滨岸缓冲带对农田径流氮、磷污染物的去除效果研究

摘要

水体污染控制与治理是我国今后相当长一段时期内的重要任务，当前点源污染治理已经初见成效，但面源污染由于其量大面广、变化快等特点决定了其治理难度相当大。国外的研究与实践表明，利用植物体系构建滨岸缓冲带，是截留陆域面源污染物、改善河道、湖泊水质的有效手段。 本课题依托于上海市科委重点科研计划项目(04DZ12032)，在苏州河上游地区开展滨岸缓冲带技术应用研究。首先，针对上海地区常见的五种草皮(百慕达、高羊茅、白花三叶草、黑麦草和马蹄金)，开展了植被净化实验室小试试验；在此基础上，在苏州河上游东风港滨岸缓冲带现场试验基地，开展了农田径流面源污染防治现场试验，分析不同植被滨岸缓冲带对农田径流氮、磷污染物的净化效果。 植被净化实验室小试试验结果如下： (1)在进水SS浓度不同的条件下，百慕大缓冲带对径流水中SS均有突出的去除效果，平均去除率为68.87％，白花三叶草、高羊茅、马蹄金对径流SS也有较高的去除率，分别为：65.59％、63.37％和60.09％，黑麦草的去除效率最低，平均去除率仅为52.51％。空白缓冲带对径流SS没有任何截留效果。可见，滨岸缓冲带对径流中SS污染物的去除效果与草皮的生长状况有一定的相关性。 (2)进水TN浓度范围在7.01～30.40mg/L之间时，白花三叶草滨岸缓冲带对径流TN去除效果最好，平均去除率为24.76％，百慕大、高羊茅对径流TN的平均去除率分别为24.22％和20.08％，而对TN去除率最低的条带为黑麦草缓冲带，其去平均除率仅为9.15％。对照空白带，种植草皮的各缓冲带径流水对TN的去除能力得到了明显的增强。 (3)种植了植被之后的五条小试滨岸缓冲带对径流中TP的去除率相对空白带而言都有较大的增加，其中最为突出的是白花三叶草，对径流中TP的平均去除率为25.60％，随后为百慕大和马蹄金，其去除率分别为21.24％和17.97％。由于黑麦草夏季进入休眠状态，影响到其对农田径流水中所含营养物质的截留作用，因此其对径流TP的去除率最低，仅为11.25％。可见，草皮的长势，对滨岸缓冲带的径流TP去除效果具有一定的影响。 (4)在径流出水除了在最低SS负荷16.167g/m2·h以及最低TN负荷2.337g/m2·h的情况下，显示出比其他进水污染物负荷去除率低之外，并无明显规律。试验数据表明，污染负荷变化对各缓冲带径流污水污染物去除率没有明显的影响。 由于百慕大、白花三叶草和高羊茅三种草皮在小试试验过程中，表现出对农田径流污染物具有较高的去除效果，因此将这三种植物用于滨岸缓冲带实验基地现场试验，进一步讨论其在实际应用中对农田径流污染物的去除效果，结论如下： (1)在进水SS浓度范围为223～942mg/L的条件下，不同草皮缓冲带对径流SS的去除率排序为百慕大＞白花三叶草＞高羊茅，三者末端平均去除率分别为89.38％、86.05％和85.53％，空白试验带对径流SS也有一定的去除效果，但不稳定。 (2)在不同草皮缓冲带中，径流TN浓度与径流SS浓度具有密切的线性相关性。且随着沿程距离的增加，各缓冲带对径流TN的累计去除率逐渐提高，不同草皮缓冲带对径流TN的去除率排序为百慕大＞白花三叶草＞高羊茅，其中，百慕大最高值为16.68％。空白带对径流TN的累计去除率呈现波浪形变化趋势。 (3)在不同草皮缓冲带中，径流TP浓度与径流SS浓度具有显著的线性关系，空白带径流SS和径流TP浓度没有规律可循。不同缓冲带末端出水TP去除效果排序为：白花三叶草＞百慕大＞高羊茅，其去除率分别为18.31％、16.62％、14.44％。 (4)三种草皮中，百慕大缓冲带在不同季节中，对径流SS浓度的去除效果没有显著差异，白花三叶草和高羊茅两种草皮滨岸缓冲带差异性较大，可见，季节的更替，气候的变化，使不同草皮的生长状况相应发生变化，从而进一步对滨岸缓冲带对径流SS、TN、TP等污染物质的去除效果造成影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1研究背景及意义

1.2滨岸缓冲带概述

1.2.1滨岸缓冲带的定义

1.2.2滨岸缓冲带的结构

1.2.3滨岸缓冲带的功能

1.3国内外研究进展

1.3.1滨岸缓冲带对地表径流的净化机理

1.3.2滨岸缓冲带的生态功能恢复

1.3.3滨岸缓冲带的植物选型

1.3.4滨岸缓冲带的适宜宽度

1.3.5滨岸缓冲带的模型研究

1.3.6滨岸缓冲带的运行管理

1.4本文研究内容

1.4.1植被净化实验室小试试验

1.4.2滨岸缓冲带实验基地现场试验

1.5研究技术路线

第二章 农业面源污染及农田径流特征

2.1我国农业面源污染的严重性

2.2径流的形成

2.3农田氮磷污染物径流流失规律

2.3.1农田地表径流中氮流失的特征规律

2.3.2农田地表径流中磷流失的特征规律

2.4上海郊区农田地表径流污染排放特征

2.4.1农田地表产流特征

2.4.2降雨径流水质

2.4.3排污系数

第三章植被净化实验室小试试验

3.1研究内容

3.2材料与方法

3.2.1实验装置

3.2.2实验方法

3.2.3分析方法

3.3分析与讨论

3.3.1 SS去除效果分析

3.3.2FN去除效果分析

3.3.3 TP去除效果分析

3.3.4不同污染负荷条件下污染物去除效果比较

3.4本章小结

第四章滨岸缓冲带实验基地现场试验

4.1滨岸缓冲带实验基地概况

4.1.1东风港河道概况

4.1.2降雨特征

4.1.3河道水质

4.1.4土壤条件

4.2试验基地设计

4.2.1试验基地整体设计

4.2.2试验带设计

4.2.3试验基地建设

4.3现场试验方法

4.3.1试验条件

4.3.2试验工艺流程

4.3.3监测方法

4.4分析与讨论

4.4.1缓冲带径流SS去除效果分析

4.4.2缓冲带径流TN去除效果分析

4.4.3缓冲带径流TP去除效果分析

4.4.4不同草皮对径流污染物去除效果季节性差异研究

4.5本章小结

第五章结论

5.1植被净化小试试验

5.2滨岸缓冲带实验基地现场试验

5.3研究展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间发表的论文