面源氮磷流失生態攔截工程設計及應用成效

董超 王暉

摘要 農業面源的氮、磷流失是造成農田水體富營養化的重要原因之一，農田水的氮、磷含量影響著農業生產的發展。本文介紹了氮、磷生態攔截研究現狀以及蘇州市農田面源氮、磷流失生態攔截工程的工程建設和植物管理，總結生態攔截工程的優點及成效，以期為環境、農業的可持續發展提供科學參考。

關鍵詞 農業面源污染；氮磷流失；生態攔截；生態溝渠；成效

中圖分類號 X592 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）04-0158-02

2007年9月，江蘇省政府提出用5年時間，有效控制太湖湖體富營養化程度；再用8～10年時間，從根本上解決太湖水污染問題。2008年4月2日國務院常務會議討論并原則通過《太湖流域水環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工程，并將農業面源污染治理納為重點治理的項目和工程內容。同時，江蘇省制定了“江蘇省太湖水環境治理專項——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施。

農業面源的氮、磷流失是造成農田水體富營養化的重要原因之一，制約著農業生產的可持續發展。氮、磷流失生態攔截工程系統是一種低能耗、低投資、低成本的污水生態處理技術，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，通過設置多級攔截壩固定泥沙，達到攔截泥沙、污水、漂浮物以及清除雜草、垃圾和淤泥的目的，可應用于城市農業面源污染防治工作中[1-3]。氮、磷流失生態攔截工程對農業面源污染的治理效果受到工程設計、土壤類型、氣候狀況、地形地貌、種植類型、作物生長階段等因子的影響，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性和時間不均勻性，僅僅用系數法或經驗法估算最終排污量，可能造成計算結果和客觀實際相去甚遠。

1 研究現狀

近年來，已有對氮、磷生態攔截效率研究的相關報道，例如南京土壤所“863”科技計劃對太湖流域氮、磷生態攔截工程對TP、TN的去除率進行了研究，蔣治國等[4]對常州市武進區氮、磷生態攔截工程出水TN、TP的達標率進行了監測，單立楠等[5]研究了浙江苕溪流域羅家頭村氮、磷生態攔截工程對TP、TN的去除率，馬 建等[6]研究了遼河流域上游水氮、磷生態攔截工程對TP、TN的去除率。但目前尚無學者將氮、磷攔截效率與氣候、地形、種植特點等因子結合起來研究，無法得到蘇州地區氮、磷生態攔截效率的相關數據。因此，有必要針對蘇州地區的實際情況，以具有代表性的氮、磷流失生態攔截工程為研究對象，通過切實的監測數據，確定蘇州地區氮、磷流失生態攔截工程對污染物的處理效率。

2 工程設計

蘇州市農田徑流氮、磷生態攔截工程的建設內容包括工程建設和植物管理2個部分，具體為溝渠塘的設計、清淤和改造以及溝渠塘側面、底部的植物配置和管護[7]。

2.1 工程技術路線

面源氮、磷流失生態攔截工程先對淤積嚴重、連通度差、雜草叢生的溝渠區段進行生態清淤，拓寬溝渠容量，再增加部分新溝渠，從而增加生態溝渠的長度和連通度，以減緩水流速度、延長水流停留時間，達到沉淀和去除懸浮物質與養分的目的。同時，利用地形地貌將低洼地或者廢棄池塘和漁塘改造成生態塘，種植富集氮、磷的水生植物及蔬菜，對水進行二次凈化。改造景觀湖作為生態塘并配備浮島，使水中氮、磷得到第3次凈化，進一步提高系統的氮、磷攔截能力，以控制排出的氮、磷養分，提高水體的自凈能力。

2.2 生態溝渠及攔截壩

由圖1可知，土質的隔離溝渠設計成有效的生態攔截渠，兩側具有一定坡度，溝體深0.6 m，溝體上端寬2.0 m、下端寬1.5 m，溝體內構建若干小壩以達到減緩水速、延長水流停留時間的目的。根據日常田間水面的高度設置田面水線，田面水線將溝體分為上、下2個部分，上部為高約25 cm的溝埂，起到防止田面水溢流至生態攔截溝渠的作用。

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個排水孔，可實現排干、半滿和溢流3種水位攔截狀態。由箱體、基質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、加強溝渠系統去除功能的作用。箱體四周為孔狀結構，有利于水流順利進出箱體，填充的基質可吸附水體中的營養物質。

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 溝渠內植物配置。在水泥溝渠的溝底保留適當底泥，種植沉水植物金魚藻。在土質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。選擇生長旺盛的植物還能形成良好的生態景觀。在溝渠兩側的平坦河灘區域內種植 3～4 m寬的多年生苜蓿，形成具有生態截留、降低水體污染物含量、滯緩水體流失的岸邊植被生態攔截帶。

2.3.2 生態塘植物配置。水生植物品種繁多，是生態塘系統的重要組成部分，可由人工種植和自然演替形成。選擇合適的植物對提高濕地攔截凈化能力至關重要，植物的選擇要考慮多種因素，如要適合當地環境、耐污能力強、去污效果好等。農田徑流氮、磷生態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、磷生態攔截工程在具有生物凈化功能的同時，具有旅游價值、娛樂價值和觀賞價值，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

蘇州市農田徑流氮、磷生態攔截工程的實施取得了較好的成效，氮、磷的平均消減率分別達55.96%、45.36%，顯著地攔截了農田中氮、磷等營養物質進入太湖流域，減輕了水體的污染程度和富營養化程度。在溝渠和生態塘內種植植物，可吸收和攔截溢出的養分，提高氮、磷的利用效率，促進能量循環利用[9]，同時形成良好的生態景觀，促進了環境、社會、經濟的可持續發展。

4 結語

氮、磷流失生態攔截工程具有低能耗、低投資、低成本等優點，可有效控制農業面源污水中的氮、磷等污染因子，處理后的水質可達到《城鎮污水處理廠污染排放標準》（GB1891—2002）一級B標準，凈化了農村河道環境，有利于社會主義新農村建設[4]。氮、磷流失生態攔截工程的開展需要結合當地的地形地貌、氣候環境、農作物種類及分布等因素，因地制宜，科學選擇處理工藝和凈化植物，以達到理想的治理效果[10]。

5 參考文獻

[1] 林文周，婁金生.垂直流人工濕地處理生活污水的試驗[J].農業資源與環境學報，2009，26（2）：52-54.

[2] 吳健，王敏，吳建強，等.濱岸緩沖帶植物群落優化配置試驗研究[J].生態與農村環境學報，2008，24（4）：42-45.

[3] 崔樹彬，劉俊勇，陳軍，等.論河流生物：生態修復技術的內涵、外延及其應用[J].中國水利，2005（21）：16-19.

[4] 蔣治國，堵燕鈺，王博超，等.氮磷流失生態攔截工程的績效評價試驗[J].農業環境與發展，2009，26（6）：47-48.

[5] 單立楠，丁能飛，王洪才，等.蔬菜地面源污染生態攔截系統與效果[J].農業工程學報，2013，29（20）：168-178.

[6] 馬建，魯彩艷，史奕，等.遼河流域上游農田水土流失非點源污染生態攔截控制技術與效果[J].土壤與作物，2009，25（3）：299-301.

[7] 薛國紅，高建峰，褚培春，等.生態攔截溝渠建設的幾點體會[J].上海農業科技，2011（1）：79.

[8] 楊林章，周小平，王建國，等.用于農田非點源污染控制的生態攔截型溝渠系統及其效果[J].生態學雜志，2005，24（11）：1371-1374.

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

[10] 于淼，馬國勝，趙昌平，等.氮磷生態攔截集成技術治理湖泊岸區農業面源污染分析研究[J].環境科學與管理2015，40（1）：72-74.