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农田排水沟渠是农田水利的重要设施,合理的排灌为农作物生长和农田管理所必需,可为农业的高效高质生产提供保障。农田排水在排除田间多余水量的同时,也会带走农田的养分和其他化学物质,造成农田养分甚至是地表水土的流失,进而对排水承泄区水体造成一定的污染,引起区域水环境问题。研究农田排水沟渠的生态服务功能评价,为农业面源污染控制提供科学依据,具有重要的现实意义。
本研究选择宁夏黄灌区灵武地区,调查自然排水沟渠的土壤理化性质、水文水质、生物结构和组成,剖析沟渠生物群落生产力、生物多样性与水质净化功能的关系;通过试验确定灌区生态沟渠的承载物、基质、物种选择及配套措施等,监测试验区的土壤、植物、水文水质指标,研究生态沟渠对主要污染物的滤析效应,评价农田排水沟渠的生态服务功能,提出农田退水污染修复生态沟渠构建的一般方法,主要结论如下:
1)农田排水沟渠土壤理化性质、水质特征及其生物多样性
农田排水沟渠中,沟底土壤的全盐含量小于边坡土壤,而有机碳、全氮、全磷含量均大于边坡,沟底和边坡土壤的有机碳和全氮含量显著相关。
沟渠退水的盐分(TDS)含量大于黄河和农田水,而农田水的C、N、P含量均远大于黄河和沟渠水。随着农田排水沟渠等级提高退水中总氮(TN)浓度增加,化学需氧量(COD)浓度下降,总磷(TP)浓度变化不明显。
宁夏灵武地区农田排水沟植物由17科36属43种组成,分为以芦苇(Phragmitesaustralis)为主要建群种的6种群落类型和1个沉水植物群落,边坡较沟底的物种多样性高。
2)人工布设试验对农田退水污染的拦截作用
沟水TN、TP、COD浓度变动与当地农田集中退水有关,沟底土壤对农田退水中的营养物质有直接的吸附和降解作用。各种承载物中麻袋的损坏率较高,但运行成本低、自然降解速度快等是构建生态沟渠较合适的选择。
土壤、炉渣、秸秆均明显地释放盐分,秸秆显著地释放有机碳。COD、TN、TP、NO3--N、NH4+-N浓度在锯末和土壤处理下均不同程度地减小,农田退水中TDS、TN、TP的浓度随着在排水沟道内迁移距离的增加不断减小。锯末具有较好吸附盐分和全氮的效果,对有机碳和全磷的释放较小,可作当地生态沟渠构建的合适基质。
物种试验中芦苇、香蒲(Typhalatifolia)的生长较好,C、N、P总累积量较高。慈姑(Sagittariatriflora)的收获生物量小,C、N、P总累积量有限。莎草(Cyperuscompressus)、泽泻(Alismagramineum)的生物量和存活率较低。排水沟渠植物的长势、收获生物量影响植物生物量及对农田退水污染物的去除效果。
田间沟道试验表明,农田排水沟渠能有效地截留农田退水污染物,选择适合的承载物、基质、物种进行生态沟渠建设实际可行,有助于发挥农田排水沟的生态服务功能。