洱海流域生態溝-庫塘濕地系統對農田排水的凈化效應

謝坤 鄧偉明 范力

摘 要：為探討洱海流域生態溝-庫塘濕地系統對農田排水氮、磷去除效應及其應用前景，在流域原位構建生態溝-庫塘濕地系統對農田尾水進行了攔截凈化，在分析流域雨季、旱季及全年3個時間段內系統進出水水質中化學需氧量（Chemical oxygen demand， COD）、總氮（Total nitrogen， TN）、總磷（Total phosphorus， TP）及銨態氮（Ammonium nitrogen， NH4+-N）濃度變化特征基礎上，引入改進灰色模式識別模型和綜合平均污染指數對系統水質凈化效果進行綜合評價。結果表明，生態溝-庫塘濕地系統對農田排水中TN、NH4+-N、TP和COD起到有效凈化作用，全年對TN和COD去除率分別為15.20%～69.59%和4.46%～61.90%，出水最低濃度均可達地表水環境質量Ⅱ類標準；系統出水NH4+-N和TP全年平均分別達到地表水環境質量Ⅱ類和Ⅲ類標準。系統在雨季和旱季2個時間段平均出水分別為地表水環境質量Ⅲ類和Ⅳ類標準，全年平均出水可達地表水環境質量Ⅲ類標準，系統對農田排水中TN和COD的去除是影響出水水質變化的重要因數。該研究表明，生態溝搭配庫塘濕地能明顯提高對流域農田排水中氮、磷及COD去除效率，系統全年平均出水可達地表水環境質量Ⅲ類標準，同時具有運行穩定和環境經濟效益的特點。

關鍵詞：洱海流域；農業面源污染；灰色模式識別模型；生態溝；庫塘濕地

中圖分類號：X52文獻標志碼：A文章編號：1673-9655（2024）01-000-09

0 引言

農業生產中氮、磷肥被廣泛施用，未被作物吸收的氮、磷隨降雨和灌溉進入地表水和地下水，造成水體污染和富營養化[1-2]。水體富營養化已成為中國最嚴重的水污染問題之一[3]，湖泊和河流等地表水體生態環境受到嚴重破壞[4]。洱海作為云貴高原第二大淡水湖泊[5]，目前水質總體穩定在Ⅱ～Ⅲ類，已度過中營養化向富營養化轉變階段[6]，正處于早期富營養化[7]。洱海富營養化的主要因素為面源污染[8]，流域面源污染多以農田徑流、初期降雨和村落生活污水排放等組成[9]，存在分布零散、組分復雜、污染嚴重和治理困難等特點[10]。其中農田耕地氮、磷流失已成為流域面源污染主要來源[11]，約占污染總量的70%左右[12]，未經凈化的農田面源污水排放入受納水體，導致洱海水體富營養化加劇。因此，為滿足水環境承載力需求及水環境生態健康，急需良好的生態工程實現對流域農田面源污染水體的凈化處理。

利用生態溝渠對農田流失的氮磷進行截留和去除，是凈化農田面源污水的重要途徑之一。生態溝渠是由傳統農業排水溝渠改造而來，傳統農業排水溝渠由排水渠道、基質、植被和流量控制設施組成[13]，它們可以很好地減輕污染物。因較小的土地需求、較高的養分去除率、較低的建設和維護運營成本[14-15]，使得生態溝渠已成為減少面源污染中氮磷營養物質的一種常用方法。生態溝渠是通過天然水體的自凈機制，如曝氣、氨氧化、植物吸收、沉淀、吸附、揮發、硝化和反硝化等機制，對農業徑流中的氮磷進行削減[16]。研究表明，生態溝渠可以有效地去除因施肥造成的農田土壤氮磷養分流失[16-17]。人工濕地作為一種生態水處理方式，也被廣泛用于削減農田非點源污染[18]。人工濕地通過濕地植物、基質和相關微生物的自然凈化過程協同作用去除水體中污染物[19]，與生態溝渠相比，人工濕地水力停留時間相對較長，使得水體流速降低，懸浮顆粒易于沉淀，同時可以充分發揮植物對污染物的吸收作用[20]，處理低濃度氮、磷污染水體時具有較好的效果[21]。生態溝渠末端配置人工濕地可以更為高效地凈化農業面源污染排水中氮、磷。研究結果表明，生態溝與人工濕地搭配施用對農業面源污染排水中氮、磷的去除率可達38.66%～59.60%和44.90%～60.92%[22-24]。然而，目前對于洱海流域生態溝渠與人工濕地研究多集中于新工藝的開發、工藝參數優化、機理解析等方面[25-26]，且生態溝渠配置人工濕地對農田排水氮、磷削減研究多以小中試為主[27]，而對于近自然野外應用型生態溝-庫塘濕地系統對農田排水中氮磷截留及出水水質綜合評價鮮見報道。

洱海流域海西農區農業產業升級帶來的蔬菜花卉面積快速增長，農業面源污染日趨嚴重，洱海流域花卉種植隨著觀光旅游業的發展種植面積急速增長，種植形式多以花卉博覽園為主。其中，《大理州統計年鑒》顯示2017年流域花卉種植面積為450 hm2，流域內花卉博覽園面積達246.66 hm2，占流域種植面積的54.81%[28]。本研究針對洱海流域典型花卉種植存在的農田面源污染問題，利用現有生態攔截技術對農田周邊已有溝渠及積水區域進行改造，構建生態溝-庫塘濕地系統對農田排水進行攔截凈化，在生態溝-庫塘濕地系統對農田排水中氮、磷及COD處理效果變化特征基礎上，運用“綜合平均污染指數”明確主要污染物貢獻率，同時以改進灰色模式識別模型對系統水質凈化效果進行綜合分析評價，以期為洱海流域地區利用已有溝渠及積水區改造進行農田尾水氮、磷的原位攔截提供借鑒及關鍵參數。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

生態溝-庫塘濕地系統試驗區位于洱海流域內規模較大的云海芳草花海莊園（種植面積為146.67 hm2）內[28]，為洱海西區主要的花卉集中種植區域。試驗區域屬于典型的高原低緯度西南季風氣候區，平均海拔1970～2049 m，年平均氣溫13～20℃，年降雨量約1000～1500 mm，其主要降水期（雨季）集中于每年的5—10月，降水量占全年的85%～96%，降水高峰期主要集中于7—8月，雨季月平均降雨量約147.85 mm[29]。試驗區內農田匯水面積約為104277 m2，農田以花卉種植為主（圖1），監測期內每月降雨量及氣溫變化見圖2，氣候數據來自研究區域內所安裝氣象站。試驗前期對原有農田排水溝渠進行基底和邊坡平整改造，同時引種典型濕地植物構建生態溝。且對生態溝渠下游集水區域進行生態改造，構建庫塘濕地對生態溝出水進一步凈化，最終通過流域主干渠匯入洱海。系統中庫塘濕地為細長條不規則形狀，濕地外圍挺水植物群落分區種植棱魚草和再力花，中央水域引種輪葉狐尾藻。同時，在溝塘兩端出口修筑溢流壩，抬高出水口水位，以延長農田排水在溝塘的過流時間，充分利用溝塘的凈化作用，系統設計參數見表1。系統于2016年11月—2017年2月進行建設，建設完成后為保證系統中植被生長及微生物種群構建，于2017年3—4月流域旱季進行系統前期穩定性運行，待系統運行穩定后于2017年5月雨季開始對試驗區農田尾水進行處理。

1.2 樣品采集與分析

2017年5月—2018年4月，在系統的進水口、交界口（生態溝出水口）和出水口進行布點及水樣采集。每個采樣點取樣時，每次采集液面以下5 cm處水樣150 mL，采樣頻率為雨季（2017年5—10月）4次/月，旱季（2017年11月—2018年4月）3次/月，總共取樣42批次，水樣于保溫箱中4℃低溫儲存，24 h內進行實驗室指標測定。水質指標選取化學需氧量（Chemical oxygen demand， COD）、總氮（Total nitrogen， TN）、總磷（Total phosphorus， TP）及銨態氮（Ammonium nitrogen， NH4+-N）。TN濃度采用堿性過硫酸鉀紫外分光光度法測定，NH4+-N濃度采用納氏試劑紫外分光光度法測定，TP采用鉬銻抗紫外分光光度法測定，COD濃度采用密封催化消解-酸性重鉻酸鹽滴定法測定[30]。

1.3 數據處理

實驗數據采用SPASS 22軟件和Excel制圖進行數據分析和制圖，圖3～圖5污染物濃度變化數據均為平均值±標準誤差表示，系統對農田排水中污染物凈化率通過式（1）計算：

（1）

式中：P—污染物凈化率，%；Cin—進口水體污染物質量濃度，mg/L；Cout—出口水體污染物質量濃度，mg/L。

1.4 改進灰色模式識別水質評價模型[31]

改進模型評價過程分為以下幾個步驟：①確定比較數列和參考數列，通常將所有斷面監測值表示為參考數列，水質分級標準濃度數列為比較數列；②通過“中心化”的方法對數據無量綱化處理；③采用一種基于點到區間距離的關聯系數公式計算絕對差；④利用基本灰色關聯分析模型計算出參考數列與比較數列的關聯系數；⑤通過監測斷面水體污染指標關聯系數與指標權重求得水質關聯度，按數值從大到小排列得出灰色關聯序列；⑥通過水質關聯度求得隸屬度，進而算出灰色綜合指數（grey composite index， GC），以及對應水質類別。

傳統灰色模式識別模型對水質分級界限區分存在不確定性，因分級臨界值附近的實測濃度或綜合污染指數的微小變化可能導致評價結果級別歸屬的改變[32]，改進的灰色模式識別模型充分考慮了以區間形式存在的水質評價標準，相比于臨界值直接判斷水質級別歸屬更加客觀，同時采用“中心化”方法進行水質數據無量綱化，使計算結果的差異性體現的更加明顯，且具有明確的物理意義[33]。同時結合“綜合平均污染指數法”[34]對系統水質氮、磷和COD污染指標權重徑流濃度變化的影響程度。

2 結果與分析

2.1 生態溝-庫塘濕地系統中水質變化特征

2.1.1 系統中氮的變化特征

不同時期TN濃度指標動態特征及去除率見圖3。

系統中水質TN表現為從監測斷面1到斷面3逐漸下降的趨勢，系統進水全年TN濃度最大、最小和平均分別為3.91（2018年4月）、1.02（2017年7月）和1.93 mg/L，除2017年10月、2018年3月和4月進水TN濃度大于地表水Ⅴ類水外，其余時間段都小于Ⅴ類水質。農田排水進入系統后，通過生態溝渠、庫塘濕地和系統處理全年不同時段TN濃度去除率分別為1.28%～49.59%、2.69%～68.48%和15.20%～69.59%。系統全年水質中NH4+-N在TN比率為7.05%～45.71%，說明NH4+-N不是水質中氮的主要形態。但NH4+-N表現出與TN相同降低的趨勢，有著相同的濃度最大時間段（2018年4月），最大為1.05 mg/L，全年平均濃度為0.38 mg/L，系統全年對進水中NH4+-N去除率在17.04%～64.18%。系統出水中TN和NH4+-N最低出水濃度可分別達地表Ⅱ類和Ⅰ類水標準，生態溝-庫塘濕地系統對高TN和NH4+-N濃度的農田排水表現出了有效的削減作用，且在2017年5月和10月有著較高的削減。

2.1.2 系統中磷的變化特征

不同時期TP濃度指標動態特征及去除率見圖4。

研究區域農田施肥以氮肥為主，施用磷肥相對較少，使得農田排水中磷濃度低于氮濃度。系統中全年進水TP濃度最大值和最小值分別為0.68 mg/L（2018年3月）與0.05 mg/L（2017年10月），全年平均濃度為0.17 mg/L，達到地表Ⅲ類水標準。系統進水經過生態溝的攔截與吸收，排出生態溝的最大、最小和平均TP濃度分別為0.55 mg/L、0.04 mg/L和0.16 mg/L，相比于進水濃度顯著降低。在庫塘濕地對生態溝出水進行進一步處理，最終出水濃度最大、最小和平均濃度分別為0.53 mg/L、0.039 mg/L和0.15 mg/L，最低出水濃度達到地表Ⅰ類水標準，同時生態溝-庫塘濕地系統全年對農田排水中TP的去除率為8.43%～51.50%，2017年11月系統達到51.50%的最大削減率，說明系統對進水TP有著較好的去除作用。

2.1.3 系統中COD變化特征

不同時期水質COD濃度指標動態特征及去除率見圖5。系統進水斷面處農田排水COD濃度均超過地表Ⅲ類水標準，在2017年7月和2018年2—4月中進水斷面水質COD濃度大于地表Ⅳ類水標準（≤30 mg/L）。通過生態溝渠的攔截和吸收作用，生態溝渠全年出水中COD濃度下降0.60%～23.99%，庫塘濕地對生態溝出水進一步處理后，全年不同時段去除率為0.93%～50.78%，系統對農田排水中COD削減率為4.46%～61.90%，在2017年5月系統有著最高去除率61.90%，且出水中COD濃度達到監測期內最低為地表Ⅰ類水標準。

2.2 生態溝-庫塘濕地系統水質凈化效果綜合分析

2.2.1 系統水質污染物綜合權重及污染貢獻率

據2017年5月—2018年4月流域生態溝-庫塘濕地系統雨季、旱季及全年不同斷面水質TN、TP、NH4+-N和COD監測數據，利用“綜合平均污染指數法”[33]求得系統中各污染因子的權重及污染貢獻率見表2。系統雨季、旱季及全年不同斷面水體污染物污染貢獻率排序均為TN>COD>TP>NH4+-N，在系統中TN和COD均為全年水質變化最重要影響因子，TN污染貢獻率隨系統水體流向逐漸降低，水質全年平污染貢獻率為43.71%～44.18%，系統中COD污染貢獻率隨流向呈現出生態溝段增加濕地段降低的變化，污染貢獻率為26.60%～27.10%，NH4+-N污染貢獻率特征與TP相似。

2.2.2 系統水質凈化效果綜合分析

根據流域生態溝-庫塘濕地系統2017年5月—2018年4月COD、TN、TP及NH4+-N水質變化數據，利用改進灰色模式識別模型對系統2017年5月—2018年4月雨季、旱季和全年的水質進行綜合分析與評價，評價結果見表3。通過模型得出系統雨季、旱季及全年不同斷面灰色綜合指數（Grey composite index， GC）和水質類別，采用GC數值對水質狀況進行評價時，GC最大值為5，最小值為1，當各指標均達到Ⅰ類水要求時，GC=1；當所有指標都超過或等于Ⅴ類水要求時，GC=5[35]。流域雨季、旱季及全年農田排水經系統處理后，沿水流方向水質灰色綜合指數變化明顯，系統不同斷面灰色綜合指數分別為3.00～3.70、3.80～4.74和3.05～4.29，出水灰色綜合指數分別為3.00、3.80和3.05，相對應水質類別分別為Ⅲ、Ⅳ和Ⅲ類，表明不同時間段生態溝-庫塘濕地系統對農田排水處理效果存在差異。

3 討論

3.1 生態溝-庫塘濕地系統中水質變化特征

生態溝-庫塘濕地系統是一個由土壤、植物和微生物構成的綜合系統，通過植物吸收、底泥的吸附和截留、微生物降解和根區反應等綜合作用，以達到對農田排水中氮、磷的凈化作用[36]。在系統中，農田排水經過生態溝-濕地的聯合凈化作用后，出水氮、磷及COD濃度較入水大幅降低（圖2～圖4），在2017年5月、10月和11月都有著較大的去除。監測期內系統對農田排水中TN去除表現出先降低再增加最后降低的趨勢，雨季對TN平均去除率為26.61%，大于旱季時系統平均去除率19.72%，主要在于雨季溫度較高，系統中生態溝和濕地對農田排水TN去除機制主要是微生物反硝化作用，微生物反硝化速率隨溫度的升高而升高，上下限溫度分別在5℃和70℃[37]。此外，系統中濕地植物正處于暖季生長期，通過植物吸收是去除TN的另一種重要途徑[38]。系統入水中TN初始濃度相對較低（1.34 mg/L），此時生態溝出水TN濃度為1.29 mg/L，去除率為3.73%，表明生態溝在凈化初始濃度較低的水體時效果并不明顯；相反人工濕地最終出水TN濃度為0.41 mg/L，去除率為68.41%，高于生態溝去除率，其余時段濕地去除率為2.69%～26.81%。有研究表明，生態溝末端配置濕地處理農田排水，濕地在凈化TN初始濃度較低水體時具有更好的效果[22]。系統中NH4+-N去除率表現出波動變化的趨勢，旱季平均去除率（18.10%）同雨季（17.85%）相接近，由于流域旱季降雨量較少，系統中進水水體流量較小，造成水力停留時間增加，系統中較長的水力停留時間有利于生態溝和濕地中植物吸收、底泥和基質吸附、微生物硝化作用對水體NH4+-N去除[16，19]。有研究表明，NH4+-N帶正電荷易被沉積物、底泥和基質吸附，當水化學條件發生變化時容易釋放入水體中，NH4+-N在生態溝的遷移及轉化受到田間停留時間的影響[15]。本研究中，生態溝對NH4+-N去除率為14.85%～47.76%，而人工濕地對NH4+-N最大去除率為31.43%，平均去除率為7.37%。由于系統中生態溝相比于濕地水位較低和水體流速快，使得水體多為好氧環境，農田排水中NH4+-N經過微生物硝化作用去除[39]，與生態溝相比，水生植物生物量較大以及水位較深，使得濕地容易處于缺氧狀態，不利于NH4+-N的吸收轉化。此外，濕地中大量植物腐爛分解導致水體NH4+-N濃度增大[40-41]。生態溝-濕地系統中底泥和基質吸附、植物攔截是去除水體中P主要作用[42]，生態溝和濕地的合理工程構建、適宜的基質條件和植物結構可以有效提升磷的去除效率[43-44]。在本研究中，系統監測期內對TP的總去除率在9.77%～51.50%，平均去除率23.38%，有效降低了農田尾水中TP的含量。由于旱季降雨較小使得系統中水力停留時間大于雨季，有利于系統中植物攔截、底泥和基質吸附對水體中磷的去除[45]，使得旱季（18.87%）系統對磷的去除率大于雨季（8.43%），同時濕地雨旱季水力停留時間大于生態溝，可進一步有效去除生態溝排水中磷，說明系統可有效凈化低濃度含磷農田排水。系統中生態溝與濕地主要通過沉降、基質吸附、微生物作用去除農田排水中COD[46]，王[27]等研究發現，溝-塘系統對農田退水中COD的凈化率為28.91%～51.77%，同一溝塘處理系統在不同的時間對TP和COD的凈化效果尤為突出。本研究中生態溝-濕地系統在野外運行中對農田排水COD凈化率為4.46%～61.90%，系統前期對農田排水中COD削減波動性較大，后期對農田排水中COD削減趨于穩定。由于研究區域種植施用有機肥易帶來有機質的增加的問題，雨季降雨前期降雨沖刷農田，且降雨較小，導致農田排水中COD濃度的增加。雨季中期降雨增加，同時前期農田土壤中有機質流失較多，使得系統入水中COD濃度減小，且旱季降雨較少，同時研究區域種植頻繁，旱季時農田排水中COD濃度增加，導致系統入水濃度升高，有研究表明，濕地中植物對水體中某種營養物質的吸收利用率與它的供應濃度有關，在一定的濃度范圍內，植物吸收離子的速度隨介質中濃度的升高而增加，濃度降低則吸收速率降低[47]，不同進水COD濃度使得系統凈化率發生著改變，同時系統旱季凈化率穩定變化，說明在流域冬季系統可以對農田排水進行穩定凈化。

3.2 生態溝-庫塘濕地系統水質凈化效果綜合分析

通過表1可知，在生態溝-濕地系統所有污染物中TN和COD是水質變化的主要影響因素。因在洱海流域現有農田種植模式下大量氮殘留在土壤中，這一現象的主要原因可能在于研究區以花卉種植為主，一方面花卉種植的施肥強度大、種植茬數多、管理更集約、季節性強，造成土壤中大量肥料殘留[48]，另一方面研究區內農田種植多無覆膜處理，相比于農田露地種植，土壤表面覆膜種植可以減少氮、磷及COD流失[49]，經流域降雨沖刷以及養護灌溉形成的地表徑流和淋溶側滲作用將土壤中氮、磷及COD等污染物從土壤輸送進入溝渠水體中。除化肥外，花卉種植過程中有機肥的施用以及種植區植物秸稈的殘留也成為農田排水中氮、磷及COD的高潛在來源[50]，使得農田排入生態溝水體中TN和COD占比大。農田排水通過生態溝和濕地植物吸收、底泥的吸附和微生物作用削減水體中TN[16，19]，使得系統中水質TN污染貢獻率隨系統水體流向逐漸降低，同時生態溝對TP和NH4+-N削減率分別為2.05%～39.10%和15.19%～47.76%，而COD平均削減率為2.49%，使得生態溝出水中COD對水質影響增大，濕地對生態溝排水進一步處理過程中，水力停留時間較長，使得COD削減較大，濕地出水中COD占比下降。

研究區域溝渠主要功能為農業灌排一體，因溝渠改造前對環境排放污水中污染物去除能力較差，通過溝渠生態化和溝塘串聯等改造工程對原農田灌排溝渠進行生態化改造，加強溝渠污染物削減效應。通過表2可知，根據評價模型對生態溝-濕地系統2017年5月—2018年4月不同斷面各水質指標及水質變化綜合分析結果可知，系統雨季、旱季和全年入水口斷面水質類別分別為Ⅳ、Ⅴ和Ⅴ類，主要在于研究區內農業以花卉種植為主，花卉種植的施肥強度大、種植茬數多和施肥次數多，造成土壤中大量氮、磷殘留，通過地表徑流及側滲作用進入生態溝入水斷面水體[47]，同時雨季較多降雨對生態溝入水中氮、磷及COD等污染物起到了一定的稀釋作用，使得雨季入水水質類別總體小于旱季。研究區農田排水通過生態溝渠后水質得到明顯改善，生態溝通過植物吸收、底泥的吸附和微生物作用對農田排水中氮、磷及COD等污染物進行削減[16]，雨季、旱季和全年生態溝出水斷面水體水質類別由進水斷面分由Ⅳ、Ⅴ和Ⅴ類提升到Ⅲ、Ⅳ和Ⅳ類水質，水質類別相應提升一個類別，水質總體污染狀況改善較為明顯。通過進出水GC變化可知，雨季和旱季生態溝ΔGC分別為0.59和0.19，生態溝對農田排水凈化作用在流域雨季大于旱季，雨季生態溝對TN和COD去除率大于旱季，由于雨季平均氣溫大于旱季，較高溫度有利于植物吸收以及微生物作用對農田排水進行凈化[51]。有研究表明生態溝對農田排水中N去除具有很強的季節性，特別是在溫暖的環境中，一般在夏季（5—8月）達到峰值[15]。水體由生態溝渠處理后進入末端濕地進一步對污染物削減，通過模型評價所得結果可以看出，雨季、旱季和全年濕地出水水質類別為Ⅲ、Ⅳ和Ⅲ類水質，除全年總體出水水質提升一個等級外，雨季、旱季出水水質類別相比于進水未有等級上變化，通過水質GC指數變化可以看出，濕地雨季進出水和全年出水水質同為Ⅲ類情況下，水質GC值分別為3.11、3.00和3.05，雨季濕地進出水ΔGC值為-0.11，表明濕地對于污染物濃度較低水體時具有一定處理效果。

4 結論

（1）構建生態溝-濕地系統可對農田排水中TN、NH4+-N、TP和COD有效凈化，出流最低TN、COD分別可達地表Ⅱ類水標準，出流NH4+-N和TP全年平均分別達到地表Ⅱ類和Ⅲ類水標準，系統全年雨季對TN去除大于旱季，TP和COD旱季去除大于雨季，雨旱季NH4+-N系統去除率相接近。

（2）綜合平均污染指數分析顯示生態溝-濕地系統雨季、旱季及全年不同斷面水體污染物污染貢獻率排序均為TN>COD>TP>NH4+-N，水體中TN和COD均為全年水質變化最重要影響因子，TN污染貢獻率隨系統水體流向逐漸降低，COD污染貢獻率隨流向呈現出生態溝段增加濕地段降低的變化。

（3）運用“中心化”灰色模式識別模型對洱海流域生態溝-濕地系統不同斷面水質進行評價，監測期內農田排水經溝-濕地系統處理后，沿水流方向水質總體類別變化明顯，水質灰色綜合指數在3.00～4.74變化，系統監測期內出水水質類型總體達Ⅲ類，系統雨季出水水質總體為Ⅲ類，優于旱季Ⅳ類出水水質。

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Purification Effect of Ecological Ditch-pond Wetland System on Farmland Drainage in the Erhai Lake Basin

XIE Kun， DENG Wei-ming， FAN Li

（Yunnan Appraisal Center for Ecological and Environmental Engineering， Kunming Yunnan 650028， China）

Abstract： In order to explore the nitrogen and phosphorus removal effect and application prospect of ecological ditch-pond wetland system on farmland drainage in the Erhai basin， the ecological ditch-pond wetland system was constructed in situ to intercept and purify farmland tail water. Based on the analysis of the concentration characteristics of COD， TN， TP and NH4+-N in the influent and effluent of the system during the rainy season， dry season and the whole year， an improved grey pattern recognition model and a comprehensive average pollution index were introduced to comprehensively evaluate the water purification effect of the system. The results showed that the ecological ditch-pond wetland system has played an effective role in purifying TN， NH4+-N， TP and COD in farmland drainage. The annual removal rates of TN and COD were 15.20%～69.59% and 4.46%～61.90%， respectively. The lowest concentration of effluent could reach class II standards of surface water environmental quality， and the average annual effluent NH4+-N and TP could reach class II and III standards of surface water quality， respectively. In the rainy season and dry season， the average effluent of the system was Class III and IV， respectively， and the annual average effluent could reach the Class III standard of surface water quality. The removal of TN and COD in farmland drainage was an important factor affecting the change of effluent quality. The study showed that ecological ditch combined with pond wetland could obviously improve the removal efficiency of nitrogen， phosphorus and COD in farmland drainage in the basin， and the annual average effluent of the system could reach the class III standard of surface water environmental quality. At the same time， it has the characteristics of stable operation and environmental and economic benefits， and has a certain prospect of popularization and application in the Erhai basin.

Keywords： the Erhai lake basin; agricultural non-point source pollution; gray-mode identification model; ecological ditch; pond wetland

收稿日期：2023-05-21

基金項目：國家重點研發計劃（2017YFD0800403）；農業農村農村部財政項目（22110402001006）。

作者簡介：謝坤（1994-），男，四川廣安人，碩士，助理工程師，主要從事河湖水環境生態修復方面的研究。

通信作者：范力（1994-），男，云南昆明人，碩士，工程師，從事河湖水環境生態修復方面的研究。