本文摘要：摘要：為探討生態(tài)攔截系統(tǒng)對(duì)洱海流域農(nóng)田尾水氮()、磷()和化學(xué)需氧量(COD)的去除效應(yīng)，提高生態(tài)攔截系統(tǒng)對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染物的凈化效果，研究了生態(tài)溝渠、表流庫(kù)塘、潛流庫(kù)塘、生態(tài)溝渠表流庫(kù)塘種改建的生態(tài)攔截系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)凈化效果的影響。結(jié)果表明，與進(jìn)水口污
摘要：為探討生態(tài)攔截系統(tǒng)對(duì)洱海流域農(nóng)田尾水氮()、磷()和化學(xué)需氧量(COD)的去除效應(yīng)，提高生態(tài)攔截系統(tǒng)對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染物的凈化效果，研究了生態(tài)溝渠、表流庫(kù)塘、潛流庫(kù)塘、生態(tài)溝渠表流庫(kù)塘種改建的生態(tài)攔截系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)凈化效果的影響。結(jié)果表明，與進(jìn)水口污染物濃度相比，經(jīng)生態(tài)攔截系統(tǒng)凈化后，各系統(tǒng)出水口污染物濃度均有所下降。種生態(tài)攔截系統(tǒng)以生態(tài)溝渠表流庫(kù)塘系統(tǒng)對(duì)污染物總氮()、總磷(TP)和COD的削減效果較好，平均削減率為59.66%、55.99%和38.33%，出流全年各月可用于各類型農(nóng)田灌溉，且TN、TP和COD濃度全年分別有個(gè)月、10個(gè)月和10個(gè)月可滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中Ⅴ類水質(zhì)要求;潛流庫(kù)塘系統(tǒng)削減效果次之，平均削減率為42.13%、31.31%和34.29%，出流全年各月可用于旱作回灌，個(gè)月可用于水作灌溉，TN、TP和COD濃度全年分別有10個(gè)月、個(gè)月和個(gè)月可達(dá)到地表Ⅳ類水質(zhì)要求;生態(tài)溝渠系統(tǒng)和表流庫(kù)塘系統(tǒng)則削減能力相對(duì)較弱，平均削減率分別為40.59%、21.03%、25.25%和37.60%、27.69%、26.07%，但這個(gè)系統(tǒng)出水全年可用于水作和旱作灌溉，其中生態(tài)溝渠系統(tǒng)出流TN和TP濃度全年分別有個(gè)月和11個(gè)月可達(dá)到地表水Ⅴ類和Ⅳ類水質(zhì)要求，表流庫(kù)塘系統(tǒng)出流、TP和COD濃度全年分別有個(gè)月、11個(gè)月和個(gè)月可達(dá)到地表Ⅴ類、Ⅳ類和Ⅴ類水質(zhì)要求。綜合而言，改建的個(gè)生態(tài)攔截系統(tǒng)對(duì)污染物的平均凈化效果由大到小分別為生態(tài)溝渠表流庫(kù)塘、潛流庫(kù)塘、表流庫(kù)塘、生態(tài)溝渠。
關(guān)鍵詞：生態(tài)攔截系統(tǒng);削減率;水質(zhì);凈化效果
洱海是云南省大理白族自治州的生命源泉，具有供水、農(nóng)灌、發(fā)電、調(diào)節(jié)氣候、漁業(yè)、航運(yùn)、旅游七大主要功能。近20年來(lái)，由于各種因素的影響，造成入湖污染負(fù)荷量持續(xù)增加，洱海水質(zhì)下降，生態(tài)環(huán)境受到破壞[1,2。大量的研究工作表明，流域內(nèi)農(nóng)田面源排放是洱海水中氮磷的主要來(lái)源之一3,4。洱海流域現(xiàn)存有大量灌排溝渠和庫(kù)塘，其水質(zhì)狀況與周邊種植類型農(nóng)田尾水的排放存在非常密切的關(guān)系，這些溝渠和庫(kù)塘以及下游農(nóng)田是地表水灌排和村莊供排水的水源，但位于農(nóng)田與水體的過(guò)渡帶，能有效攔截農(nóng)田排水產(chǎn)生的、和COD等農(nóng)業(yè)面源污染物，已成為研究農(nóng)業(yè)面源污染阻斷的關(guān)鍵環(huán)節(jié)12。
生態(tài)論文范例：應(yīng)對(duì)氣候變化與生態(tài)環(huán)境保護(hù)協(xié)同政策研究
近幾年，有關(guān)洱海流域生態(tài)溝渠的研究主要集中在不同種植類型、不同年份生態(tài)溝渠[1和農(nóng)田灌排溝渠,1對(duì)水質(zhì)凈化的影響等方面。例如陳安強(qiáng)等[7]研究表明，不同種植類型對(duì)生態(tài)溝渠出水口徑流氮磷濃度的影響從大到小依次為菜地、稻田和苗木地;田昌等[1]研究表明，2016年和2017年生態(tài)溝渠對(duì)農(nóng)田排水TN平均攔截率為58.49%、47.61%，對(duì)NH平均攔截率為77.29%、69.72%。謝坤等研究表明，生態(tài)溝渠農(nóng)田入口、農(nóng)田出口、村落出口等處生態(tài)溝渠的水質(zhì)明顯不同，晝夜節(jié)律變化明顯。有關(guān)生態(tài)庫(kù)塘的研究則主要集中在不同水生植物[14,15]和生態(tài)植草16對(duì)水質(zhì)凈化的影響等方面。例如不同水生植物的庫(kù)塘對(duì)總氮的年均去除率表現(xiàn)為荇菜(83.1%)蘆葦(73.9%)黑藻(73.3%)無(wú)植物庫(kù)塘(65.5%)15。
但上述研究都僅將生態(tài)溝渠或者庫(kù)塘作為單一研究對(duì)象進(jìn)行研究，在洱海流域“田村”景觀單元交替分布模式中[5]，實(shí)際存在很多灌排水先流經(jīng)生態(tài)溝渠，后入庫(kù)塘繼續(xù)凈化的情況。同時(shí)，洱海流域生態(tài)庫(kù)塘包括表流生態(tài)庫(kù)塘和潛流生態(tài)庫(kù)塘，截止目前有關(guān)生態(tài)庫(kù)塘的研究?jī)H涉及表流庫(kù)塘，鮮有關(guān)于潛流生態(tài)庫(kù)塘的研究報(bào)導(dǎo)。
因此本研究將洱海流域主要的生態(tài)溝渠、表流庫(kù)塘、潛流庫(kù)塘和生態(tài)溝渠表流庫(kù)塘種排灌系統(tǒng)進(jìn)行改造提升(即清淤疏浚、種植水生植物，生態(tài)植草植樹(shù)等)，分析經(jīng)不同生態(tài)攔截系統(tǒng)后和COD濃度的變化特征，并探討污染物經(jīng)過(guò)種生態(tài)攔截系統(tǒng)后、和COD濃度的削減貢獻(xiàn)率，以期為生態(tài)攔截工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供參考，提高灌排系統(tǒng)對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染物的攔截效果。
1試驗(yàn)區(qū)概況與研究方法
1.1試驗(yàn)區(qū)概況
試驗(yàn)地點(diǎn)位于大理市灣橋鎮(zhèn)(100°00′5″100°09′08″N,25°44′48″25°49′22″)，覆蓋面積63.8km，地形西高東低，位于蒼山與洱海之間的寬谷平壩區(qū)，屬北亞熱帶高原季風(fēng)氣候，受西南季風(fēng)控制，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，年平均氣溫15.5℃，年均降雨量1080mm，但85%~96%的降雨集中在10月份，海拔1980，年均氣溫14.6℃。
1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)
在不影響農(nóng)田溝渠和庫(kù)塘正常的灌排水功能前提下，對(duì)現(xiàn)有的溝渠和庫(kù)塘進(jìn)行改造提升。即根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行清淤疏浚、合理配置水生植物群落，適當(dāng)配置水位調(diào)節(jié)閘門，在溝渠和庫(kù)塘周邊適當(dāng)生態(tài)植草、放置生態(tài)多孔磚和種植經(jīng)濟(jì)林果等(表)，以延長(zhǎng)溝渠和庫(kù)塘內(nèi)的水力滯留時(shí)間，削減農(nóng)田排水中的污染物的含量。
其中種生態(tài)攔截系統(tǒng)溝壁和塘壁均為帶孔預(yù)制板，孔內(nèi)配置水生植物，溝底為土工溝底，配置水生植物群落。潛流庫(kù)塘為水平潛流人工庫(kù)塘，采用基質(zhì)搭配與植物配置相結(jié)合的形式，系統(tǒng)分為進(jìn)水區(qū)、濾料區(qū)和出水區(qū)，其中進(jìn)水區(qū)和出水區(qū)搭配基質(zhì)從下到上為石灰?guī)r細(xì)碎石、礫石和火山巖，鋪設(shè)厚度分別為0.4、0.25m和1m，各層鋪設(shè)寬度均為5m，鋪設(shè)完后在進(jìn)水區(qū)和出水區(qū)填泥，并生態(tài)植草，濾料區(qū)(系統(tǒng)土工溝底)石灰?guī)r細(xì)碎石填料層先鋪設(shè)厚0.4m,然后再用礫石鋪設(shè)厚0.25。系統(tǒng)改造提升后，分別在進(jìn)水口和出水口定時(shí)采集水樣，測(cè)定污染凈化效果。
1.3樣品采集與分析方法
所有工程建設(shè)于2019年月完成后，在監(jiān)測(cè)期內(nèi)(2019年月2020年月)，每周于個(gè)工程區(qū)的進(jìn)水口、出水口采集水樣次(2020年月因受疫情影響未采集)，計(jì)算經(jīng)個(gè)工程區(qū)后，污染物去除率，方法見(jiàn)下式()，主要分析指標(biāo)和具體分析方法均選用國(guó)標(biāo)測(cè)試方法17。同時(shí)參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB8382002)和《國(guó)家農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50842005)對(duì)個(gè)系統(tǒng)的污水處理效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
1.4數(shù)據(jù)處理與分析
采用MicrosoftExcel2010軟件對(duì)數(shù)據(jù)處理后，用SPSS13.0軟件進(jìn)行差異性分析。
2結(jié)果與分析
2.不同生態(tài)攔截系統(tǒng)對(duì)TN凈化效果的影響
與進(jìn)水口TN濃度相比，經(jīng)生態(tài)攔截系統(tǒng)凈化后，各系統(tǒng)各月出水口TN濃度均有所下降，絕大多數(shù)月份出水口TN濃度均顯著低于進(jìn)水口TN濃度。各措施TN濃度變化范圍為進(jìn)水時(shí)1.989.24、1.687.47、0.692.52mg·L和3.4712.46mg·L，出水時(shí)0.983.20、1.035.35、0.42.06mg·L和1.474.41mg·L，TN凈化率變化范圍依次是13.5076.08%、16.3171.52%、18.2564.77%、19.5786.59%。平均進(jìn)水TN濃度由高到低為生態(tài)溝渠表流庫(kù)塘(8.06mg·L)表流庫(kù)塘(4.77mg·L)生態(tài)溝渠(3.86mg·L)潛流庫(kù)塘(1.35mg·L)，但平均削減效果由大到小卻分別是生態(tài)溝渠表流庫(kù)塘(59.66%)、潛流庫(kù)塘(42.13%)、生態(tài)溝渠(40.59%)、表流庫(kù)塘(37.60%)。個(gè)生態(tài)攔截系統(tǒng)各月削減率變幅均較大，且呈不同的削減趨勢(shì)。
個(gè)措施的進(jìn)水濃度分別是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)時(shí)，系統(tǒng)對(duì)污染物的凈化效果較高，對(duì)應(yīng)的凈化率分別是76.08%和61.98%、61.22%和71.52%、55.8864.77、69.2586.59%。出流TN濃度參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB38382002)，生態(tài)溝渠有個(gè)月可以達(dá)到Ⅴ類水水質(zhì)要求(9、10、11和12月)，個(gè)月可以達(dá)到Ⅳ類水水質(zhì)要求(和12月);表流庫(kù)塘有個(gè)月可以達(dá)到Ⅴ類水水質(zhì)要求(11月、和12月)，個(gè)月可以達(dá)到Ⅳ類水水質(zhì)要求(年和月);潛流庫(kù)塘有10個(gè)月(月除外)可以達(dá)到Ⅳ類水水質(zhì)要求;生態(tài)溝渠表流庫(kù)塘有個(gè)月可以達(dá)到Ⅴ類水水質(zhì)要求(年、和月)，個(gè)月可以達(dá)到Ⅳ類水水質(zhì)要求(月)。
3討論
3.1不同生態(tài)攔截系統(tǒng)削減率差異原因分析
生態(tài)攔截系統(tǒng)是一種特殊的濕地生態(tài)系統(tǒng)，具有排灌功能和良好的景觀效果，其內(nèi)部環(huán)境條件能夠使植物和微生物等維持較好生物穩(wěn)定性，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的[1820]。本試驗(yàn)條件下，種生態(tài)攔截系統(tǒng)凈化效率最佳的為生態(tài)溝渠表流庫(kù)塘，這是因?yàn)榕c其余個(gè)系統(tǒng)相比，生態(tài)溝渠表流庫(kù)塘不僅大大提升了水力停留時(shí)間(水力停留時(shí)間分別是生態(tài)溝渠、表流庫(kù)塘和潛流庫(kù)塘的1.44、1.83和1.57倍)，而且還使水生植物存量更大(水生植物面積分別是生態(tài)溝渠、表流庫(kù)塘和潛流庫(kù)塘的2.94、1.89和2.25倍)，加上系統(tǒng)維護(hù)良好，使削減凈化效率進(jìn)一步加強(qiáng)[21]。
因此，在具體應(yīng)用其余個(gè)系統(tǒng)時(shí)，需定時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，比如定期清淤疏浚、采收水生植物、去除死亡根系等。本研究中生態(tài)溝渠表流庫(kù)塘系統(tǒng)對(duì)TN和TP的平均去除率為59.66%和55.99%，與朱金格等[21]在太湖區(qū)研究的TN和TP平均去除率為59.60%和51.69%較接近，這進(jìn)一步證明生態(tài)溝渠表流庫(kù)塘系統(tǒng)應(yīng)用性較廣，可為洱海流域農(nóng)田尾水的處理提供一種參考。有研究表明，潛流人工濕地對(duì)COD的去除率為64%82%[22]，本研究結(jié)果卻表明，潛流庫(kù)塘對(duì)COD的去除率僅在15.2049.15%，平均去除率僅為34.29%。
這應(yīng)與本研究所選潛流人工濕地或因運(yùn)行時(shí)間較久，相關(guān)基質(zhì)的物理吸附及化學(xué)反應(yīng)絡(luò)合作用)達(dá)到一定限度，導(dǎo)致對(duì)COD的去除效果逐漸降低[23,24];另外當(dāng)基質(zhì)吸附達(dá)到飽和時(shí)，基質(zhì)中吸附的污染物可能會(huì)釋放進(jìn)入水體，使?jié)竦貙?duì)COD去除效率進(jìn)一步降低[21]，因此在實(shí)際應(yīng)用潛流人工濕地時(shí)應(yīng)注意選擇合適基質(zhì)粒徑和級(jí)配以及優(yōu)化潛流人工濕地工藝等。劉福興[8]和田昌[12]等研究表明生態(tài)溝渠對(duì)TN、TP的平均去除率均高達(dá)50%以上，本研究表明生態(tài)溝渠對(duì)TN、TP的平均去除率為40.59%、21.03%。
這是因?yàn)閯⒏Ｅd[8]和田昌[12]研究的生態(tài)溝渠觀察期較短，僅集中在20d和個(gè)月，加上不同的研究生態(tài)溝渠長(zhǎng)度不同，配備的水生植物也各異等，導(dǎo)致以往研究與本研究削減效果各有差異。本研究結(jié)果還表明表流庫(kù)塘對(duì)TN的平均去除率僅為37.60%，但張俊朋[16]研究表明表流庫(kù)塘對(duì)平均去除率在70%以上，這應(yīng)與張俊朋[16]研究系統(tǒng)本底值很低，進(jìn)水為自來(lái)水，植物種類配備單一，本研究進(jìn)水則為農(nóng)田尾水，本底值較高，配備植物也較多有關(guān)。
本研究證實(shí)，2019年10月，除生態(tài)溝渠表流庫(kù)塘COD削減率下降外，其余系統(tǒng)TN、TP和COD削減率均逐月上升，這是因?yàn)槠溆嘞到y(tǒng)水生植物2019年月種植后，月和10月正好處于旺盛生長(zhǎng)期，植物吸收污染物能力較強(qiáng)，微生物活動(dòng)頻繁，加速了水體污染物的分解[25,26]。生態(tài)溝渠表流庫(kù)塘2019年10月COD削減率逐月下降原因，則應(yīng)與該系統(tǒng)運(yùn)行之初(2019年月)削減率便較高，為52.62%，已達(dá)系統(tǒng)較高的削減效率等有關(guān)，但具體原因有待進(jìn)一步分析研究。個(gè)系統(tǒng)TN、TP和COD削減率均在11月、12月或月出現(xiàn)削減效果較低的情況，這與此個(gè)月是冬季，溫度較低，植物枯萎死亡，微生物活動(dòng)降低，導(dǎo)致生態(tài)攔截系統(tǒng)削減率下降有關(guān)2728。
4結(jié)論
(1)改建的個(gè)系統(tǒng)都對(duì)水體污染物TN、TP和COD具有較強(qiáng)的凈化作用。個(gè)系統(tǒng)對(duì)污染物TN、TP和COD的平均凈化效果由大到小分別為生態(tài)溝渠表流庫(kù)塘(59.66%、55.99%和38.33%)、潛流庫(kù)塘(42.13%、31.31%和34.29%)、表流庫(kù)塘(37.60%、27.69%、26.07%)和生態(tài)溝渠(40.59%、21.03%、25.25%)。生態(tài)溝渠和生態(tài)溝渠表流庫(kù)塘進(jìn)水濃度較高時(shí)，系統(tǒng)對(duì)污染物的削減效果較強(qiáng)，潛流庫(kù)塘和表流庫(kù)塘進(jìn)水濃度和系統(tǒng)對(duì)污染物削減效果間相關(guān)性不強(qiáng)。
(2)參照《國(guó)家農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50842005)和《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB38382002)，生態(tài)溝渠和表流庫(kù)塘出水全年可用于水作和旱作灌溉，生態(tài)溝渠出流TN和TP濃度有個(gè)月和11個(gè)月達(dá)到Ⅴ類和Ⅳ類水質(zhì)要求，表流庫(kù)塘出流TN、TP和COD濃度有個(gè)月、11個(gè)月和個(gè)月可達(dá)到Ⅴ類、Ⅳ類和Ⅴ類水質(zhì)要求，潛流庫(kù)塘出水全年各月可用于旱作灌溉，個(gè)月可用于水作灌溉，TN、TP和COD濃度有10個(gè)月、個(gè)月和個(gè)月可達(dá)到Ⅳ類水質(zhì)要求;生態(tài)溝渠表流庫(kù)塘出水全年各月可用于各類型農(nóng)田灌溉，TN、TP和COD濃度有個(gè)月、10個(gè)月和10個(gè)月可達(dá)到Ⅴ類水質(zhì)要求。
參考文獻(xiàn)：
[1]代丹葛俊胡小貞等洱海西部入湖河流白鶴溪主要污染物時(shí)空變化特征分析[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào),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]項(xiàng)頌吳越呂興菊等洱海流域農(nóng)業(yè)面源污染空間分布特征及分類控制策略[J].環(huán)境科學(xué)研究,2020,33(11):24742483.XIANGSong,WUYueYUXingju,etalCharacteristicsandspatialdistributionofagriculturalnonpointsourcepollutioninErhaiLakeasinandtslassifiedontroltrategy[J].2020,33(11):24742483.
作者：段四喜,2,3，張磊1,2,3，楊芳,3，沈仕洲，倪喜云，趙正雄，于良君2,
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