稻田濕地處理農(nóng)村生活污水脫氮除磷及其徑流試驗研究.pdf

1、農(nóng)村生活污水的排放對地表水環(huán)境的惡化有著十分顯著的貢獻，富營養(yǎng)化現(xiàn)象的發(fā)生與農(nóng)村生活污水氮磷的大量排放有著密切的關系。本研究運用田間試驗、室內(nèi)模擬、微觀示蹤等方法，考察了太湖地區(qū)稻田濕地處理農(nóng)村生活污水氮素的降解行為和脫氮機理，研究了稻田濕地田面水磷素的濃度特征及去除過程，明確了稻田濕地氮素的遷移、轉(zhuǎn)化、分配及平衡過程，分析了稻田濕地徑流氮素及磷素的流失特征、產(chǎn)生條件及其影響因素，建立了徑流氮磷濃度與施肥降雨間隔時間、淹水深度、降雨強度

2、及降雨時間等影響因素之間的線性回歸方程，并采用野外田間試驗數(shù)據(jù)對模擬方程進行了驗證。主要研究結(jié)論如下：
　　 1、稻田濕地處理農(nóng)村生活污水田間試驗表明，7月13日水稻移栽后，由于水稻土壤的吸附，稻田濕地田面水總氮(TN)含量迅速下降，但追肥后又快速上升，且TN含量順序為：地表水(SW)>灰水(GW)>生活污水(DW)>黑水(BW)>對照(CK)。經(jīng)過水稻的一個生長周期的處理，氮去除率順序為：BW(96.8％)>DW(96.2％)

3、>GW(95.6％)>SW(94.1％)>CK(93.8％)，同時，11月13日各處理出水化學需氧量(COD)均穩(wěn)定在20 mg L-1左右，可滿足地表水環(huán)境質(zhì)量IV類標準。計算發(fā)現(xiàn)，來自農(nóng)村生活污水的氮素去除率(62.9％.69.3％)顯著高于源自尿素的氮素去除率(27.5％-32.7％)，表明源自農(nóng)村生活污水中的氮素相對化肥氮更易于被稻田濕地去除。田面水總氮負荷(TNL)具有與TN相似的變化特征，同時，COD與TN濃度及TNL具有正

4、相關性。此外，GW、DW和BW的水稻產(chǎn)量要顯著高于CK、SW以及當?shù)仄骄井a(chǎn)量，說明稻田濕地處理農(nóng)村生活污水不但能生態(tài)高效脫氮，而且可以增加水稻產(chǎn)量。
　　 2、與氮肥不同，7月13日磷肥施用后COD變化不大，但總磷(TP)迅速升高，隨后逐漸下降，并在10月15日左右COD和TP濃度逐漸趨于穩(wěn)定，CK、SW、GW、DW和BW出水中的COD分別為：13.54、20.98、20.87、21.09和17.86 mg L-1，TP去除

5、率順序為：GW(98.17％)DW(97.28％)BW(97.04％)SW(96.78％)>CK(75.20％)。同時，GW、DW和BW中來自農(nóng)村生活污水中磷的去除率(60.3％-71.4％)顯著性(P≤0.05)高于化肥磷的去除率(26.8％-36.7％)，表明相對于磷肥，農(nóng)村生活污水中磷的形態(tài)更易于被稻田濕地去除。隨著水稻的生長，磷素從根部分別向莖部、葉部遷移，最后在谷籽中富積。除CK外，其它處理稻田濕地總磷負荷(TPI)和TP濃度

6、隨時間非線性下降，直到10月1日達到穩(wěn)定。此外，五個處理的水稻產(chǎn)量差異不顯著(P≤0.05)，說明采用農(nóng)村生活污水替代地表水灌溉稻田濕地可在保證水稻產(chǎn)量的同時高效除磷。
　　 3、15N示蹤試驗表明，對照處理(CK)、普通尿素處理(UR)與同位素尿素處理(15NUR)的氨揮發(fā)量在10月1日達到了一個穩(wěn)定值10.3 mg pot-1，最終UR與15NUR氨揮發(fā)量分別占施入肥料氮總量的43.54％和41.18％。追肥后UR和15NU

7、R田面水TN濃度快速上升，分別達到了最大值19.52和18.64 mg L-1，而CK僅為3.78 mg L-1，并在10月1日后達到了穩(wěn)定值，分別為0.32、1.05和0.93 mg L-1。分蘗期水稻植株吸收的氮素濃度逐漸上升，并在孕穗期達到了較高的水平，CK、UR、15NUR的吸氮量分別為：45.3、165.4和173.6 mg pot-1。從水稻各生長期吸氮量的變化來看，秧苗期吸氮量低，孕穗期吸氮量最高，成熟期下降，且水稻吸氮總

8、量為：15NUR>UR>CK。CK中的氮殘留量最低(0.0649 pot-1)，UR的殘留量及殘留率比15NUR分別高0.1719 pot-1和1.4％，但氮肥利用率、氮素回收率卻分別低3.95％、2.55％。同時，UR和15NUR的硝化反硝化損失率分別為5.81％和5.69％，其產(chǎn)量較CK分別增加了33.69％和29.90％，再次說明施氮對增加水稻產(chǎn)量是十分必要的。
　　 4、人工降雨模擬試驗表明，稻田濕地徑流是一種典型的機會

9、徑流。產(chǎn)流時間隨降雨強度增大而減少，徑流TN與降雨強度呈正相關性，與施肥降雨時間間隔和淹水深度呈明顯的負相關性，與降雨時間基本無關。同時，時間間隔對徑流TN的影響最大，淹水深度次之，降雨強度再次之，降雨時間最小。在各種試驗條件下的徑流TN都超過地表水環(huán)境質(zhì)量標準中規(guī)定的TN標準限值2 mg L-1，并可用線性回歸方程y=-2.124x1-1.147x2+0.097x3+0.001x4+32.987來模擬四個影響因素作用下的機會徑流TN流

10、失濃度，這在田間試驗得到了很好的驗證。NO3-和NH4+是稻田濕地徑流氮素流失的主要形態(tài)，各處理條件下NO3-和NH4+比重分別在32％-75％、24％-66％之間波動；TN流失負荷隨時間間隔的延長明顯降低，NO3-流失風險主要發(fā)生在前7d內(nèi)，其后流失風險將大大降低。
　　 5、稻田濕地是一個天然的弱堿性緩沖系統(tǒng)，早期徑流中溶解態(tài)磷(DP)比重較大(83％左右)，后期顆粒態(tài)磷(PP)比重逐漸升高(38％左右)，但總體上DP還是主

11、要流失形態(tài)。徑流TP與降雨強度、時間間隔及降雨時間呈正相關性，與淹水深度負相關。與TN相似，時間間隔對徑流TP濃度的影響最大，淹水深度次之，降雨強度再次之，降雨時間最小。在各種試驗條件下，徑流TP都超過了地表水V類標準限值0.4 mg L-1，并可采用線性回歸方程y=-0.548x1-0.243x2+0.014x3-0.001x4+7.386來模擬徑流TP濃度。稻田濕地磷素的流失風險主要發(fā)生在施肥后前10 d內(nèi)，其后將大大降低。因此，施