水氮磷,可减轻排水受纳水体富营养化。

4 结语

通过对农田排水沟渠对氮磷去除效果研究,有以下初步结论:

(1)排水沟渠可以消减农田排水中氮磷含量,总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、硝氮(NO3--N)、总磷(TP)年内每千米去除率平均分别为7.11%,12.59%,9.65%,6.20%,且随水流速度增大而减小。

(2)底泥的吸附作用是排水沟渠内氮磷新去除的主要原因,水力停留时间达60小时,底泥对总氮(TN)、氨氮(NH4+-N),硝氮(NO3--N),总磷(TP)吸附作用分别占排水沟渠内氮磷去除率的74.10%,72.77%,68.55%,69.28%。

(3)利用“闸阀控制—植物吸附—底泥更换”方法在河套灌区天然排水沟渠内改造构建多个小型天然—人工复合湿地系统,可有效削减农田排水N,P含量,减少农业面源污染,可作为控制乌梁素海水体富营养化的有效途径。

参考文献

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[4]韩例娜,李裕元,石辉,等.水生植物对农田排水沟渠氮磷迁移生态阻控效果比较研究[J].农业现代化研究,2012(1):117-120.

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排水沟渠 篇2

关键词：路基,排水,加固

1 路基排水的目的与要求

路基的强度与稳定性以及沿线构造物的状态同水的关系十分密切。路基的病害有多种, 形成病害的因素有很多, 但水的作用是主要因素之一, 因此路基设计、施工和养护中, 必须十分重视路基排水工程。

路基排水的任务就是将路基范围内的土基湿度降到一定的限度以内, 保持路基常年处于干燥、坚实和稳定状态, 确保路基具有足够的强度与稳定性。

路基设计时, 必须考虑将影响路基稳定性的地面水, 排除和拦截于路基用地范围以外, 并防止地面水漫流、滞积或下渗。对于影响路基稳定性的地下水, 则应予以隔断、疏干和降低, 并引导至路基范围以外的适当地点。

路基施工中, 首先应校核全线路基排水系统的设计是否完备和妥善, 必要时应予以补充或修改, 应重视排水工程的质量和使用效果。此外, 应根据实际情况与需要, 设置施工现场的临时性排水措施, 以保证路基土石方及附属设施在正常条件下进行施工作业, 消除路基基底和土体内与水有关的隐患, 保证路基工程质量, 提高施工效率。

路基养护中, 对排水设施应定期检查与维修, 以保证排水设施正常使用, 水流畅通, 并根据实际情况不断改善路基排水条件。

根据水源的不同, 影响路基的水流可分为地面水和地下水两大类, 与此相适应的路基排水工程, 则分为地面排水和地下排水。地面排水结构物主要有:边沟、截水沟、排水沟、跌水、急流槽、拦水带、蒸发池、渡是槽、倒虹吸等;地下排水结构物主要有:暗沟、渗沟和渗井等。下面主要介绍地面排水中的排水沟, 并对排水沟渠的加固措施及施工方法进行重点阐述。

2 地面排水沟渠说明

排水沟的主要用途在于引水, 将路基范围内各种水源的水流 (如边沟、截水沟、取土坑、边坡和路基附近积水) , 引至桥涵或路基范围以外的指定地点, 并完善进出水口的处理, 使各项设施衔接配合, 防止冲刷农田或危害水利设施。当路线受到多段沟渠或水道影响时, 为保护路基不受水害, 可以设置排水沟或改移渠道, 以调节水流, 整治水道。

排水沟的横断面, 一般采用梯形, 尺寸大小应经过水力水文计算选定。用于边沟、截水沟及取土坑出水口的排水沟, 横断面尺寸根据设计流量确定, 深度与底宽不宜小于0.5m, 土沟的边坡坡度约为1:1~1:1.5;排水沟应具有合适的纵坡, 以保证水流畅通, 不致流速太大而产生冲刷, 亦不可流速太小而形成淤积, 为此宜通过水文水利计算择优选定。一般情况下可取0.5%~1.0%, 不小于0.3%, 亦不宜大与3%, 沟墙可采用M5.0号砂浆防护。

排水沟的位置, 可根据需要并结合当地地形等条件而定, 离路基尽可能远些, 距路基坡脚不宜小于2m, 平面上应力求直捷, 需要转弯时应尽量圆顺, 其半径不宜小于10~20m, 连续长度宜短, 一般不超过500m。

排水沟水流注入其他沟渠或水道时, 应使水道不产生冲刷和淤积。通常应使排水沟与原水道两者成锐角相交, 其交角不大于45°, 有条件可用半径R=10b (b为沟顶宽) 的圆曲线朝下游与其他水道相接。

3 地面排水沟渠的加固措施及施工方法

排水沟渠加固措施应结合当地地形、沟渠土质、沟底纵坡、水流速度和使用要求等而定, 本着保护生态环境, 因地制宜, 就地取材, 简便易行, 经济适用的原则来进行选择。主要加固类型有简易式、干砌式、浆砌式, 目前常用的有以下几种措施:

3.1 土沟表面夯实

一般适用于土质边沟和排水沟 (不适用于堑顶截水沟或堑顶排水沟) , 沟内平均流速不大于0.8m/s。沟底纵坡不大于1.5%。

在施工时, 其水沟沟底及沟壁部分应少挖0.05m, 并随挖随夯, 将沟底沟壁夯拍坚实, 使土的干密度不小于1.66×103kg/m, 以免土中水分消失, 不易夯拍坚实。施工中如发现沟底沟壁有鼠洞或蛇穴, 应用原土补填夯实。

3.2 三合土或四合土抹面

当沟底纵坡不大于3%, 水流平均速度在1.5~2.5m/s时, 可采用三合土或四合土抹面。三合土是指水泥、砂及炉渣的混合料, 其配合比一般可采用水泥:砂:炉渣=1:5:1.5 (质量比) 。四合土是指水泥、石灰、砂、炉渣组成的混合料, 配合比一般采用1:3:6:24 (质量比) 。混合土厚度视沟内流速或沟底纵坡而定, 一般取0.10~0.25m;加固常流水的水沟表面时, 若加抹厚1cm的M7.5水泥砂浆, 效果更佳。其具体施工方法如下:

(1) 施工前两周, 将石灰水化, 使用前1~3d, 将炉渣 (炉渣经过高温烧化, 其粒径不超过5mm) 掺入拌匀, 使用时将碎 (卵) 石或水泥 (低强度等级) 及砂掺入, 反复拌和均匀。

(2) 沟渠开挖后趁土质潮湿立即加固。如土质干燥, 则宜洒水湿润后再进行加固。

(3) 沟渠铺混合土前, 应将沟底沟壁表面夯拍整平, 然后安装模板, 保证加固厚度的一致。

(4) 沟渠铺混合土后, 应拍打排浆, 然后再抹水泥砂浆护层, 待稍干后, 用大卵石将表面压紧磨光, 最后用麻袋或草袋覆盖, 洒水养生3~5d, 养护时如发现裂缝或表面剥落, 应予以修补。

3.3 单层干砌片石加固

一般用于无防渗要求, 土质沟渠沟底纵坡在5%以上, 流速大于2.0m/s, 或砂土质沟渠沟底纵坡在3%~4%以上的沟渠加固。当沟内平均流速在2.0~3.5m/s时, 干砌片石尺寸可采用0.15~0.25m;当流速大于4.0m/s时, 应采用急流槽或跌水。当沟壁沟底为细粒土时, 应加设卵 (碎) 石垫层, 其厚度为0.10~0.15m。片石间隙应用碎石填塞紧密, 片石大面应砌向表面, 以减少面部粗糙度。

3.4 单层栽砌卵石加固

用于无严格防渗要求, 且容许流速在2.0~2.5m/s以内的沟渠加固。所用卵石的尺寸与容许流速有关, 当允许流速为2.0m/s时, 卵石直径不宜小于0.15m, 当允许流速为2.5m/s时, 卵石直径不宜小于0.20m。若沟底沟壁为细粒土时, 需加设0.10~0.15m砂砾垫层。施工时, 一般应先砌沟底, 后砌沟壁。砌底选用较好的大卵石, 坡脚两行尤应注意选料砌牢。砌筑可自下而上逐步选用较小的卵石, 最上一层则用较长卵石平放封顶压牢。所有卵石均应栽砌, 大头朝下, 互相靠紧, 每行卵石须大小均匀, 两排之间保持错缝。卵石下部及卵石之间的孔隙, 均应用小石填塞紧密。

3.5 浆砌片石加固

浆砌片石边沟有梯形与矩形两种, 厚度为0.25~0.30m, 一般用于沟内水流速度较大 (平均流速大于4m/s) 及防渗要求较高的地段。沟底纵坡一般不受限制 (可考虑用急流槽形式) , 但在有地下水 (或常年流水) 及冻害地段, 沟壁沟底外侧需加设反滤层或垫层, 并在沟壁上预留泄水孔。浆砌片石工程要求坚实稳定, 表面平整美观;砂浆配合比必须符合试验规定, 砌体咬扣紧密, 嵌缝饱满、密实, 勾缝平顺无脱落, 缝宽大体一致。

施工时应注意沟渠开挖后要整平夯拍, 如土质干燥应洒水润湿, 遇有鼠洞陷穴应堵塞夯实。水泥砂浆标号一般采用M5.0, 随拌随用, 砌筑完后应注意养生。

参考文献

[1]朱新实.公路排水设施/公路施工技术丛书[M].北京:人民交通出版社.

[2]朱新实, 蒋周平.公路排水设施[M].北京:人民交通出版社.

排水沟渠 篇3

农田排水沟渠(宽深一般都在2 m以下)是南方丘陵农业区最常见的农田排灌设施,沟网密度大,面积一般占到总土地面积的3%左右。生态阻控技术正是充分合理利用这些沟渠系统栽植水生植物,使其具有缓解水流流速、促进泥沙颗粒沉淀,增强沟内植物对N、P的立体吸收和拦截作用,一方面可以有效减少农田养分流失对下游水体造成的面源污染[12,13],另一方面,拦截植物的生物质还可以用于覆盖还田或者作为动物饲料,实现养分资源的循环利用[14],可谓是一举两得。基于此,本文以南方亚热带红壤小流域为研究区域,利用农田小型排水沟渠种植野生或引种的水生植物,研究比较不同物种对农田排水和泥沙中N、P的吸收富集能力。本研究对有效遏制农田养分的流失和减少农业面源污染物质(N、P)向下游的扩散迁移具有重要的理论价值和广阔的应用前景。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验区位于湖南省长沙县金井镇中国科学院亚热带农业生态研究所试验基地,试区总面积135 km2。该区年平均降水量1300 mm~1400 mm,年平均气温17.2℃,无霜期274 d,年日照为1663 h,相对湿度80%左右,属于典型亚热带湿润季风气候。区内海拔高度一般为90 m~110 m,相对高差一般在100 m以内,为典型江南丘岗地貌。当地土地利用形式主要以林地、水田和茶园为主,其中耕地占总土地面积的17%,主要农作物为水稻和蔬菜。

农田排水沟渠系统是农田生态系统的重要组成部分,是农田N、P污染物向下游水体汇集、迁移的主要通道,除了暴雨期间以外,研究区农田排水沟渠中水深一般为20 cm左右,水流速度较慢,一般在20cm/s~30 cm/s以内,适合种植各种水生植物。

1.2 试验设计

在研究区选取一条沟岸经人工硬化整治的直型稻田排水沟,口宽3.5 m,底宽2 m,于2010年4月在沟底种植多年生水生植物,选取物种包括:美人蕉(Canna indica)、狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、黑三棱(Sparganium stoloniferum)、灯心草(Juncus effusus)、铜钱草(Hydrocotyle vulgaris)、水芹菜(Oenanthe javanica)6种植物(处理),每种植物作为一个处理(单作),设置3次重复,共计18个小区,随机排列在试验沟渠之中。小区规格为200 m2(10 m长、2 m宽)。

1.3 样品采集与分析

于2010年8月中旬进行植物样与泥沙样的采集。采集方法为:在每个小区内设置3个1 m2的代表性采样区,将每个采样区的植物全部地上部沿地表收割,装入网袋用于地上生物量与养分含量的测定;在样区内多点采集约1 kg泥沙样用于泥沙理化性质的分析,然后将全部泥沙挖出装入网袋内,称重并换算出泥沙量,然后将其中的泥沙全部洗出,余下植物地下部(根系与根状茎),用于测定地下生物量与养分含量。将以上植物地上部、地下部、泥沙样带回室内,称取并记录其相应的鲜重,然后将其晾干,其中泥沙样为风干。

植物样风干后剪碎混匀,取少量进行低温烘干(65℃)、粉碎、过筛(0.147 mm),用于分析植物NP的含量。泥沙样风干后混匀、磨碎、过筛(2 mm和0.25 mm),用于测定机械组成和养分含量。各项指标的测定方法依次为:植物样采用H2SO4—H2O2消煮待测液,其中植物总N采用流动注射仪(FIA Star 5000)法测定,植物总P采用钼蓝比色法测定;土壤总N采用开氏消煮—流动注射仪法测定,土壤总P采用H2SO4—HCl O4消煮、钼蓝比色法测定[15]。

1.4 试验数据分析

文中所列数据全部为3次重复的均值与标准差。数据统计主要运用SPSS 17.0软件进行方差分析(ANOVA),分析结果达到统计显著水平(P<0.05)的再进行用Duncan’s多重比较。采用Office-excel软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同植物NP的吸收和富集能力比较

2.1.1 生物量

生物量是反映植物养分吸收富集能力最直观的指标,一般地,生物量越大其养分的富集能力就越强。分析结果(图1)表明,不同处理间生物量差异显著(P<0.05),其中以美人蕉的总生物量(包括地上与地下)最高,达到2.32kg/m2,其次是灯芯草和黑三棱,分别为1.65 kg/m2和1.63kg/m2,而水芹菜由于采样时已进入夏季休眠期,只有存留在泥沙里的地下部分,所以水芹菜的生物量最低,仅为0.58kg/m2。从地上地下生物量的分配来看,美人蕉的地上生物量最大,为1.71kg/m2,而黑三棱的地下生物量最大,为0.85kg/m2。水芹菜的地上和地下生物量都最小(0.26 kg/m2和0.32kg/m2)。从生物量的分配来看,除了黑三棱和水芹菜以外,其他物种的地上生物量均显著大于地下。

注:Ⅰ:黑三棱;Ⅱ:灯芯草;Ⅲ:狐尾藻;Ⅳ:美人蕉;Ⅴ:铜钱草;Ⅵ:水芹菜.

2.1.2 植物N、P含量

植物N、P含量是反映植物富集能力的重要指标之一,分析结果(表1)表明,不同水生植物间具有显著差异(P<0.05)。总的来看,植物地上部的N、P含量普遍高于地下,地上部N含量的变化范围为8.06 g/kg~16.39 g/kg,P含量的变化范围为1.34 g/kg~3.82 g/kg,地下部N的变化范围为5.83 g/kg~10.80 g/kg,P的变化范围为1.34 g/kg~3.35g/kg。表明地上部是植物养分累计的主要器官,通过对植物地上部的收割可以有效去除和减少农田排水中氮磷向下游水体的迁移。

(单位:(g/kg))

注:(1)括弧中数据为标准差;(2)同一列数据中标有相同字母的表示其统计差异不显著(P>0.05)。

不同植物的比较结果表明,水芹菜的地上部N、P含量都为最高,分别为16.39 g/kg和3.82 g/kg;狐尾藻地下部N含量为最高(10.80 g/kg),水芹菜地下部P含量为最高(3.35 g/kg)。灯芯草地上部和地下部的N含量都为最低,分别为8.06 g/kg和5.83 g/kg;而植物地上部和地下部P含量最低的为美人蕉,都为1.34 g/kg。除了狐尾藻N与黑三棱、灯芯草P以外,各物种地上部分N、P含量均显著高于地下部分。

2.1.3 不同植物的N P累积量及其分配

对6种植物N、P累积量的统计结果(表2)表明,不同物种间以地上部N的累积量差异达到极显著水平(P=0.001),而不同物种间对P的累积量以及地下部N的累积量差异均不显著(P>0.05)。各物种地上部分N、P累积量的变化范围分别为4.25 g/m2~18.53 g/m2和0.99 g/m2~2.26 g/m2,其中以美人蕉地上部对N、P的累积量为最大,而水芹菜的为最小。

(单位:(g/m2))

注:(1)括弧中数据为标准差;(2)同一列数据中标有相同字母的表示其统计差异不显著(P>0.05)。

地下部分N、P累积量的变化范围分别为2.77 g/m2~6.57 g/m2和0.79 g/m2~2.07 g/m2,其中黑三棱地下部N、P的累积量最大,而水芹菜地下部对N的累积量为最小,美人蕉对P累积量为最小。除了黑三棱和水芹菜地下部对P的累积量高于地上部分外,其他物种地上部分N、P累积量均高于地下部分。可见,植物对N、P的累积主要集中在地上部分。因此从总体的生态拦截效果来看,对N的富集能力从强到弱依次为:美人蕉>狐尾藻>黑三棱>灯芯草>铜钱草>水芹菜;而对P富集量从强到弱的顺序为:黑三棱>美人蕉>狐尾藻>灯芯草>铜钱草>水芹菜。

2.2 不同植物对泥沙及其N、P的拦截效果比较

2.2.1 泥沙拦截总量与颗粒组成

表3表明,栽植不同水生植物的沟渠对泥沙的拦截量有一定差异,其中灯芯草的拦截量为最大(141.29kg/m2),而狐尾藻对泥沙的拦截量最小(86.68kg/m2),但是总体上统计差异不显著(P>0.05),这可能与沟道内不同位置泥沙拦截的空间分异(标准差较大)有关。对泥沙机械组成的分析结果表明,水芹菜(含杂草)拦截的泥沙中砂粒含量相对较高(50.56%),而黏粒含量较低(19.37%),而狐尾藻拦截的泥沙中砂粒含量最低(36.83%),而黏粒含量较高(21.57%)。这与不同植物的物种特性(如直立与匍匐、丛生与单生等)有一定关系,如狐尾藻属于匍匐密集型植物,易于拦截细颗粒泥沙。

注:(1)括弧中数据为标准差;(2)同一列数据中标有相同字母的表示其统计差异不显著(P>0.05)。

2.2.2 泥沙的N、P含量与N、P累积量

表4表明,不同处理泥沙的N、P含量及累积量有一定差异,N、P平均含量分别为N 0.73 g/kg和P 0.34 g/kg,而平均累积量分别为85.63 g/m2和4.41 g/m2。比较而言,水芹菜处理的泥沙中N、P含量和累积量都最大,分别为0.86g/kg、0.41g/kg和N 117.77 g/m2、P 54.56g/m2,而美人蕉的N累积量最小(66.94 g/m2),狐尾藻的P累积量为最小,只有24.51g/m2。但是总体而言,统计差异均不显著,表明不同植物对泥沙的拦截效果有较大的变异性。

注:(1)括弧中数据为标准差;(2)同一列数据中标有相同字母的表示其统计差异不显著(P>0.05)。

3 讨论与结论

3.1 讨论

3.1.1 生态沟渠中各物种对N、P的拦截效果

试验的初步结果表明,农田生态沟渠对稻田排水中N、P有很好的拦截效果,每种物种都生长良好,表明所选水生植物均能适应当地的生态条件,但是从不同植物的生物量以及N、P含量与吸收量的比较结果(图1、表1)来看,不同植物对N、P的拦截能力是有显著差异的,其中对N的富集能力从强到弱依次为:美人蕉>狐尾藻>黑三棱>灯芯草>铜钱草>水芹菜;而对P富集量从强到弱依次为:黑三棱>美人蕉>狐尾藻>灯芯草>铜钱草>水芹菜。其中美人蕉的生物量以及N吸收量均为最高,分别为2.32 kg/m2和23.90 g/m2,而黑三棱对P具有显著的富集优势,总吸收量高达4.04 g/m2。李芳柏[14]的研究也表明美人蕉对污水N、P以及COD具有较强的去除净化能力。狐尾藻和灯心草也是具有较大潜力的N、P富集水生植物,这与乔建荣[16]和成水平[17]等的研究结果基本一致。胡绵好[18]的研究结果也显示,水芹菜对N、P具有较高的去除效果,去除率分别达到89.5%和98.2%,这与本文水芹菜对N、P富集能力较强的结果相一致,但由于其夏季进入休眠期,所以其生物量小而使得N、P累积量也最小,这种季节休眠不利于夏季生态拦截作用的发挥。

植物是生态沟渠的主要组成部分,也是沟渠拦截N、P的主体。从试验结果来看,除了黑三棱和水芹菜以外,其他物种的地上部生物量均大于地下。蒋跃萍[19]的研究结果表明,地上部平均氮磷积累对去除水中氮磷的贡献率可达38.5%和40.5%,因此,适时对植物地上部进行收割可以有效地从水体中移除N、P,并促进植物的再生,以维持生态沟渠对水体的持续净化作用[20],避免植物枯落物对水体产生二次污染。

由于生态沟渠中所能够种植的植物生物量是有限的,所以其去除N、P的总量有限,且随着进水口中污染物浓度的变化和污染负荷的增加,进入沟渠的N、P总量增加,生态沟渠对N、P的去除率可能会相应地下降,这可以通过延长生态沟渠的长度得到解决。此外,在秋、冬季节,部分一年生植物地上部分死亡以后,其拦截效果会受到很大影响,因此可以通过建立不同特性物种的组合模式,来增强生态沟渠的生态拦截效果[12],这些均需进一步的深入研究。

本试验选取的物种中美人蕉不仅能吸收N、P等营养元素,而且能吸收二氧化硫、硫化氢和二氧化碳等有害物质,有净化空气,美化环境的作用。灯芯草、水芹菜、黑三棱和铜钱草都有一定的药用作用。狐尾藻多为沉水植物,观赏性较高,且全草可作为鱼虾蟹塘养殖过程中的饲料。而且美人蕉、铜钱草和狐尾藻都有较好的观赏性。试验基地金井镇分布较多水塘系统,由于水塘多封闭且人为排放污水超过水塘自净能力,所以多为死水塘,墨绿发臭。将物种合理运用于水塘治理,对改善农区水体水质和美化环境具有一定的现实意义。3.1.2生态沟渠对泥沙及其养分的拦截效果大型水生植物美人蕉、黑三棱和灯芯草对粗颗粒泥沙拦截效果较好,而小型蔓生性水生植物铜钱草和狐尾藻对细颗粒泥沙的拦截效果相对较好。但是从不同植物拦截泥沙N、P养分的累积量来看,平均达到N 85.63g/m2和P 40.41g/m2,表明生态沟渠中除植物吸收富集N、P以外,拦截泥沙中也富集了大量的N、P。显然,泥沙N、P总量要显著高于植物本身的富集量,但是泥沙N、P有很大一部分属于无效态,而植物富集部分则全部为植物有效态N、P,因此水生植物本身的净化作用更为重要。但也有研究结果表明,泥沙氮磷在沟渠进水N、P总量中所占比例很低,如王岩等[21]对江苏省宜兴市丁蜀镇区域的研究结果表明,泥沙固定N、P的总量仅占沟渠进水N、P总量的1.05%和5.05%。Jiang等[22]的研究也表明,与田间土壤相比,沟渠泥沙中含有更多的有机物和TN,因此泥沙养分含量较高可能也与泥沙本身对养分的富集作用有关。总之,生态沟渠对泥沙氮磷的拦截对于降低氮磷向下游水体的迁移也发挥了重要的作用。

3.2 结论