西安市绿地氮磷流失对水体污染及防治措施研究

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城市绿地是海绵城市的重要组成部分,城市绿地的建设美化了城市面貌,改善了人们的生活质量。然而随着城市绿地的迅速发展,出现了城市绿地土壤污染及其引发的水环境污染等一系列问题。本文以西安市城市绿地为研究对象,通过分析5种不同类型的城市绿地土壤中氮磷含量、地表径流中氮磷的含量及其污染负荷,研究了城市绿地土壤氮磷流失量及其对地表径流中氮磷的贡献量;同时用蒙脱石、伊利石、高岭石3种黏土矿物作为保水剂,对绿地土壤进行改良模拟实验,探讨不同保水剂的保水性能,并以此计算通过保水作用减少的氮磷流失量。研究结果为城市绿地土壤的健康发展、保护城市水土环境、建设新型的海绵城市提供科学的理论依据和技术支持,使海绵城市的发展更加具有可持续性。通过研究,得到了以下主要结果:(1)不同类型绿地土壤总氮、总磷含量不同,氮磷含量由高到低依次是:植物园绿地>公园绿地>隔离带绿地>湿地>校园绿地。其中,总氮平均含量分别为0.2412g/kg,0.2069g/kg,0.1630g/kg,0.1625g/kg,0.1481g/kg。总磷平均含量分别为0.2577g/kg,0.20565g/kg,0.1833g/kg,0.1742g/kg,1.636g/kg;垂直生态位绿地土壤总氮、总磷含量由高到低依次是:草丛土壤>灌木土壤>乔木土壤。其中,总氮平均含量分别为0.2082g/kg,0.1865g/kg,0.1586g/kg。总磷平均含量分别为0.2221g/kg,0.2111g/kg,0.1881g/kg;通过土壤中各因子的相关性分析,得到含水率与总氮、硝态氮、有效磷呈极显著相关性,相关系数分别是0.895,0.867,0.791,因此土壤的含水率大小直接会影响土壤中氮磷含量的大小。通过对校园绿地土壤中氮磷含量与地表径流氮磷污染负荷相关性分析,可得土壤中氮磷与地表径流中氮磷存在着显著的相关性,说明土壤中氮磷含量的大小直接决定着地表径流中氮磷含量。(2)绿地土壤氮磷流失对周围水体的污染主要通过地表径流和渗流的方式。通过评价5种不同类型绿地经过3次降雨形成的径流水质表明,水质优良程度依次是:校园绿地>湿地>隔离带绿地>公园绿地>植物园;3次降雨形成的地表径流中植物园、公园、隔离带地表径流均受到污染;湿地地表径流前2次水体受到污染,第3次降雨形成的地表径流未污染;校园3次降雨形成的地表径流水质均未污染;用污染负荷法计算出3次降雨过程中,校园绿地地表径流中污染物的污染负荷,其中TN分别是679.72mg,641.24mg,409.01mg;TP分别为33.27mg,27.40mg,24.14mg。(3)通过对蒙脱石、伊利石、高岭石3种保水剂的多次吸水实验、不同保水剂处理对氮磷的吸附实验以及绿地土壤施加不同保水剂对氮磷的吸附实验,结果显示,其吸附水分及氮磷的能力依次是:蒙脱石>伊利石>高岭石。针对3种保水剂在不同浓度的N溶液和P溶液中吸附量,运用了Langmuir模型和Freundlich模型进行拟合。结果显示保水剂在N溶液中的吸附特点符合Langmuir模型,而保水剂在P溶液中的吸附效果更符合Freundlich模型。(4)由3种保水剂的吸附实验可知,蒙脱石保水保肥效果最佳,因此土柱淋溶实验选用蒙脱石为保水剂,研究不同含量蒙脱石对氮磷吸持效果实验。在高度相同、保水剂含量不同的土柱中,氮和磷保持效果依次是:0.4g/kg的保水剂>0.2g/kg的保水剂>不加保水剂;在保水剂含量相同、不同高度的土柱中,除了NO3-N外,TN、TP、NH3-N及可溶性磷均随土柱高度增大淋出液累积量减小。通过以上研究综合分析,推荐西安市城市绿地表层土壤中施加含量为0.4g/kg的蒙脱石,以达到较好的保水保肥效果。
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