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农田排水中的氮磷排放已成为太湖流域农业面源污染的重要来源之一。与稻田相比,菜地由于复种指数高、施肥量大等原因,其排水中的氮磷浓度远高于稻田,更易造成受纳水体的富营养化。针对这一问题,本试验采用野外试验方法,分别构建了三种类型的沟渠(高效生态拦截沟渠、土质沟渠和传统排水沟渠)和生态拦截带,对菜地排水中的氮磷进行了拦截试验研究。
在沟渠拦截试验研究中,比较研究了三种类型沟渠对菜地排水中氮磷的拦截效果及其拦截机理。试验结果表明:一年试验周期内,与传统沟渠相比,生态沟渠对总氮和总磷的减排效果分别为77.0%和89.5%,对泥沙和水量的减排效果分别为97.2%和33.3%;土质沟渠对总氮和总磷的减排效果分别为27.6%和19.6%,对泥沙和水量的减排效果分别为18.2%和6.6%。连续降雨时,生态沟渠对菜地排水中溶解态总氮、铵态氮和硝态氮的最大处理效率分别达到41.2%、47.7%和29.0%,对溶解态总磷和正磷酸盐态磷的最大处理效率分别为50.8%和47.0%。随着降雨的持续,菜地排水中溶解态总氮、铵态氮和硝态氮浓度有所降低,生态沟渠对总氮和铵态氮的拦截效率也有所降低;而菜地排水中磷的浓度未随降雨的持续而持续降低,生态沟渠对磷有较持续而稳定的拦截效果。生态沟渠中种植的拦截植物长势较好,总生物量达到2664 g/m,分别是土质沟渠和传统沟渠总生物量的27和230倍;生态沟渠中拦截植物固定的总氮量(43.7 g/m)分别是土质沟渠(1.46 g/m)和传统沟渠(0.15 g/m)的30和297倍,固定的总磷量(6.84 g/m)分别是土质沟渠(0.264 g/m)和传统沟渠(0.026 g/m)的26和263倍。在沟渠维护方面,生态沟渠基本无需维护,而土质沟渠和传统沟渠则需要经常性地进行维护,每次维护都需要一定量的活劳动的投入。
在生态拦截带拦截试验研究中,首先探索了生态拦截带适宜种植的拦截植物,其次研究了不同生态拦截带带宽对菜地排水中各形态氮磷的拦截效果。结果表明,与水稻和空心菜相比,狗牙根更适合作为生态拦截带拦截植物;随着生态拦截带带宽的增加,生态拦截带对菜地排水中各形态氮磷的拦截效率在逐渐增加,但其拦截效率的增幅却在逐渐降低,综合考虑氮磷拦截所应达到的效果指标和节约用地的原则,生态拦截带的最佳带宽应设置为1.5米,即菜地和生态拦截带的面积之比为100:11。