农业面源污染已成为我国水体污染的重要来源,其中农药面源污染问题十分严峻,农药的高毒性和高残留性对水生态系统和人类健康均造成极大威胁。因此,研究适用的面源污染生态修复技术显得十分必要。生态塘和生态沟渠修复技术由于其可利用现有资源改造、无需占用多余耕地的优点,更适用于耕地面积紧张的农村地区。目前,生态塘多用于处理农村面源污染中氮、磷等污染物,而鲜见对农药等毒害有机污染物的研究。同时,国内也尚无生态沟渠去除农药污染物的研究报道。近年,国外有研究证实生态沟渠对农药有良好的去除效果,但对农药在系统中的迁移转化机制尚不明确,尤其是降雨或灌溉径流冲刷条件下,生态沟渠系统中植物对径流中的农药拦截作用及机理亟需探明。因此,本研究通过构建黑藻-苦草生态塘,考察其对实际面源污染水体中检出的特征农药的原位修复效果。构建植物(美人蕉、再力花、香蒲和灯心草)和无植物沟渠系统,考察四种植物在径流冲刷过程中对特征农药(阿特拉津和敌草隆)的拦截能力,筛选具有较强污染物拦截能力的植物品种,并阐明农药在沟渠系统中的动态变化规律。通过探讨阿特拉津和敌草隆在沟渠中的去除途径,揭示两种农药在沟渠系统中的迁移转化归趋。(1)开展原位构建黑藻-苦草生态塘修复系统工程,研究其对区域内检出的7种特征农药和常规污染物的净化效果,以及对农药生态风险控制作用。结果显示:黑藻-苦草生态塘系统,可有效控制水体中混合农药的质量浓度、降低对水体的生态风险。系统对毒死蜱、氰戊菊酯、腐霉利、甲拌磷和乙草胺5种农药的平均去除率均大于75%,马拉硫磷和乐果的平均去除率约为50%。通过生态修复,腐霉利的环境风险由中等风险降为低风险(RQ<0.1),毒死蜱、乙草胺和乐果由高风险降为中等风险(RQ<1),其他3种农药的RQ(风险商)值均显著下降(P<0.05)。此外,水体各项常规水质指标质量浓度显著下降(P<0.01),水质基本上从地表水标准的劣Ⅴ类提高到Ⅲ~Ⅳ类。(2)构建美人蕉、再力花、香蒲、灯心草和无植物沟渠装置,探讨在模拟的冲刷-静置-再冲刷-再静置的径流事件中,不同浓度的阿特拉津和敌草隆在沟渠系统中的动态变化规律以及植物在污染物拦截中的作用。结果显示:两种农药随第一次径流冲刷进入沟渠后(0~5 h),由于土壤的快速吸附作用而浓度快速下降。随后的静置阶段(5~48 h),浓度缓慢下降。在第二次径流冲刷阶段(48~53h),各系统中农药浓度剧烈下降。从总去除率来看(7 d后),高浓度试验中,植物组和无植物组对阿特拉津的去除率为47~56%和27%,对敌草隆的去除率分别为49~53%和37%;低浓度试验中,植物组和无植物组对阿特拉津的去除率分别为34~43%和18%,对敌草隆的去除率分别为58~73%和49%。植物的存在显著提高了阿特拉津和敌草隆的去除率(P<0.05),但植物种类之间没有显著差别。在第二次径流冲刷过程中,各沟渠系统阿特拉津和敌草隆的释放率从高到低依次为无植物组、灯心草、香蒲、再力花和美人蕉,植物组与无植物组之间有显著差异(P<0.05),表明植物对沟渠中农药起到了显著的拦截作用。(3)在模拟径流事件的静置阶段(5~48 h),研究阿特拉津和敌草隆在沟渠中的动力学去除过程。结果显示:农药可在系统中发生降解,其浓度变化过程较好的符合一级反应动力学方程C=C0e-kt(R2>0.7)。高浓度试验中,各装置系统中阿特拉津和敌草隆的降解常数k值分别为0.001~0.004 h-1和0.003~0.007 h-1;低浓度试验中,各装置系统中阿特拉津和敌草隆的降解常数k值分别为0.003~0.009 h-1和0.006~0.013 h-1。对于这两种特征农药,植物组降解速率k值均高于无植物组(P<0.05),表明植物的存在提高了农药在沟渠系统中的生物降解速率。在高、低浓度试验中,无论是植物组或者对照组,阿特拉津的降解速率常数k值均高于敌草隆,这可能表明农药的理化性质会影响其在沟渠系统中的降解,农药的log kow值越高,其在沟渠系统中降解速率越大。(4)基于物料平衡原理,研究在整个模拟径流事件中,沟渠各环境介质中阿特拉津和敌草隆的分布情况,阐明沟渠系统中两种农药的去除途径和机理。结果显示:高浓度试验中,微生物作用对阿特拉津和敌草隆的去除贡献率分别为20~48%和19~39%,土壤吸附对阿特拉津和敌草隆去除贡献率分别为6~10%和12~18%,植物吸收贡献率小于0.1%;低浓度试验中,微生物作用对阿特拉津和敌草隆的去除贡献率分别为15~38%和36~62%,土壤吸附对阿特拉津和敌草隆去除贡献率分别为3~6%和6~13%。这表明,对于这两种较为亲水性的农药(logkow<3.0),土壤对其吸附作用相对较弱,不是其最主要去除途径。虽然植物的直接吸收作用不明显,但其间接作用很显著,其存在可使微生物去除贡献较无植物系统提高约0.5倍(敌草隆)和约1倍(阿特拉津),从而减少两种农药在系统中的残留率。综上所述,本研究系统揭示了在模拟的冲刷-静置-再冲刷-再静置的径流事件中,典型农药在生态沟渠中的行为归趋,阐明了植物在其中发挥的重要作用,并通过沉水植物生态塘工程对农药污染控制效果研究,为实际农村农药面源污染控制技术优化设计提供了理论与实践依据,具有创新性与重要意义。