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流域農業面源汙染治理技術研究取得新進展

發布時間:2019-11-25

在全球範圍內,30%~50%的地表水受到了農業面源汙染的影響(Bernhardt et al., 2005; Wang et al., 2019)。例如,在美國,農業面源氮、磷汙染輸入分別占所有湖泊、河流營養物質負荷總量的47%-57%52%-64%。中國化肥年生産量約占世界總量的1/3,消費量約占世界總量的35%,是世界上最大的化肥生産國和消費國之一。調查數據顯示,自2000年以來,農業已經超過工業成爲我國最大的水汙染來源(環境保護部,2010)。農業面源氮、磷汙染逐漸成爲我國河流、湖泊、水庫富營養化治理關注的重點。由于磷、氮元素化學性質不同,它們在農田徑流中的賦存形態、遷移轉化過程及控制因素均存在很大差異。同步、高效地削減農業面源氮、磷汙染的輸入,降低其對地表水營養鹽的貢獻,是當前農業面源汙染治理面臨的一個技術挑戰。  

近期,陳敬安研究員課題組采用天然沸石(NZ)、鋁改性粘土(AMC)和镧改性膨潤土(LaMP)對中國廣西典型小流域(客蘭水庫)湖濱帶天然土壤進行改良,並在模擬條件下,研究了3種改良土壤對溶解態無機磷(DIP)和氨氮的去除效果及機理。結果表明,天然土壤粘粒、粉粒組分比例較高(粒徑<20μm75.2%),在試驗初期其DIP去除率大于95%。隨著農田退水不斷輸入,天然土壤對徑流DIP的去除率逐漸降低。與對照組相比,AMCLaMB改良土壤的DIP去除率實驗期內(46天)始終保持在較高水平,分別爲93.6%93.9%。然而,NZ改良土壤對徑流DIP的截留能力較弱。化學連續提取分析表明,AMC通過形成NaOH-PNaHCO3-P提高了土壤對磷素的固持能力,而LaMB通過形成NaOH-PNaHCO3-PResidual-P增強土壤的磷固持能力。此外,研究發現,LaMB改良土壤可同步、高效地去除農田徑流中的氨氮,去除率爲89.3%。利用AMCLaMB對湖濱帶土壤進行改良,被證明是一種潛在、有效的農業面源氮、磷汙染控制技術。本研究爲我國富營養化流域農業面源汙染治理和湖濱緩沖帶建設提供了重要參考。  

   

    1 天然土壤(a)和NZb)、AMCc)和LaMBd)改良土壤出水DIP濃度和去除率的時間變化  

   

    2 天然土壤(a)和NZb)、AMCc)和LaMBd)改良土壤出水中氨氮濃度和去除率的時間變化  

       

上述研究成果以“Simultaneous removal of phosphate and ammonium nitrogen from agricultural runoff by amending soil in lakeside zone of Karst area, Southern China”爲標題發表在國際知名SCI期刊《Agriculture, Ecosystems and Environment》上。全文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.agee.2019.106745  

本研究受廣西重大專項(AA17204078)、國家重點研發項目(2016YFA0601000)、中科院創新交叉團隊、國家自然科學基金項目(41773145)和中科院青年創新促進會等項目的資助。  

  (陳敬安課題組/供稿)