紫色土區(qū)農(nóng)地生態(tài)草溝截污減沙效益研究.pdf

1、紫色土是三峽庫區(qū)的主要種植土壤，由于其特殊的土壤性質(zhì)和地理特性，水土流失狀況嚴(yán)重，使得西南紫色土區(qū)坡耕地成為長江流域農(nóng)業(yè)面源污染物的重要策源地。在自然降雨過程中產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)徑流勢必會造成農(nóng)地或農(nóng)業(yè)區(qū)域的面源污染過程。面源污染負荷進入徑流是物質(zhì)流失的過程，但徑流在進行輸移的連續(xù)過程中，水中污染負荷也會和下墊面物質(zhì)有一個動態(tài)交換的過程。因而在面源污染防治過程中，考慮從不同環(huán)境單元和受體之間的物質(zhì)交換來進行控制具有重要意義。針對西南紫色土區(qū)坡耕

2、地種植方式和特點，本研究著眼于地塊單元，模擬設(shè)計地塊內(nèi)部用于輔助排水的農(nóng)地生態(tài)草溝（T），以農(nóng)地地塊內(nèi)傳統(tǒng)的土質(zhì)溝道（CK）為對照，借助模擬沖刷試驗，探究輔助排水溝道過流時農(nóng)地生態(tài)草溝土壤及養(yǎng)分流失的過程，對比分析農(nóng)地生態(tài)草溝對于污水徑流中面源污染負荷的削減效果，發(fā)現(xiàn)徑流沖刷不可避免的會使得泥沙和土壤養(yǎng)分有所流失，但由于在排水溝道中植草會使得農(nóng)地生態(tài)草溝下墊面發(fā)生改變，一方面會對溝道土壤有較明顯的保護作用，另一方面，由于農(nóng)地生態(tài)草溝對污

3、水徑流中面源污染物有一定的截留、吸附作用，最終農(nóng)地生態(tài)草溝在削減徑流泥沙含量、COD及氮磷負荷時也具有一定的效果。本研究通過交互性試驗分析了不同坡度比降、不同沖刷流量等條件下溝道土壤流失和徑流過程，主要結(jié)果如下：
　?。?）沖刷試驗后，溝道內(nèi)土壤中有機質(zhì)的含量相較于沖刷前均有所降低，降幅在0.54％~42.18%，相較CK，農(nóng)地生態(tài)草溝在較大沖刷流量（4.5L/min）溝道土壤有機質(zhì)有更強的保護作用。在設(shè)計沖刷流量為3L/min時

4、，溝道土壤中全氮、硝態(tài)氮以及銨態(tài)氮含量的變化率均大于零，相對于CK，能比較顯著保護土壤中的氮素，其中土壤硝態(tài)氮分別升高32.87%和20.94%；但當(dāng)設(shè)計沖刷徑流流量為4.5L/min時，農(nóng)地生態(tài)草溝相較CK，溝道土壤中銨態(tài)氮的含量有所下降，下降比例分別為68.33%和38.87%，這表明在沖刷過程中T對土壤中氨態(tài)氮素的控制改善能力可能要弱一些。農(nóng)地生態(tài)草溝對于溝道表層土壤中全磷控制作用和壤銨態(tài)氮類似，明顯受到?jīng)_刷流量的控制，在設(shè)計沖刷

5、流量為3L/min時T對溝道表面土壤全磷含量的控制能力要強于流量為4.5L/min時。
　?。?）沖刷造成了各個粒級土壤顆粒比例的變化和土壤質(zhì)地類型的變化，相較于CK，農(nóng)地生態(tài)草溝由于植被覆蓋保護減少了粘粒的流失，運用農(nóng)地生態(tài)草溝作為農(nóng)地地塊內(nèi)的輔助排水溝道，能夠顯著保持溝道土壤中粘粒的含量，控制溝道土壤在沖刷作用下的粗化作用。當(dāng)坡度為5°時，農(nóng)地生態(tài)草溝土壤分散系數(shù)較低，T-3和T-4.5分別為64.21%和63.28%，低于供

6、試土壤，溝道種植狗牙根后根系對于土壤的固持作用以及植被覆蓋對于土壤流失的控制作用，這些都能最終反映在對土壤微團聚體的改善作用上。當(dāng)坡度比降上升到10°時，坡度對于土壤流失的控制作用增大，但較小粒級的土壤顆粒仍舊處于脆弱且容易流失的狀態(tài)，故沖刷后溝道土壤微團聚體分散系數(shù)表現(xiàn)出下降的趨勢，但其下降程度有限。
　?。?）農(nóng)地內(nèi)輔助排水溝道有無定植草本對徑流進行機械攔截對溝道的沖刷效果有極大影響，T使得徑流初始流速降低了46%~82%，使

7、得溝道沖刷時穩(wěn)定流速降低了45%~71%，與此同時，沖刷流量設(shè)計為4.5L/min的試驗組其產(chǎn)沙量要高于沖刷流量設(shè)計為3L/min的試驗組，在各個坡度下，不同處理下徑流平均徑流含沙量大小規(guī)律表現(xiàn)為T-3　　（4

8、）農(nóng)地生態(tài)草溝中徑流養(yǎng)分變化也表現(xiàn)的是徑流中物質(zhì)沉降吸附和溝道土壤養(yǎng)分流失最終的結(jié)果。坡度比降為5°時，農(nóng)地生態(tài)草溝對于污水徑流中COD負荷具有一定的削減作用（削減率為8.86%~14.00%），但當(dāng)生態(tài)草溝坡度比降為10°時生態(tài)草溝反而增加了徑流中的COD污染負荷。分析不同坡度和不同設(shè)計沖刷流量下農(nóng)地生態(tài)草溝對污水徑流中總氮的去除效率，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)情況下T對徑流中的總氮負荷具有削減效果（削減率在2.46%~33.39%）。對于磷素來說，