摘要:針對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中面源污染嚴(yán)重的問(wèn)題，以多孔生態(tài)混凝土為基質(zhì)構(gòu)建農(nóng)田生態(tài)排水溝，研究新型農(nóng)田生態(tài)排水溝對(duì)稻田排水中氮磷的去除效果及機(jī)制。結(jié)果表明，基于多孔生態(tài)混凝土技術(shù)構(gòu)建的生態(tài)排水溝對(duì)稻田排水中TN、TP的去除率大于土質(zhì)及混凝土排水溝，有效增強(qiáng)了對(duì)稻田排水中氮磷的去除效果。稻田施肥后10d，生態(tài)排水溝對(duì)稻田排水中TN的去除率均值為86．57%，分別較土質(zhì)(82．05%)及混凝土排水溝(83．55%)增加4．52%及3．02%;對(duì)稻田排水中TP的去除率均值為37．86%，分別較土質(zhì)(25．62%)及混凝土排水溝(33．53%)增加12．24%及4．33%。研究結(jié)果完善了農(nóng)田生態(tài)排水溝的構(gòu)建技術(shù)，可為農(nóng)業(yè)面源污染防治提供技術(shù)指導(dǎo)。

　　關(guān)鍵詞:稻田;生態(tài)排水溝;農(nóng)業(yè)面源污染

　　目前，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為追求糧食高產(chǎn)，普遍存在過(guò)量施用化肥等現(xiàn)象［1，2］，加之不合理的農(nóng)田灌溉排水措施，使得農(nóng)田大量營(yíng)養(yǎng)元素經(jīng)農(nóng)田徑流進(jìn)入周邊水體，引起水環(huán)境惡化，進(jìn)而導(dǎo)致嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)面源污染問(wèn)題［3，4］。農(nóng)田排水溝是農(nóng)田排水進(jìn)入周邊水體的主要通道，農(nóng)田排水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在排水溝的流動(dòng)過(guò)程中可以通過(guò)底泥吸附、植物吸收和微生物降解等多種機(jī)制被吸收、固定或脫離排水溝［5，6］。因此，充分發(fā)揮農(nóng)田排水溝的環(huán)境功能，構(gòu)建農(nóng)田生態(tài)排水溝成為了國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)面源污染防治研究的熱點(diǎn)。目前，我國(guó)學(xué)者在土質(zhì)排水溝與混凝土排水溝的基礎(chǔ)上結(jié)合控制排水、適宜植物選型及工程技術(shù)開(kāi)展了一系列生態(tài)排水溝的研究［4，7－9］。然而，以土質(zhì)排水溝為基礎(chǔ)的生態(tài)排水溝工程耐久性較差，加大了后期工程維護(hù)工作量，同時(shí)土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性較差，增加了水土流失的風(fēng)險(xiǎn);以普通混凝土材料構(gòu)建生態(tài)排水溝，材料透水性能較差，影響排水溝降漬功能與農(nóng)田水分循環(huán)過(guò)程，此外，選用混凝土材質(zhì)無(wú)法體現(xiàn)基質(zhì)對(duì)農(nóng)田排水中氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸附作用。本研究以多孔生態(tài)混凝土為基質(zhì)構(gòu)建農(nóng)田生態(tài)排水溝，研究農(nóng)田生態(tài)排水溝對(duì)稻田排水中氮磷的去除效果及機(jī)制，為農(nóng)業(yè)面源污染防治提供技術(shù)指導(dǎo)。

　　1材料與方法

　　1．1試區(qū)概況

　　試驗(yàn)區(qū)位于江蘇省南京市高淳區(qū)椏溪鎮(zhèn)尚義村，屬于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，雨量豐沛，年平均氣溫16．2°C，年降雨量1194．7mm，年蒸發(fā)量861．9mm，日照時(shí)數(shù)2027．6h，平均無(wú)霜期245d。當(dāng)?shù)亓?xí)慣稻麥輪作，土壤為滲育水稻土。

　　1．2試驗(yàn)處理

　　在承接相同稻田排水的條件下，分別建立土質(zhì)、混凝土、生態(tài)排水溝系統(tǒng)，排水溝為平坡，長(zhǎng)度均為50m，排水溝斷面按照當(dāng)?shù)亓?xí)慣設(shè)計(jì)，深度為50cm，底寬為30cm，邊坡系數(shù)為0．3。其中土質(zhì)排水溝的溝壁與溝底均為土壤，混凝土排水溝的溝壁與溝底為傳統(tǒng)的混凝土板材，生態(tài)排水溝的溝壁與溝底為生態(tài)混凝土板材，兩種板材規(guī)格均為30cm×30cm×8cm(長(zhǎng)×寬×厚)。生態(tài)混凝土板材利用多孔混凝土制備，水灰比0．3，灰骨比0．2，骨料采用1020mm單粒級(jí)沸石與普通礫石，其中沸石占骨料質(zhì)量的50%。

　　2結(jié)果與分析

　　2．1不同排水溝氮素濃度變化特征

　　各排水溝水體中TN濃度在稻田施肥后的變化特征較為一致，排水溝水體中TN濃度在稻田施肥后較高，隨時(shí)間進(jìn)程迅速下降，在肥后10d左右降至很低的水平(圖1)。例如，稻田施用分蘗肥后，各排水溝水體中TN濃度為11．424mg/L，肥后第3d，混凝土、生態(tài)及土質(zhì)排水溝水體中TN濃度分別降至10．827、10．439及11．259mg/L，且隨著時(shí)間進(jìn)程，各排水溝水體中TN濃度持續(xù)下降，在肥后第11d，混凝土、生態(tài)及土質(zhì)排水溝水體中TN濃度分別降至2．703、1．720及2．593mg/L，穩(wěn)定在較低水平。

　　2．2不同排水溝磷素濃度變化特征

　　各排水溝水體中TP濃度在稻田施肥后的變化特征較為一致，排水溝水體中TP濃度隨時(shí)間進(jìn)程持續(xù)下降，在肥后第6d左右TP濃度下降速度減緩(圖2)。稻田施用分蘗肥與穗肥后，各排水溝水體中TP初始濃度均較低，這是由于稻田僅在施用基肥時(shí)補(bǔ)充了120kg/hm2磷肥，且施入稻田的磷肥只有小部分呈離子態(tài)的磷酸鹽能被作物吸收［13］，大部分被土壤吸持轉(zhuǎn)化為難溶性磷酸鹽類，在后期灌水和降雨反復(fù)的沖刷、擊濺作用下以顆粒態(tài)磷隨水排入農(nóng)溝［14］。本研究中首次水樣采集時(shí)距稻田基肥施用已17d，部分磷肥已經(jīng)以顆粒態(tài)磷流失，導(dǎo)致各排水溝水體中TP濃度保持在較低水平。

　　3結(jié)語(yǔ)

　　(1)生態(tài)排水溝對(duì)稻田排水中TN、TP的去除率大于土質(zhì)及混凝土排水溝，有效增強(qiáng)了對(duì)稻田排水中氮磷的去除效果。稻田施肥后10d，生態(tài)排水溝對(duì)稻田排水中TN的去除率均值為86．57%，分別較土質(zhì)(82．05%)及混凝土排水溝(83．55%)增加4．52%及3．02%;對(duì)稻田排水中TP的去除率均值為37．86%，分別較土質(zhì)(25．62%)及混凝土排水溝(33．53%)增加12．24%及4．33%。

　　(2)土質(zhì)排水溝對(duì)稻田排水中TN去除效果強(qiáng)于混凝土排水溝，對(duì)稻田排水中TP的去除效果弱于混凝土排水溝。稻田施肥后10d，土質(zhì)排水溝對(duì)稻田排水中TN的去除率較混凝土排水溝增加1．50%，對(duì)稻田排水中TP的去除率較混凝土排水溝降低7．91%。

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　　和玉璞1，洪大林1，徐爍1，芮旭倩1，楊幸福2，芮衛(wèi)國(guó)2，芮偉宏3