农田生态拦截沟渠试验与示范课件.ppt

1、LOGO指导教师：郭匿春指导教师：郭匿春生态拦截过程中浮游生物小生态系统研究生态拦截过程中浮游生物小生态系统研究组员：黄开胜、鲍俊杰、组员：黄开胜、鲍俊杰、王情、王情、夏云、尹成杰等夏云、尹成杰等汇报人：黄开胜汇报人：黄开胜2013.5.22课题的结构和主要内容课题的结构和主要内容u第一部分第一部分 研究背景及意义研究背景及意义u第二部分第二部分 研究内容研究内容u第三部分第三部分 研究方法研究方法u第四部分第四部分 结果分析结果分析u第五部分第五部分 结论总结结论总结 研究背景：研究背景：农田面源污染已成为我国江河湖泊重要污染来农田面源污染已成为我国江河湖泊重要污染来源之一。源之一。 有研究

2、表明，巢湖、洱海、淀山湖、密云水库、有研究表明，巢湖、洱海、淀山湖、密云水库、于桥水库等水域，面源污染的比例已经超过点源于桥水库等水域，面源污染的比例已经超过点源污染，已上升为威胁饮用水源的主要原因。根据污染，已上升为威胁饮用水源的主要原因。根据20052005年统计，巢湖、太湖和滇池流域，总年统计，巢湖、太湖和滇池流域，总P P、总、总N N和和CODCOD中来自农业面源污染的分别占中来自农业面源污染的分别占50506060、60607070、30306060。 一、研究的背景及意义一、研究的背景及意义 美国环保局美国环保局20032003年的调查结果显示，年的调查结果显示，农业面源农业面源

3、污染是美国河流和湖泊污染的第一大污染源污染是美国河流和湖泊污染的第一大污染源，导致约导致约4040的河流和湖泊水体水质不合格。在的河流和湖泊水体水质不合格。在欧洲国家，农业面源污染同样是造成水体、特欧洲国家，农业面源污染同样是造成水体、特别是地下水硝酸盐污染的首要来源，也是造成别是地下水硝酸盐污染的首要来源，也是造成地表水中磷富集的主要原因。中国农业科学院地表水中磷富集的主要原因。中国农业科学院的研究成果显示；在中国水体污染严重的流域，的研究成果显示；在中国水体污染严重的流域，农田、农村畜禽养殖和城乡结合部地带的排污农田、农村畜禽养殖和城乡结合部地带的排污是造成流域水体氮、磷富营养化的主要原因

4、，是造成流域水体氮、磷富营养化的主要原因，其贡献大大超过来自城市地区生活点源污染和其贡献大大超过来自城市地区生活点源污染和工业点源污染。工业点源污染。一、研究的背景及意义一、研究的背景及意义一、研究的背景及意义一、研究的背景及意义一、研究的背景及意义一、研究的背景及意义 国内外研究进展：国内外研究进展： 国内外对农业面源污染而导致的水体富营养化越来国内外对农业面源污染而导致的水体富营养化越来越重视，大量的应用了生态沟渠塘工程来拦截农田越重视，大量的应用了生态沟渠塘工程来拦截农田径流中的氮磷面源污染（径流中的氮磷面源污染（Patty et al, 1997; Patty et al, 1997;

5、 张红张红举和陈方，举和陈方，2010; 2010; 薛国红等，薛国红等，20112011）。）。研究表明生研究表明生态沟渠中的大型水生植物具有拦截外源营养、吸收态沟渠中的大型水生植物具有拦截外源营养、吸收内源氮磷的功能，水生植物的根茎能抑制底泥中营内源氮磷的功能，水生植物的根茎能抑制底泥中营养物的释放，而在生长后期又能较方便地去除，带养物的释放，而在生长后期又能较方便地去除，带走水体中过多的营养物走水体中过多的营养物(Eghball et al. 2000; (Eghball et al. 2000; 蒋蒋治国等治国等, 2009), 2009)。如李贵宝等。如李贵宝等(2005)(2005

6、)对生态拦截白洋对生态拦截白洋淀地区的农业非点源污染时发现淀地区的农业非点源污染时发现, ,芦苇对磷的净化能芦苇对磷的净化能力最强力最强, , 最高可达最高可达98.1 %98.1 %。因此，。因此，设计和兴建以水设计和兴建以水生植被为主体的农田生态拦截沟，对于巢湖富营养生植被为主体的农田生态拦截沟，对于巢湖富营养化的控制和水质净化具有至关重要的作用化的控制和水质净化具有至关重要的作用( (殷福才和殷福才和张之源，张之源，2003)2003)。研究意义研究意义( (生态拦截沟的作用生态拦截沟的作用) )：u在农田排水集中的地区设置合理的拦截沟起到人工湿地的在农田排水集中的地区设置合理的拦截沟起

7、到人工湿地的作用，对农田流出的水进行一次营养过滤；作用，对农田流出的水进行一次营养过滤；u拦截技术是采用生态湿地处理技术、生态隔离带技术及农拦截技术是采用生态湿地处理技术、生态隔离带技术及农区自然沟渠缓冲结合可以减少表土径流及氮磷污染物的流区自然沟渠缓冲结合可以减少表土径流及氮磷污染物的流失；失；u采用生态拦截技术控制农业面源污染，研究浮游生物小生采用生态拦截技术控制农业面源污染，研究浮游生物小生态系统的变化对水体污染的指示作用和浮游生物对拦截系态系统的变化对水体污染的指示作用和浮游生物对拦截系统的稳定作用，从而达到控制养分流失，实现养分再利用，统的稳定作用，从而达到控制养分流失，实现养分再利

8、用，减少水体污染物的目的，探讨浮游生物小生态系统的变化减少水体污染物的目的，探讨浮游生物小生态系统的变化及其在污染物消减过程中的作用机理。及其在污染物消减过程中的作用机理。一、研究的背景及意义一、研究的背景及意义一、研究的背景及意义一、研究的背景及意义生生态态拦拦截截沟沟一、研究的背景及意义一、研究的背景及意义二、研究内容二、研究内容 研究内容：研究内容： 研究农田生态拦截沟中氮磷营养盐、浮游甲壳动研究农田生态拦截沟中氮磷营养盐、浮游甲壳动物和水生植被的相互作用关系。分析生态拦截过物和水生植被的相互作用关系。分析生态拦截过程中，浮游甲壳动物的群落结构与生态拦截沟的程中，浮游甲壳动物的群落结构与

9、生态拦截沟的不同区段、氮磷营养盐浓度和水生植被之间的关不同区段、氮磷营养盐浓度和水生植被之间的关系。探讨农田生态拦截沟在降低农业面源污染和系。探讨农田生态拦截沟在降低农业面源污染和净化水质中的潜在机理，并就如何进一步维护农净化水质中的潜在机理，并就如何进一步维护农田生态拦截沟中水生态系统的稳态提供建议。田生态拦截沟中水生态系统的稳态提供建议。二、研究内容二、研究内容三、研究方法三、研究方法3.1 3.1 生态拦截沟的建立：生态拦截沟的建立： 在巢湖市烔炀镇西宋村农田生态示范基地中建成两条长达在巢湖市烔炀镇西宋村农田生态示范基地中建成两条长达263263米的生米的生态拦截沟，沟上口宽：态拦截沟，

10、沟上口宽：1.8m1.8m，沟底宽：，沟底宽：1.2m1.2m，沟高：，沟高：0.6m0.6m。沟顶种。沟顶种植三种冠幅植三种冠幅60cm60cm灌木灌木: :红花檵木红花檵木; ;红叶石楠和冬青卫矛。株距红叶石楠和冬青卫矛。株距1.5m1.5m，间隔种植，红绿相间；两侧为间隔种植，红绿相间；两侧为50cm50cm宽黑麦草草坪。沟内两侧壁种植宽黑麦草草坪。沟内两侧壁种植二种小型藤本植物：常春藤和络石。株距二种小型藤本植物：常春藤和络石。株距30cm30cm，五株间种。沟底种，五株间种。沟底种植茭白、石菖蒲、水芹、刺苦草等水生植物来消减农田中氮磷营养植茭白、石菖蒲、水芹、刺苦草等水生植物来消减农

11、田中氮磷营养物质的排放，来控制农田生态示范基地的农业面源污染。物质的排放，来控制农田生态示范基地的农业面源污染。三、研究方法三、研究方法 分四段生态拦截区来拦截农业面源污染，每段生态分四段生态拦截区来拦截农业面源污染，每段生态拦截区分别种植挺水植物茭白、石菖蒲、水芹、浮拦截区分别种植挺水植物茭白、石菖蒲、水芹、浮叶植物菱角和沉水植物刺苦草。每月采样两次，采叶植物菱角和沉水植物刺苦草。每月采样两次，采样点分别为样点分别为D2-1, D2-2, D2-3, D3-1, D3-2, D4-2, D2-1, D2-2, D2-3, D3-1, D3-2, D4-2, D6D6和和D7D7八个采样点。其

12、中八个采样点。其中, D6, D6和和D7D7两采样点作为生两采样点作为生态拦截沟的进水口和出水口采样点态拦截沟的进水口和出水口采样点, , 其余采样点设其余采样点设置在不同的水生植物培植区中。置在不同的水生植物培植区中。三、研究方法三、研究方法3.2 3.2 水体营养盐分析：水体营养盐分析： 实验室内，总磷（实验室内，总磷（TPTP）浓度由未过滤的水样）浓度由未过滤的水样经经K K2 2S S2 2O O8 8( (过硫酸钾过硫酸钾)+NaOH)+NaOH消化成磷酸盐之后消化成磷酸盐之后用钼锑抗比色法用钼锑抗比色法(Ebina (Ebina 等等, 1983), 1983)测定。在测定。在消

13、化总磷的同时，总氮（消化总磷的同时，总氮（TNTN）被消化成硝酸）被消化成硝酸盐后在盐后在220 nm220 nm处测定吸光值，处测定吸光值，NONO3 3NN通过自通过自动化的动化的Korolev/CadmiumKorolev/Cadmium还原法测定。氨氮还原法测定。氨氮（NHNH4 4-N-N）用纳氏试剂分光光度法测定）用纳氏试剂分光光度法测定, , 总溶解总溶解磷磷(TSP)(TSP)用用0.45 m0.45 m孔径的孔径的GF/CGF/C膜过滤后的水膜过滤后的水样经钼锑抗比色法测定。样经钼锑抗比色法测定。可可编辑编辑三、研究方法三、研究方法3.3 3.3 浮游甲壳动物分析浮游甲壳动物

14、分析 定性水样用定性水样用1313号浮游生物网在水中作号浮游生物网在水中作“”“”字型字型拖拖10 min, 4 10 min, 4 福尔马林保存。定量水样用采水福尔马林保存。定量水样用采水器在采水点上、中、下水层采集混合样，大型浮器在采水点上、中、下水层采集混合样，大型浮游甲壳动物游甲壳动物( (枝角类、桡足类枝角类、桡足类) )定量水样取定量水样取10 L10 L，后用后用2525号生物网进行过滤，加入号生物网进行过滤，加入4 4 福尔马林保福尔马林保存于存于50 ml50 ml塑料方瓶中。用生物显微镜进行检测，塑料方瓶中。用生物显微镜进行检测，种类鉴定方法参照蒋燮治和堵南山（种类鉴定方法

15、参照蒋燮治和堵南山（19791979）。）。三、研究方法三、研究方法3.4 3.4 浮游甲壳动物的生物多样性分析浮游甲壳动物的生物多样性分析 利用水生生物群落结构的变化来评价农田生态拦截沟在降利用水生生物群落结构的变化来评价农田生态拦截沟在降低农业面源污染和净化水质中的作用，生物多样性指数便低农业面源污染和净化水质中的作用，生物多样性指数便属于这种方法。浮游生物多样性研究方法，参照吴朝和张属于这种方法。浮游生物多样性研究方法，参照吴朝和张庆国（庆国（20092009）的辛普森多样性指数）的辛普森多样性指数(Simpsons diversity (Simpsons diversity index

16、):index): 在公式中，在公式中，PiPi为属于种为属于种i i的个体在全部个体中的比例；的个体在全部个体中的比例；S S为为物种数目。物种数目。SimpsonSimpson指数指数(D)(D)又称为优势度指数，是对多样又称为优势度指数，是对多样性的反面即集中性的度量。是基于在一个无限大小的群落性的反面即集中性的度量。是基于在一个无限大小的群落中，随机抽取中，随机抽取2 2个个体，它们属于同一物种的概率是多少这个个体，它们属于同一物种的概率是多少这样的假设而推导出来的。样的假设而推导出来的。SimpsonSimpson指数指数(D)(D)值越大，则多样值越大，则多样性越高。性越高。四、结

17、果分析四、结果分析4.1 4.1 生态拦截沟中氮磷营养盐的消减生态拦截沟中氮磷营养盐的消减 试验期间生态拦截沟渠中的总氮含量在试验期间生态拦截沟渠中的总氮含量在1.022-2.650 mg/L1.022-2.650 mg/L之间之间波动波动, , 硝态氮浓度在硝态氮浓度在0.153-1.484 mg/L0.153-1.484 mg/L之间波动之间波动, , 铵态氮在铵态氮在0.052 -0.936 mg/L0.052 -0.936 mg/L之间波动之间波动, , 总磷浓度在总磷浓度在0.048-0.309 mg/L0.048-0.309 mg/L之之间波动间波动, , 总溶解磷浓度在总溶解磷浓

18、度在0.004-0.148 mg/L0.004-0.148 mg/L之间波动。其中进之间波动。其中进水口水口D6D6总氮含量为总氮含量为1.615 mg/L, 1.615 mg/L, 出水口出水口D7D7总氮含量为总氮含量为1.392 1.392 mg/Lmg/L，消减率为，消减率为13.79 %13.79 %。进水口。进水口D6 D6 总磷含量为总磷含量为0.155 mg/L, 0.155 mg/L, 出水口出水口D7D7总磷含量为总磷含量为0.137 mg/L0.137 mg/L，消减率为，消减率为11.43 %11.43 %。进水口。进水口D6D6硝态氮含量为硝态氮含量为0.836 mg

19、/L, 0.836 mg/L, 出水口出水口D7D7硝态氮含量为硝态氮含量为1.392 mg/L1.392 mg/L，消减率为，消减率为17.95 %17.95 %。进水口。进水口D6D6铵态氮含量为铵态氮含量为0.197 mg/L, 0.197 mg/L, 出水出水口口D7D7铵态氮含量为铵态氮含量为0.217 mg/L, 0.217 mg/L, 铵态氮含量略有上升。进水口铵态氮含量略有上升。进水口D6D6总溶解磷含量为总溶解磷含量为0.083 mg/L, 0.083 mg/L, 出水口出水口D7D7总溶解磷含量为总溶解磷含量为0.042 0.042 mg/Lmg/L，消减率为，消减率为49

20、.71 %49.71 %。进水口氮磷比值为。进水口氮磷比值为11.2211.22，出口处氮，出口处氮磷比值为磷比值为12.8412.84，生态拦截后水体的氮磷比上升了，生态拦截后水体的氮磷比上升了14.46 %14.46 %。四、结果分析四、结果分析u4.2 4.2 浮游甲壳动物群落结构分析浮游甲壳动物群落结构分析 农田生态拦截沟共检测到浮游甲壳动物农田生态拦截沟共检测到浮游甲壳动物2121属属2727种，其中以桡足类为主，共种，其中以桡足类为主，共计计1010属属1414种，占种类组成的种，占种类组成的51.85 %51.85 %；枝角类；枝角类1111属属1313种，占种，占48.15 %

21、 48.15 % 。水体。水体中的枝角类优势种主要有微型裸腹溞中的枝角类优势种主要有微型裸腹溞Moina micruraMoina micrura、角突网纹溞、角突网纹溞Ceriodaphni cornutaCeriodaphni cornuta和矩形尖额溞和矩形尖额溞Alona rectangulaAlona rectangula，桡足类优势种主，桡足类优势种主要有台湾温剑水蚤要有台湾温剑水蚤Thermocyclops taihokuensisThermocyclops taihokuensis、中华窄腹水蚤、中华窄腹水蚤Limnoithona sinensisLimnoithona sin

22、ensis、绿色近邻水蚤、绿色近邻水蚤Tropocyclops prasinusTropocyclops prasinus和汤匙华和汤匙华哲水蚤哲水蚤Sinocalanus dorriiSinocalanus dorrii。各站点中台湾温剑水蚤均占优势地位，其中。各站点中台湾温剑水蚤均占优势地位，其中进水口进水口D6D6以台湾温剑水蚤以台湾温剑水蚤Thermocyclops taihokuensisThermocyclops taihokuensis、中华窄腹水蚤、中华窄腹水蚤Limnoithona sinensisLimnoithona sinensis占优势地位，分别占总量的占优势地位，分

23、别占总量的45 %45 %和和27 %27 %，而出水口，而出水口D7D7以角突网纹溞以角突网纹溞Ceriodaphni cornutaCeriodaphni cornuta、隆线溞、隆线溞Daphnia carinataDaphnia carinata和台湾和台湾温剑水蚤温剑水蚤Thermocyclops taihokuensisThermocyclops taihokuensis占优势地位，分别占总量的占优势地位，分别占总量的45 %45 %、16 %16 %和和22 %22 %。经生态拦截后，溞属种类（包括隆线溞和透明溞）也从占总。经生态拦截后，溞属种类（包括隆线溞和透明溞）也从占总量的

24、量的0 %0 %上升到占总量的上升到占总量的22 % 22 % 。四、结果分析四、结果分析图图 1 1 生态拦截沟进水口（左）和出水口（右）中浮游甲生态拦截沟进水口（左）和出水口（右）中浮游甲壳动物群落结构对比壳动物群落结构对比四、结果分析四、结果分析4.3 4.3 浮游甲壳动物生物多样性变化浮游甲壳动物生物多样性变化 从浮游甲壳动物的生物多样性来看，农田生态拦截沟中浮游从浮游甲壳动物的生物多样性来看，农田生态拦截沟中浮游甲壳动物的辛普森多样性指数甲壳动物的辛普森多样性指数(Simpsons diversity (Simpsons diversity index)index)平均值为平均值为0

25、.62250.6225， 其中上游进水口的其中上游进水口的SimpsonSimpson指数为指数为0.69740.6974，下游出水口的，下游出水口的SimpsonSimpson指数为指数为0.65650.6565， 生态拦截前生态拦截前后的后的SimpsonSimpson指数相差不大。指数相差不大。SimpsonSimpson指数最高值出现在农田指数最高值出现在农田生态拦截沟中水生植物生物量最高的生态拦截沟中段生态拦截沟中水生植物生物量最高的生态拦截沟中段D3-2D3-2处处，最高值为，最高值为0.75810.7581。浮游甲壳动物的生物多样性与水体中的。浮游甲壳动物的生物多样性与水体中的氮

26、磷营养盐浓度、水生植物的种类关系不大，可能只是与水氮磷营养盐浓度、水生植物的种类关系不大，可能只是与水生植物的生物量及对其庇护作用有关。如茭白、苦草、水芹生植物的生物量及对其庇护作用有关。如茭白、苦草、水芹和石菖蒲种植区中浮游甲壳动物的和石菖蒲种植区中浮游甲壳动物的Simpson Simpson 指数分别为指数分别为0.6974, 0.5704, 0.70070.6974, 0.5704, 0.7007和和0.5944(0.5944(图图2)2)。四、结果分析四、结果分析图图2 2 农田生态拦截沟中各采样点的浮游甲壳动物生物多样性指数农田生态拦截沟中各采样点的浮游甲壳动物生物多样性指数五、结论

27、与总结五、结论与总结u结论：农田生态拦截沟中的水生植被不仅结论：农田生态拦截沟中的水生植被不仅具有与水体中的浮游植物直接竞争氮磷营具有与水体中的浮游植物直接竞争氮磷营养盐的能力养盐的能力, , 还可以通过对浮游甲壳动物还可以通过对浮游甲壳动物的庇护作用造成浮游甲壳动物群落结构的的庇护作用造成浮游甲壳动物群落结构的改变，增强其对浮游植物的摄食能力。同改变，增强其对浮游植物的摄食能力。同时，浮游甲壳动物对水体中磷的吸收和储时，浮游甲壳动物对水体中磷的吸收和储藏作用又会造成水体中生物有效利用磷含藏作用又会造成水体中生物有效利用磷含量的下降和氮磷比的上升量的下降和氮磷比的上升, , 进而达到藻类进而达

28、到藻类控制和水质净化的目的。控制和水质净化的目的。五、结论与总结五、结论与总结拦截前拦截前( (左图左图) )后后( (右图右图) )水质对水质对比比五、结论与总结五、结论与总结生态拦截作用一方面通过生态拦截作用一方面通过水生植物既达到控制养分水生植物既达到控制养分流失，又实现养分循环再流失，又实现养分循环再利用，另一方面水生植物利用，另一方面水生植物又通过对浮游动物的保护又通过对浮游动物的保护作用增强其对浮游植物的作用增强其对浮游植物的摄食量，双重效果从而减摄食量，双重效果从而减少水体污染物的目的。少水体污染物的目的。五、结论总结五、结论总结总结与推广运用总结与推广运用. .生态拦截措施有多种生态拦截措施有多种, ,包括生态沟渠、植草带、湿地、包括生态沟渠、植草带、湿地、缓冲带、芦苇地、植物篱等；缓冲带、芦苇地、植物篱等；针对流域范围内农田径流和草地污染针对流域范围内农田径流和草地污染, ,生态拦截是有生态拦截是有效措施之一效措施之一, ,对江河湖泊以及地下水保护有积极意义。对江河湖泊以及地下水保护有积极意义。以生态拦截技术做为农业生态补偿抓手来控制农业以生态拦截技术做为农业生态补偿抓手来控制农业面源污染非常必要。面源污染非常必要。五、结论总结五、结论总结拦截后水质有所改观拦截后水质有所改观请各位专家老师批评指正！请各位专家老师批评指正！2022-5-15可编辑可编辑