基于水环境保护的农田排水研究新进展
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《人工湿地对农村生活污水的处理效果研究》篇一摘要:本文针对农村生活污水处理问题,研究人工湿地技术的处理效果。
通过实地调查、实验数据分析和长期跟踪观察,探讨人工湿地系统在农村生活污水处理中的实际应用及效果。
研究结果表明,人工湿地技术对农村生活污水具有显著的净化作用,为农村环境治理提供了有效的解决方案。
一、引言随着农村经济的快速发展和人民生活水平的提高,农村生活污水的排放量不断增加,给环境带来了严重的压力。
如何有效处理农村生活污水,成为当前亟待解决的问题。
人工湿地作为一种生态、低成本的污水处理技术,在农村地区具有广泛的应用前景。
因此,研究人工湿地对农村生活污水的处理效果具有重要的现实意义。
二、人工湿地技术概述人工湿地是一种模拟自然湿地的生态系统,通过物理、化学和生物过程净化污水。
其核心是湿地基质、湿地植物、微生物的协同作用。
该技术具有投资成本低、维护简便、生态效益好等优点,适用于农村地区的污水处理。
三、研究方法与实验设计本研究采用实地调查、实验室分析和长期跟踪观察相结合的方法。
选择具有代表性的农村地区,建立人工湿地处理系统,并对其运行过程进行实时监测和数据记录。
实验设计包括污水的取样、处理前后的水质指标分析、湿地植物和微生物的生态学研究等。
四、实验结果与分析1. 污水处理效果通过对处理前后的水质指标进行对比分析,发现人工湿地系统对农村生活污水的处理效果显著。
其中,化学需氧量(COD)、氨氮、总磷等主要污染物的去除率均达到较高水平。
2. 湿地植物与微生物的作用人工湿地中的植物通过吸收、吸附和稳定作用,有效去除污水中的营养物质和有机物。
同时,湿地中的微生物通过生物降解过程,进一步净化污水。
植物和微生物的协同作用,提高了人工湿地的处理效率。
3. 长期运行效果经过长期跟踪观察,人工湿地系统的处理效果稳定,未出现明显的性能下降。
系统具有较强的抗冲击负荷能力,适应农村生活污水的水质波动。
五、讨论与结论1. 人工湿地技术的优势人工湿地技术具有投资成本低、维护简便、生态效益好等优点,适用于农村地区的污水处理。
浅谈基于水环境保护的农田排水研究新进展一、引言农田排水是指在农田种植农作物时,为了排除过量积聚在土壤中的水分,以维持土壤中的适宜湿度排放水分。
农田排水对于农作物的生长发育至关重要,但是传统的农田排水方法往往会导致水质污染,影响水生态环境。
如何在进行农田排水的同时保护水环境成为了当前研究的热点之一。
本文将就基于水环境保护的农田排水研究新进展进行讨论。
二、农田排水对水环境的影响农田排水虽然对作物生长有利,但是排出的水中含有的农药、化肥、重金属等物质会对水环境产生污染。
传统的农田排水方式往往会将这些有害物质带入水体,导致水质污染,影响生物多样性并可能对人类健康造成威胁。
需要在农田排水过程中采取一些措施来保护水环境。
三、新型农田排水技术1. 生态农田排水系统生态农田排水系统是近年来新兴的农田排水技术。
该系统利用湿地植被和微生物等生态系统来净化农田排水,达到保护水环境的目的。
通过将农田排水引导至人工湿地或者天然湿地,在湿地中的植被和微生物的作用下,有害物质得以降解,水质得到净化。
生态农田排水系统不仅可以有效保护水环境,同时还可以提高土壤质量,促进湿地生态系统的恢复和保护。
2. 农田排水水质监测与管理针对农田排水中的有害物质,建立起完善的水质监测与管理机制是保护水环境不可或缺的一环。
利用现代化的水质监测设备和技术手段,对农田排水的水质进行实时监测,并在发现水质异常时及时采取措施进行调整和治理。
通过建立水质监测与管理系统,可以最大程度地减少农田排水对水环境的污染程度。
3. 智能化排水系统智能化排水系统是利用现代信息技术对农田排水进行管理和控制的一种新型技术。
通过安装传感器和执行器等设备,实现对农田排水流量、水质、温度等参数的实时监测与调控。
智能化排水系统可以根据实时监测到的数据进行智能决策,对农田排水进行精准调控,减少有害物质对水环境的影响。
随着人们对水环境保护意识的提高,基于水环境保护的农田排水研究必将迎来更多的新进展。
《城市雨水利用与城市水环境改善的研究》篇一一、引言随着城市化进程的加速,城市水环境问题日益突出,其中雨水问题尤为显著。
城市雨水利用与城市水环境改善的研究,对于提升城市生态环境质量、实现可持续发展具有重要意义。
本文将探讨城市雨水利用的途径及其实施策略,分析其对城市水环境改善的影响,以期为城市水资源的合理利用和保护提供理论支持和实践指导。
二、城市雨水利用的现状与挑战(一)现状目前,我国城市雨水利用主要集中在雨水收集、雨水渗透、雨水回收利用等方面。
这些技术措施的应用在一定程度上缓解了城市排水压力,减轻了水环境压力。
然而,由于历史原因和地域差异,各城市在雨水利用方面的实践存在差异,整体上仍有较大的提升空间。
(二)挑战1. 资源短缺:随着城市化进程的推进,水资源日益短缺,对城市雨水利用提出了更高的要求。
2. 排水系统落后:部分城市的排水系统建设滞后,难以应对极端天气条件下的暴雨洪涝灾害。
3. 公众意识不足:公众对雨水利用的认识不足,缺乏参与雨水利用的积极性和主动性。
三、城市雨水利用的途径与策略(一)雨水收集通过建设雨水收集系统,将雨水收集起来,用于冲厕、绿化、景观用水等非饮用水用途。
同时,可以建设小型湿地公园等生态设施,提高雨水的自然渗透和净化能力。
(二)雨水渗透通过增加地面透水面积,如建设透水铺装、绿屋顶等设施,提高雨水的自然渗透能力。
这不仅可以减少雨水径流,还可以补充地下水,改善土壤质量。
(三)雨水回收利用对雨水进行净化处理后,用于农田灌溉、工业用水等用途。
同时,可以建设雨水储存设施,如雨水收集池、地下蓄水池等,实现雨水的循环利用。
四、城市雨水利用对水环境改善的影响(一)减轻水环境压力通过城市雨水利用,减少雨水径流和洪涝灾害的发生,降低对水环境的压力。
同时,提高雨水的自然渗透和净化能力,改善水质。
(二)促进生态环境改善城市雨水利用有助于改善生态环境,提高生物多样性。
通过增加透水面积和建设生态设施,改善土壤质量和微气候,为植物生长提供更好的条件。
农田排水沟渠的生态环境效应研究综述摘要农田排水沟渠是农业生态系统中的重要组成部分,随着研究的深入,农田排水沟渠的生态环境效应逐渐得到大家的关注。
该文从水文效应、生物效应和去污效应等方面归纳了目前国内外农田排水沟渠的研究进展,重点阐述了农田排水沟渠与农田地下水位、生物多样性和去除氮磷等营养物质的机制,同时简要介绍了沟渠模型和管理方面的研究,结合目前研究状况,提出今后尚需进一步研究的问题,以期为农田排水沟渠生态环境效应的研究提供参考。
关键词农田排水沟渠;水文效应;生态环境Abstract Agricultural land drainage ditches is an important part of the agro-ecosystems,with the further research,ecological and environmental effects of agricultural land drainage ditches are gradually focused. This paper reviewed the research advances in the effect of agricultural land drainage ditches on hydrological and eco-environment at home and abroad,and explained explicitly the mechanism of between agricultural drainage ditches and agricultural groundwater level and biodiversity,and the removal of nutrients such as nitrogen and phosphorus;Additionally,it introduced the advance in ditch modeling and ditch management study,further researches needed in the future were put forward in the light of current research conditions,in order to provide the reference for the study of the ecological and environmental effects of agricultural land drainage ditches.Key words agricultural land drainage ditches;hydrological effects;eco-environment农田排水沟渠一般指位于农田间或地头以排水或灌溉为目的,为满足人类生产、生活安全保障等需要而人工挖取的水道。
农田高效节水灌溉工程的发展研究1. 引言1.1 研究背景农田高效节水灌溉工程是为了解决我国农田灌溉水资源的浪费和污染问题而提出的一种新型农田灌溉方式。
随着我国经济的快速发展和人口的增加,农业用水需求不断增加,但水资源的总量却是有限的。
传统的农田灌溉方式存在着水资源利用率低、土壤水分不均匀、土壤结构退化等问题,严重影响了农田的产量和质量。
开展农田高效节水灌溉工程的研究具有重要的现实意义。
随着科技的进步和研究的不断深入,农田高效节水灌溉工程得到了越来越多的关注和重视。
通过引入先进的灌溉技术和管理模式,农田灌溉水利用效率得到了显著提高,农田产量也有了明显的增加。
开展农田高效节水灌溉工程的研究,对于提高农业生产的效率、保护水资源、实现农业可持续发展具有重要的意义。
【研究背景】的探讨将有助于我们深入理解农田高效节水灌溉工程的发展现状,并为接下来的研究提供重要的参考依据。
1.2 研究意义农田高效节水灌溉工程的研究意义主要表现在以下几个方面:1. 节约水资源:随着全球气候变暖和人口增长,水资源日益紧张,农田高效节水灌溉工程可以有效节约水资源的使用,保护水资源的可持续利用。
2. 提高农业生产效率:通过科学合理的灌溉技术,可以提高农田的灌溉效率,减少浪费,提高作物产量和质量,有效应对粮食安全和农产品市场需求。
3. 减轻环境压力:传统的灌溉方式往往会导致土壤盐碱化、土地沙漠化等问题,而农田高效节水灌溉工程可以减少土壤盐碱化的风险,改善土壤环境,有利于生态环境保护和可持续发展。
4. 提升农民收入:农田高效节水灌溉工程的实施可以降低农民的生产成本,增加农田产出,提升农民的经济收入,改善农民的生活质量,促进农村经济的发展。
2. 正文2.1 农田高效节水灌溉工程概述农田高效节水灌溉工程是利用先进的技术和设备,通过科学合理的方式,将农田的水资源进行有效利用,提高农田灌溉水的利用率,达到节水减排的目的。
这一工程旨在实现农业生产中的高效节水,促进农田生产力的提升,同时保护农田生态环境,实现可持续发展。
农田排水沟渠的环境效应与生态功能综述农田排水沟渠是农业生产中常见的一种基础设施,它们承担着排水、灌溉、持水、保土、保肥、利用农田面积等多项功能。
在发挥这些功能的农田排水沟渠也具有一定的环境效应和生态功能。
本文将对农田排水沟渠的环境效应与生态功能进行综述。
一、农田排水沟渠的环境效应1. 水土保持农田排水沟渠能够有效地排除田间积水,减少因积水而造成的土壤流失和侵蚀现象,从而起到了水土保持的作用。
农田排水沟渠的存在,可以提高土地的利用率,减少土地退化速度,对农田生态环境起到一定的保护作用。
2. 调节土壤湿度农田排水沟渠可以有效地排除雨水和地下水,保持农田土壤的适宜湿度。
在干旱季节,农田排水沟渠可以通过浇灌的方式,增加土壤的湿度,提高农作物的产量;在雨季,农田排水沟渠能够排走过多的雨水,避免农田发生水涝。
3. 减少农药和化肥的流失农田排水沟渠可以有效地排除农田中使用的农药和化肥,减少对地下水和淡水湖泊的污染。
这对保护生态环境和人类健康具有重要的意义。
4. 涵养地下水农田排水沟渠在适量排水的情况下,可以有利于地下水的补给和涵养,保持地下水位的稳定,便于土壤中的水分在地下保持循环。
这对于一些地下水资源匮乏的地区尤为重要。
1. 提供生态栖息地农田排水沟渠的开辟和经营过程中,往往会形成一定的水生植物和水生动物栖息地。
这些栖息地为周围的生物提供了一个稳定的生存环境,促进了生态系统的平衡。
2. 丰富水域生物资源在农田排水沟渠的水体中,会生长一些水生植物,吸引一些水生昆虫和小型鱼类栖息其中。
这些生物为周围的生态系统提供了丰富的食物资源,同时也为人类的捕捞和观赏提供了机会。
3. 降解水质中的污染物农田排水沟渠中的水体还具有一定的净化作用,能够吸收和降解污染物质,改善水质。
在农田排水沟渠的周边地区,能够有效地减少水体污染对生态环境的危害。
4. 促进水循环农田排水沟渠能够促进水的循环,增加水体氧气含量,改善水体生态环境,有利于水生生物的繁衍和生长。
水土保持工程中的农田排水技术水土保持工程是一项重要的农田保护和可持续农业发展的措施。
农田排水技术在水土保持工程中起到非常关键的作用。
本文将从排水技术的定义、分类、原理和应用等方面进行论述,以期提供有关农田排水技术在水土保持工程中的重要性及应用价值的全面理解。
一、农田排水技术的定义农田排水技术是指为了改善农田土壤水分状况,调节土壤水分平衡,提高农作物生长环境而采取的一系列技术手段。
它有助于排除过多的水分,防止土壤积水,减轻水分对农作物的不利影响,同时保护土壤质量,维护生态平衡。
二、农田排水技术的分类根据排水方式的不同,农田排水技术可分为自然排水和人工排水两大类。
1. 自然排水自然排水是指利用地势、土壤渗透性和气候条件等自然因素来实现排水的技术。
例如,在地势平缓的地区,通过适当的地面开沟能够引导水流,促进排水。
而在地势较陡的山区,通过构建防护林带和防护沟,能够减缓水流速度,达到保土保水的目的。
2. 人工排水人工排水是人为干预和实施的农田排水技术。
它通常包括开挖排水沟、築堤造田、建设排水管道等。
这些人工措施能够有效地引导和控制水流,使农田的水分得到合理的调节和利用,从而提高土壤肥力和农作物产量。
三、农田排水技术的原理农田排水技术的原理是通过改变土壤水分分布和流动方式,达到排水的目的。
农田排水技术主要包括密排、斜向排水、横向排水和竖向排水等。
1. 密排密排是指在农田中设置排水沟或排水管道,将多余的地下水排除。
通过密排,能够减少农田中的积水现象,改善土壤通气性,提高土壤水分状况。
2. 斜向排水斜向排水是指在农田中建设横穿田地的排水渠,使积水通过渠道顺利排除。
斜向排水可以帮助土壤排水,减少地表积水,防止积水对农作物的危害。
3. 横向排水横向排水是指在地形起伏较大的地区,通过修建横向排水沟,收集和引导土壤中过多的水分,以避免水分过多受困留在低洼地带,造成水浸、涝灾等。
4. 竖向排水竖向排水是指通过开挖竖向排水沟或使用排水管道,将积聚在土壤中的过多水分排除。
农田排水沟渠的环境效应与生态功能综述农田排水沟渠是一种常见的农业灌溉和排水设施,在农业生产中具有重要的作用。
然而,随着农业发展和城市化进程加快,农田排水沟渠对环境造成的影响也日益显现。
本文将从环境效应和生态功能两方面对农田排水沟渠进行综述。
1、水质污染农田排水沟渠是农田水利系统的组成部分,但是在实际使用过程中,由于肥料、农药、兽药等的使用,经过土壤和地下水的冲洗,这些化学物质都会被排泄到排水沟渠中,造成水质污染,对水质环境造成威胁,对人类和动植物健康造成潜在风险。
2、土壤侵蚀排水沟渠的开挖会破坏土壤结构,疏松的土壤易受雨水的冲击,从而加速土壤的侵蚀和流失。
土壤侵蚀导致的土地退化会直接影响农田的生产力和土地利用能力,还可能引发河道淤积和水库堵塞等问题。
3、生态破坏排水沟渠的建设和使用会对生态环境产生不可逆转的影响。
例如,排水沟渠的水流加速会改变水生植物的生长环境,造成水草损失和生物多样性下降。
随着排水沟渠的逐渐加深和加宽,更多的土地被开采和破坏,进一步加剧了生态环境的破坏。
1、水循环调节排水沟渠能够调节农田的水循环,减轻地下水和土壤水分的压力,提高土壤的透水性和保水性,有助于提高农作物的抗旱能力。
2、生态保护排水沟渠的建设和维护有助于维护农业生态系统的平衡,减缓农业生产产生的负面影响,保护农田的生态环境和生物多样性。
3、气候调节排水沟渠能够减少农田水分蒸发,形成微气候,对农作物的生长和发育有积极的影响,能够提高农业生产的效益和质量。
综上所述,农田排水沟渠是农业生产中必不可少的设施,但要在使用过程中合理使用和维护,减少其对环境造成的影响,充分发挥其生态功能。
同时,还需要加大对农田生态环境的保护力度,建立科学的水保护和治理机制。
农田排水沟渠的环境效应与生态功能综述农田排水沟渠在农业生产中起着非常重要的作用。
它不仅可以有效排除农田中的积水,保证农作物的正常生长,还可以调节土壤水分和温度,提高土壤肥力,保护土壤和水资源,保护生物多样性等众多生态功能。
本文将从环境效应和生态功能两个方面对农田排水沟渠进行综述,以期对其发挥的重要作用有更深入的了解。
一、环境效应1. 提高土壤肥力农田排水沟渠可以将氧气输送到土壤深层,促进土壤中微生物的生长,有利于有机质的分解,提高土壤的养分含量,促进农作物的生长。
排水渠还可以有效排除积水,避免水logging,有利于土壤通气,改善土壤条件,提高土壤肥力。
2. 保护土壤和水资源农田排水渠可以有效降低土壤中水分的含量,防止土壤侵蚀和流失,减轻水土流失对土地的破坏,保护和改善土地资源。
排水渠还可以促进土壤中盐分的排除,减少土壤的盐碱化现象,有利于土地的长期利用。
排水渠还可以有效减轻地下水位的上升,保护地下水资源,防止水资源的过度利用。
3. 调节土壤水分和温度农田排水渠可以通过引导水流,调节土壤中的水分含量,保证作物生长的需要。
在干旱季节,排水渠可以向农田灌溉水资源,提供土壤水分,有利于作物的生长。
而在多雨季节,排水渠可以有效排除多余的雨水,防止水logging,保证农作物的正常生长。
排水渠在夏季还可以通过水的蒸发散热的作用,起到降温的效果,调节土壤的温度,有利于作物的生长。
二、生态功能1. 保护生物多样性农田排水沟渠的设置可以改善土地生境,为许多作物和植物提供了良好的生长场所。
它们能够提供栖息地和食物供给,有助于维持和增加农田生态系统中的物种多样性。
排水渠还可以净化水源,改善水环境,并为一些水生动植物提供了良好的生存环境,有利于维护农田生态系统的平衡。
2. 减少环境污染农田排水沟渠可以有效减少农田施肥、农药等农业生产活动对环境的污染。
它可以有效减少表面径流以及土壤侵蚀,减少有害物质的径流入河流、湖泊等水体,有利于保护水体的清洁,减轻水体污染。
2010年6月水利学报SHUILI XUEBAO 第41卷第6期收稿日期:2009-10-16基金项目:国家“十一五”科技支撑计划(2006BAD11B06);国家自然科学基金重点项目(50739003;50639040)作者简介:王少丽(1963-),女,江苏无锡人,博士,教授级高级工程师,主要从事农田灌排理论与技术、农田水环境保护研究。
E-mail :shaoliw@文章编号:0559-9350(2010)06-0697-06基于水环境保护的农田排水研究新进展王少丽(中国水利水电科学研究院水利研究所,北京100048)摘要:从控制排水、灌溉-排水-湿地系统、排水再利用、农田非点源污染控制四个方面总结了国内外在减缓农田水环境污染方面的农田排水研究新进展,介绍了控制排水等各项研究的技术方法、减轻化学物质流失的效果及影响因素,提出控制水位对农田化学物质流失的影响及对提高农田水分利用效率的作用、适应于农田排水的人工湿地系统、排水再利用的灌溉模式及相应的控制结构形式、农田非点源污染的综合调控措施等应成为今后减少农田排水对水环境产生负面影响的主要研究内容。
关键词:农田排水;水环境;控制排水;排水再利用;非点源污染中图分类号:S276文献标识码:A长期的生产实践证明,农田排水设施在防御涝渍灾害、促进农作物正常生长、改善田间耕作管理、促进国民经济发展等方面起着积极的作用。
但农田排水在起到防御涝渍盐碱灾害、改善中低产田作用的同时,也是农业非点源污染物进入水体的主要传输途径,会对地下水和地表水环境产生极为不利的影响,包括排水中的沉积物和化学物质对水体的污染,以及咸排水产生的危害。
由于排水是农田非点源污染的主要形式,农田排水的研究重心已经从单一的促进农业生产逐步转移到促进农业生产和避免对水环境产生负面影响的双重目的发展。
以往农田排水在除涝、治渍、排盐等方面的研究较多,并取得了一系列成果[1]。
而近年来,在北美、欧洲、澳大利亚等国,大量的研究都致力于减少农田排水对水环境的负面影响,农业排水管理从传统的防涝、治渍和排盐转化为尽可能减少排水流失量,在控制排水、灌溉-排水-湿地系统、排水再利用、农田非点源污染控制等方面的研究已取得一定的进展。
1控制排水控制排水已被许多地区列为农田非点源污染治理的最佳生产管理措施之一[2]。
控制排水的目的之一是尽量减少由无节制排水带来的水量与肥料的流失,并有利于采取相应措施进行再利用;二是通过少排水来降低农田排水所携带的氮磷等养分对受纳水体的污染。
其主要途径是通过设置在排水出口的水位控制装置来调控排水出流量,既可保持作物生长适宜的土壤水分条件,又可减少污染物排放量。
Christen 等[3]对澳大利亚的地下排水进行总结后指出,大多数排水系统处于过量排水状态,这些排水系统排走的盐分远远大于灌溉水引进的盐分,排水率超过控制水位和水涝要求所需要的合理的排水率,虽然有利于排水区内的盐分控制,但是大量的盐分排到下游,对受纳区的土地和水环境形成威胁,甚至造成严重危害,因此,需要采取相应措施来管理这些排水系统,以便减少对下游环境产生影响。
通过对澳大利亚东南部Murrumbidgee 灌区控制排水的试验研究表明[3],控制地下水位深度可以减少排水量—796—和排水中的盐分,与非控制条件相比,在对土壤盐分动态没有显著影响条件下,排盐负荷减少49%。
在加拿大魁北克省进行的控制排水试验研究结果表明[4],与节水灌溉措施一样,控制排水可以减少灌溉用水量,不仅提高了水的利用效率,而且具有投资少和费用低等优点。
Wesstrom等[5]在瑞典西南部进行的控制排水试验研究表明,控制排水大大的减少了排水中的氮磷负荷,氮流失的高峰期与排水流量和土壤矿质氮含量的高峰期一致;控制排水田块的氮流失量少,作物吸氮量增加3 14kg/hm2,产量增加2% 18%,与自由排水相比,提高了氮的使用效率。
罗纨等[6]在我国宁夏银南灌区进行了控制排水试验,结果表明,将深度为1.0m的排水农沟控制到0.6m时,生长期内农沟地下排水量减少了50%左右。
排水量减少后,田间地下水含盐量增长幅度仅为3.7%,远远低于影响作物生长的临界含盐量。
因此,控制排水措施具有节约灌溉用水和减少农田非点源污染的作用。
农田排水随气候条件、地理条件、土壤类型、作物种类等的不同而变化,因此,不同气候、土壤和作物等条件下控制排水对水环境影响的试验研究仍是目前控制排水的研究热点。
最近,美国中西部地区开始研究田间和流域规模的控制对排水减少硝态氮排放负荷的效果[7];传统排水设计标准的改进、灌溉措施与控制排水措施的有效结合、作物轮作及耕作管理措施对作物产量及氮流失负荷的影响、控制排水对作物产量影响的定量化研究、控制排水措施对农田水分利用效率的影响等问题也是近期研究的重点[4,8-10]。
我国有关控制排水的研究还比较薄弱,近一两年,国内学者也开始研究农田控制排水条件下的氮流失,但由于研究设施和信息获取手段还比较落后,影响了试验数据采集过程的完整性和观测结果的精度,因此,今后需要加强控制排水对水环境和作物产量影响的田间试验研究,探讨适应中国条件的控制排水模式及有效的控制排水设施。
2灌溉-排水-湿地系统农田径流污染源具有面广、量大、分散、间歇和高无机沉淀物负荷的特点。
传统污水处理技术处理农田排水径流时难度大、维护管理复杂、投资和运行费高,而利用自然过程进行污染物降解的人工湿地污水处理系统被认为可以成为许多地区农田排水的处理方式。
人工湿地是由土壤或人工填料和生长在其上的水生植物组成的独特的土壤-植物-微生物-动物系统,它能降低各种污染物的浓度,包括氮、磷、悬浮物、稀有金属、有机质、病原体等,这一过程包括沉积作用、过滤作用、化学作用、吸附作用、微生物间的相互作用。
通过人工湿地对农田排水入河之前进行源头水质处理和控制,是经济、实用、有效的减少地表水体污染的方法[11]。
传统的人工湿地主要用来处理中高浓度的生活污水和城市污水,近年来,人工湿地处理农田排水的研究受到国内外学者的关注,湿地对农田排水的净化效果已经得到许多研究者的证实,研究内容包括湿地位置、汇水面积与湿地面积比例、湿地土壤类型、湿地淹水状况、水在湿地中的滞留时间、水生植物类型等对净化效果的影响。
Borin等[12]进行了5年的表面流湿地处理农田排水试验,其中湿地面积占被处理流域面积的5%,研究结果表明,进入湿地的农田排水总氮的50%以上被植物吸收,20%以上的氮储存在土壤中,少部分氮通过反硝化损失掉,氮的平均消减能力约为90%。
Jordan等[13]对接纳入流变化很大的农田排水湿地处理进行了试验研究,其中湿地面积占被处理排水流域面积的1%左右,2年的研究结果表明,氮磷等元素的去除效果年际间差别很大,第1年的去除效果明显,总磷去除率达59%,总氮38%,总有机碳41%;第2年总有机碳去除率为30%,而氮磷的去除效果不明显,可能是农田排水入流变化大,水在湿地中滞留时间短所致。
2年时间内,铵态氮去除率为25%,硝态氮为52%,有机碳为34%,其它形态的氮磷和悬浮物的去除效果不明显。
尽管排水入流的较大变化降低了湿地降解污染物的作用,但是湿地仍然起到了减少非点源污染的作用。
在美国马里兰、伊利诺斯、衣阿华的试验研究表明,湿地吸收了68%的氮、43%的磷。
湿地与流域汇水面积之比较大时,或水在湿地中停留时间较长(至少1 2周)时,湿地对营养元素的吸收率较大;同时湿地与河岸缓冲林带结合能更有效地改善水质。
张荣社等[14-15]在我国云南省呈贡县大渔乡进行的潜流构造湿地去除农田排水中氮磷效果的试验研究表明,在水力停留时间小于5d时,潜流湿地除磷效果随水力停留时间的增加而增加,通过间歇式和连续流试验均证明过长的——896水力停留时间会引起pH值的明显下降,导致磷的析出或溶解,降低除磷效率;温度对除磷效果影响较为明显,冬季除磷效率较夏季下降30%;氮去除效率和水力停留时间呈正相关关系,水力停留时间大于5d时,芦苇、茭草潜流湿地脱氮效率可以达到60%以上,微生物的反硝化是人工湿地脱氮的主要途径,植物吸收总氮量仅占进入量的15%左右。
虽然所有湿地都能降低氮和磷的浓度,但不同湿地之间氮磷去除效果相差很大,并且随着时间的推移,部分氮磷等营养物质会逐渐的积累,湿地中的微生物相应的繁殖,如果维护不当,便很容易产生淤积、阻塞现象,降低湿地处理效果和运行寿命,许多外在的因素如温度、进水负荷、水力停留时间、区域差异、气候特征以及系统设计类型等都会对污水净化效果产生影响。
因此,对系统的长期运行能力、不同构造湿地的净化效果、湿地设计和管理等问题还有待进一步研究,例如,选择适当的操作方式以防止填料的堵塞;选择新型的填料以确保长期的除氮磷效果;选择新型的水生植物以提高湿地系统的综合效益;研究不同构造湿地系统中水的流体力学特性,探讨水力负荷、水滞留时间、出水速率、湿地受水体积和出水量等及其与净化效果的相关关系等。
3农田排水再利用农田排水对于作物生长具有和灌溉同等重要的作用,没有适当的排水条件和设施,就不能保证良好的作物生长环境。
但是,不适当的排水不仅会造成农田养分流失和水环境污染,而且还会造成农田地表水、地下水或土壤水的流失。
由于农田排水中含有作物所需的氮磷等养分,在水资源短缺地区,可以作为一个重要的水源加以合理的再利用,从而缓解水资源短缺矛盾,同时减轻对下游水体的污染。
因此,农田排水再利用问题的研究不仅对未来的粮食安全,而且对提高水资源利用率、保护农田水环境等都具有十分重要的意义。
农田排水再利用作为一种缓解水资源短缺矛盾的重要途径在国内外许多地区已经得到应用实践。
许多研究者指出,利用排水作为水源不仅提供给作物所需水分,同时对环境产生最小化影响[16-18]。
但由于农田排水中往往含有较高的盐分,若利用不当不仅会导致作物产量和品质下降,土壤和地下水环境恶化,而且会产生土壤次生盐碱化问题。
影响微咸排水灌溉的因素很多,包括作物耐盐性能、排水水质、土壤盐分、土壤类型、气候、管理水平、耕作技术、灌排技术等因素,因此,需要全面的考虑土壤、水和作物因素,实施综合的管理。
William等[19]研究了农业排水的循环利用,首先采用淡水灌溉盐分敏感的作物,随后收集排出水灌溉耐盐作物,依次循环使用,再灌溉更耐盐的作物,最后将水排入蒸发池。
研究结果表明,排水的循环使用可以减少排放水量,由此减少对下游环境的影响。
Oster等[20]的研究指出,当含钠排水的电导率EC 大于4ds/m而小于30ds/m、钠吸附比SAR大于10而小于40时,可以用于对盐分适度敏感作物、适度耐盐作物和耐盐作物的灌溉,为了保持系统长期的持续发展,需要考虑作物的选择、土壤盐分调控、作物和土壤管理,也需要考虑硼、钼、硒对作物产量、野生动植物的潜在负作用。