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植被过滤带对地表径流中泥沙和杀虫剂的净化效果.docx

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植被过滤带对地表径流中泥沙和杀虫剂的净化效果.docx

上传人:科技星球 2024/4/23 文件大小:36 KB

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】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。植被过滤带对地表径流中泥沙和杀虫剂的净化效果??刘兴誉,杨方社,*,李怀恩,王浩,马艺坤,张鸿敏,韩琛(,西安710127;,西安710048)植被过滤带对地表径流中泥沙和杀虫剂的净化效果刘兴誉1,杨方社1,2*,李怀恩2,王浩1,马艺坤1,张鸿敏1,韩琛1(,西安710127;,西安710048)通过含沙水流试验,测定了植被过滤带对泥沙、高效*********菊酯的净化效果。结果表明:入流流量、植被条件是影响植被过滤带拦沙效果的重要因素;高效*********菊酯的入流浓度越高,植被过滤带断面测定浓度沿程降低越快,、、·L-1时,草地过滤带对高效*********菊酯的拦截率平均达到61%、71%、75%,灌草地过滤带对高效*********菊酯的拦截率平均达到52%、69%、74%;入流流量越大,植被过滤带监测断面上的高效*********菊酯浓度沿程降低越慢,、、·s-1时,草地过滤带对高效*********菊酯的拦截率平均达到61%、50%、33%,灌草地过滤带对高效*********菊酯的拦截率平均达到52%、44%、40%。研究证实,植被过滤带能有效拦截泥沙、高效*********菊酯,对农业面源污染具有较好的防治效果。植被过滤带;泥沙;高效*********菊酯;拦截效率我国是农药生产和使用大国,×106~1×106t化学农药[1],由于农药的利用效率低,约80%的农药直接进入环境[2]。拟除虫菊酯农药是一类高效、广谱的杀虫剂,具有化学性质稳定、不易光解、残留期长等特点,可通过喷雾漂移、降雨降尘、地表径流及农田排水等多种途径在水体中汇集,对鱼类等水生生物有较高的毒性[3]。高效*********菊酯是其中的一种,近年来,被广泛应用于农林业和卫生害虫的防治,虽然有助于提高农作物产量,但也带来了环境污染和食品安全等问题。相关研究表明,植被过滤带(Vegetativefilterstrips,VFS)可有效地拦截、滞留泥沙和有效削减进入受纳水体的氮、磷等污染物负荷量,因而在防治农业面源污染方面具有显著作用[4-6],逐渐成为一种成本低廉且富有成效的生态工程措施[7]。植被过滤带自15—16世纪开始在欧洲得到应用,并在1978年被美国推荐为“最佳管理措施”之一[8],而植被过滤带在我国的应用还处于探索阶段。目前国内专家学者进行了一系列有关植被过滤带的试验研究,如李怀恩等[5]研究了植被过滤带对地表径流中污染物的净化效果,黄沈发等[9]对上海地区滨岸缓冲带植被的选择及其种植开展了试验研究,卜晓莉等[10]针对湖滨林草复合缓冲带对泥沙和氮磷的拦截效果进行了研究,何聪等[11]模拟研究了草皮缓冲带对农田径流中氮磷的去除效果,肖波等[12]研究表明植被过滤带对除草剂阿特拉津具有较好的拦截效果。目前,针对植被过滤带对氮、磷以及泥沙的净化效果研究较多[9-11],而对农药等新型农业污染物的研究普遍较少[12-14]。国内外对于高效*********菊酯的研究主要集中在分析方法、农副产品和土壤中的残留行为[15-16]、生理毒性[17-18]等方面,关于植被过滤带对高效*********菊酯净化效果的研究还未见报道。本文通过含沙水流试验,比较分析了不同植被过滤带条件下泥沙、高效*********菊酯的入流、出流浓度,探讨了不同参数条件下,植被过滤带对泥沙、高效*********菊酯的净化效果及其主要影响,以期在防治高效*********菊酯引起的农业污染过程中,为植被过滤带的规划与设计提供理论依据。,试验地土壤为黄黏土,~·kg-1,~,属于微碱性土壤,高效*********菊酯未检出。本试验设置2条植被过滤带,分别为草地过滤带(野生草本植物)和灌草地过滤带(野生草本植物和灌木——水土保持先锋树种沙棘)。~,植被过滤带尺寸均为7m×。沙棘栽植时间为2015年3月,均采用交错梅花型布置方式栽植。过滤带之间修建隔水墙,其上游建有蓄水池和消力池,蓄水池出口处安装阀门,用于控制流量。试验设施平面图见图1,植被措施剖面图见图2。图1试验设施平面图Figure1Layoutofthetestfacilities图2植被措施剖面图Figure2Profileofthevegetation过滤带植被调查结果显示:草地过滤带生长有艾草(Artemisiaprinceps)、小蓬草(ConyzaCanadensis(L.)Cronq)等草本植物,密度较小;灌草地过滤带内沙棘长势良好,但沙棘过高的郁闭度影响了过滤带内草本群落的发育,沙棘下生长有低矮的狗尾巴草(Setairaviridis(L.)Beauv)、三叶草(TrifoliumrepensL.)。-农药,以模拟农田地表径流,通过放水试验,采集植被过滤带入流和出流水样。泥沙浓度为10g·L-1,高效*********、、·L-1。试验方案见表1。本次试验时间为2016年7月4日至7月20日。试验采集水样14场次,每场次试验共设6个采样断面,、、、、、,每个断面取2个样,即每场次试验共收集12个水样,总采样数为168个。水流流过每个断面1min后迅即在该断面采样,采样点分布在水槽中部水流表面以下2cm。放水过程中同时在采样点处取水样,然后带回实验室进行含沙量及高效*********菊酯分析。*********菊酯的测定含沙量的测定:收集的样品经沉淀、过滤、分离后测定径流(量取体积)和泥沙(烘干后称质量),计算含沙量,每个断面的含沙量取其平均值。高效*********菊酯的测定:量取20mL水样加入50mL的离心管中,加入20mL二***甲烷,加盖,振荡20s,3800r·min-1离心5min,取出二***甲烷层,再用20mL二***甲烷萃取水样,合并两次萃取液后浓缩至近干,甲醇定容1mL,然后用液相色谱测定[19-20]。,本研究以污染物质量浓度削减率作为净化效果的评价指标,。净化效果的评价公式如下:式中:Rc为污染物质量浓度削减率,%;C进为入流污染物质量浓度,mg·L-1;C出为出流污染物质量浓度,mg·L-1。。图3(a)·s-1时泥沙浓度随植被过滤带长度的变化关系图,草地过滤带泥沙浓度先增大后减小,然后略微增大再减小,整体上呈减小趋势。这是由于径流刚进入过滤带,径流量大,流速较快,挟沙能力较强,泥沙浓度增大;随着径流向前推移,过滤带表面糙率大,土壤渗透性强,部分径流进入土壤内部,径流量变小,速度变缓,挟沙能力降低[21];可能由于草地过滤带中间少许区域草本植物密度相对较低,个别地方下垫面近乎裸露,易于被侵蚀冲刷,泥沙浓度略显增大。灌草地过滤带泥沙浓度先减小后增大再减小,整体上呈现减小的趋势。这是由于径流刚进入过滤带内,由于沙棘对水流的阻滞作用,导致流速减小,挟沙能力降低;随着径流的向前推移,泥沙浓度显著增大,可能由于沙棘根围处土壤渗透性弱,加之植被过滤带后段沙棘长势较差,径流量变大,挟沙能力增强。·s-1时,、、、、、,%、%、%、%、%、%,%、%、%、%、%、%,整体上灌草地过滤带对泥沙的拦截效果较好。这主要是由于灌草地过滤带内除沙棘之外还有大量低矮狗尾巴草、三叶草,其密度较大,而草地过滤带内大多为艾草、小蓬草等草本植物,密度较小。图3不同流量情况下泥沙浓度随植被过滤带长度的变化关系Figure3RelationshipbetweenthesedimentconcentrationandthelengthofVFSunderdifferentdischarges图3(b)·s-1时,泥沙浓度随植被过滤带长度的变化关系图。草地过滤带泥沙浓度呈逐渐增大趋势。灌草地过滤带泥沙浓度先增大后减小,然后增大再减小,但整体呈增大趋势。这是由于流量较大时,过滤带内的径流深度也随之加深,水流漫过较低矮的草本植物形成淹没流,此时曼宁糙率较非淹没流时大幅降低,且会随着水流深度的增加而减小,从而造成植被过滤带对水流的阻滞作用下降[22]。灌草地过滤带泥沙浓度波动明显,主要是因为沙棘对水流有一定的阻滞作用。·s-1时,、、、、、,%、%、%、%、%、%,%、%、%、%、%、%。整体上草地过滤带对泥沙的拦截效果较好。这主要是由于草地过滤带中水流未漫过艾草和小蓬草等草本植物,艾草和小蓬草对水流阻滞作用相对较大。上述分析表明,入流流量、植被密度长势等是影响植被过滤带拦沙效果的重要因素。*********菊酯的拦截效果高效*********菊酯浓度随植被过滤带长度的变化关系见图4和图5。图4表明,不同高效*********菊酯入流浓度情况下,其浓度随过滤带长度增加而减小,且二者均成显著的线性负相关关系:·L-1时,r灌=-,r草=-;·L-1时,r灌=-,r草=-;·L-1时,r灌=-,r草=-。3种不同入流浓度下(、、·L-1),草地过滤带监测断面高效*********、、;灌草地过滤带监测断面高效*********、、,其降低速率快慢与入流浓度大小呈同一趋势,即入流高效*********菊酯浓度越高,则其监测断面浓度沿程降低越快。图4(a)中,草地过滤带高效*********菊酯浓度明显小于灌草地过滤带,、、、、、,草地过滤带对高效*********%、%、%、%、%、%,%、%、%、%、%、%,即草地过滤带对径流中高效*********菊酯的拦截效果较好。图4(b)中,草地过滤带高效*********菊酯浓度略小于灌草地过滤带,、、、、、,草地过滤带对高效*********%、%、%、%、%、%,%、%、%、%、%、%,即草地过滤带对径流中高效*********菊酯的拦截效果略好。图4(c)中,过滤带前2m范围内,草地过滤带高效*********菊酯浓度大于灌草地过滤带,过滤带2~7m范围内,灌草地过滤带高效*********菊酯浓度大于草地过滤带。出现这一现象,可能是由于放水试验刚开始时,灌草地过滤带和草地过滤带入流流量略有偏差。、、、、、,草地过滤带对高效*********%、%、%、%、%、%,%、%、%、%、%、%,即草地过滤带对径流中高效*********菊酯的拦截效果略好。图4不同入流浓度情况下高效*********菊酯浓度随植被过滤带长度变化关系Figure4RelationshipbetweentheconcentrationofLambdacyhalothrinandthelengthofVFSunderdifferentconcentrations上述分析表明,在不同高效*********菊酯入流浓度情况下,草地过滤带对径流中高效*********菊酯的拦截效果优于灌草地过滤带。、、·L-1时,草地过滤带对高效*********菊酯的拦截率平均达到61%、71%、75%,灌草地过滤带对高效*********菊酯的拦截率平均达到52%、69%、74%。图4(a)和图5表明,不同流量情况下,高效*********菊酯浓度随过滤带长度增加而减小,且二者均呈显著的线性负相关关系:·s-1时,r灌=-,r草=-;·s-1时,r灌=-,r草=-;·s-1时,r灌=-,r草=-。3种不同入流流量情况下(、、·s-1),草地过滤带监测断面高效*********、、;灌草过滤带监测断面高效*********、、,其降低速率快慢与入流流量大小呈相反趋势,即入流流量越大则其监测断面浓度沿程降低越慢。图5(a)中,草地过滤带高效*********菊酯浓度明显小于灌草地过滤带,、、、、、,草地过滤带对高效*********%、%、%、%、%、%,%、%、%、%、%、%,即草地过滤带对径流中高效*********菊酯的拦截效果明显较好。图5(b)中,灌草地过滤带高效*********菊酯浓度小于草地过滤带,、、、、、,灌草地过滤带对高效*********%、%、%、%、%、%,%、%、%、%、%、%,即灌草地过滤带对径流中高效*********菊酯的拦截效果较好。上述分析表明,·s-·s-1时,草地过滤带对径流中高效*********菊酯的拦截效果优于灌草地过滤带;·s-1时,灌草地过滤带对径流中高效*********菊酯的拦截效果优于草地过滤带;、、·s-1时,草地过滤带对高效*********菊酯的拦截率平均达到61%、50%、33%,灌草地过滤带对高效*********菊酯的拦截率平均达到52%、44%、40%。图5不同流量情况下高效*********菊酯浓度随植被过滤带长度变化关系Figure5RelationshipbetweentheconcentrationofLambdacyhalothrinandthelengthofVFSunderdifferentdischarges3讨论关于植被过滤带对污染物净化效果的影响,对于入流流量、泥沙浓度等的选取,目前仍然存在差异。根据相关研究[5,23]以及调查当地农田灌溉强度等,结合具体试验条件,、、、、·s-1,泥沙浓度为10g·L-1。为了使高效*********菊酯浓度更能接近实际情况,本次研究随机调查30户农户,分为3组(每组10户),第一组高效*********·L-1,·L-1,·L-1。鉴于此,本研究设定高效*********、、·L-1。试验方案中放水时间有差异,原因可能是由于植被过滤带内土壤初始含水率不同、植被过滤带内植被条件不同、植物栽植密度不同、地表粗糙度不同等。当