川渝地區農村面源污染治理及景觀生態設計的探討

楊尚虎，蘭書煥，龔屹鵬，羅明華，謝翼飛

（1.綿陽師范學院資源環境工程學院，四川綿陽 621000；2.中國科學院成都生物研究所環境與應用微生物重點實驗室，四川成都 610041；3.綿陽師范學院生命科學與技術學院，四川綿陽 621000）

川渝地區水環境保護是建設成渝地區雙城經濟圈戰略部署的重要一環。農村面源污染中，禽畜養殖廢水、農田尾水、生活污水等嚴重影響農村河道生態環境，威脅地下水水質，破壞農村人居環境［1］。四川省簡陽市石橋鎮永久村位于成渝雙城經濟圈軸線上，地處絳溪河旁，村內產生的污水中氮磷元素濃度遠超地表水V類水標準，以面源形式匯入絳溪河。針對農村面源污染治理問題，當前使用較多的人工濕地技術、氧化塘技術及生態溝渠技術等，在設計過程中主要針對污染物的攔截展開，對處理設施的景觀格局及經濟效益考慮較少。因此，依托建設“美麗鄉村”，改善農村人居環境的社會需求，以景觀生態學相關理論為指導［2］，以簡陽市石橋鎮永久村為例，綜合考慮村莊布局、地形條件、現有治理設施等，以《農村生活污染防治技術政策》（環發〔2010〕20 號）、《農村生活污染控制技術規范》（HJ 574—2010）等規范性文件為基礎［3］，合理篩選景觀植物和污染物吸附基質，設計生態攔截溝渠系統，并探究生態攔截溝渠系統景觀布局設計，以凈化水質，維護生物多樣性，解決該村面源污染問題，改善川渝地區農村人居環境。

1 景觀生態學與農村面源污染

農村面源污染具有隱蔽性、隨機性強，不易監測等特點［4］，嚴重威脅我國農村生態環境及人文環境，已成為我國環保行業中的熱點話題。因此，在對農業種植、養殖等活動所產生的廢水及生活污水處理現狀進行調查后，應引入景觀生態學理念，設計生態攔截溝渠系統，以整個攔截溝渠系統景觀為對象，研究景觀功能和景觀的美化格局、優化結構［5］，使溝渠系統既能有效消減污水中的化學需氧量（Chemical oxygen demand，COD）、總氮（Total nitrogen，TN）、總磷（Total phosphorus，TP）等特征污染物，又能滿足系統內植物群落景觀及生物多樣性要求。

2 簡陽市石橋鎮永久村面源污染情況

2.1 地理條件概況

永久村位于簡陽市石橋鎮境內，絳溪河旁，地處四川盆地中部，長江一級支流沱江中游，地貌以淺丘為主；氣候屬于亞熱帶季風氣候，氣候溫和，雨量充沛。冬季幾乎無降雪，夏季高溫多雨，全市年平均氣溫17 ℃，年平均降水量874 mm。

2.2 污染源概況

2.2.1 生活污染

永久村生活垃圾如廚余垃圾、白色垃圾等，主要通過固定點位垃圾箱收集，由垃圾車運輸至垃圾處理廠處理。從村莊表觀上看，生活垃圾處理尚且妥當，無明顯生活垃圾污染。另外，村內大部分生活污水經過兩條基本貫穿村莊的排水渠排放至絳溪河內，小部分沒有進入明渠的生活污水依靠自然滲透的方式進入地下。

2.2.2 生產污染

永久村主要農產品為枇杷、萵筍、茄子等，在此類農作物的種植過程中，為滿足作物不同時期的生長需求，大量施用氮、磷、鉀肥，如國光松爾復合肥、史丹利17-17-17 等，未被作物利用的氮、磷元素大部分隨徑流進入排水渠，導致氮、磷等污染物進入河流中。另外，村內家禽以雞、鴨、鵝數量居多，同時村內有少量的魚塘。雞、鴨、鵝多為露天養殖，其糞便小部分作為農家肥施用，大部分隨雨水沖刷分散到徑流中，最終進入河流；魚塘產生的廢水隨排水渠進入河流。

排水渠中匯集了生活污水、農業生產廢水、養殖廢水等，入河口處污水硝態氮、TN、TP 濃度可達25 mg·L-1、30 mg·L-1、3 mg·L-1，TN、TP 濃度分別為V 類水標準的15 倍、7.5 倍，未經處理的混合污水自由排放到河流中，使河水水質下降，破壞河道生態環境。

3 基于景觀生態學的面源污染治理設計

3.1 總體設計

永久村地貌以丘陵為主，村內排放大部分污水沿地勢流至山丘底部，經排水渠流入絳溪河內。可將攔截溝渠系統布置在排水渠入河口攔截污水中氮、磷等污染物，污水水質凈化后再排入絳溪河中。

3.2 設計目標

1）聯合植物和基質作用，有效消減污水中COD、TP、TN 等污染物。

2）滿足植物群落景觀要求，保證攔截溝渠系統的生物多樣性、觀賞性。

3）提高栽培植物經濟價值，增加當地經濟收入。

4）開發溝渠系統休閑觀光功能，提升村民生活幸福指數。

3.3 設計理念

3.3.1 多樣化選擇溝底栽培植物，去除多種目標污染物

正確選擇溝底栽培植物是整個溝渠系統運行的關鍵。進入溝渠的污水中污染物濃度水平差異較大，因此需在溝內合理配置不同植物，充分攔截溝內污染物，以免污水中某種污染物濃度過高，破壞溝中水生動物、微生物生存環境，導致系統內生物多樣性降低［6］。另外，溝內應選擇不同栽培植物，構建不同的景觀斑塊，避免因植物景觀單一而降低景觀觀賞性。溝底可選擇美人蕉、水芹菜、空心菜作為栽培植物，且以盆栽方式種植。劉昂以美人蕉處理農田廢水，結果表明美人蕉人工濕地能去除污水中硝態氮［7］。李梅姿等的研究表明水芹菜對污水中氮類污染物處理效果較好，有良好的水質凈化作用［8］。崔星怡等通過以空心菜為主的人工濕地處理豬場沼液，發現空心菜能降低其中的TP、COD 等污染物。美人蕉盆栽作為景觀花卉觀賞，植株成熟后作景觀植物售賣，可促進當地增收［9］。水芹菜、空心菜成熟收割后，作為青飼料回歸到當地養殖業中，可降低畜禽養殖成本。

3.3.2 合理設計景觀斑塊分布，防止出現景觀斷裂帶

溝渠系統中溝底和溝梗存在空間差異，可在溝底和溝梗配置不同植物，合理設計植物種植密度，保證系統景觀的連續性和完整性。出于對溝渠系統中溝梗的保護，即防止溝梗垮塌影響溝底動植物正常生長，溝梗栽培應選用根系較發達的植物，可在溝梗中間栽種銀杏、板栗、香樟等深根性植物，在溝梗兩側栽種黃楊、柑橘等常綠灌木或繡球花、醉魚草等觀賞性花卉植物。

3.3.3 選擇不同植物+基質組合

溝內不同的生存環境和條件可供不同微生物、水生動物生長，選擇不同的植物、基質組合，利用斑塊之間的異質性，為不同生物提供適宜的生長環境，豐富水中微生物、水生動物類型。基質可選火山石、沸石和陶粒，以適當比例混合，不同斑塊分別選擇不同植物+基質組合。

3.3.4 設置涼亭、游步道、宣傳欄等設施

溝梗表面可用透水性混凝土磚鋪設游步道，在游步道適當位置設置涼亭，以起到休閑觀光、健身的作用，其過程中將環保的理念、知識傳遞給當地居民。另外，在溝梗表面一定范圍內設置宣傳欄，為愛國主義、疫情防控、生態保護等主題的宣傳提供良好的環境和氛圍，提升當地居民素質。

3.4 攔截溝渠系統運行條件設計

3.4.1 溝體呈多個U 型并列，增強溝渠外觀視覺效果

攔截溝渠系統設計如圖1 所示，生態溝渠溝體外形整體呈多個U 型排列，在相同的占地面積條件下，與常見的“一”型布局相比，延長了溝體的實際長度，使污水在溝渠中的停留時間增加，優化了污水處理效果。采用U 型排列的設計方式，生態溝渠外觀錯落有致、層次分明，在景觀布局上給人更佳的視覺沖擊。

圖1 攔截溝渠系統設計平面圖

3.4.2 合理利用設施，保證溝內水流流量，流速穩定

攔截溝渠的正常運行需保持溝內水流流量、流速均勻穩定，防止流量過大或流速過快而沖刷溝內設施，破壞植物正常生長。在設計過程中，可在攔截溝渠中設置攔水閘門、沉淀池、攔水坎等，穩定溝內水流流量和流速。

4 結語

攔截溝渠系統適用于山地、丘陵地區的農村面源污染治理，在一定區域內，合理選擇溝渠建造地點并進行合理建造，可降低集水區域內污水中污染物濃度。另外，溝渠內景觀格局布局合理，具有一定觀賞性，可提升當地人文環境質量，助力建設“美麗鄉村”。同時，溝渠系統具備景觀植物栽培基地功能，景觀植物的經濟價值可促進當地增收。永久村攔截溝渠系統的建立，既能凈化攔截溝渠系統集水區域內污水水質，也可作景觀觀賞，同時兼具栽培基地和休閑觀光的功能，為川渝地區農村面源污染治理提供參考，也為成渝雙城經濟圈戰略部署中環境保護提供支撐。