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农业面源污染已成为水体氮、磷的重要污染源,构建农业环境污染的“源头控制”技术体系对减少下游水体养分负荷、改善环境质量具有重要意义。沟渠,作为农业和农村生活污水的最初汇聚地,是农业面源污染物进入河流的通道。为有效阻控农业源氮、磷污染,本文将原农业排水沟渠改建成生态沟,以水生美人蕉(Canna glauca)、铜钱草(Hydrocotyle vulgaris)、黑三棱(Sparganium stoloniferum)、狐尾藻(Myriophyllum verticillatum)和灯心草(Juncus effusus)等为试验植物,通过生态沟水-底泥-植物系统氮、磷养分变化监测、底泥磷吸附试验、植物刈割试验,探讨了生态沟渠对农业面源污染的阻控效应。同时,通过刈割后植物覆盖研究了沟渠植物资源再利用方式及其对茶园产生的生态效应和经济效益。主要结论如下:
生态沟监测结果表明:
(1)整条生态沟渠对水体总氮、总磷的去除率分别为64.33%、69.65%;
(2)生态沟渠每年拦截泥沙量74029 kg,含泥沙氮70.65 kg,泥沙磷32.64 kg。其中各植物段拦截泥沙氮、磷量为水生美人蕉>铜钱草>黑三棱>狐尾藻>灯心草;
(3)对氮、磷吸收能力最强的是水生美人蕉和狐尾藻,其次是黑三棱、灯心草和铜钱草,水生美人蕉和狐尾藻可作为优选水生植物在生态沟渠中进行利用;
(4)水生植物的氮、磷吸收量与生物量之间呈显著正相关,相关系数分别为0.9313和0.9252。
底泥磷吸附试验结果表明:
(1)铜钱草和黑三棱在不同程度上影响了生态沟底泥的形成和属性特征,其中,铜钱草1~5 cm底泥中全磷和草酸提取态铁、铝等含量最高;
(2)铜钱草1~5 cm底泥有最大的磷吸附量(Smax)和磷吸附能参数(Kf),表明该底泥有最强的磷吸附能力;
(3)底泥磷吸附参数与底泥草酸提取态铁、粘粒含量和磷饱和度有显著的相关性,表明水生植物通过改变底泥属性,进而影响底泥的磷吸附特性;
(4)在农业区构建生态沟渠对农业面源污染磷流失的拦截效应优于原自然沟渠,生态沟渠能更有效地消纳水体中磷负荷。
植物刈割试验结果表明:
(1)水生植物氮、磷吸收量的年度季节性变化表明水生美人蕉的最佳刈割时间是6月,铜钱草、黑三棱的最佳刈割时间是5月,狐尾藻、灯心草的最佳刈割时间是4月;
(2)通过狐尾藻的不同刈割周期(对照、30d、45 d、60 d、90 d)试验,我们发现狐尾藻的最佳刈割周期为60 d,其次是45 d、90 d、对照和30d;
(3)多次刈割收获的植物量(1239.92 kg·yr-1)是一次刈割(342.28kg·yr-1)3.62倍;
(4)多次刈割可回收的总氮、磷量为15.74、2.29 kg·yr-1,分别是一次刈割回收总氮量(4.16 kg·yr-1)和总磷量(0.34 kg·yr-1)的3.78倍和6.72倍;
(5)刈割水生植物收获的氮、磷直接降低沟渠生态系统中内源氮、磷的循环,导致刈割区底泥的氮、磷含量低于未刈割区,并提高了水体氮、磷的去除率。
茶园覆盖试验结果表明:
(1)水生植物覆盖到茶园后,改良了土壤理化性状。与对照相比,水生植物覆盖使土壤表层(0~20 cm)有机质增加了8.01%,全氮、全磷、水解氮和有效磷分别增加5.74%、12.50%、10.27%和35.91%;
(2)茶园覆盖水生植物后,防止了杂草优势种群的形成,显著降低了杂草密度和生物量,减少了杂草和茶树对养分的竞争利用效应;
(3)水生植物覆盖通过综合改良茶树生长生态条件,协调了土壤中的水、肥、气、热等因子,促进了茶树生长,改善了茶叶品质,提高了茶叶产量。