坡耕地溝渠對磷素去除研究綜述

趙培培

摘 要：隨著農(nóng)業(yè)化肥的大量濫用，我國水域受到面源磷素富營養(yǎng)化污染的比例越來越高，程度越來越嚴(yán)重。已有研究表明，面源污染在某些水域造成的危害已經(jīng)超過了點源污染，對地方生態(tài)環(huán)境造成了極大的破壞。坡耕地造成的污染在面源污染中占有重要的地位。而坡耕地溝渠是坡耕地重要的組成部分，承擔(dān)著收集、攔截、吸附等多種功能，利用坡耕地溝渠對化肥磷素攔截手段受到了廣泛的關(guān)注。

關(guān)鍵詞：坡耕地溝渠；研究；分析

目前國內(nèi)研究普遍認為坡耕地是某些庫區(qū)、山地水域的主要土壤侵蝕源，坡耕地的多少直接與退耕還林還草壓力有著直接關(guān)系。對坡耕地進行還林還草是我國一直的方針政策，但是因為種種原因，執(zhí)行的效果不如預(yù)期。一方面，我國有些地方偏窮，容易出現(xiàn)越窮越墾，越墾越窮的現(xiàn)象；另一方面，某些已經(jīng)開墾的坡耕地農(nóng)田，還存在農(nóng)戶自發(fā)棄耕撂荒現(xiàn)象，這樣就對局部水域污染帶來了很大的危害。協(xié)調(diào)坡耕地與與生態(tài)建設(shè)的關(guān)系，是以后保護措施的發(fā)展方向，也直接關(guān)系著該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的變化趨勢，是生態(tài)保護工作的核心。

如何有效攔截坡耕地農(nóng)田養(yǎng)分的流失和減少農(nóng)業(yè)面源氮、磷污染物質(zhì)向下游的擴散遷移以及水生植物的資源化利用具有廣闊的應(yīng)用前景和重要的理論價值。本文就坡耕地溝渠的研究進展進行總結(jié)。

1 坡耕地生態(tài)控制措施

我國對非點源的研究比較多，但是針對坡耕地控制措施的研究較少。主要有兩個方向：一是從坡耕地污染的源頭進行控制，坡耕地污染主要是過量施加肥料，遇到降雨或者隨山體地表徑流流向水體，多從推廣科學(xué)使用化肥，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，對坡度較大的坡耕地進行還林還草等措施入手；二是從產(chǎn)生路徑下游進行控制，比如推廣研發(fā)生態(tài)處理技術(shù)，如溝渠、濕地等，對順流而下的氮磷污染物進行攔截吸收。目前，因為生態(tài)處理技術(shù)處理效果好，管理方便簡單，受到了很大的關(guān)注，人工濕地、穩(wěn)定塘的研究較多，對于農(nóng)田重要組成部分的溝渠的關(guān)注較少而農(nóng)田溝渠在農(nóng)業(yè)組成中占有重要的部分。對農(nóng)田溝渠進行一定的改造為生態(tài)溝渠，可以較為經(jīng)濟、有效地對氮磷污染進行控制，成為了當(dāng)前研究的熱點。

2 坡耕地生態(tài)溝渠研究現(xiàn)狀

坡耕地溝渠可以承擔(dān)收集農(nóng)田排水、灌溉農(nóng)田雙重功能，作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)水利設(shè)施，通常由專門篩選出來的植物、土壤基質(zhì)、微生物等構(gòu)成，可以通過底泥吸附、植物吸收、微生物分解和協(xié)同等一系列作用，降低進入受納水體中的氮磷含量。目前對于坡耕地溝渠的研究主要分為三個大的方面：（1）研究溝渠不同土壤底泥的組成對面源污染的影響；（2）研究植物在坡耕地溝渠體系中的作用與對污染物的去除效果；（3）研究微生物對有機物的轉(zhuǎn)化與積累過程。

2.1 底泥對磷素去除的作用

溝渠底泥對于磷素的吸附發(fā)揮著重要的作用，能夠快速有效地降低徑流水中的含磷量，但是它就像海綿一樣，在徑流磷素濃度較低時，也會存在釋放吸附的磷素，造成二次污染的風(fēng)險。許多學(xué)者對此進行了研究。

徐紅燈發(fā)現(xiàn)溝渠底泥一方面可以為其環(huán)境的植物與微生物提供營養(yǎng)物質(zhì)和載體，另一方面自身也對水體中磷素具有較好的吸附效果。這主要是因為底泥中的有機質(zhì)較多，它們都處于一種團聚的形態(tài)，這樣對于水中的磷素具有很強的吸附效果。Brik H研究發(fā)現(xiàn)底泥具有良好的吸附效果，主要是因為底泥中具有無定型的鐵、鋁氧化物，這種氧化物和無機磷化物很容易吸附到一起。這是因為里面的鐵鋁離子容易與無機磷化物反應(yīng)生成溶解度較低的磷酸鐵和磷酸鋁，因此形成沉淀。而底泥表層微環(huán)境通常在好氧狀態(tài)下，也會一定程度增強鐵鋁離子的吸附能力。隨著底泥深度增加，這種表層好氧狀態(tài)往往會從好氧狀態(tài)逐步轉(zhuǎn)化到缺氧、厭氧的狀態(tài)，隨之相應(yīng)的是鐵鋁離子形態(tài)的轉(zhuǎn)化，因而導(dǎo)致了對磷素的吸附能力的下降。Christopher W. Hickey雖然底泥對磷素的吸附較快，但是大多磷素也只是暫時儲存在底泥中，當(dāng)?shù)啄嗟奈浇咏柡偷臅r候，磷素會再次釋放到水體當(dāng)中。

2.2 植物對磷素去除的作用

植物在坡耕地溝渠中的作用主要是：一方面是穩(wěn)坡固土，另一方面對水體中的磷素進行吸收利用。植物不同于底泥，其對磷素吸收是多方面的，包括物理、化學(xué)、生物等多個方面。Rogers K H研究發(fā)現(xiàn)，植物能夠有效地提高生態(tài)溝渠對于磷素的攔截效果，從增加水流的阻力、摩擦力等方面降低溝渠流速，這樣就能增加水力停留時間，延長了植物、底泥對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收時間，便與其能更完全地反應(yīng)。除此之外，植物在地下龐大的根系能夠直接吸收水體中的含磷化合物以及顆粒態(tài)磷，供自身生長需要。與此同時，植物的根系有效地改善了周圍的微環(huán)境，對局部去除磷起到了積極的作用。這種積極作用表現(xiàn)在植物的吸收可以降低深層底泥的磷含量，打破在植物根系區(qū)域形成的磷濃度平衡，促進磷素向底泥擴散速度。繆紳裕研究發(fā)現(xiàn)植物不同器官含磷量是有區(qū)別的，一般來說葉 >根 > 莖 > 胚軸，同時水體中的含磷量越高，植物體的含磷量也隨之升高。Dale S Nichols 研究發(fā)現(xiàn)對于不同種類的植物，其對于磷素的去除能力也存在差別。比如大型挺水植物蘆葦具有龐大的根系，加強了其對磷素的吸附能力，而像香蒲這種根系不太發(fā)達的，其對磷素的吸收能力比較弱。大多數(shù)的植物對于磷素的吸收，往往是通過底泥孔隙水來吸收磷素，這樣就能夠有效促進上覆水的磷素往下部擴散，形成了一種磷素的垂直遷移。

2.3 微生物對磷素去除的作用

生態(tài)溝渠里的微生物更多地承擔(dān)著分解、轉(zhuǎn)化有機物的作用。微生物對磷的去除不僅僅只局限于對磷的過度積累，還包含著對磷的同化作用。溝渠中的植物在進行其生命活動的時候，同時也會引起植物根系溶解氧含量的變化，會使得植物龐大根系附近交替出現(xiàn)好氧環(huán)境以及厭氧環(huán)境，這樣磷的積累和釋放也跟著出現(xiàn)交替。Dale S Nichols 研究發(fā)現(xiàn)在有氧條件下，一些具有除磷作用的微生物，如氣單胞菌屬等細菌，可以將有機磷以及無機磷酸鹽吸收進去，通過自身的酶系統(tǒng)將其分解成溶解態(tài)無機磷，促進植物對其的吸收利用。而在厭氧條件下，厭氧微生物會利用鐵磷等結(jié)合態(tài)磷，促使磷從底泥中又被釋放出來，這樣會形成一定程度的二次污染。

3 結(jié)束語

溝渠生態(tài)系統(tǒng)對于磷素的去除并不是依靠單一的作用，而是多個方面協(xié)調(diào)合作，相互影響來進行的。在設(shè)計坡耕地溝渠時，要選取有針對性的、更加高效的除磷植物，使用壽命越長的基質(zhì)混合土壤，只有充分發(fā)揮各個組成部分的作用，溝渠生態(tài)系統(tǒng)的功能才會完全，對于富營養(yǎng)污染的控制才會發(fā)揮的更好。

參考文獻

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