沟渠湿地对农业非点源污染物的截留和去除效应

摘要

农业非点源污染物是引起地表水富营养化的主要因素,湿地能通过吸附、沉积、植物吸收、微生物转化等作用有效截留和去除非点源污染物.长江下游水稻-小麦轮种区沟渠湿地呈网络状密集分布,是降雨径流和农田排水的首要汇聚地,我们对污染物在沟渠湿地中迁移转化的机理还知之甚少,该文分析了:1.有机质、N、P在沟渠湿地底泥中的累积效应;芦苇(Phragmites communis)和茭草(Zizania latifolia)湿地底泥对有机质、TN、TP有持留和累积作用.40cm以下深度的底泥中沉积了远较农田高的有机质和TN,TP在芦苇和茭草湿地底泥中的含量均高于处于相同层次的土壤中的含量.2.降雨径流和农田排水中非点源污染物进入沟渠湿地后的变化特征;降雨径流和农田排水中的COD、TN、NH<,4><'+>-N进入湿地后,浓度均显著降低,证明湿地对非点源污染物有很好的截留和净化效果.湿地水中的N0<,3><'->-N浓度从没有超过1.5mg/L,不存在污染的潜在危害性.6~9月频繁的降雨和水稻田排水,造成湿地水中TP浓度上升.由于水生植物死亡分解,COD在冬季和初春浓度高,有很大的污染性.3.污染物在沟渠湿地底泥中的转化率;湿地有机质的主要来源是芦苇和茭草残株的分解.从2002年12月~2003年3月,芦苇和茭草残体分解期间湿地底泥有机质的矿化率分别为51.3 g/m<'3>/d和142.0g/m<'3>/d.芦苇未收割区和收割区的反硝化率分别为23.5mg/m<'3>/d和22.7mg/m<'3>/d,茭草底泥的反硝化速率为21.4mg/m<'3>/d.4.有机质与TN、TN与pH值的相关关系;芦苇和茭草湿地底泥中的有机质和全氮之间的相关性非常显著,相关系数分别为0.9653(n=27)和0.9102(n=19).证明全氮的主要成分是有机氮.有机氮在氨化、硝化过程中,会释放出H<'+>,引起环境pH值下降,两者有明显的负相关关系,在芦苇和茭草湿地的相关系数分别为-0.8181(n=27)和-0.6932(n=19).5.芦苇收割和未收割区底泥及水体中污染物的变化规律;芦苇收割20天以后,水中的有机质和TN浓度分别为21.33mg/L和1.04mg/L,均低于未收割区水体中的浓度.2个月以后,收割区底泥0-20cm深度范围内有Ⅱ机质、TN、TP含量明显下降,收割改善了湿地的通风、透气条件,促进了氨化和硝化作用的发生,使底泥中NH<,4><'+>-N和NO<,3><'->-N含量上升.6.水生植物对N、P的吸收能力及二次污染的防治措施;每年秋季芦苇收割以后,可带走818kg/hm<'2>的N和103.6 kg/hm<'2>的P,茭草可带走131 kg/hm<'2>的N和28.9 kg/hm<'2>的磷,茭白带走200kg/hm<'2>的N,21.1kg/hm<'2>的P.虽然野生芦苇和茭草对N、P有很好的吸收能力,但它们的利用价值低.茭白是一种蔬菜,在沟渠湿地中人为种植,可取得很好的净化效果,农民会主动回收,解决植物的二次污染问题.科学合理地利用沟渠湿地的截留、转化、吸收等能力,可有效降解非点源污染物,并取得很好的经济效益.

目录

文摘

英文文摘

前言

学位论文独创性声明及学位论文使用授权说明

第一章绪论

1.1问题的提出

1.2国内外研究现状

1.3农业非点源污染物的控制措施

1.4湿地去除农业非点源污染物的机理

1.5影响湿地对营养物质去除的因素

1.6研究方法及技术路线

1.7小结

第二章实验方法

2.1实验区描述

2.2样品采集

2.3分析方法

2.4小结

第三章沟渠湿地对氮的净化机理和去除效果

3.1矿化作用

3.2底泥的反硝化速率

3.3植物吸收

3.4向下迁移、累积

3.5氮化物从农田中流失及进入湿地后浓度的变化

3.6湿地对N的去除率

3.7小结

第四章沟渠湿地对磷的净化机理和去除效果

4.1农田磷的流失率

4.2植物吸收

4.3在底泥中的迁移、累积

4.4湿地对P的去除作用

4.5小结

第五章环境条件变化对湿地净化功能的影响

5.1pH值

5.2氧化还原电位(Eh)

5.3温度

5.4水在湿地的停留时间

5.5湿地面积

5.6小结

第六章影响氮磷转化与去除效应的相关因子分析

6.1农田土壤有机质与TN的相关关系

6.2湿地底泥有机质与TN的相关关系

6.3湿地水体中的Tn与NH4+-N、NO3--N的相关关系

6.4沟渠湿地底泥中全氮与pH值的相关关系

6.5小结

第七章湿地生态系统的二次污染及防治措施

7.1湿地植物吸收去除N、P效果分析

7.2植物残体分解对水环境的影响

7.3以经济植物取代野生植物，防治二次污染的措施

7.4小结

第八章回顾与展望

8.1本文研究的特点

8.2研究的创新点

8.3结论

8.4讨论与展望

参考文献

博士研究生阶段发表的论文

致谢