生態村落及水系生物系統的構建與實踐

劉玉升

山東農業大學新農村發展研究院/植物保護學院,山東泰安271018

生態村落及水系生物系統的構建與實踐

劉玉升

山東農業大學新農村發展研究院/植物保護學院,山東泰安271018

本文選擇臨沂市莒南縣板泉鎮小王劉莊為試驗點，進行了生態村落建設探索。將生態村落分為陸地和水域兩個子系統，將生態村落水資源分為村落水源、村落水系、村落池塘濕地和水資源輸出子系統，將村落有機廢棄物與昆蟲資源產業化相關聯。

生態村落;水系;生物系統;昆蟲資源;產業化

2017年2月5日，中共中央、國務院發布《關于深入推進農業供給側結構性改革加快培育農業農村發展新動能的若干意見》[1]，這是改革開放以來第19份以“三農”為主題的一號文件，也是自2004年以來，中央一號文件連續第14次聚焦“三農”。其中，提到“三園一體”建設，“三園”是指現代農業產業園、科技園、創業園；“一體”，指田園綜合體[2]。一號文件強調，重點要培育宜居宜業特色村鎮。圍繞有基礎、有特色、有潛力的產業，建設一批農業文化旅游“三位一體”、生產生活生態同步改善、一產二產三產深度融合的特色村鎮。

北方干旱地區，水資源是制約“三園一體”建設可持續發展的重要因素。在地球上，海洋占地球表面積的70%，海水占了地球總水量的96%；還有占總水量3%的水，被封凍在冰天雪地的南北兩極和高山冰川之中，不能為人類直接利用；地球上的湖泊也有50%是咸水湖；剩下能供人類利用的淡水，只占總水量的0.5%，其中還有一些開發非常困難而無法真正利用[3]。實際上，人類真正能夠直接利用的淡水資源僅占地球總水量的0.3%。我國的水資源總量約為2.8億m3，僅次于巴西、俄羅斯、加拿大和美國，居于世界第五位[4]。但是，我國人均水資源還不及世界平均水平的1/4，而且水資源的空間分布和時間分布很不均勻。由此可見，我國水資源十分緊張。

為了踐行“田園綜合體”探索，自2015年以來，我們選擇山東省臨沂市莒南縣板泉鎮小王劉莊進行了生態村落建設和水系生物系統研究，尋求北方干旱地區生態村落及其水資源利用問題的解決途徑。現將結果報告如下。

1 村落概況

板泉鎮小王劉莊位于莒南縣城西部15 km，南與臨沭縣相鄰，西與河東區隔河相望。土地面積約1500畝，326戶，1189口人。

2 生態村落區域劃分

在該項目研究中，將生態村落區域劃分三種類型：生活區域、生產區域和休閑區域。其中生活區域是指村莊人居生活區，生產區域是指用于大農業生產活動的區域，休閑區域是指生活區域中用于公共活動的集體區域。

在村落中，對生活垃圾進行三元二級分類[5]，干垃圾進入再生資源系統，濕垃圾與池塘濕地植物一同混合制漿，配制昆蟲飼料（如圖1）。對生產有機廢棄物，經過干燥、物理粉碎和微生物腐解菌劑預處理，加工成昆蟲飼料。

3 生態村落水資源循環系統

生態村落水資源循環系統由村落水源、村落水系網絡、池塘濕地組成。其中，村落水源主要為生活用自來水系統，其次為雨水，農田灌溉為地下深井水；村落水系網絡分為戶居庭院微水道、次街道水道、主街道水道，村落水道與池塘濕地連接的匯合水道；終端為池塘濕地組成，在池塘中構建水域生物系統，與濕地生物系統互動，終端為中大型速生水生植物。

早在19世紀中葉工業革命時期，發達國家因工廠排放廢水引起河流和湖泊污染，有些生物學家已開始研究水污染對水生生物的影響，隨后又開展了水污染的生物監測和生物處理的研究。1902年，Kolkwitz和Marsson就對水中的微型生物進行分類，并提出了“污水生物系統”的概念[6,7]。

3.1 水體自凈作用

受污染的水質自然地恢復原樣的現象稱為自凈作用(Selfpurification)。如果一個水系存在一個污染物的排放點，當大量有機污染物由此進入水系，并水流而下時，將會發生如圖1所示的變化。

圖1 水體天然自凈過程[8]Fig.1 The natural self-purification process of water body

這個變化過程表現出如下特點：

①有機污染物的濃度由高到低。②水域生物相發生一系列變化。首先，異養細菌迅速氧化分解有機污染物而大量增殖，出現數量高峰；然后是以細菌為食料的原生動物出現數量高峰；再后是由于有機物礦化，利于藻類的生長，而出現藻類的生長高峰。③溶解氧濃度隨著有機物被微生物氧化分解而大量消耗，很快降到最低點；隨后，由于有機污染物的無機化和藻類的光合作用及其他好養微生物數量的下降，溶解氧又逐漸恢復到原初的水平。

這樣，在離開污染源相當的距離以后，水中的各種微生物的數量，有機物、無機物的含量，也都下降到最低點。于是，水體恢復到原來的狀態。這就是自然界中存在著的水體自凈作用。

據報道，美國航天局曾發掘水葫蘆凈化污水的能力，解決美國航天基地加州圣迭戈市的飲用水問題。那里水源緊缺，特別是隨著大工業的發展，飲用水短缺日趨嚴重，90%的飲用水要靠外地供應。后來，人們發現水葫蘆凈化污水的能力，建設了水葫蘆凈化污水系統。建立“污水—水葫蘆—水生生物—水域微生態”模式，系統構成：由6個長12 m、寬5 m、深1 m～2 m的水池組成。水池底部鋪上幾厘米厚的塘泥，種上水葫蘆。廢水先經過傳統過濾器初步過濾，后陸續通過6個生長茂盛的水葫蘆和少許浮萍的水池。水葫蘆不僅能吸收營養鹽類，硝酸鹽、磷酸鹽等，而且能吸收水中有毒的重金屬，如鉛、汞、鎘等。污水作為水葫蘆營養劑被它們吸收利用之后，從第4個水池開始，每個水池除了水葫蘆之外，還養殖水生動物 -蝸牛、螯蝦、食蚊魚等，它們通過取食水域環境的有機物質，進一步凈化污水。經過這個凈化系統流出來的水，比用傳統凈化器處理的水干凈3～4倍。這種水再經過沙層過濾后，便可用于灌溉，再進一步處理便可供給城市居民食用了。

4 昆蟲資源產業化

選擇腐食性昆蟲作為生產對象，形成微家畜新興產業。已經進行規模化生產養殖的種類有黃粉蟲、白星花金龜。

將村落生活垃圾中濕垃圾與池塘濕地植物一同混合制漿，配制昆蟲飼料。飼養黃粉蟲和白星花金龜，篩分成蟲體和蟲糞沙，蟲體經過微博干燥加工成干蟲，蟲糞沙制備成蟲糞基人工土壤。

這樣，通過終端昆蟲資源產業化的拉動，倒序激活水生植物、浮萍、藻類-無機化物-有機物-微生物-細菌-有機污染物系統，實現了由有機污染物到水生植物，最終到昆蟲過腹轉化、昆蟲資源產業化的系統。

[1]謝小帆,謝一珍,謝和風.人口·資源·環境—中國面臨的三大問題[M].南昌:21世紀出版社,1995

[2]孔繁翔.環境生物學[M].北京:高等教育出版社,2000

[3]劉玉升,駱洪義,葉保華.餐廚廢棄物的環境昆蟲處理途徑及資源化利用探討[J].再生資源與循環經濟,2013(4):35-37

[4]劉玉升,宋洪濤,方潔.城市生活垃圾三元二級分類體系的構建及其應用前景分析[J].再生資源與循環經濟,2015,8(4):18-21

[5]劉玉升,王 麗,張廣杰,等.城鄉生活垃圾一體化處理探討:三元二級分類新體系[J].再生資源與循環經濟,2017,10(2):33-36

[6]劉玉升.技術創新支撐城鄉生活垃圾分類[N/OL].中國科學報,2017-04-05(8)(2017-10-15).http://news.sciencenet.cn/

[7]劉玉升.昆蟲生產學[M].北京:高等教育出版社,2012

[8]胡家駿,周群英.環境工程微生物學[M].北京:高等教育出版社,1988

The Construction and Implementation of Ecological Villages and Aquatic Bio-system

LIU Yu-sheng
Institute of New Countryside Development;College of Plant Protection/Shandong Agricultural University,Tai’an271018,China

This paper selected Xiaowangliuzhuang village，Banquan Town Junan County Linyi City as the executed place to explore for ecological villages construction.The ecological village is divided into two subsystems of land and water resources,water will be divided into village water source,village water system,village pond wetland and the water resources output subsystem.The organic waste in villages is related to the industrialization of insect resources.

Ecological villages;water system;bio-system;insects;industrialization

Q988

A

1000-2324(2017)05-0652-02

2016-10-02

2016-11-20

“十二五”國家科技支撐計劃課題:低成本村鎮基礎設施與環境建設技術研究與示范(2014BAL04B05)

劉玉升(1964-),男,博士,教授,主要從事環境生物與資源昆蟲的利用.E-mail:ysl8877@163.com