不同草皮缓冲带对径流污染物的去除效果试验研究

选择上海地区常见的5种草皮植被,利用自行设计的试验装置构建草皮缓冲带,模拟上海地区农业面源污染和降雨特征,进行缓冲带污染物净化效果试验研究。结果表明,草皮的存在明显提高缓冲带对污染物的净化效果,并且能增强缓冲带土壤的渗透能力;百慕大缓冲带对径流SS的截留能力最强,平均去除率达到71.86%;草皮缓冲带对渗流水营养物质的净化效果明显高于径流,渗流水TN、TP平均去除率以白花三叶草最高,分别为58.27%和60.49%;综合考虑降雨特征和污染物净化效果等因素,百慕大、白花三叶草和高羊茅等3种草皮,可以作为上海地区缓冲带草皮植被的优先选择种类。     

不同降雨特征下缓冲带水分及TN分配规律

以3种典型植被缓冲带为研究对象,基于现场监测、质量平衡、相关分析等方法,探明缓冲带水分分配与降雨、土壤因子的关联性,确定水分及总氮(TN)污染负荷去除分配系数.结果表明,径流与降雨量呈高度正相关(0.980~0.987,P<0.01),渗流与降雨量、降雨历时呈显著正相关(0.595~0.828,P<0.01).植被缓冲带在14.3mm以下降雨不产流,中雨、大雨、暴雨平均产流系数为0.10、0.36和0.72,TN负荷平均截留系数分别为11.0、8.2和4.5mg/(m²·mm),径流及TN负荷去除效果随雨量增大而降低.中大雨、暴雨下植被缓冲带水分分配分别以土壤渗透(0.48~0.71)、末端出流(0.69~0.74)为主,TN负荷去除以土壤渗透为主(中雨56%、大雨44%、暴雨20%).茎叶覆盖地表、根系细密发达的植被去除效果更好,其中百慕大缓冲带对水分、白花三叶草缓冲带对TN负荷的去除效果最优,分别达60%和61%.即使在高地下水位的平原河网地区,缓冲带对径流与TN负荷削减仍发挥重要作用,特别是在50mm以下降雨发生频率较高的区域.研究结果为降雨、植被多因素影响下的径流污染削减差异化评估提供数据支撑,为不同降雨特征下缓冲带径流污染控制提供重要的参考价值.     

改造滤岸对城市降雨径流中氮磷去除的中试研究

选择煤渣、锯末、沸石、麦饭石、土壤和马尼拉草构建了城市河岸带改造滤岸中试模型,并对其去除城市降雨径流中氮磷污染物能力进行了研究.结果表明,改造滤岸对表面径流和下渗径流中NH4+-N和TP具有良好的净化效果和较强的去除能力;NH4+-N平均去除率分别为66.5％和83.7％,TP平均去除率分别为42.6％和96.2％,出水水质分别可达国家地表水Ⅳ类和Ⅲ类水标准,模型稳定后对表层径流和下渗径流中TN的去除率可达20％左右;模型对NH4+-N、TN和TP的处理负荷分别为634.1～1114.5 mg-m-2·h-1、102.2 ～594.2mg· m-2·h-1和20.6～ 209.0 mg·m-2· h-1,表面径流大于下渗径流.模型内碳源(锯末)以及其他介质的添加虽然能够提高氮的转化能力,但也会影响模型对TN的去除率;下凹断面和末端断面对氮磷的去除率和去除负荷间存在一定的差异,但随着模型的稳定其差异逐渐降低.模型对氮磷的处理负荷与入水氮磷浓度呈显著正相关,说明模型具有一定的抗冲击能力.     

多层渗滤介质系统对城市雨水径流氮磷污染物的净化作用

根据北京市雨水地表径流污染的特点,设计了用于去除屋顶和机动车路面雨水径流污染物的多层渗滤介质系统,进行污染雨水净化效果的试验研究.结果表明,系统对屋顶和机动车路面雨水径流中的氮磷污染物有明显的去除效果,NH+4-N、TN、TP的去除率分别达80%、90%、50%以上,出水浓度达到地表水Ⅱ类水质标准;"砂砾料"垫层对TP的去除效果稍好于"无砂混凝土"垫层;雨水径流中氮磷浓度愈高则对氮磷的去除率愈高.雨水径流氮磷浓度变化对氮磷去除效果的影响较小.多层渗滤介质系统通过微生物的硝化和反硝化作用实现生物脱氮是系统去除氮的主要途径;土壤的吸附与沉淀作用是多层渗滤介质系统去除磷的主要途径.系统对城市雨水径流氮磷污染物的净化能力主要发生在垫层及地基土层0.3m以内.     

人工湿地组合工艺削减山地城市地表径流污染

采用前置生态塘-表流人工湿地-卵石过滤带组合工艺处理山地城市地表径流,研究了各单元在COD、TN、TP和NH4+-N方面的去除效果,以及径流中COD浓度和氮素形态对污染物去除的影响。结果表明,针对COD、TN、TP和NH4+-N,生态塘可以达到82%、53%、45%和32%的去除,表流人工湿地可以达到82%、83%、80%和61%的去除。COD由60 mg/L升至500 mg/L时,整个组合工艺的TP去除率由61%升至82%后下降至64%,TN去除率由50%提高至82%,NH4+-N去除率由67%降至41%。氮素组成对TN和COD的去除影响较大,NH4+-N∶NO3--N由3∶1变为1∶3时,COD去除率从73%提高到85%,TN去除率从53%提高到86%,NH4+-N去除率变化不大,为45%~51%。该组合工艺能够有效去除和削减城市地表径流中的COD、TN和TP的污染。     

新型人工湿地对工业区降雨径流的净化研究

根据东莞市同沙水库集水区内工业区降雨径流的水质、水量特征,采用新型折流式人工湿地对其进行模拟及实地降雨径流净化研究.对人工湿地不同运行阶段模拟降雨径流的净化效果进行对比,分析COD、SS、TN、TP、NH4+-N以及重金属Pb、Zn、Cu在湿地系统中的沿程变化,探讨它们的主要去除机制.模拟净化研究中,除TN外,湿地系统出水各污染物均达到《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类质量标准,TN达Ⅳ类标准;且大部分污染物在湿地前端被去除.实地降雨径流净化研究中,COD、SS、TN、TP及NH4+-N的平均去除率分别为90.9%、97.0%、83.4%、92.2%、90.0%;重金属Pb、Zn、Cu的平均去除率分别为98.4%、94.1%、93.6%,出水均能达地表Ⅲ类水标准.研究表明,折流式人工湿地系统对工业区降雨径流的净化效果显著,湿地系统具有较强抗冲击负荷能力.另外,小幅温度变化对湿地系统中污染物的去除影响不大.     

生态组合系统处理农村生活污水的研究

采用由生物浮床、生物接触氧化以及河道生态系统构成的生态组合系统处理农村生活污水,考察了其对农村生活污水的净化效果以及季节和污水停留时间(HRT)对污染物的去除效果的影响。结果表明,该组合系统对污染物具有良好的去除效果,COD,NH4+-N,TN,TP的平均去除率分别为57.68%,51.13%,52.38%和49.02%。污染物的去除率随HRT的增加而提高,4 d后变化趋于平缓,在HRT为6 d时,NH4+-N,TN,TP和COD的去除率分别达到80.36%,72.85%,60.74%和71.97%。与秋季相比,夏季时该组合系统对NH4+-N,TN,TP的去除率相对较高,但季节变化对COD去除效果的影响不大。     

自然沟渠控制村镇降雨径流中氮磷污染的主要作用机制

以四川盆地紫色丘陵区林山村镇为例,分析降雨径流过程中氮磷在自然沟渠内的空间变化特征和不同控制机制的净化能力,研究了自然沟渠控制村镇降雨径流中氮磷的主要作用机制.研究结果表明,除NO3--N浓度在沿程上呈先减后增而后再减的趋势外,其它氮磷污染物(TN、PN、NH4+-N、TP、PP和PO43-·P)均为沿程递减趋势.溶解态氮是降雨径流氮素在空间沿程上的主要迁移形态,溶解态磷是流量限制型事件降雨径流磷紊空间沿程的主要迁移形态,而颗粒态磷是物质限制型事件降雨径流磷素空间沿程的主要迁移形态.泥沙截控固持是自然沟渠控制降雨径流氮磷污染的主要作用机制,有效降低径流中颗粒物浓度和拦截泥沙是控制降雨径流氮磷污染的关键.沉降段和沉沙凼具有明显的泥沙及颗粒态氮磷截控固持作用,可较好地去除村镇降雨径流中的氮磷颗粒态污染物,平均氮磷去除量分别为144.51、65.20 g·m-2(平均雨量37.85mm).植物吸收是植被段氮磷去除的重要途径,在雨季共吸收氮磷分别可达82.69、12.52 g·m-2.跌落曝氧也是降雨径流氮磷污染控制的重要作用机制,跌落段对NH4+-N的平均去除负荷为15.05 g·m-2.     

东新开河岸边植被缓冲带对雨水径流中典型污染物截留效果试验

通过对东新开河岸边不同配置植被缓冲带径流中污染物迁移影响分析,研究其对两岸缓冲带典型污染物氮、磷的去除效果,优选缓冲带植物配置结构。结果表明:优化配置的植被缓冲带较原生植被缓冲带对氮、磷污染物的截留效果具有明显优势,针对氨氮和总氮有明显削减效果,几种修复样地综合来看,S3（紫花苜蓿）样地对NH₃-N、TN、TP的削减率分别在30%、30%、25%以上,较其他植被配置样地有很好的截留效果,且根系扎实,有较强的适应能力,种植成本较低;植物不同生长期对缓冲带氮、磷的截留效果不同,成熟期的植被缓冲带对TN、TP的削减率分别在30%和25%以上,较分蘖期对氮、磷的削减率提高了80%以上。     

浮岛植物净化水质效果研究

研究了人工浮岛对模拟滞流景观水体的水质改善效果,并比较了五种浮岛植物对污染物的去除效率.结果显示,处理7d左右水体TN、NH3-N、TP和COD去除率迅速增加,透明度显著增大,延长处理时间有利于污染物的去除,但植物根系分泌物会增加水体的色度.经45 d处理,鸢尾对TN、NH3-N、TP和COD等污染物的整体去除效果最好...     

Runoff and dissolved organic carbon loss from a paired-watershed study of three adjacent agricultural Watersheds

Organic matter plays several important roles in the biogeochemistry of terrestrial and aquatic ecosystems including the mobilization and transport of nutrients and pollutants. Cropping, tillage practices and vegetative buffer strip installation affect losses of dissolved organic carbon (DOC). While many studies show reductions in pollutant export from agroecosystems where vegetative buffers have been implemented, buffer strips may be a source of DOC and contribute to surface water pollution. Using a paired-watershed approach, the objectives of this study were to determine the effect of grass and agroforestry buffers on runoff and DOC loss, compare runoff and DOC losses between the growing and fallow seasons, and investigate crop effects on runoff and DOC losses. The study design consisted of three small agricultural Watersheds in a no-till, maize-soybean rotation located in the claypan region of northeast Missouri, USA; one watershed was planted with grass buffer strips, one with agroforestry buffer strips, and one unaltered watershed served as the control. Runoff and DOC loss were measured during a six-year calibration period (1991–1997) prior to buffer installation and for a nine-year treatment period (1997–2006). The grass buffer strips significantly decreased runoff by 8.4% (p = 0.015) during the treatment period while the agroforestry buffer system exhibited no significant change in runoff (p = 0.207). Loss of DOC was not significantly affected by grass or agroforestry buffer installation (p = 0.535 and p = 0.246, respectively). Additionally, no significant difference in runoff or DOC loss was found between crops (maize and soybean) or between seasons (growing and fallow). Overall, this study indicates that grass buffer systems are effective at reducing runoff and that DOC contamination of surface waters is not exacerbated by either type of vegetative buffer strip.     

不同类型植被河岸缓冲带对模拟径流及总磷的消减研究

在九龙江上游北溪流域,选择杂交狼尾草(Pennisetum americanum×P.purpureum)、红花檵木(Loropetalum chinense var.rubrum)、红叶石楠(Photinia fraseri)3种植物及原生撂荒杂草地,构建对照(A)、草本(B)、灌草(C)和灌木(D)4种不同处理的植被缓冲带,通过模拟不同浓度面源污染下的农田径流,探讨不同植被组合对径流量及总磷的消减效果.结果表明:各缓冲带不同植被对径流量及总磷的消减效果均表现为草本灌草灌木,其中,草本缓冲带对径流量的消减率最高,达到86.93%,在高、低浓度进水时对总磷浓度的消减分别为95.20%、80.69%;4种不同植被缓冲带对总磷浓度的消减效果随缓冲带宽度的增加均出现上升的趋势,其中,前半段消减效果最佳,后半段消减趋势减缓;高浓度污染进水条件下缓冲带对总磷的消减效率高于低浓度进水;4种缓冲带对磷总量的消减量分别为27.70、28.02、28.06和26.94 g.研究成果可为九龙江上游河岸缓冲带建设及流域氮磷污染率治理和生态评价提供科学示范及理论依据.     

植被对绿色屋顶径流量和水质影响

植被是绿色屋顶的关键组成部分,也是影响绿色屋顶径流量和水质的重要因素之一.本文基于大花马齿苋(Portulaca grandiflora)、佛甲草(Sedum lineare)、高羊茅(Festuca elata)和无植被(对照组)这4种植被覆盖类型绿色屋顶2017年植物生长特征、降雨和径流过程的监测,及对雨水和各绿色屋顶径流中营养元素(NH_4~+-N、NO_3~--N、NO_2~--N和PO_4~(3-)-P)与重金属(Cr、Cd、Cu和Ni)的浓度检测,定量分析了不同植被覆盖类型对绿色屋顶径流量和污染负荷的影响.结果表明:①大花马齿苋、佛甲草、高羊茅和对照组绿色屋顶的平均径流削减率分别为51. 3%、41. 5%、36. 3%和33. 0%,大花马齿苋绿色屋顶径流削减率显著高于高羊茅和对照组绿色屋顶(P 0. 05);②大花马齿苋和佛甲草绿色屋顶是NH_4~+-N、NO_3~--N、NO_2~--N和PO_4~(3-)-P的汇,且地上生物量更大的大花马齿苋绿色屋顶对营养元素的污染负荷削减率(分别为59. 6%、99. 9%、82. 5%和25. 7%)均高于佛甲草绿色屋顶(分别为52. 5%、89. 3%、75. 3%和7. 8%),而高羊茅和对照组绿色屋顶是NH_4~+-N和NO_2~--N的汇,是NO_3~--N和PO_4~(3-)-P的源;③大花马齿苋、佛甲草、高羊茅和对照组绿色屋顶均是DCd的汇,污染负荷削减率分别为19. 2%、41. 5%、38. 4%和31. 1%,但4组绿色屋顶均是DCr、DCu和DNi的源.     

5种沉水植物的氮、磷吸收和水质净化能力比较

选取轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)、苦草(Vallisneria natans)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)等5种乡土沉水植物为研究对象,在室内静水条件下对其氮、磷吸收和水质净化能力进行比较研究.结果表明,不同沉水植物试验前后的含水率差异较小,变化范围为89.8%~92.0%,但净增生物量差异较大且均存在显著性差异,变化范围(干重计)为1.52~12.92 g·m-2,其中净增生物量最高的轮叶黑藻是最低的微齿眼子菜的8.5倍.不同沉水植物试验前后植株氮、磷含量变化范围分别为26.54~34.44 g·kg~(-1)和2.54~4.01g·kg~(-1),其中金鱼藻的植株氮、磷含量相对偏高.不同沉水植物处理的水质TN、TP去除率范围分别为63.8%~83.1%和49.2%~70.8%,均显著高于CK处理的39.9%和36.9%,去除率大小顺序均为:轮叶黑藻金鱼藻苦草穗状狐尾藻微齿眼子菜CK.不同沉水植物处理的水质TN、TP去除率与净增生物量存在较高相关性,相关性系数分别为0.994(P0.01)和0.996(P0.01).不同沉水植物氮、磷直接吸收贡献率范围分别为1.5%~13.3%和2.2%~13.2%,扣除水体自身自净能力后沉水植物的增效作用贡献率范围分别为22.5%~29.9%和10.1%~20.6%,表明水质净化氮、磷去除过程中沉水植物的增效作用要大于直接吸收作用.     

用于控制太湖流域农村面源污染的透水坝技术试验研究

为了控制太湖流域农村面源污染,结合人工湿地原理和快速渗滤机理,开发了透水坝技术并进行了运行试验.该技术利用平原河网地区现有河道的容积来承受农村面源污染水量、水质的冲击负荷,通过控制透水坝的渗流量,拦蓄径流为后续的处理单元提供自流动力.4个月的运行结果表明,使用梯形渗流模型进行透水坝的渗流量计算比较准确,透水坝达到了拦蓄5天处理雨量为1400Om3的降雨径流的设计要求,同时透水坝的TN、TP去除率分别为15.59%和23.44%.     

河岸草本缓冲带对模拟径流中污染物的净化

选择华北地区3种常见草本植物——狗牙根、虎尾草和天堂草,通过人工配水模拟地表径流,在北京潮白河河岸设置径流试验,研究河岸带宽度、水力负荷和进水浓度对不同缓冲带截污能力的影响。结果表明:模拟径流中污染物均随缓冲带沿程距离增加有降低趋势,且前段下降较快,后段下降逐渐趋缓。SS的去除主要发生在沿程前3 m,TP和COD的去除主要发生在前6 m,TN的去除主要发生在9 m以内。若缓冲带的宽度设置受限,为保证一定的截污效果,宽度不应小于9 m。狗牙根、虎尾草和天堂草缓冲带在沿程15 m处对NH_4~+-N的去除率分别为50.6%、32.0%和40.4%,总体上狗牙根和天堂草对N、P的去除能力优于虎尾草。不同水力负荷和进水浓度下,草本缓冲带均能有效截留径流中的SS,去除率均在70%以上,而NH_4~+-N的去除受进水浓度的影响较大。由于模拟径流中NO_3~--N和溶解性磷(DP)进水浓度低于1 mg/L,缓冲带对两者的去除效果较差,特别是虎尾草缓冲带,出现了出水浓度高于进水的情况。     

不同植被绿色屋顶径流水质年际变化特征

绿色屋顶是海绵城市建设的重要措施之一,近年来逐渐得到广泛关注.为探究植被和使用时长对绿色屋顶径流水质的影响,于北京市区搭建了3种不同植被类型[佛甲草（Sedum lineare）、大花马齿苋（Portulaca grandiflora）和无植被（对照）]的绿色屋顶.根据2017～2019年植物生长情况、雨季雨水和绿色屋顶径流水质的长期监测,定量分析不同植被绿色屋顶径流水质的年际变化特征.结果表明,相较雨水,3种绿色屋顶在监测期内均是NH⁺₄-N的汇,浓度平均削减率在50.1%～79.2%之间,但均是PO^3-₄-P、 DCr、 DCu和DNi的源;佛甲草和大花马齿苋绿色屋顶在2017年是NO^-₃-N的汇,浓度平均削减率分别为71.4%和99.5%,在2018和2019年是NO^-₃-N的源,而对照绿色屋顶在监测期均为NO^-₃-N的源;绿色屋顶的植被类型和使用时长显著影响其径...     

Winter losses of nitrogen and phosphorus from Italian ryegrass, meadow fescue and white clover in a northern temperate climate

We have studied to what degree Italian ryegrass (Lolium multiflorum Lam.), white clover (Trifolium repens L.) and meadow fescue (Festuca pratensis L.) are able to preserve nitrogen (N) and phosphorous (P) in shoots and roots from one growing season to the next in a northern temperate climate. Field experiments were performed during four consecutive winters in central southeast Norway (60°42′N, 10°51′E), and N and P in plant biomass were measured in the autumn and in the spring. We also measured the contents of total N, total P and organic carbon (C) in seepage water that percolated through the aboveground plant material. Uptake of N and P in Italian ryegrass and white clover was substantially larger than in meadow fescue. The winter losses varied greatly from year to year, depending on the winter climate. On the average for all three of the plant species, the winter losses of N from aboveground biomass were 6, 35, 68 and 10% in the four experimental years, respectively. The corresponding P losses were 11, 36, 60 and 22%. On the average for all plant species and experimental years, 43 (±12)% (S.E., n = 12) of the N, 34 (±9)% of the P and 4 (±1)% of the C that was lost from the aboveground plant biomass during the winter, was recovered in seepage water, basically as a nutrient pulse in melt water in early spring. The very low C recovery rate in seepage water suggested a considerable microbial growth on lost plant C. Assuming that all un-recovered plant C was consumed by microorganisms not included in measurements of the seepage water, modelling showed that microbial immobilisation theoretically might explain the unexpectedly low recovery rates of N and P. The study was not designed to investigate the possible effects of psychrophilic microbes on N and P cycling. Therefore, it is inconclusive and underlines the need for more knowledge on this matter.