三江平原農(nóng)田排水溝渠鐵的輸出及形態(tài)變化

為了了解太湖地區(qū)不同類型農(nóng)田排水溝渠對n、p攔截效果的影響,分別在野外構(gòu)建了3種類型的農(nóng)田排水溝渠,即生態(tài)溝渠、混凝土溝渠和土質(zhì)溝渠。研究了不同進(jìn)水n、p濃度、不同水力停留時間和不同進(jìn)水流速條件下,3種類型溝渠的n、p攔截效果。結(jié)果表明:在水力停留時間分別為24h和48h靜態(tài)試驗(yàn)以及在固定進(jìn)水流速的動態(tài)試驗(yàn)中,溝渠對不同進(jìn)水n、p濃度的n、p去除率大小順序是:生態(tài)溝渠、土質(zhì)溝渠和混凝土溝渠,其中,生態(tài)溝渠明顯優(yōu)于其他溝渠。在固定進(jìn)水濃度的條件下,溝渠在不同水力停留時間下的n、p去除率大小順序?yàn)?生態(tài)溝渠、土質(zhì)溝渠和混凝土溝渠,其中,生態(tài)溝渠明顯好于其他溝渠。在高、低兩種進(jìn)水流速和固定進(jìn)水濃度條件下,生態(tài)溝渠在低進(jìn)水流速下的n、p去除率明顯優(yōu)于其他溝渠。在不同進(jìn)水濃度條件下,生態(tài)溝渠最佳水力停留時間為48h。

農(nóng)田所涉及到的排水溝渠本身,實(shí)際上是作為農(nóng)田景觀之中的一個核心存在,能夠有效的對于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)出的水平進(jìn)行平衡,完善流域之中的水文狀況。農(nóng)田之中存在的養(yǎng)分雖然也會隨著排水流失,但是可以通過吸附機(jī)制,來使得農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)得以完善。本篇文章主要針對農(nóng)田排水溝渠環(huán)境效應(yīng)以及生態(tài)功能進(jìn)行了全面詳細(xì)的探討,以期為我姑農(nóng)業(yè)溝渠建設(shè)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

以浙江嘉興雙橋農(nóng)場為研究對象,分析降水對農(nóng)田溝渠中氮、磷流失的影響,揭示氮、磷在降水徑流中流失的一般規(guī)律.在單晚稻生長期間,同步監(jiān)測了施肥后的2次降水量和溝渠徑流量,并對2次降水徑流的全過程進(jìn)行污染物含量的測定,對農(nóng)田排水溝渠徑流量與污染物含量隨2次降水變化過程進(jìn)行監(jiān)測.結(jié)果表明:污染物含量變化呈現(xiàn)出大致相同的趨勢,且污染物含量峰值比流量峰值提前2～3h;在降水初期,污染物含量隨徑流量的增大而升高;隨著流量的繼續(xù)增大,含量呈下降趨勢.施肥后4d內(nèi)降水的農(nóng)田溝渠中氮、磷隨徑流的流失量比4d后大.影響氮、磷流失的因素主要有降水量、降水時間間隔、徑流量、施肥的種類和數(shù)量、土壤前期含水量以及溝渠中的沉積物等.氮流失的主要形態(tài)為氨氮和硝氮;磷流失的主要形態(tài)為磷酸鹽.通過回歸分析發(fā)現(xiàn),徑流量與氮、磷排放負(fù)荷間符合多項(xiàng)式關(guān)系.

農(nóng)田排水溝渠作為農(nóng)業(yè)景觀中重要的景觀單元,能夠調(diào)節(jié)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水分平衡,改變流域水文情勢。農(nóng)田養(yǎng)分可以隨排水過程迅速流失,也可以通過沉淀與吸附機(jī)制被農(nóng)田溝渠所截留或者通過植物吸收后收割與反硝化去除等機(jī)制脫離農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。作為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)邊緣的交錯帶,農(nóng)田排水溝渠較高的植物多樣性可以提供動物棲息地和避難場所,增加農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性。清淤、收割和控制排水等管理措施對于農(nóng)田排水溝渠的環(huán)境效應(yīng)和生態(tài)服務(wù)功能有著不同的影響。今后應(yīng)加強(qiáng)從多個學(xué)科研究農(nóng)田排水溝渠的環(huán)境效應(yīng)和生態(tài)功能,探索生態(tài)排水溝渠的構(gòu)建和管理技術(shù),實(shí)現(xiàn)農(nóng)田排水溝渠水利功能和生態(tài)功能的"雙贏"。

田間排水溝作為農(nóng)田水利工程配套系統(tǒng)的重要組成部分,在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收和糧食安全保障中發(fā)揮著重要作用。做好田間排水溝的規(guī)劃設(shè)計,是實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田水利建設(shè)不可或缺的環(huán)節(jié)。本文擇取設(shè)計工作中的經(jīng)驗(yàn),從田間排水溝的設(shè)計要素、排水溝的設(shè)計步驟等方面,與大家探討。

本研究選擇寧夏靈武農(nóng)場的典型排水支溝進(jìn)行人工布設(shè)基質(zhì),在溝中布設(shè)土壤、爐渣、秸稈、鋸末4種基質(zhì)處理及鏟草處理和對照(不做任何處理),研究分析了基質(zhì)對農(nóng)田排水溝水質(zhì)的影響。對基質(zhì)的組分分析表明,鋸末顯著地吸附鹽分和全氮,吸附量分別達(dá)0.4g.kg1和0.3g.kg1,土壤、爐渣、秸稈均明顯地釋放鹽分,釋放量為5.3~50.8g.kg1;秸稈顯著地釋放有機(jī)碳,釋放量達(dá)54.0g.kg1;4種基質(zhì)對全磷吸附效果不明顯。水質(zhì)分析表明,除秸稈處理和對照外,鹽分(tds)在其他處理下顯著減少,而化學(xué)需氧量(cod)、總氮(tn)、總磷(tp)、no3-n和nh4+-n濃度在鋸末和土壤處理下均有不同程度的減小。對于整條試驗(yàn)溝道,農(nóng)田退水中tds、tn、tp的濃度隨著在溝道遷移距離的增加呈明顯減小的趨勢,至出水?dāng)嗝鏁r濃度分別為0.60~0.80g.l1、0.24~0.33mg.l1和0.04~0.09mg.l1。田間溝道試驗(yàn)說明,農(nóng)田排水溝能有效地截留農(nóng)田退水污染物,選擇適合的基質(zhì)進(jìn)行人工布設(shè)實(shí)際可行,有助于發(fā)揮農(nóng)田排水溝的生態(tài)功能。

為探索寧夏靈武地區(qū)農(nóng)田排水溝植物物種組成和多樣性特征,選擇24條農(nóng)田排水溝,分別于2009和2010年8月對植物物種和群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查,并對物種多樣性特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明,排水溝植物由17科36屬43種組成,分為以蘆葦(phragmitesaustralis)為主要建群種的6種群落類型和1個沉水植物群落,其中水燭+蘆葦(typhaangustifolia+phragmitesaustralis)群落生物量(平均鮮重達(dá)2326.2g·m-2)顯著高于其他群落,2010年排水溝植物群落生物量較2009年小;邊坡較溝底的物種多樣性高,其中shannon指數(shù)、豐富度指數(shù)差異達(dá)到顯著水平,且2009年溝底物種多樣性高于2010年。排水溝水文條件、水質(zhì)和人為干擾可能是影響農(nóng)田排水溝植物分布、群落組成及多樣性特征的主要因素。

2010年8—9月對河套灌區(qū)九排域農(nóng)田排水溝植物進(jìn)行了綜合調(diào)查。分別在干溝、支溝、斗溝/農(nóng)溝的上、中、下游布設(shè)斷面,斷面上設(shè)置0.5m×0.5m和5m×5m樣方對草本和灌木的植物種類和數(shù)量進(jìn)行調(diào)查。結(jié)果表明:河套灌區(qū)九排域農(nóng)田排水溝植物由17個科、38個屬、39個種組成,禾本科(n=10)、菊科(n=7)和藜科(n=4)植物種類最多,蘆葦、羊草和鹽地堿蓬是分布面積最廣的物種。干溝、支溝和斗/農(nóng)溝的多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù)值分別為0.57、1.93、0.37和0.81,0.77、3.46、0.65和0.50,0.90、3.88、0.64和0.53。物種多樣性表現(xiàn)為邊坡的高于溝底,但排溝等級間的變化趨勢不明顯。水的存留時間及農(nóng)業(yè)管理(清溝)是影響植物物種多樣性最主要的因素。

排水溝的開挖為減少淹水深度和淹水時間,以保證作物正常生長起到重要作用,是農(nóng)田水利工程治理的重要措施。采取統(tǒng)一平臺寬度的排水溝設(shè)計和施工的改進(jìn)辦法,成功的解決問題。

基于陜西鹵泊灘農(nóng)田排水溝底泥鹽分年內(nèi)跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù),探討試驗(yàn)區(qū)排水溝底泥鹽分的遷移特性和分布情況。研究結(jié)果表明:當(dāng)前條件下研究區(qū)排水溝底泥鹽分沿著水流匯集的方向和底泥層深度方向均有一定的累積,對流和水動力彌散是排水溝底泥鹽分運(yùn)動的主要機(jī)制;溝底泥鹽分含量與水體水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,而與水體鹽分含量呈良好的正相關(guān)關(guān)系,且相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.93;水體水量的變化是引起其本身和底泥鹽分含量變化的主要因素。

建設(shè)生態(tài)型灌區(qū)是灌區(qū)現(xiàn)代化發(fā)展的重要內(nèi)容。針對傳統(tǒng)灌區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染日益嚴(yán)重的現(xiàn)狀,總結(jié)了當(dāng)前利用農(nóng)田排水溝渠塘堰系統(tǒng)去除農(nóng)業(yè)面源污染的研究進(jìn)展,探討了減污型農(nóng)田排水溝渠塘堰濕地系統(tǒng)的構(gòu)建方法,其基本特征包括:水利工程屬性(排漬排澇及水流的不沖不淤要求),溝塘末端修建控制排水閘(低壩),種植優(yōu)勢植被,生態(tài)護(hù)岸(護(hù)底)工程,排水閘(退水閘)等水工建筑物減污型工況設(shè)計。分析了該系統(tǒng)的運(yùn)行管理方式。

為探索上海地區(qū)農(nóng)田徑流污染物的生態(tài)攔截模式,在上海市環(huán)境科學(xué)研究院農(nóng)業(yè)面源污染生態(tài)工程控制及生態(tài)恢復(fù)研究工作示范基地,開展了生態(tài)排水溝渠對農(nóng)田徑流營養(yǎng)性污染物的攔截凈化效果的研究,并進(jìn)行了工程尺度的應(yīng)用示范?，F(xiàn)場試驗(yàn)表明:生態(tài)溝渠對農(nóng)田徑流ss、tn、nh+4-n、tp均有一定的截留凈化作用。工程示范結(jié)果顯示:示范區(qū)內(nèi)生態(tài)溝渠對ss、tn、nh+4-n、tp的凈化效果總體上優(yōu)于示范區(qū)外部普通農(nóng)田排水溝渠。總體來看,生態(tài)排水溝渠對氮、磷等營養(yǎng)性污染物有較好的凈化作用,可減輕周圍環(huán)境受納水體的污染負(fù)荷。

農(nóng)業(yè)是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)的主要原因,引起富營養(yǎng)化的原因很多,但最主要的是水體中碳、氮、磷的增加。實(shí)行排水管理可減少這些污染負(fù)荷。使氮素利用率達(dá)到最大的農(nóng)藝措施是使農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中氮流失達(dá)到最小的主要手段。提高水質(zhì)的措施是利用植草明渠來處理農(nóng)田流出物。研究表明植草溝渠的應(yīng)用是減輕農(nóng)業(yè)污染的有效措施?？刂婆潘梢詼p少排水過程中的氮損失。裝上滲透過濾的裝置是降低進(jìn)入溝渠中氮的有效方法。河邊或其他緩沖地帶也是反硝化作用活躍區(qū)域,能有效地減少溝渠中氮含量。然而緩沖帶要有一定的寬度。

介紹了幾種常用的地面排水溝渠的加固措施及施工中的注意要點(diǎn),即土溝表面夯實(shí)、三合土或四合土抹面、單層干砌片石加固等。

主要闡述地面排水溝渠的加固措施及施工方法。

排水溝渠系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染田間產(chǎn)污和外界受納水體之間的過渡帶.通過對排水溝渠系統(tǒng)不同級別排水溝渠間遞推關(guān)系以及農(nóng)田排水和非點(diǎn)源污染物在其中遷移轉(zhuǎn)化過程的分析,應(yīng)用水動力學(xué)基本方程和污染物遷移轉(zhuǎn)化方程,構(gòu)建了農(nóng)田排水及其中非點(diǎn)源污染物在排水溝渠中的一維遷移模型,并對模型求解進(jìn)行了探討;在此基礎(chǔ)上,以黃河上游青銅峽灌區(qū)第一排水溝溝渠系統(tǒng)為例,結(jié)合具體情況,通過對研究區(qū)初步概化,進(jìn)行了模型示例運(yùn)用.通過對模型計算結(jié)果的合理性分析,排水溝渠系統(tǒng)逐日排水量模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)結(jié)合較好,nash-suttcliffe模擬效率系數(shù)達(dá)到0.82,其中典型污染物濃度過程也較為合理,表明所建農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染物排水溝渠模型具有較好的應(yīng)用效果.

三江平原作為國家級生態(tài)功能區(qū),承擔(dān)著我國糧食生產(chǎn)安全和維持濕地生物多樣性的重大功能。為了實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展,對水資源的利用方式提出了更高要求。本文分析了三江平原水資源開發(fā)利用狀況及存在的潛在生態(tài)環(huán)境問題,基于資源與生態(tài)水利的內(nèi)涵,提出了三江平原資源與生態(tài)水利的實(shí)施途徑。

為有效阻控農(nóng)田土壤流失氮、磷通過溝渠進(jìn)入水體，通過動態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)研究對比不同排水溝渠對農(nóng)田流失氮、磷的截留作用，同時通過靜態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)探討了水生植物對氮、磷在水-沉積物-水生植物這一微觀系統(tǒng)中的截留機(jī)理。結(jié)果表明，溝渠中的水生植物茭白和菖蒲對氮、磷的截留和轉(zhuǎn)化有明顯的促進(jìn)作用；水生植物的存在可以加速氮、磷界面交換和傳遞，從而使上覆水中氮、

農(nóng)田排水溝渠的環(huán)境效應(yīng)和生態(tài)功能是農(nóng)業(yè)景觀研究中極為重要的因素,在這樣的情況下,充分的調(diào)節(jié)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的水分平衡,保護(hù)流域內(nèi)水文不會出現(xiàn)較大的變化,這樣的生態(tài)建設(shè)才是極為重要的.排水溝渠作為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)邊緣的交錯帶,為植物和動物的生長提供了環(huán)境的支持,對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中生物的多樣性有著重要的作用.因此農(nóng)田排水溝渠的環(huán)境效應(yīng)和生態(tài)功能是極為重要的.

介紹了現(xiàn)代生態(tài)排水溝的特點(diǎn)與含義,同時從緩沖帶設(shè)計、護(hù)坡設(shè)計、基本要求以及斷面設(shè)計等3個方面具體闡述了生態(tài)型排水溝的設(shè)計方式,并且應(yīng)用實(shí)際案例進(jìn)行了說明?，F(xiàn)階段,我國對于溝道的研究并未形成完整的理論體系,還處在探索研究階段,應(yīng)基于河流的治理經(jīng)驗(yàn),克服理念、理論上的障礙,大力促進(jìn)我國生態(tài)溝道的建設(shè)。同時,結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際地理?xiàng)l件,積極開展試點(diǎn);針對不足,不斷進(jìn)行自我完善,以便生態(tài)溝道的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與具體理論得到快速發(fā)展。

哈爾濱市灌區(qū)排水溝道多為傳統(tǒng)土質(zhì),存在穩(wěn)定性差、易產(chǎn)生淤積、排水效率低等問題。在生態(tài)型灌區(qū)的建設(shè)過程中,排水溝道選擇使用適當(dāng)透水材料,以改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境和減少農(nóng)田退水的污染排放是十分必要的。針對生態(tài)混凝土、透水型秸稈混凝土、生物磚排水溝、棱形水泥板這4種透水材料的特點(diǎn),采用模糊評價法進(jìn)行了評價。

在運(yùn)用系統(tǒng)與過程的方法論觀、資源價值觀、生態(tài)觀和高科技觀來理解和把握資源與生態(tài)水利內(nèi)涵的基礎(chǔ)上,通過分析三江平原水資源開發(fā)利用狀況及潛在的生態(tài)環(huán)境問題,提出了三江平原資源與生態(tài)水利的實(shí)施設(shè)想:①應(yīng)加強(qiáng)水資源綜合利用的科研及其成果的轉(zhuǎn)化;②落實(shí)水土保持措施,改善生態(tài)水文環(huán)境;③落實(shí)生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施,防止水資源質(zhì)量下降;④引進(jìn)先進(jìn)的水資源價值理論,激活水利市場;⑤實(shí)施多環(huán)節(jié)調(diào)控,營造節(jié)水社會環(huán)境