農田面源流失C、N、P元素的生態化學計量與生態攔截溝渠工程

郭匿春++馬友華++張震

摘要 綜合生態攔截溝渠內土壤、水體、微生物、浮游植物、浮游動物、水生高等植物中C、N、P元素的生態化學計量研究進行分析，闡明生態攔截溝渠建設對改變農田排水的化學計量學屬性、消減農業面源污染、降低水體富營養化程度以及控制藻類水華等方面的影響，以期為生態攔截技術的開發提供理論依據。

關鍵詞 生態攔截溝渠；C、N、P元素；生態化學計量；富營養化；藻類水華

中圖分類號 X131.2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2015）17-0234-03

農業面源污染是導致水污染及水體富營養化的主要原因之一，生態溝渠塘等濕地工程可以攔截農田徑流中N、P的面源污染[1]。生態攔截溝渠除可有效減緩農田排水水速，促進水流所攜帶顆粒物質的沉淀外，最主要的功能是能大幅度降低水體中的N、P素養分流失[2]。楊林章等[1]研究發現生態攔截溝渠對農田徑流中TN、TP的去除效率分別達到48.36%和40.53%。然而該技術未能在藻類水華控制、水生生物多樣性提升等方面發揮出積極的作用[3-5]。特別是藍藻水華能在很多低濃度的N、P營養水平下暴發，藍藻水華不僅與水體中營養元素總量有關，還與各種營養元素的組成比例有關。例如，Smith[6]就發現藍藻水華在N∶P<29的條件下更容易暴發。因此，在建立生態攔截溝渠時，不僅需要考慮生態攔截溝渠中N、P養分總量的消減，也需要考慮生態攔截溝渠中C、N、P元素比例變化對農田排水水質和水生態安全的影響。生態化學計量學（Ecological stoichiometry）是研究生物系統能量平衡和多重化學元素（主要是C、N、P）平衡的科學，以及元素平衡對生態交互作用影響的一種理論[7-8]。當前的研究主要集中在C、N、P元素的計量關系上，特別是生物與環境中的C∶P和N∶P，研究中常采用N∶P來衡量水體中的富營養化程度[8]。另外，濕地中的C∶N和N∶P也對水生生物多樣性和藻毒素種類影響顯著[9]。目前，有關農田系統C、N、P元素化學計量特征值的研究較為少見[10]，趙 航等[11]的研究發現農田植被的化學計量比值具有較強的保守性（C∶P、C∶N、N∶P變異系數為25%左右），非常接近水域生態系統的變異性。因此，農田生態系統的養分非常容易以面源流失的方式進入水域生態系統，進而引起水體富營養化和藻類水華。

農田排水溝渠作為農田生態系統和水域生態系統的過渡地帶，其結構、組成對農田生態系統與水域生態系統之間的能量流動和物質交換有重要影響[1]。現代農業中生態攔截溝渠的建立能大幅度降低農田排水中碳（Carbon-C）、氮（Nitrogen-N）、磷（Phosphorus-P）等營養元素的流失，但在是否改變農田排水的C、N、P元素比例（元素化學計量特征值）上尚無系統研究。……