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1面源污染治理措施可分為源頭污染控制和遷移

源頭污染控制指減少潛在運(yùn)移的污染物數(shù)量；遷移途徑控制指在污染物的運(yùn)移途徑中通過滯留徑流、增加流動(dòng)時(shí)間減少進(jìn)入水體的污染物量。源頭污染控制主要通過減少施肥量、改善肥料品質(zhì)和改變施肥方式來實(shí)施，徑流污染控制采用多種處理措施來實(shí)現(xiàn)。生態(tài)技術(shù)因其費(fèi)用較低，可以多方受益，適合多種條件等優(yōu)點(diǎn)，是目前實(shí)用有效的面源污染控制方法J。溝渠是農(nóng)田排水匯人河流和湖泊的通道，是占地面積最大的農(nóng)田排水設(shè)施。溝渠系統(tǒng)一般起始于田間毛溝或農(nóng)溝，經(jīng)腰溝、淋溝、支溝、干溝及總干溝排人外界大面積水體。毛溝或農(nóng)溝密度大，斷面較小，灌溉(降雨)期間直接承接田間地表和地下滲漏排水，并逐級匯入支溝、干溝，在非灌溉(降雨)期則基本呈干涸狀態(tài)L6J，因此溝渠是一種非常獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)，具有河流和濕地雙重特征川。溝渠中生長著適應(yīng)于此環(huán)境的水生植物，并在年內(nèi)周期性地生長變化；渠底沉積物隨水位升降周期性地暴露、淹沒，干濕變化有利于溝渠沉積物對氮的去除_8；沉積物中豐富的營養(yǎng)源保證了水生植物的生長需求和其中微生物的持續(xù)生存】。溝渠作為排水通道，攜走大量農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的污染物到下游的貯水池中，影響地表的水循環(huán)、化學(xué)性、生物性¨。根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)基本分類法，農(nóng)田溝渠的基本功能有：促進(jìn)農(nóng)田的水和可溶性營養(yǎng)物質(zhì)的流動(dòng)；延長水流的停留時(shí)間和營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)；促進(jìn)溝渠內(nèi)植物對N、P的吸收與釋放；降解農(nóng)田中除草劑；減輕水土流失和與渠底的營養(yǎng)物質(zhì)的交流；為植物授粉提供方便，并控制害蟲；溝渠和農(nóng)田邊緣的植物是飼料和生物質(zhì)的來源；也起到農(nóng)田的景觀、科研和娛樂功能“-13]。近年來，由于N、P等營養(yǎng)物質(zhì)過多輸入水體導(dǎo)致富營養(yǎng)化的問題越來越突出，國內(nèi)外學(xué)者開始注意到排水溝渠在農(nóng)業(yè)面源污染物運(yùn)移過程中發(fā)揮的作用。溝渠既是農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染物的最初匯聚地，又是河道和湖泊營養(yǎng)鹽的輸出源。將干濕交替的斷面小，渠深淺的毛溝或農(nóng)溝建成生態(tài)溝渠，能對農(nóng)業(yè)面源污染起到控制作用。其中，生態(tài)溝渠是由農(nóng)田排水溝渠及其內(nèi)部種植的植物組成，通過溝渠攔截徑流和泥沙，植物滯留和吸收NP，實(shí)現(xiàn)生態(tài)攔截N、P的功能l。Kroger等人對自然長有植物的兩條溝渠(溝渠長為400m和•360m，寬深比例為7．15和6．63)對N、I’的削減作用進(jìn)行了長達(dá)2a的觀察，發(fā)現(xiàn)溝渠對N、P有一定的削減作用"-16)。王巖對生態(tài)溝渠、混凝土溝渠和土質(zhì)溝渠三種溝渠(溝渠橫截面為梯形，上寬lm，下寬0．5m，深0．94m)對N、P攔截效果做了對比，研究了不同進(jìn)水氮磷濃度、不同水力停留時(shí)間和不同進(jìn)水流速條件下，3種類型溝渠的氮磷攔截效果，生態(tài)溝渠的效果明顯優(yōu)于其他溝渠m!。陳海生分析設(shè)置盤培多花黑麥草的生態(tài)溝渠和自然溝渠對水稻田出水中的N、P的削減作用，生態(tài)溝渠對N、P的削減作用比自然溝渠高36．19％和37．i0％。Moore等人研究有植草和無植草的農(nóng)田溝渠(兩條溝渠均長320m，上寬6m，底寬3m)對N、P的削減作用，兩種溝渠對營養(yǎng)物質(zhì)都有削減作用，其中植草溝渠對無機(jī)磷的削減作用比無植草溝高35％19]。

2N、P的遷移規(guī)律

農(nóng)田N、P流失的最主要途徑通過徑流進(jìn)入地表水，地表徑流主要來自于降水尤其是降雨，降雨沖擊地表引起：t壤擾動(dòng)，產(chǎn)生懸浮土壤顆粒并隨徑流流失，同時(shí)徑流又沖刷地表土壤產(chǎn)生水土流失。N、P流失量主要決定于降雨情況、土壤侵蝕量以及土地種植情況¨等因素。黃宗楚等研究了上海旱地農(nóng)田施肥與N、P流失污染之間的關(guān)系，隨徑流排出農(nóng)田的N中有37．7％是當(dāng)季施用的N肥，P中有26．9％是當(dāng)季施用的P肥[。于會彬等人在單晚稻生長期間對農(nóng)田排水溝渠徑流量與N、P含量隨降水變化過程進(jìn)行監(jiān)測，在降水初期，污染物含量隨徑流量的增大而升高；隨著流量的增大，稀釋開始占據(jù)主導(dǎo)作用，污染物含量表現(xiàn)出隨流量增大而遞減的趨勢。徑流中N、P的流失形態(tài)各有不同。地表徑流中TN濃度隨徑流量而變化，濃度峰值出現(xiàn)時(shí)間滯后于徑流量峰值；對于TN和NO；一N而言，溶解態(tài)含量高于懸浮態(tài)，而溶解態(tài)和懸浮態(tài)NH／一N的濃度相當(dāng)。溶解態(tài)中的NH一N和N0—N濃度水平因時(shí)因地各占的比例各有高低凸-26]。I''''P和顆粒態(tài)磷(PP)濃度的變化趨勢表現(xiàn)出隨流量變化的特征，_TP和PP濃度隨降雨徑流上升趨勢極為顯著，隨后趨于穩(wěn)定，P輸出峰值均發(fā)生在徑流峰值之前，顆粒態(tài)磷素流失量顯著高于溶解態(tài)磷素工-28]

3溝渠控制面源污染的機(jī)理

溝渠作為面源污染源與水體之間的緩沖過渡區(qū)，降雨徑流污染物輸出量的有效減少，是整個(gè)溝渠各種機(jī)理的綜合作用結(jié)果。

3．1截留沉淀

污染物在從農(nóng)田向水體轉(zhuǎn)移的途中，以地表徑流、潛層滲流的方式通過溝渠進(jìn)入水體，溝渠中的水生植物形成密集的過濾帶。溝渠中的植物過濾帶能增加地表水流的水力粗糙度，降低水流速度以及水流作用于土壤的剪切力，進(jìn)而降低污染物的輸移能力，促進(jìn)其在溝渠中沉淀。溝渠中植物的地下莖和根形成縱橫交錯(cuò)的地下莖網(wǎng)，水流緩慢時(shí)重金屬和懸浮顆粒被其阻隔而沉降，防止其隨水流失，同時(shí)又在其表面進(jìn)行離子交換、整合、吸附、沉淀等，不溶性膠體為根系吸附，凝集的菌膠團(tuán)把懸浮性的有機(jī)物和新陳代謝產(chǎn)物沉降下來引。泥沙截控圍持能有效降低徑流中顆粒物濃度，攔截泥沙是控制降雨徑流N、P污染的關(guān)鍵。羅專溪等人在研究自然溝渠控制村鎮(zhèn)降雨徑流中N、P的沉降段和沉沙凼可較好地去除村鎮(zhèn)降雨徑流顆粒態(tài)污染物，去除N、P平均分別為144．51、65．20g／m(平均雨量37．85mm)⋯。

3．2水生植物吸收

N、P是生物體必需的營養(yǎng)元素，植物會吸收生物體周圍的水和土壤中的N、P用于自身的同化作用，N、P最終隨著植物的組織合成、收獲而移出水體，從而得到去除。同時(shí)水生植物的存在可以加速N、P界面交換和傳遞，從而使上覆水中N、P含量快速減少，在根區(qū)創(chuàng)造好氧一缺氧環(huán)境，有利于硝化和反硝化作用。姜翠玲等人在農(nóng)田溝渠濕地中種植蘆葦和茭草，蘆葦莖葉每年吸收818kg／hm的N和103．6kg／hm的P，茭革每年吸收131kg／hm的和28．9kg／hm~的P|32j。羅專溪等人發(fā)現(xiàn)自然溝渠中的水花生和水蓼在雨季共吸收N、P分別可達(dá)82．69、l2。52g／m。

3．3沉積物吸附

溝渠底部沉積物中有植被生長，因而溝渠底部土壤中存在很豐富的有機(jī)物。同時(shí)溝渠底部由土壤和植物死亡后的腐殖質(zhì)組成的沉積物，這些沉積物較大的表面積，將吸附的N、P，進(jìn)行沉積、轉(zhuǎn)化引。同時(shí)，隨著沉積物問隙水的遷移，將沉積物表面的N、P轉(zhuǎn)移到沉積物內(nèi)部，從而將部分N、P通過礦化以及植物吸收等方式去除引。翟麗華等人對杭嘉湖流域某溝渠系統(tǒng)中沉積物的吸附特征進(jìn)行研究，結(jié)果表明，沉積物對氨氮和磷酸鹽的吸附是一個(gè)復(fù)合動(dòng)力學(xué)過程，包括快速吸附和慢速吸附?？焖傥街饕l(fā)生在0—5h內(nèi)。溝渠沉積物對氨氮和磷酸鹽的吸附等溫線均呈良好線性變化。研究范圍內(nèi)，溝渠沉積物中固定態(tài)氨氮含量為9．8lmg／kg，沉積物對磷的吸附一解吸平衡質(zhì)量濃度為0．046mg／L。徐紅燈等人曾研究溝渠沉積物對氨氮的吸附和硝化能力，并對比了兩者的截留效應(yīng)，結(jié)果表明，溝渠沉積物對氨氮最大飽和吸附量和硝化量分別約為1．3和0．15mg／g，對比溝渠沉積物吸附量和硝化量，溝渠沉積物吸附作用在溝渠沉積物截留效應(yīng)中占主導(dǎo)作用。姜翠玲等人發(fā)現(xiàn)溝渠濕地底泥對非點(diǎn)源污染物的持留量和積累量遠(yuǎn)較農(nóng)田的有機(jī)質(zhì)和總氮高。

3．4微生物降解

溝渠中種有各種水生植物，由于水生植物具有表面積很大的根(莖)網(wǎng)絡(luò)，為微生物的附著、棲生、繁殖提供了場所和條件，同時(shí)溝渠沉積物表面也附著大量微生物，這些微生物可對N進(jìn)行硝化、反硝化等作用。植物的根將生成的氧傳輸?shù)剿?，擴(kuò)散到周圍缺氧的底泥中，在植物根區(qū)同時(shí)有好氧、厭氧及兼性微生物，形成好氧，厭氧和兼性的不同環(huán)境，從而構(gòu)成了一個(gè)起著多種生化作用的微生物生態(tài)系統(tǒng)。微生物的自身生長會吸收一部份的N、P。有機(jī)物在微生物作用下會被降解，好氧和厭氧的環(huán)境與根基分泌物(微生物c源)一起促進(jìn)硝化和反硝化細(xì)菌生長，促進(jìn)了水體中氮的吸收和轉(zhuǎn)化，最終使一部分氮以氮?dú)獾男问降靡匀コ薄?/p>

4實(shí)際應(yīng)用

4．1簡單溝渠系統(tǒng)

溝渠在農(nóng)田中縱橫交錯(cuò)，因此可單獨(dú)將溝渠作為農(nóng)業(yè)面源污染的控制系統(tǒng)。溝渠形式可分為有水草和無水草的溝渠，或分為自然的溝渠和根據(jù)自然溝渠改建的生態(tài)溝渠。胡宏祥等人在巢湖北岸農(nóng)田間選擇了一條無側(cè)面外來水的100m長的溝渠，在上段40m中種植水草，下段60m中不種水草，形成無草河段。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明水草攔截凈化效果要好于無水草攔截的自然凈化效果。水草攔截凈化河道段，幾種形態(tài)養(yǎng)分含量的降低幅度為5．7％一32．9％；在無水草攔截的自然河道凈化段，氮磷含量有一定降低，但降低幅度很小，為0．3％6．6％[。陳慶鋒等人將原有的廢棄暖氣溝改造而成溝渠，依次分為沉淀區(qū)、過濾區(qū)和存儲區(qū)。在沉淀區(qū)，降雨污染徑流經(jīng)過沉淀后大顆粒污染物被攔截；在過濾區(qū)(濾渠中分段依次填充碎石、白礬石、粗沙、鵝卵石、陶粒、細(xì)沙、鵝卵石、泥炭、鋼渣和蛭石)，降雨徑流再經(jīng)過各種基質(zhì)材料的逐級吸附過濾和生物膜的凈化作用，徑流中的顆粒物被進(jìn)一步攔截、吸附和凈化；在存儲區(qū)，凈化后的降雨徑流經(jīng)過再沉淀后溢流到生態(tài)塘中進(jìn)行深度凈化。鋼渣和蛭石對可溶態(tài)氮去除率約為60％，其次是碎石和鵝卵石，去除率約為50％；對于可溶解態(tài)磷，自礬石和沙子具有較好的去除效果，其次是陶粒和蛭石；對于濁度，陶粒、泥炭和蛭石均具有良好的效果，去除率均為80％，其次是白礬石和沙子引。楊林章等針對太湖流域農(nóng)田面源污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況提出了一種新的生態(tài)工程學(xué)解決方法一生態(tài)攔截型溝渠系統(tǒng)(公開號：CNI699697A)，主要由工程和植物兩部分組成，能減緩水速，促進(jìn)流水?dāng)y帶顆粒物質(zhì)的沉淀，有利于構(gòu)建植物對溝壁、水體和溝底中逸出養(yǎng)分的立體式吸收和攔截，從而實(shí)現(xiàn)對農(nóng)田排出養(yǎng)分的控制。試驗(yàn)區(qū)溝渠植物具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，且景觀效果良好c39]。

4．2復(fù)合溝渠系統(tǒng)

溝渠一水塘系統(tǒng)：多路串聯(lián)水塘系統(tǒng)(即多水塘系統(tǒng))的概念首先由尹澄清(1989年)提出，主要包括滯留池和水塘。多水塘系統(tǒng)是一類特殊的人工水塘濕地生態(tài)系統(tǒng)，是以水塘為點(diǎn)、溝渠為線的流域系統(tǒng)。研究表明，多水塘系統(tǒng)能截留來自農(nóng)業(yè)的P污染負(fù)荷94％以上。

5問題及展望

溝渠單獨(dú)作用或與其它處理設(shè)施聯(lián)用能有效地控制面源污染，但目前仍存在不少待研究的問題：對其作用機(jī)理的認(rèn)識仍不夠，如何定量地確定溝渠中各種機(jī)理的作用；當(dāng)溝渠中種有植物時(shí)，因植物的死亡可能會造成二次污染，如何對植物進(jìn)行后續(xù)處理；因?yàn)闇锨慕亓糇饔?，溝渠可能會發(fā)生堵塞，如何對溝渠進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓芾硎蛊湔＿\(yùn)作等。在溝渠系統(tǒng)中有各種級別的溝渠，不同級別溝渠的大小、深度各不相同，如何綜合利用各級溝渠，建造一個(gè)生態(tài)溝渠系統(tǒng)，并作為農(nóng)業(yè)面源污染控制中的一種生態(tài)工程技術(shù)，保持自然資源和生態(tài)系統(tǒng)自身的平衡，從而最大程度地利用生態(tài)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)非點(diǎn)源污染的控制。