面源氮磷流失生態(tài)攔截工程設(shè)計(jì)及應(yīng)用成效

董超 王暉

摘要 農(nóng)業(yè)面源的氮、磷流失是造成農(nóng)田水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要原因之一，農(nóng)田水的氮、磷含量影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。本文介紹了氮、磷生態(tài)攔截研究現(xiàn)狀以及蘇州市農(nóng)田面源氮、磷流失生態(tài)攔截工程的工程建設(shè)和植物管理，總結(jié)生態(tài)攔截工程的優(yōu)點(diǎn)及成效，以期為環(huán)境、農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)參考。

關(guān)鍵詞 農(nóng)業(yè)面源污染；氮磷流失；生態(tài)攔截；生態(tài)溝渠；成效

中圖分類號(hào) X592 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2018）04-0158-02

2007年9月，江蘇省政府提出用5年時(shí)間，有效控制太湖湖體富營(yíng)養(yǎng)化程度；再用8～10年時(shí)間，從根本上解決太湖水污染問題。2008年4月2日國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議討論并原則通過《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案》，明確了太湖水污染防治工作的總體思路和重點(diǎn)工程，并將農(nóng)業(yè)面源污染治理納為重點(diǎn)治理的項(xiàng)目和工程內(nèi)容。同時(shí)，江蘇省制定了“江蘇省太湖水環(huán)境治理專項(xiàng)——太湖流域氮磷攔截綜合治理工程”，從政策和資金上確保氮、磷攔截治理工程的順利實(shí)施。

農(nóng)業(yè)面源的氮、磷流失是造成農(nóng)田水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要原因之一，制約著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。氮、磷流失生態(tài)攔截工程系統(tǒng)是一種低能耗、低投資、低成本的污水生態(tài)處理技術(shù)，主要通過坡種草、岸種柳、溝塘種植水生植物減少水體中氮、磷含量，通過設(shè)置多級(jí)攔截壩固定泥沙，達(dá)到攔截泥沙、污水、漂浮物以及清除雜草、垃圾和淤泥的目的，可應(yīng)用于城市農(nóng)業(yè)面源污染防治工作中[1-3]。氮、磷流失生態(tài)攔截工程對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染的治理效果受到工程設(shè)計(jì)、土壤類型、氣候狀況、地形地貌、種植類型、作物生長(zhǎng)階段等因子的影響，而因子之間又相互影響和制約，使處理效果有很大的空間異質(zhì)性和時(shí)間不均勻性，僅僅用系數(shù)法或經(jīng)驗(yàn)法估算最終排污量，可能造成計(jì)算結(jié)果和客觀實(shí)際相去甚遠(yuǎn)。

1 研究現(xiàn)狀

近年來，已有對(duì)氮、磷生態(tài)攔截效率研究的相關(guān)報(bào)道，例如南京土壤所“863”科技計(jì)劃對(duì)太湖流域氮、磷生態(tài)攔截工程對(duì)TP、TN的去除率進(jìn)行了研究，蔣治國(guó)等[4]對(duì)常州市武進(jìn)區(qū)氮、磷生態(tài)攔截工程出水TN、TP的達(dá)標(biāo)率進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，單立楠等[5]研究了浙江苕溪流域羅家頭村氮、磷生態(tài)攔截工程對(duì)TP、TN的去除率，馬 建等[6]研究了遼河流域上游水氮、磷生態(tài)攔截工程對(duì)TP、TN的去除率。但目前尚無學(xué)者將氮、磷攔截效率與氣候、地形、種植特點(diǎn)等因子結(jié)合起來研究，無法得到蘇州地區(qū)氮、磷生態(tài)攔截效率的相關(guān)數(shù)據(jù)。因此，有必要針對(duì)蘇州地區(qū)的實(shí)際情況，以具有代表性的氮、磷流失生態(tài)攔截工程為研究對(duì)象，通過切實(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，確定蘇州地區(qū)氮、磷流失生態(tài)攔截工程對(duì)污染物的處理效率。

2 工程設(shè)計(jì)

蘇州市農(nóng)田徑流氮、磷生態(tài)攔截工程的建設(shè)內(nèi)容包括工程建設(shè)和植物管理2個(gè)部分，具體為溝渠塘的設(shè)計(jì)、清淤和改造以及溝渠塘側(cè)面、底部的植物配置和管護(hù)[7]。

2.1 工程技術(shù)路線

面源氮、磷流失生態(tài)攔截工程先對(duì)淤積嚴(yán)重、連通度差、雜草叢生的溝渠區(qū)段進(jìn)行生態(tài)清淤，拓寬溝渠容量，再增加部分新溝渠，從而增加生態(tài)溝渠的長(zhǎng)度和連通度，以減緩水流速度、延長(zhǎng)水流停留時(shí)間，達(dá)到沉淀和去除懸浮物質(zhì)與養(yǎng)分的目的。同時(shí)，利用地形地貌將低洼地或者廢棄池塘和漁塘改造成生態(tài)塘，種植富集氮、磷的水生植物及蔬菜，對(duì)水進(jìn)行二次凈化。改造景觀湖作為生態(tài)塘并配備浮島，使水中氮、磷得到第3次凈化，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的氮、磷攔截能力，以控制排出的氮、磷養(yǎng)分，提高水體的自凈能力。

2.2 生態(tài)溝渠及攔截壩

由圖1可知，土質(zhì)的隔離溝渠設(shè)計(jì)成有效的生態(tài)攔截渠，兩側(cè)具有一定坡度，溝體深0.6 m，溝體上端寬2.0 m、下端寬1.5 m，溝體內(nèi)構(gòu)建若干小壩以達(dá)到減緩水速、延長(zhǎng)水流停留時(shí)間的目的。根據(jù)日常田間水面的高度設(shè)置田面水線，田面水線將溝體分為上、下2個(gè)部分，上部為高約25 cm的溝埂，起到防止田面水溢流至生態(tài)攔截溝渠的作用。

攔截壩的橫截面示意圖如圖2所示，攔截壩高30 cm，在其中位、底位分別有1個(gè)排水孔，可實(shí)現(xiàn)排干、半滿和溢流3種水位攔截狀態(tài)。由箱體、基質(zhì)和植物組成的攔截箱是溝渠中重要輔助成分，具有減緩水速、攔截水流、加強(qiáng)溝渠系統(tǒng)去除功能的作用。箱體四周為孔狀結(jié)構(gòu)，有利于水流順利進(jìn)出箱體，填充的基質(zhì)可吸附水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

2.3 植物配置

堤岸綠化植物以濕地岸沿喬灌木為主，主要種植香樟和垂柳，搭配雪松、水杉，其中垂柳200 m2、雪松100 m2、香樟200 m2、水杉100 m2。

2.3.1 溝渠內(nèi)植物配置。在水泥溝渠的溝底保留適當(dāng)?shù)啄?，種植沉水植物金魚藻。在土質(zhì)隔離溝渠的溝壁種植多年生狗牙根，可以防止泥土流失，溝底種植空心菜、水芹、茭白等植物。選擇生長(zhǎng)旺盛的植物還能形成良好的生態(tài)景觀。在溝渠兩側(cè)的平坦河灘區(qū)域內(nèi)種植 3～4 m寬的多年生苜蓿，形成具有生態(tài)截留、降低水體污染物含量、滯緩水體流失的岸邊植被生態(tài)攔截帶。

2.3.2 生態(tài)塘植物配置。水生植物品種繁多，是生態(tài)塘系統(tǒng)的重要組成部分，可由人工種植和自然演替形成。選擇合適的植物對(duì)提高濕地?cái)r截凈化能力至關(guān)重要，植物的選擇要考慮多種因素，如要適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境、耐污能力強(qiáng)、去污效果好等。農(nóng)田徑流氮、磷生態(tài)攔截工程水生植物的栽種面積約為8 400 m2，占水面總面積的50%左右。為使氮、磷生態(tài)攔截工程在具有生物凈化功能的同時(shí)，具有旅游價(jià)值、娛樂價(jià)值和觀賞價(jià)值，可栽種石菖蒲、水毛茛、西伯利亞鳶尾等常綠水生植物，面積約2 300 m2 [8]。

3 成效

蘇州市農(nóng)田徑流氮、磷生態(tài)攔截工程的實(shí)施取得了較好的成效，氮、磷的平均消減率分別達(dá)55.96%、45.36%，顯著地?cái)r截了農(nóng)田中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入太湖流域，減輕了水體的污染程度和富營(yíng)養(yǎng)化程度。在溝渠和生態(tài)塘內(nèi)種植植物，可吸收和攔截溢出的養(yǎng)分，提高氮、磷的利用效率，促進(jìn)能量循環(huán)利用[9]，同時(shí)形成良好的生態(tài)景觀，促進(jìn)了環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)語

氮、磷流失生態(tài)攔截工程具有低能耗、低投資、低成本等優(yōu)點(diǎn)，可有效控制農(nóng)業(yè)面源污水中的氮、磷等污染因子，處理后的水質(zhì)可達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB1891—2002）一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，凈化了農(nóng)村河道環(huán)境，有利于社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)[4]。氮、磷流失生態(tài)攔截工程的開展需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛病夂颦h(huán)境、農(nóng)作物種類及分布等因素，因地制宜，科學(xué)選擇處理工藝和凈化植物，以達(dá)到理想的治理效果[10]。

5 參考文獻(xiàn)

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[8] 楊林章，周小平，王建國(guó)，等.用于農(nóng)田非點(diǎn)源污染控制的生態(tài)攔截型溝渠系統(tǒng)及其效果[J].生態(tài)學(xué)雜志，2005，24（11）：1371-1374.

[9] 楊偉球，秦偉，束劍華，等.蘇州市農(nóng)田徑流氮磷生態(tài)攔截工程實(shí)施現(xiàn)狀與思考[J].寧夏農(nóng)林科技，2011，52（8）：43-44.

[10] 于淼，馬國(guó)勝，趙昌平，等.氮磷生態(tài)攔截集成技術(shù)治理湖泊岸區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染分析研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理2015，40（1）：72-74.