本文摘要：摘要：为探讨生态拦截系统对洱海流域农田尾水氮()、磷()和化学需氧量(COD)的去除效应，提高生态拦截系统对农业面源污染物的净化效果，研究了生态沟渠、表流库塘、潜流库塘、生态沟渠表流库塘种改建的生态拦截系统对水质净化效果的影响。结果表明，与进水口污
摘要：为探讨生态拦截系统对洱海流域农田尾水氮()、磷()和化学需氧量(COD)的去除效应，提高生态拦截系统对农业面源污染物的净化效果，研究了生态沟渠、表流库塘、潜流库塘、生态沟渠表流库塘种改建的生态拦截系统对水质净化效果的影响。结果表明，与进水口污染物浓度相比，经生态拦截系统净化后，各系统出水口污染物浓度均有所下降。种生态拦截系统以生态沟渠表流库塘系统对污染物总氮()、总磷(TP)和COD的削减效果较好，平均削减率为59.66%、55.99%和38.33%，出流全年各月可用于各类型农田灌溉，且TN、TP和COD浓度全年分别有个月、10个月和10个月可满足地表水环境质量标准中Ⅴ类水质要求;潜流库塘系统削减效果次之，平均削减率为42.13%、31.31%和34.29%，出流全年各月可用于旱作回灌，个月可用于水作灌溉，TN、TP和COD浓度全年分别有10个月、个月和个月可达到地表Ⅳ类水质要求;生态沟渠系统和表流库塘系统则削减能力相对较弱，平均削减率分别为40.59%、21.03%、25.25%和37.60%、27.69%、26.07%，但这个系统出水全年可用于水作和旱作灌溉，其中生态沟渠系统出流TN和TP浓度全年分别有个月和11个月可达到地表水Ⅴ类和Ⅳ类水质要求，表流库塘系统出流、TP和COD浓度全年分别有个月、11个月和个月可达到地表Ⅴ类、Ⅳ类和Ⅴ类水质要求。综合而言，改建的个生态拦截系统对污染物的平均净化效果由大到小分别为生态沟渠表流库塘、潜流库塘、表流库塘、生态沟渠。
关键词：生态拦截系统;削减率;水质;净化效果
洱海是云南省大理白族自治州的生命源泉，具有供水、农灌、发电、调节气候、渔业、航运、旅游七大主要功能。近20年来，由于各种因素的影响，造成入湖污染负荷量持续增加，洱海水质下降，生态环境受到破坏[1,2。大量的研究工作表明，流域内农田面源排放是洱海水中氮磷的主要来源之一3,4。洱海流域现存有大量灌排沟渠和库塘，其水质状况与周边种植类型农田尾水的排放存在非常密切的关系，这些沟渠和库塘以及下游农田是地表水灌排和村庄供排水的水源，但位于农田与水体的过渡带，能有效拦截农田排水产生的、和COD等农业面源污染物，已成为研究农业面源污染阻断的关键环节12。
生态论文范例：应对气候变化与生态环境保护协同政策研究
近几年，有关洱海流域生态沟渠的研究主要集中在不同种植类型、不同年份生态沟渠[1和农田灌排沟渠,1对水质净化的影响等方面。例如陈安强等[7]研究表明，不同种植类型对生态沟渠出水口径流氮磷浓度的影响从大到小依次为菜地、稻田和苗木地;田昌等[1]研究表明，2016年和2017年生态沟渠对农田排水TN平均拦截率为58.49%、47.61%，对NH平均拦截率为77.29%、69.72%。谢坤等研究表明，生态沟渠农田入口、农田出口、村落出口等处生态沟渠的水质明显不同，昼夜节律变化明显。有关生态库塘的研究则主要集中在不同水生植物[14,15]和生态植草16对水质净化的影响等方面。例如不同水生植物的库塘对总氮的年均去除率表现为荇菜(83.1%)芦苇(73.9%)黑藻(73.3%)无植物库塘(65.5%)15。
但上述研究都仅将生态沟渠或者库塘作为单一研究对象进行研究，在洱海流域“田村”景观单元交替分布模式中[5]，实际存在很多灌排水先流经生态沟渠，后入库塘继续净化的情况。同时，洱海流域生态库塘包括表流生态库塘和潜流生态库塘，截止目前有关生态库塘的研究仅涉及表流库塘，鲜有关于潜流生态库塘的研究报导。
因此本研究将洱海流域主要的生态沟渠、表流库塘、潜流库塘和生态沟渠表流库塘种排灌系统进行改造提升(即清淤疏浚、种植水生植物，生态植草植树等)，分析经不同生态拦截系统后和COD浓度的变化特征，并探讨污染物经过种生态拦截系统后、和COD浓度的削减贡献率，以期为生态拦截工程设计和应用提供参考，提高灌排系统对农业面源污染物的拦截效果。
1试验区概况与研究方法
1.1试验区概况
试验地点位于大理市湾桥镇(100°00′5″100°09′08″N,25°44′48″25°49′22″)，覆盖面积63.8km，地形西高东低，位于苍山与洱海之间的宽谷平坝区，属北亚热带高原季风气候，受西南季风控制，冬无严寒，夏无酷暑，年平均气温15.5℃，年均降雨量1080mm，但85%~96%的降雨集中在10月份，海拔1980，年均气温14.6℃。
1.2试验设计
在不影响农田沟渠和库塘正常的灌排水功能前提下，对现有的沟渠和库塘进行改造提升。即根据实际情况进行清淤疏浚、合理配置水生植物群落，适当配置水位调节闸门，在沟渠和库塘周边适当生态植草、放置生态多孔砖和种植经济林果等(表)，以延长沟渠和库塘内的水力滞留时间，削减农田排水中的污染物的含量。
其中种生态拦截系统沟壁和塘壁均为带孔预制板，孔内配置水生植物，沟底为土工沟底，配置水生植物群落。潜流库塘为水平潜流人工库塘，采用基质搭配与植物配置相结合的形式，系统分为进水区、滤料区和出水区，其中进水区和出水区搭配基质从下到上为石灰岩细碎石、砾石和火山岩，铺设厚度分别为0.4、0.25m和1m，各层铺设宽度均为5m，铺设完后在进水区和出水区填泥，并生态植草，滤料区(系统土工沟底)石灰岩细碎石填料层先铺设厚0.4m,然后再用砾石铺设厚0.25。系统改造提升后，分别在进水口和出水口定时采集水样，测定污染净化效果。
1.3样品采集与分析方法
所有工程建设于2019年月完成后，在监测期内(2019年月2020年月)，每周于个工程区的进水口、出水口采集水样次(2020年月因受疫情影响未采集)，计算经个工程区后，污染物去除率，方法见下式()，主要分析指标和具体分析方法均选用国标测试方法17。同时参照《地表水环境质量标准》(GB8382002)和《国家农田灌溉水质标准》(GB50842005)对个系统的污水处理效果进行综合评价。
1.4数据处理与分析
采用MicrosoftExcel2010软件对数据处理后，用SPSS13.0软件进行差异性分析。
2结果与分析
2.不同生态拦截系统对TN净化效果的影响
与进水口TN浓度相比，经生态拦截系统净化后，各系统各月出水口TN浓度均有所下降，绝大多数月份出水口TN浓度均显著低于进水口TN浓度。各措施TN浓度变化范围为进水时1.989.24、1.687.47、0.692.52mg·L和3.4712.46mg·L，出水时0.983.20、1.035.35、0.42.06mg·L和1.474.41mg·L，TN净化率变化范围依次是13.5076.08%、16.3171.52%、18.2564.77%、19.5786.59%。平均进水TN浓度由高到低为生态沟渠表流库塘(8.06mg·L)表流库塘(4.77mg·L)生态沟渠(3.86mg·L)潜流库塘(1.35mg·L)，但平均削减效果由大到小却分别是生态沟渠表流库塘(59.66%)、潜流库塘(42.13%)、生态沟渠(40.59%)、表流库塘(37.60%)。个生态拦截系统各月削减率变幅均较大，且呈不同的削减趋势。
个措施的进水浓度分别是9.24mg·(10月)和4.55mg·L(11月)、5.26mg·L(月)和4.88mg·L(月)、1.361.79mg·L(月)、10.4012.46mg·L(12月和月)时，系统对污染物的净化效果较高，对应的净化率分别是76.08%和61.98%、61.22%和71.52%、55.8864.77、69.2586.59%。出流TN浓度参照《地表水环境质量标准》(GB38382002)，生态沟渠有个月可以达到Ⅴ类水水质要求(9、10、11和12月)，个月可以达到Ⅳ类水水质要求(和12月);表流库塘有个月可以达到Ⅴ类水水质要求(11月、和12月)，个月可以达到Ⅳ类水水质要求(年和月);潜流库塘有10个月(月除外)可以达到Ⅳ类水水质要求;生态沟渠表流库塘有个月可以达到Ⅴ类水水质要求(年、和月)，个月可以达到Ⅳ类水水质要求(月)。
3讨论
3.1不同生态拦截系统削减率差异原因分析
生态拦截系统是一种特殊的湿地生态系统，具有排灌功能和良好的景观效果，其内部环境条件能够使植物和微生物等维持较好生物稳定性，从而达到净化水质的目的[1820]。本试验条件下，种生态拦截系统净化效率最佳的为生态沟渠表流库塘，这是因为与其余个系统相比，生态沟渠表流库塘不仅大大提升了水力停留时间(水力停留时间分别是生态沟渠、表流库塘和潜流库塘的1.44、1.83和1.57倍)，而且还使水生植物存量更大(水生植物面积分别是生态沟渠、表流库塘和潜流库塘的2.94、1.89和2.25倍)，加上系统维护良好，使削减净化效率进一步加强[21]。
因此，在具体应用其余个系统时，需定时对系统进行维护，比如定期清淤疏浚、采收水生植物、去除死亡根系等。本研究中生态沟渠表流库塘系统对TN和TP的平均去除率为59.66%和55.99%，与朱金格等[21]在太湖区研究的TN和TP平均去除率为59.60%和51.69%较接近，这进一步证明生态沟渠表流库塘系统应用性较广，可为洱海流域农田尾水的处理提供一种参考。有研究表明，潜流人工湿地对COD的去除率为64%82%[22]，本研究结果却表明，潜流库塘对COD的去除率仅在15.2049.15%，平均去除率仅为34.29%。
这应与本研究所选潜流人工湿地或因运行时间较久，相关基质的物理吸附及化学反应络合作用)达到一定限度，导致对COD的去除效果逐渐降低[23,24];另外当基质吸附达到饱和时，基质中吸附的污染物可能会释放进入水体，使湿地对COD去除效率进一步降低[21]，因此在实际应用潜流人工湿地时应注意选择合适基质粒径和级配以及优化潜流人工湿地工艺等。刘福兴[8]和田昌[12]等研究表明生态沟渠对TN、TP的平均去除率均高达50%以上，本研究表明生态沟渠对TN、TP的平均去除率为40.59%、21.03%。
这是因为刘福兴[8]和田昌[12]研究的生态沟渠观察期较短，仅集中在20d和个月，加上不同的研究生态沟渠长度不同，配备的水生植物也各异等，导致以往研究与本研究削减效果各有差异。本研究结果还表明表流库塘对TN的平均去除率仅为37.60%，但张俊朋[16]研究表明表流库塘对平均去除率在70%以上，这应与张俊朋[16]研究系统本底值很低，进水为自来水，植物种类配备单一，本研究进水则为农田尾水，本底值较高，配备植物也较多有关。
本研究证实，2019年10月，除生态沟渠表流库塘COD削减率下降外，其余系统TN、TP和COD削减率均逐月上升，这是因为其余系统水生植物2019年月种植后，月和10月正好处于旺盛生长期，植物吸收污染物能力较强，微生物活动频繁，加速了水体污染物的分解[25,26]。生态沟渠表流库塘2019年10月COD削减率逐月下降原因，则应与该系统运行之初(2019年月)削减率便较高，为52.62%，已达系统较高的削减效率等有关，但具体原因有待进一步分析研究。个系统TN、TP和COD削减率均在11月、12月或月出现削减效果较低的情况，这与此个月是冬季，温度较低，植物枯萎死亡，微生物活动降低，导致生态拦截系统削减率下降有关2728。
4结论
(1)改建的个系统都对水体污染物TN、TP和COD具有较强的净化作用。个系统对污染物TN、TP和COD的平均净化效果由大到小分别为生态沟渠表流库塘(59.66%、55.99%和38.33%)、潜流库塘(42.13%、31.31%和34.29%)、表流库塘(37.60%、27.69%、26.07%)和生态沟渠(40.59%、21.03%、25.25%)。生态沟渠和生态沟渠表流库塘进水浓度较高时，系统对污染物的削减效果较强，潜流库塘和表流库塘进水浓度和系统对污染物削减效果间相关性不强。
(2)参照《国家农田灌溉水质标准》(GB50842005)和《地表水环境质量标准》(GB38382002)，生态沟渠和表流库塘出水全年可用于水作和旱作灌溉，生态沟渠出流TN和TP浓度有个月和11个月达到Ⅴ类和Ⅳ类水质要求，表流库塘出流TN、TP和COD浓度有个月、11个月和个月可达到Ⅴ类、Ⅳ类和Ⅴ类水质要求，潜流库塘出水全年各月可用于旱作灌溉，个月可用于水作灌溉，TN、TP和COD浓度有10个月、个月和个月可达到Ⅳ类水质要求;生态沟渠表流库塘出水全年各月可用于各类型农田灌溉，TN、TP和COD浓度有个月、10个月和10个月可达到Ⅴ类水质要求。
参考文献：
[1]代丹葛俊胡小贞等洱海西部入湖河流白鹤溪主要污染物时空变化特征分析[J].环境工程技术学报,2019,9(2):159166.DAIDang,GEJun,HUXiaozhen,etal.TemporalandspatialvariationofmainpollutantsinBaihexiRiver,thewesterninflowriverofErhailake[J].JournalofEnvironmentalEngineeringTechnology20199(2):159166.
[2]HAOZZ,ONGYQ,etalAnalyzingcosystemervicesofreshwaterakesandheirrivingorces:theaseofrhaiakeChina[J/OL].[20191213].EnvironmentalScienceandPollutionResearchhttps:/org/10.1007/s1135601904476
[3]项颂吴越吕兴菊等洱海流域农业面源污染空间分布特征及分类控制策略[J].环境科学研究,2020,33(11):24742483.XIANGSong,WUYueYUXingju,etalCharacteristicsandspatialdistributionofagriculturalnonpointsourcepollutioninErhaiLakeasinandtslassifiedontroltrategy[J].2020,33(11):24742483.
作者：段四喜,2,3，张磊1,2,3，杨芳,3，沈仕洲，倪喜云，赵正雄，于良君2,
转载请注明来自发表学术论文网：http://www.fbxslw.com/nylw/26543.html
