赵培培

摘 要：随着农业化肥的大量滥用，我国水域受到面源磷素富营养化污染的比例越来越高，程度越来越严重。已有研究表明，面源污染在某些水域造成的危害已经超过了点源污染，对地方生态环境造成了极大的破坏。坡耕地造成的污染在面源污染中占有重要的地位。而坡耕地沟渠是坡耕地重要的组成部分，承担着收集、拦截、吸附等多种功能，利用坡耕地沟渠对化肥磷素拦截手段受到了广泛的关注。

关键词：坡耕地沟渠；研究；分析

目前国内研究普遍认为坡耕地是某些库区、山地水域的主要土壤侵蚀源，坡耕地的多少直接与退耕还林还草压力有着直接关系。对坡耕地进行还林还草是我国一直的方针政策，但是因为种种原因，执行的效果不如预期。一方面，我国有些地方偏穷，容易出现越穷越垦，越垦越穷的现象；另一方面，某些已经开垦的坡耕地农田，还存在农户自发弃耕撂荒现象，这样就对局部水域污染带来了很大的危害。协调坡耕地与与生态建设的关系，是以后保护措施的发展方向，也直接关系着该区域生态环境的变化趋势，是生态保护工作的核心。

如何有效拦截坡耕地农田养分的流失和减少农业面源氮、磷污染物质向下游的扩散迁移以及水生植物的资源化利用具有广阔的应用前景和重要的理论价值。本文就坡耕地沟渠的研究进展进行总结。

1 坡耕地生态控制措施

我国对非点源的研究比较多，但是针对坡耕地控制措施的研究较少。主要有两个方向：一是从坡耕地污染的源头进行控制，坡耕地污染主要是过量施加肥料，遇到降雨或者随山体地表径流流向水体，多从推广科学使用化肥，发展绿色农业产业，对坡度较大的坡耕地进行还林还草等措施入手；二是从产生路径下游进行控制，比如推广研发生态处理技术，如沟渠、湿地等，对顺流而下的氮磷污染物进行拦截吸收。目前，因为生态处理技术处理效果好，管理方便简单，受到了很大的关注，人工湿地、稳定塘的研究较多，对于农田重要组成部分的沟渠的关注较少而农田沟渠在农业组成中占有重要的部分。对农田沟渠进行一定的改造为生态沟渠，可以较为经济、有效地对氮磷污染进行控制，成为了当前研究的热点。

2 坡耕地生态沟渠研究现状

坡耕地沟渠可以承担收集农田排水、灌溉农田双重功能，作为农业生产基础水利设施，通常由专门筛选出来的植物、土壤基质、微生物等构成，可以通过底泥吸附、植物吸收、微生物分解和协同等一系列作用，降低进入受纳水体中的氮磷含量。目前对于坡耕地沟渠的研究主要分为三个大的方面：（1）研究沟渠不同土壤底泥的组成对面源污染的影响；（2）研究植物在坡耕地沟渠体系中的作用与对污染物的去除效果；（3）研究微生物对有机物的转化与积累过程。

2.1 底泥对磷素去除的作用

沟渠底泥对于磷素的吸附发挥着重要的作用，能够快速有效地降低径流水中的含磷量，但是它就像海绵一样，在径流磷素浓度较低时，也会存在释放吸附的磷素，造成二次污染的风险。许多学者对此进行了研究。

徐红灯发现沟渠底泥一方面可以为其环境的植物与微生物提供营养物质和载体，另一方面自身也对水体中磷素具有较好的吸附效果。这主要是因为底泥中的有机质较多，它们都处于一种团聚的形态，这样对于水中的磷素具有很强的吸附效果。Brik H研究发现底泥具有良好的吸附效果，主要是因为底泥中具有无定型的铁、铝氧化物，这种氧化物和无机磷化物很容易吸附到一起。这是因为里面的铁铝离子容易与无机磷化物反应生成溶解度较低的磷酸铁和磷酸铝，因此形成沉淀。而底泥表层微环境通常在好氧状态下，也会一定程度增强铁铝离子的吸附能力。随着底泥深度增加，这种表层好氧状态往往会从好氧状态逐步转化到缺氧、厌氧的状态，随之相应的是铁铝离子形态的转化，因而导致了对磷素的吸附能力的下降。Christopher W. Hickey虽然底泥对磷素的吸附较快，但是大多磷素也只是暂时储存在底泥中，当底泥的吸附接近饱和的时候，磷素会再次释放到水体当中。

2.2 植物对磷素去除的作用

植物在坡耕地沟渠中的作用主要是：一方面是稳坡固土，另一方面对水体中的磷素进行吸收利用。植物不同于底泥，其對磷素吸收是多方面的，包括物理、化学、生物等多个方面。Rogers K H研究发现，植物能够有效地提高生态沟渠对于磷素的拦截效果，从增加水流的阻力、摩擦力等方面降低沟渠流速，这样就能增加水力停留时间，延长了植物、底泥对营养物质的吸收时间，便与其能更完全地反应。除此之外，植物在地下庞大的根系能够直接吸收水体中的含磷化合物以及颗粒态磷，供自身生长需要。与此同时，植物的根系有效地改善了周围的微环境，对局部去除磷起到了积极的作用。这种积极作用表现在植物的吸收可以降低深层底泥的磷含量，打破在植物根系区域形成的磷浓度平衡，促进磷素向底泥扩散速度。缪绅裕研究发现植物不同器官含磷量是有区别的，一般来说叶 >根 > 茎 > 胚轴，同时水体中的含磷量越高，植物体的含磷量也随之升高。Dale S Nichols 研究发现对于不同种类的植物，其对于磷素的去除能力也存在差别。比如大型挺水植物芦苇具有庞大的根系，加强了其对磷素的吸附能力，而像香蒲这种根系不太发达的，其对磷素的吸收能力比较弱。大多数的植物对于磷素的吸收，往往是通过底泥孔隙水来吸收磷素，这样就能够有效促进上覆水的磷素往下部扩散，形成了一种磷素的垂直迁移。

2.3 微生物对磷素去除的作用

生态沟渠里的微生物更多地承担着分解、转化有机物的作用。微生物对磷的去除不仅仅只局限于对磷的过度积累，还包含着对磷的同化作用。沟渠中的植物在进行其生命活动的时候，同时也会引起植物根系溶解氧含量的变化，会使得植物庞大根系附近交替出现好氧环境以及厌氧环境，这样磷的积累和释放也跟着出现交替。Dale S Nichols 研究发现在有氧条件下，一些具有除磷作用的微生物，如气单胞菌属等细菌，可以将有机磷以及无机磷酸盐吸收进去，通过自身的酶系统将其分解成溶解态无机磷，促进植物对其的吸收利用。而在厌氧条件下，厌氧微生物会利用铁磷等结合态磷，促使磷从底泥中又被释放出来，这样会形成一定程度的二次污染。

3 结束语

沟渠生态系统对于磷素的去除并不是依靠单一的作用，而是多个方面协调合作，相互影响来进行的。在设计坡耕地沟渠时，要选取有针对性的、更加高效的除磷植物，使用寿命越长的基质混合土壤，只有充分发挥各个组成部分的作用，沟渠生态系统的功能才会完全，对于富营养污染的控制才会发挥的更好。

参考文献

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