农田生态沟渠氮磷拦截技术是农业面源污染治理技术之一,其将原有农田沟渠进行人为改造,通过在沟底和护坡上配置植物及其他辅助措施,对流经沟渠农田污水中的氮磷实施有效拦截。虽然当前农田生态沟渠已取得较好的氮磷拦截效果,但常见的农田生态沟渠护坡植物多为夏生植物,往往在秋冬枯萎,导致农田生态沟渠周年去污效果较差。此外,农田生态沟渠底泥是磷素去除的重要途径,但其经长期吸附,早已饱和,难以对降雨初期径流形成的高负荷磷素实施有效拦截和去除,从而出现阶段性磷素超标的污水排放。本研究选择在时间生态位上(即生长周期)分离的芦苇和虉草,用以构建农田生态沟渠护坡复合植物群落,探究二者周年互补去污特性;另外,选择磷素吸附能力较强的加气混凝土作为农田生态沟渠填料,探究其在降雨初期高磷水体中的吸附特性和降雨后期在低磷素水体中的解吸特性,即“海绵效应”。同时,将以上两项关键技术示范应用到农田生态沟渠中,通过与常规生态沟渠比较,检验其在实际应用中的效果。通过以上研究,旨在解决以往农田生态沟渠中周年去污效果较差和降雨初期农田生态沟渠时常出现的磷素阶段性难以达标排放的问题,从而在一定程度上实现农田生态沟渠氮磷拦截的关键技术突破。本论文主要研究结果如下:(1)芦苇和虉草的氨氮、总氮和总磷去除效果周年动态具有明显差异,其中,芦苇的氨氮、总氮和总磷去除效果周年动态呈现为较为对称的单峰曲线,峰值出现于7月,而虉草的氨氮、总氮和总磷去除效果周年动态呈现为非对称的双峰曲线,主次峰值分别出现于4月和11月。与此同时,芦苇的氨氮、总氮去除效果在6-10月优于虉草,而虉草则在1-5月和11-12月优于芦苇;芦苇的总磷去除效果在6-12月优于虉草,虉草则仅在1-5月优于芦苇。综上,芦苇和虉草具有较强的周年互补去污性,引入虉草与芦苇构建复合植物群落,可弥补单一芦苇在氮磷周年去除效果上存在的不足,表现为虉草在1-5月和11-12月弥补芦苇的氨氮和总氮去除效果,在1-5月弥补芦苇的总磷去除效果。(2)在高磷浓度水体中,加气混凝土对磷素具有明显的吸附作用,且加气混凝土的吸附量与水中磷浓度呈现为正相关,而在低磷浓度水体中,加气混凝土对磷具有明显的解吸作用,且加气混凝土的解吸量与水中磷浓度呈现为负相关。与此同时,随着试验的继续进行,加气混凝土的吸附速率和解吸速率均不断下降,且初始吸附和解吸在整个吸附和解吸过程中占主导地位。此外,加气混凝土具有较好的连续吸附和解吸效果,其中,在3个连续120 h吸附周期的试验中,随着吸附周期的增加,加气混凝土的吸附量略有下降,但3个连续120 h吸附周期之间的吸附量没有显著差异;在3个连续48 h解吸周期的处理中,加气混凝土的解吸量随着解吸周期的增加而逐渐降低,且3个连续48 h解吸周期之间的解吸量差异显著。(3)通过比较示范沟渠与对照沟渠发现,芦苇-虉草复合群落对生态沟渠的去污确实存在周年互补特性。同时,利用加气混凝土的磷素吸附-解吸海绵效应,也可有效降低降雨初期磷素负荷的瞬时峰值。因此,本研究所提出的两项关键技术不仅在静态试验上科学合理,而且在实际应用中有效。