CN111360047A - 赤玉土的应用及去除农田沟渠中磷的方法和植物栽培基质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了赤玉土作为农田沟渠除磷基质坝基质的应用及去除农田沟渠中磷的方法和植物栽培基质，解决现有技术中没有专门针对颗粒态磷进行拦截的基质坝基质的问题。本发明的去除农田沟渠中磷的方法，在农田沟渠中修筑基质坝，基质坝的基质为赤玉土。本发明的植物栽培基质，包括吸附了农田沟渠中磷的赤玉土。本发明设计科学，构思奇妙。本发明首次提出了农田沟渠中的磷污染分为溶解态磷和颗粒态磷，为治理农田沟渠污染提供了新的思路。

Description

赤玉土的应用及去除农田沟渠中磷的方法和植物栽培基质

技术领域

本发明属于农业技术领域，具体涉及赤玉土的应用及去除农田沟渠中磷的方法和植物栽培基质。

背景技术

农业面源污染主要是指在农业生产活动中，由于农药、化肥等化学品的不合理施用以及畜禽养殖业等的任意排放，致使在此过程中产生的氮素和磷素等营养物质以及其他无机和有机污染物质，在降水或径流冲刷作用下，通过农田地表径流、农田排水和地下渗透等方式进入附近的受纳水体(如河流、湖泊、水库、海湾等)。

据2010年我国《第一次全国污染源普查公报》显示，农业源(不含农村生活源)总磷(TP)占排放总量的67.3％，其中种植业化肥的施用更是造成磷污染的主要原因。有关统计资料显示，2014年我国化肥总用量为5995.94万t，占世界化肥总用量的1/3，而化肥的农业利用率不到30％，有40％留在土壤层，通过降雨和灌溉排水而严重流失，含有大量磷营养元素的径流直接排入沟渠或者河流等水体中，造成水质的恶化。

磷素在水体中的存在多种形态，可分为颗粒态磷(PP)与溶解态磷(DP)。颗粒态磷是指水体中直径大于0.45μm以上颗粒物中所含的磷，而溶解态磷则包含水体中溶解的总磷和直径小于0.45μm的颗粒物的总磷。据大量调查研究表明，水体中的颗粒态磷占据了总磷的41.9％～88％，而农田径流中磷素的迁移也以PP为主，由于在一定条件下PP能够转化为DP，尤其是转化成可溶性活性磷(SRP)，最终通过沟渠排入河流或湖泊，对水体造成富营养化污染。

对于磷素的生态拦截技术主要是通过人工构建建筑物并将其与特选的植物、填料等进行合理组合设置，使含磷污水在进入受纳水体前经过拦截设施的处理，最大程度的减少最终流入水体的磷素含量。目前应用较多的磷素生态拦截技术有生态塘、人工湿地、植物缓冲带、生态沟渠等。在与众多的拦截措施相比较之下，生态沟渠对总磷具有较好的去除效果且运行费用较低。生态沟渠是对农田排水沟渠的一种改造，作为农业生态系统重要组成部分的农田排水沟渠，它既是农业污染物的最初汇集地，也是河流、湖泊等地表水体磷素输入的主要源头，若在排水沟渠这个迁移途径中进行对磷素尤其是颗粒态磷的控制，不仅可以有效改善农业磷素的污染情况，还能在修建拦截工程方面减少对土地的利用。目前，对生态沟渠的除磷研究主要是基于现场农田沟渠，且更多是对出水总磷进行监测以评价生态沟渠额除磷效果，也有部分对总磷去除机理及其迁移转化方面的研究，如，已有许多研究显示沟渠出水的总磷浓度受到多种因素的影响而有所不同，比如磷的进水浓度、沟渠里水的深度、水体的流速以及种植的植物情况等，而对于农田径流中有着较大比例的颗粒态磷的拦截效果却鲜有报道，也没有专门针对颗粒态磷进行拦截的基质坝基质。

因此，提供一种高效去除颗粒态磷的基质坝及其基质，应用到生态沟渠去除农业面源磷污染，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供赤玉土作为农田沟渠除磷基质坝基质的应用，解决现有技术中没有专门针对颗粒态磷进行拦截的基质坝基质的问题。

本发明还提供了一种去除农田沟渠中磷的方法。

本发明又提供了一种包括吸附了农田沟渠中磷的赤玉土的植物栽培基质。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所述的赤玉土作为农田沟渠除磷基质坝基质的应用。

进一步地，所述磷包括可溶性磷和颗粒态磷。

本发明所述的一种去除农田沟渠中磷的方法，在农田沟渠中修筑基质坝，所述基质坝的基质为赤玉土。

进一步地，所述基质坝的数量不少于两个，且沿水流方向间隔分布。

进一步地，所述基质坝的高度不低于沟渠土层高度的一半，且不高于沟渠土层高度的两倍。

本发明所述的一种植物栽培基质，包括吸附了农田沟渠中磷的赤玉土。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明设计科学，构思奇妙。本发明首次提出了农田沟渠中的磷污染分为溶解态磷和颗粒态磷，为治理农田沟渠污染提供了新的思路。

本发明中采用赤玉土作为基质坝的基质去除磷，对颗粒态磷具有优异的去除效果，去除率高达93.52％，从而有效改善农业磷素的污染情况。

此外，由于赤玉土作为一种土壤介质，已广泛应用于观赏植物的栽培，而植物的生长正需要磷源已满足自身的生长需求，吸附了磷的赤玉土可以作为植物的栽培基质，为植物的生长提供磷源，从而实现污染源的有效利用，为农业的可持续发展提供保障。

附图说明

附图1为实施例1中不同基质填料对颗粒态磷的去除效果图。

附图2为实施例2的基质坝的布设实验图，其中，A为高度5cm的基质坝布设图，B为高度10cm的基质坝布设图，C为高度15cm的基质坝布设图，D为空白对照组。

附图3为实施例2中12小时不同基质坝对颗粒态的去除效果图。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

本发明所述的赤玉土作为农田沟渠除磷基质坝基质的应用。

所述磷包括可溶性磷和颗粒态磷。

本发明所述的一种去除农田沟渠中磷的方法，在农田沟渠中修筑基质坝，所述基质坝的基质为赤玉土。

所述基质坝的数量不少于两个，且沿水流方向间隔分布。

所述基质坝的高度不低于沟渠土层高度的一半，且不高于沟渠土层高度的两倍。

本发明所述的一种植物栽培基质，包括吸附了农田沟渠中磷的赤玉土。

本发明实施例中，总磷、溶解态磷的含量测定参照《水和废水监测分析方法》(第四版)记载的方法进行，颗粒态磷量＝总磷量-溶解态磷量。

本发明实施例中所用测试仪器为UV1800紫外分光光度计。

本发明实施例中所用的人工配水是根据农田径流的水质特点，配置的水样。其具体方法为：选择常用的钙镁磷肥、过磷酸钙、少量土壤颗粒配置水样。土壤颗粒水洗过100um孔径的分析筛，过滤掉大于100um粒径的土粒，上层滤液用以配置试验水体，水体配置好后装入配水箱内，并在试验过程中，利用真空泵将空气泵入装有水体的配水箱中，使泥沙混合均匀。各指标的浓度变化控制在以下范围:SS:800～1000mg/L，TP:0.9～1mg/L，PP:0.5～0.7mg/L，pH:7～8。

实施例1

本实施例提供了基质筛选实验，具体为：

根据查阅文献对比了部分对磷有吸附性能的基质种类，参考了其市场价格，本研究初步选取了常见且经济的斜发沸石、陶粒、钢渣和赤玉土作为实验所用填料并对其进行筛选。在进行实验前先将这四种填料用经测定过不含磷素的清水浸泡，清洗干净。然后将粒径与质量相同的填料分别放入打孔的PVC管中，并注入磷浓度为0.9～1mg/L的人工配水。每种填料分别设置3个重复，静置一段时间后取通过填料过滤的水样，测定其TP、PP与DP的浓度，分析各种填料对TP以及PP的吸附效果，由此筛选出作为组合式沟渠系统填料的材料。结果如表1和附图1所示。

表1不同基质对颗粒态磷的去除结果表

	陶粒	沸石	赤玉土	钢渣
					颗粒态磷去除率	81.97％	89.86％	93.52％	77.77％

结果显示，赤玉土对颗粒态磷具有良好的去除效果，去除率达93.52％。五种基质填料对颗粒态磷的去除能力为：赤玉土＞沸石＞陶粒＞钢渣。

实施例2

本实施例提供了采用赤玉土作为基质的基质坝的布设实验，具体为：

生态沟渠的土层高度为10cm，分别在沟渠中设置了高度为5cm、10cm和15cm的基质坝，以不设填料的生态沟作为空白对照，具体见图2。沟渠的进水水样为人工配水，进水流量为5L/d，待系统稳定后，于0h、12h、24h、36h、48h、60h时分别采集基质沟渠进水口、各基质屏障前端与后端以及沟渠出水口的水样100ml，对照沟采集进水口和出水口的水样100ml，并进行颗粒态磷、总磷的测定，结果如表2-4所示。其中，表2-4中，断面1为生态沟渠的土层进水处；断面2为第一基质坝进水处；断面3为第一基质坝出水处；断面4为第二基质坝进水处；断面5为第二基质坝出水处；断面6为生态沟渠的土层出水处。

表2不同高度基质坝0-36小时颗粒态磷沿程去除结果表

表3不同高度基质坝0-36小时溶解态磷沿程去除结果表

表4不同高度基质坝0-36小时总磷沿程去除结果表

由表2-4可知，高度为10cm的基质坝，断面6处的颗粒态磷、溶解态、以及总磷的去除率在0h、12h、24h、36h、48h、60h均是最高的。即基质坝的高度与生态沟渠的土层高度一致时，磷的去除率最好。

实施例3

本实施例提供了采用赤玉土作为基质的基质坝布设实验，与实施例2相比，本实施例中生态沟渠的土层高度为30cm，分别在沟渠中设置了高度为15cm、30cm和45cm的赤玉土基质坝，其余条件均相同。

经果显示，高度为30cm的基质坝，断面6处的颗粒态磷、总磷去除率在0h、12h、24h、36h、48h、60h均是最高的。即基质坝的高度与生态沟渠的土层高度一致时，磷的去除率最好。

实施例4

本实施例提供了采用赤玉土作为基质的基质坝布设实验，与实施例2相比，本实施例中生态沟渠的土层高度为20cm，分别在沟渠中设置了高度为10cm、20cm和30cm的赤玉土基质坝，其余条件均相同。

经果显示，高度为20cm的基质坝，其断面6处的颗粒态磷、总磷的去除率在0h、12h、24h、36h、48h、60h均是最高的。即基质坝的高度与生态沟渠的土层高度一致时，磷的去除率最好。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.赤玉土作为农田沟渠除磷基质坝基质的应用。

2.根据权利要求1的应用，其特征在于，所述磷包括可溶性磷和颗粒态磷。

3.一种去除农田沟渠中磷的方法，其特征在于，在农田沟渠中修筑基质坝，所述基质坝的基质为赤玉土。

4.根据权利要求3所述的一种去除农田沟渠中磷的方法，其特征在于，所述基质坝的数量不少于两个，且沿水流方向间隔分布。

5.根据权利要求3所述的一种去除农田沟渠中磷的方法，其特征在于，所述基质坝的高度不低于沟渠土层高度的一半，且不高于沟渠土层高度的两倍。

6.一种植物栽培基质，其特征在于，包括吸附了农田沟渠中磷的赤玉土。

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