生態溝渠對污罐區灌溉用水水質凈化研究

陶 紅

（寧夏大學資環學院 寧夏銀川 750021）

引言

寧夏地處干旱半干旱地區，悠久的引黃灌溉歷史造就了銀川平原優越的農業生產條件，使其成為享譽西北的“塞上江南”、“魚米之鄉”。但是由于先天水資源的匱乏和國家對黃河水資源的分配調度，部分農田不得不使用溝水進行灌溉，這些溝水主要來源為農田退水、生活污水及工業污水。據調查，銀川平原污灌區灌溉歷史最長的已達30年，長期灌溉污水已對當地農產品質量、土壤生態產生嚴重影響。

生態溝渠是在傳統農田排水溝渠的基礎上進行生態化改造[1]，形成的由植物、動物、微生物和土壤等組成的農田生態系統。當污水通過溝渠時可以通過植物吸收、底泥截留吸附、微生物降解凈化等方式來實現對污染物質和營養物質的吸收和分解[2-3]，從而使水質得到凈化，與人工濕地、植物緩沖帶等工程措施相比，具有結構簡單，基建投資少，適應范圍廣等優點[4-5]。

銀川平原溝渠密布，在替代水源無法實現的情況下，使用生態溝渠對農田水質進行凈化更符合當地的實際需要。基于以上原因，筆者對銀川市掌政鄉污灌區農田生態溝渠構建及凈化效果進行了研究，以期為該地區的水質凈化措施提供科學依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗位置

試驗溝渠位于銀川市掌政鄉永二干溝明生渠，該渠周邊為水稻種植區，溝渠護坡為水泥護坡。受實驗場地建設條件限制，生態溝渠布置采用“一”字形，總長為50m。

1.2 方案設計

1.2.1 植物選擇與配置

溝渠植被選取應綜合考慮植被對周圍環境的適應性、脫氮除磷能力、生物量多寡等多種因素，通過資料調研篩選，選擇本地常見、耐污性較強、且較美觀的香蒲、菖蒲、金魚藻為凈化植物。實驗前，所有水生植物在實驗室內用湖水培養1周，湖水來自寧夏大學金波湖，水質類別為《地表水環境質量標準》（GB38382012）Ⅳ類水。

1.2.2 填料選擇與配置

選擇本地常見、物美價廉、性質穩定的陶粒為填料，配置時，將陶粒鋪設于長寬高為51cm×37cm×14cm的塑料方篩中，厚度為8cm。

1.2.3 實驗設計及樣品采集

實驗時，將培養好的水生植物按照沉水植物+挺水植物組合的形式，種植于實驗區內，分別在3d，6d，9d采集水樣，采樣點位于實驗區兩端。

1.3 分析方法

水樣主要分析項目包括高錳酸鹽(IMn)、總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH+-N)。取樣及處理方法參照《水和廢水監測分析方法》[6]。IMn采用酸性高錳酸鉀法測定；NH+－N采用納氏試劑分光光度法測定；TN采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定；TP采用鉬酸氨分光光度法測定。

2 結果與分析

2.1 對高錳酸鹽(IMn)的去除效果

生態溝渠系統對高錳酸鹽指數（IMn）的去除率平均為17.97%（表1所示），去除率在試驗期間雖有一定的波動，但基本成上升趨勢，去除率波動主要與水質、水溫、流速等有關。從時間上來看（圖1所示），系統在三天以后即可發揮穩定的生態功能，產生水質凈化作用。

圖1 不同時間生態溝渠對高錳酸鹽的去除率

2.2 對TN的去除效果

生態溝渠系統對總氮(TN)的去除率平均為24.66%（表1所示），試驗期間去除率有一定的波動（圖2所示）。由于生態溝渠系統對總氮攔截、分解、吸收過程除了依靠微生物及植物的吸收利用外，系統豐富的根系和沉水植被葉面系統，是對總氮發生吸附、膠粘作用，從而被截留下來的主要因素，因此，受到水質影響較大。

圖2 不同時間生態溝渠對TN的去除率

2.3 對總磷（TP）的去除效果

系統對總磷(TP)的去除率平均為28%（表1所示），試驗期間去除率仍有一定的波動（圖3所示）。但隨著生態溝渠系統穩定發揮作用，TP去除率有所下降后保持穩定，這是可能是由于磷的截留吸收與底泥、溝底植物殘體P的釋放形成動態平衡。

圖3 不同時間生態溝渠對TP的去除率

表1 生態溝渠系統主要污染物水質及去除率 單位：(mg/L)

結語

農田生態溝渠系統通過植物及微生物的攔截與分解作用，可以實現對污灌區灌溉用水中的COD、TN和TP的去除，其9天平均凈化效率分別達到17.97%、24.66%和28.00%，有較好的攔截效果，可實現對污灌區灌溉用水的生態凈化作用。

農田生態溝渠系統在原有農田灌排渠道進行生態化建設，不需另外占地，可有效避免生態工程占用較多耕地的問題，同時，篩選出的水生植物具有較好的景觀美化功能，對改善農村景觀結構，建設美麗農村具有很好的應用價值。