農(nóng)田退水水質(zhì)水量資料整理

1、農(nóng)田退水水質(zhì)水量特征資料整理1農(nóng)業(yè)面源污染研究現(xiàn)狀隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中化肥和農(nóng)藥的大量施用在一定程 度上加速了水環(huán)境污染和富營養(yǎng)化進(jìn)程，使得河流、湖泊等水體COD、TN、TP 等污染物濃度不斷上升1。相比之下，我國作為化肥的生產(chǎn)和應(yīng)用大國，氮肥的 施用居世界之首，農(nóng)業(yè)面源污染問題亦不容樂觀。近年來，農(nóng)業(yè)污染研究已經(jīng) 成為水環(huán)境管理領(lǐng)域研究的一個熱點(diǎn)，控制農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染已成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā) 展和社會主義新農(nóng)村建設(shè)的重大課題之一。因此，農(nóng)業(yè)污染研究對改善流域水質(zhì) 和實(shí)現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義3。2農(nóng)田退水特點(diǎn)在降雨和灌溉過程中，農(nóng)田退水中攜帶的營養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)過農(nóng)田溝渠流入附近

2、水 體中，農(nóng)田溝渠對退水中的氮、磷有一定的吸收、降解作用，污染物隨著沿程和 時(shí)間呈指數(shù)遞減變化。我國2009年對農(nóng)業(yè)面源污染源強(qiáng)進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查，發(fā)布 了第一次全國污染源普查-農(nóng)業(yè)污染面源肥料流失系數(shù)手冊，結(jié)果顯示太湖 流域種植業(yè)各類污染物入河系數(shù)在0.10.3之間（入河系數(shù)=入河量/排放量）。農(nóng)田退水的水質(zhì)水量特征主要表現(xiàn)在以下幾個方面2:（1）農(nóng)田溝渠退水及其污染物排放活動與農(nóng)田整個生長季同步，且與田 間施肥和灌溉時(shí)間保持高度一致。（2）農(nóng)田退水的主要污染物為氮、磷，有機(jī)物含量相對較少。（3）農(nóng)田退水中氮磷污染物濃度處于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)三類劣五類 之間。3農(nóng)田退水水質(zhì)水量特征3.1水量特征

3、陳會4等人對前郭灌區(qū)（東北）開展了 2 a的試驗(yàn)，系統(tǒng)的監(jiān)測了水稻生育 期內(nèi)各級排水溝道中水量過程和水質(zhì)過程。對灌區(qū)面源污染遷移、轉(zhuǎn)化以及匯集 過程進(jìn)行了模擬，分析灌區(qū)排水與面源污染的關(guān)系。灌水與排水關(guān)系如下：0.012林 0.008摭 C1004）205-22泡田期返育期灌水日期灌礎(chǔ)水與稻田地衣排水滲流排水06-1107-qi分篥期O8-l|o ok-30 09-04Mr乳熟期黃熟期07-21 拔節(jié)期圖1 2010年排水斗溝中地表排水過程和滲流排水過程Fig.1 Drainage and seepage processes in lateral canal in 2010研究區(qū)域?yàn)榈湫投非?/p>

4、溉控制區(qū)（控制灌溉面積8 hm2），結(jié)果顯示，農(nóng)田 退水水量的年際變化較大，其排水水量與灌溉水量及降雨水量有關(guān)，該地區(qū)農(nóng)田 退水最大流量合約8.64m3.d-i畝-1。宋蕾5等人研究了寶雞峽和交口灌區(qū)的農(nóng)田 年均排水量，分別合約0.15 m3d-i畝-1，0.30 m3d-i畝-1。張愛平6對寧夏黃灌區(qū)稻田水質(zhì)水量進(jìn)行了研究，分析了影響稻田退水量的 基本因素，結(jié)果表明影響稻田退水量的因素有灌溉量、降雨量、植物截留、蒸散 量及地下水位等，其中，灌溉量每增加1%，退水量就增加0.28%，降雨量每增 加1%，退水量就增加0.03%，地下水位每下降1%，退水量就減少0.24%，蒸 散量每增加1%，退水

5、量就減少0.2%。3.2污染物濃度特征不同種植類型、種植方式、不同區(qū)域等均會影響農(nóng)業(yè)面源污染地區(qū)農(nóng)田退水 水質(zhì)，劉樹元、陳會、劉振英等學(xué)者對農(nóng)田退水的水質(zhì)進(jìn)行了研究。研究結(jié)果匯 總?cè)缦拢罕?國內(nèi)典型農(nóng)業(yè)面源污染地區(qū)農(nóng)田退水水質(zhì)（mg/L）Table1 Drainage water quality of the domestic typical agricultural non-point source pollution（mg/L）水質(zhì)監(jiān)測區(qū)COD氨氮總氮總磷三江平原2009年741276450.5模擬農(nóng)田泡田和排干水829.4661.6510.28東北郭灌區(qū)439.41.051.80餒化市秦

6、家水田灌溉實(shí)驗(yàn)站水稻田排水9707.3312.832.6寶雞峽灌區(qū)潛水徑流513.4414.270.15交口灌區(qū)潛水徑流527.0027.970.16湖北省漳河灌區(qū)退水80.860.21長沙水稻和蔬菜及果樹種植區(qū)36.21.87內(nèi)蒙古河套灌區(qū)710.90.338.650.2920.920.70江西101.383.350.23江漢平原110.23蘇南地區(qū)降水偏豐125.468.60蘇南地區(qū)降水偏豐126.614.2上海市郊稻田1330.201.824.80.70上海市郊旱田1358.121.895.900.85嘉興69月140.53.01.54.00.53.0湖北四湖流域農(nóng)田排水溝渠152.39

7、31.0050.017贛江4月160.261.80.4宜興水稻田7月171.572.87寧夏黃灌區(qū)1844.60.05張萬順11 等對東荊河灌區(qū)灌溉退水中營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行了模擬和預(yù)測，研究結(jié) 果表明，農(nóng)田退水會引起河道水體營養(yǎng)物濃度的增高，水質(zhì)變差，豐水期較平水 期和枯水期的影響更大，農(nóng)田退水主要污染因子是磷。張桂英12等人認(rèn)為在1988年蘇南農(nóng)業(yè)種植管理措施下，農(nóng)田地表徑流中的 有機(jī)物對水系水質(zhì)的污染很小，這可能與不同年代的種植方式有關(guān)，當(dāng)今化肥農(nóng) 藥施用量與1988年差別較大，農(nóng)田退水污染物濃度產(chǎn)生了較大變化。3.3污染物濃度的時(shí)間變化特征張愛平6對寧夏黃灌區(qū)稻田水質(zhì)的變化進(jìn)行了研究，氮磷肥施

8、入農(nóng)田后，總 氮和總磷的濃度在施肥的當(dāng)天就可以達(dá)到峰值，隨后逐漸下降，銨態(tài)氮要在施肥后的1-2天濃度達(dá)到最大，硝態(tài)氮要在3-4天才能達(dá)到最大，在以后的每次追肥 后也表現(xiàn)出相同的變化趨勢。稻田退水污染主要發(fā)生在抽穗開花前，這一階段是 調(diào)控稻田退水污染負(fù)荷的關(guān)鍵時(shí)期。時(shí)閶圖2田面水中TN隨時(shí)間的變化Fig.2 The dynamic curve of TN in the field surface water within the full time of test圖3田面水中TP隨時(shí)間的變化1. 401. 201. 00ij. B00. 600. 40ij. 20n. noFig.3 The d

9、ynamic curve of TP in the field surface water within the full time of test田面水中的TN和TP濃度均在施肥后39天內(nèi)下降到對照水平，可以解釋 為土壤顆粒及作物的吸收，另外還有相當(dāng)部分經(jīng)農(nóng)田垂直退水和側(cè)向退水流失。該演技結(jié)果與翟麗華14等人的研究結(jié)果類似。徐劉凱16 研究了鄱陽湖流域水稻田退水水質(zhì)的時(shí)間變化特征，結(jié)果顯示水 稻田流失的氮磷濃度翻耕插秧期水稻生長期休耕期，夏季氣溫較高，微生物活 性強(qiáng)，植物茂盛，對氮素的截留去除率要高于冬春季節(jié)。3.4農(nóng)田退水沿程水質(zhì)變化特征徐劉凱16在贛江下游地區(qū)的蔣巷鎮(zhèn)基本農(nóng)田，選擇兩條平

10、行溝渠，依據(jù)地形 地勢，從溝渠上游至下游入河口，每隔100 m設(shè)置一個采樣點(diǎn)，共計(jì)設(shè)置了 5個 采樣點(diǎn)，沿程共計(jì)500 m，用來研究農(nóng)田退水污染物的沿程變化。研究結(jié)果顯示： 水稻田溝渠系統(tǒng)在微生物降解、植物吸收和底泥吸附的綜合作用下，流失的TN、 NH4-N、NO3-N和NO2-N濃度在排水溝渠中都呈沿程遞減規(guī)律，平均去除率分 別為45.75%、45.59%、48.07%和46.52%，水稻田溝渠系統(tǒng)對各種形態(tài)流失的氮 素都具有良好的截留去除效果。水稻田溝渠系統(tǒng)在沉淀吸附等作用下，流失的 TP和SRP濃度在排水溝渠中都呈沿程遞減規(guī)律，平均去除率分別為53.53%和 42.39%，對流失的磷素截

11、留去除效果顯著。由于沿程溝渠的去除作用，農(nóng)田退水污染物在進(jìn)入河湖之前已經(jīng)被削減，污 染物入河濃度與排放口濃度之比稱為入河系數(shù)，根據(jù)太湖流域主要入湖河流水 環(huán)境綜合整治規(guī)劃編制規(guī)范太湖流域各類污染源、污染物的如何系數(shù)如下所示 1;（具體可參考第一次全國污染源普查一農(nóng)業(yè)污染源肥料流失系數(shù)手冊19）:表2太湖流域各類污染源污染物的入河系數(shù)表Table2 Coefficients of losing into rivers of pollutants from different sub-industries of agriculture in the Taihu Lake Basin污染物種植業(yè)畜禽

12、養(yǎng)殖業(yè)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)COD0.10.30.50.80.81.0NH3-N0.10.30.50.80.81.0TN0.10.30.50.80.81.0TP0.10.30.50.80.81.03.5農(nóng)田污水去向陳會4等人對地表排水和滲流排水中污染物排放總量和濃度進(jìn)行了對比，結(jié) 果如下：表3地表排水和滲流排水中污染物排放總量和質(zhì)量濃度對比Table3 Comparison of contaminant mass and concentrations from surface drainage water and seepage項(xiàng)目排放總量/kg平均質(zhì)量濃度/（mg/L)滲流排水地表徑流滲流排水地表徑流N

13、H4+5.7717.20.141.05NO3-210.7182.13.373.52PO43-75.292.01.391.80COD1745.42533.029.139.4注：排放量是指排水斗溝控制區(qū)（8 hm2）的污染物進(jìn)入斗溝的質(zhì)量。除硝氮外，其他污染物地表排水物質(zhì)量均大于滲流排水的物質(zhì)量。由于地表 排水水量顯著大于滲流排水，因此從總體上看，地表排水對污染物的貢獻(xiàn)大于滲 流排水，但仍然有接近一半的排水為滲流排水。張愛平6的研究表明寧夏黃灌區(qū)稻田退水量占總引水量的40%左右。而垂直 退水占農(nóng)田退水總量的80%左右，是農(nóng)田退水的主體部分，垂直退水?dāng)y帶氮磷等 污染物質(zhì)進(jìn)入地下水嚴(yán)重威脅灌區(qū)地下水環(huán)

14、境，其中，水稻插秧后20天內(nèi)是土 壤各層溶液中氮磷濃度最高的階段，這一階段前要翻耕泡田施基肥及追施蘗肥， 灌溉量和施肥量很大，垂直退水過程中氮磷的流失量也很大。在水稻整個生育期 中抽穗前氮、磷的流失量占到總量的80%左右，每次追肥后直滲液中氮磷的濃度 會小幅上升。3.6農(nóng)田營養(yǎng)物質(zhì)流失影響因素受地形地貌、土地利用、農(nóng)田管理措施等多種因素的影響，不同地區(qū)研究中 的氮素流失量差別很大，同一地區(qū)不同土壤、不同種植模式之間的氮流失量也有 較大差異，整體而言，氮素?fù)p失量均表現(xiàn)為隨施氮量增加而顯著增加20。通常情況下，氮素流失主要發(fā)生在降雨或灌溉集中的季節(jié)。坡度是影響土壤氮素流失最重要的地形因素。當(dāng)坡度較

15、小時(shí)，氮主要通過隨 水向下滲透而淋失，隨徑流流失量較少；當(dāng)坡度較大時(shí)，表層土壤易遭到侵蝕， 氮主要通過隨地表水流動遷移而發(fā)生徑流流失，向下淋失較少。在一定范圍內(nèi)， 坡度越大，氮素隨水土流失越嚴(yán)重。此外，氮素流失量與坡度的關(guān)系還受植被覆 蓋、坡長、徑流時(shí)間等多種因素影響。土壤質(zhì)地決定了水分的滲透性，土壤大孔隙是氮素遷移的主要通道，土壤質(zhì) 地越粗、孔隙越多，淋溶損失越嚴(yán)重。適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)肥處理與化肥處理相比可顯著減少氮素流失，緩控釋肥可以控制 氮素釋放，提高氮素利用率，進(jìn)一步降低氮素流失風(fēng)險(xiǎn)。4結(jié)論（1）結(jié)果表明影響農(nóng)田退水量的因素有灌溉量、降雨量、植物截留、蒸散 量及地下水位等，農(nóng)田退水水量最好根據(jù)

16、項(xiàng)目區(qū)具體情況現(xiàn)場調(diào)查后確定，農(nóng)田 退水最大流量可取8.64 m3.d-i畝-1，年均流量可取0.30 m3.d-i畝-1。（2）不同地區(qū)、不同環(huán)境、不同耕作方式等均對農(nóng)田退水污染物濃度有著 較大的影響，COD濃度在270 mg/L之間，TN在160 mg/L之間，NH-N在 0.2630 mg/L 之間，TP 大多在 1.0 mg/L 一下，（3）田面水中的TN和TP濃度均在施肥后39天內(nèi)下降到對照水平，水 稻田流失的氮磷濃度翻耕插秧期水稻生長期 休耕期。（4）農(nóng)田退水污染物在進(jìn)入河湖之前在排水溝渠中被吸附、降解，太湖流 域種植業(yè)污染物入河系數(shù)在0.10.3之間。（5）農(nóng)田退水量中垂直（下滲

17、）退水占農(nóng)田退水總量的40%80%，可能 是農(nóng)田退水的主體部分。參考文獻(xiàn)I李靜，閔慶文，李文華等.太湖流域平原河網(wǎng)區(qū)農(nóng)業(yè)污染研究一一以常州市和宜興市為 例J.生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào),2014, (02): 167-173.羅良國，陳崇娟，趙天成等.植物修復(fù)農(nóng)田退水氮、磷污染研究進(jìn)展J.農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境 學(xué)報(bào),2016, (01): 1-9.3李靜，閔慶文，李子君等.太湖流域農(nóng)業(yè)污染壓力分析J.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2012, (03): 348-355.4陳會,王康，周祖昊.基于排水過程分析的水稻灌區(qū)農(nóng)田面源污染模擬J.農(nóng)業(yè)工程學(xué) 報(bào)，2012, (06): 112-119.5宋蕾，王永勝，張鴻濤.關(guān)中

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