浙南山區(qū)生態(tài)溝渠氮磷攔截體系建設(shè)的調(diào)查與分析

孫雅峰　吳忠信　陳瀟　管鴻才

摘 要：以溫州文成西里村生態(tài)溝渠為例，調(diào)查分析生態(tài)溝渠的表流濕地、生態(tài)透水壩、反硝化除磷模塊、生態(tài)塘等措施對溝渠水質(zhì)的凈化效果。結(jié)果表明，溝渠末端出口CODCr、氨氮、總磷等主要水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到了《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅲ類水水平，CODCr、氨氮、總磷的濃度分別降低了27.3%、88.5%和50.0%。說明該生態(tài)溝渠對氮、磷有著良好的攔截效果，可為浙南山區(qū)氮、磷攔截生態(tài)溝渠建設(shè)提供有益的借鑒。

關(guān)鍵詞：生態(tài)溝渠;生態(tài)攔截;氮磷

中圖分類號 S79 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）07-0134-02

隨著我國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，化肥、農(nóng)藥的投入量逐年增加。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局的資料顯示[1]，2016年我國化肥、農(nóng)藥的使用量分別為5984.1萬t、174.05萬t，分別為世界平均水平的3倍、2.5倍，然而化肥利用率不足33.3%，農(nóng)藥利用率僅為35%，農(nóng)業(yè)面源污染正成為我國地表水體的主要污染源，威脅著水生態(tài)健康和水環(huán)境安全[2-3]。近年來，浙江省為打贏污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)，積極推進(jìn)農(nóng)田水環(huán)境治理，在全國率先開展了農(nóng)田溝渠水環(huán)境綜合治理探索，累計(jì)建設(shè)農(nóng)田氮磷生態(tài)攔截溝渠系統(tǒng)300多條，總長度超過370km，覆蓋農(nóng)田面積約1.6萬hm2[4]。目前，溫州市已累計(jì)建成氮磷生態(tài)攔截溝渠30余條，約占浙江省溝渠總數(shù)的10%。生態(tài)攔截溝渠建設(shè)雖已有了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但由于溝渠地理環(huán)境條件的差異較大，導(dǎo)致氮磷凈化效能參差不齊。

西里村地處溫州市文成縣西北部，百丈漈水庫上游，隸屬飛云江流域泗溪河流，水環(huán)境功能區(qū)類型為泗溪文成保留區(qū)，無工業(yè)污染，屬于典型的浙南山區(qū)近水源地村鎮(zhèn)。本文介紹了西里村氮磷生態(tài)溝渠系統(tǒng)建設(shè)情況，為優(yōu)化控制浙南山區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染提供依據(jù)。

1 基本情況

經(jīng)調(diào)查，2016年前的西里村溝渠生活污水與農(nóng)田退水污染較為嚴(yán)重，鑒于其地理位置特殊，當(dāng)?shù)卣喈?dāng)重視村水質(zhì)的生態(tài)治理工作。西里村自2016年起采用集中+散戶處理模式實(shí)施農(nóng)村生活污水處理工程，但該污水處理系統(tǒng)并未正常運(yùn)行，生活污水基本排入西里村溝渠。2019年8月開始建設(shè)生活污水和農(nóng)田面源復(fù)合污染的氮磷生態(tài)攔截溝渠工程，2020年5月完成了氮磷生態(tài)攔截溝渠工程建設(shè)。根據(jù)現(xiàn)場勘察，西里村生態(tài)溝渠氮磷攔截系統(tǒng)運(yùn)行正常。為驗(yàn)證該生態(tài)溝渠氮磷攔截效能的有效性及進(jìn)一步判斷是否有推廣示范的價(jià)值，筆者對西里村生態(tài)溝渠氮磷攔截體系建設(shè)開展了進(jìn)一步的調(diào)查研究。

2 調(diào)查結(jié)果

據(jù)2019年西里村水樣檢測數(shù)據(jù)（表1）（原生態(tài)氮磷攔截溝渠建設(shè)單位溫州**環(huán)境科技公司提供）顯示，生態(tài)氮磷攔截溝渠建設(shè)之前，西里村水樣的CODCr、氨氮、總磷等主要參數(shù)平均濃度遠(yuǎn)超《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)要求，因此在西里村開展生態(tài)攔截溝渠建設(shè)是非常必要的。

為進(jìn)一步調(diào)查西里村生態(tài)氮磷溝渠的治理效能，對生態(tài)溝渠的上游和出水口的水樣進(jìn)行采樣，委托第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)檢測，檢測結(jié)果見表2。由表2可知，生態(tài)溝渠的出水口和溝渠上游的水質(zhì)差異明顯，經(jīng)計(jì)算，溝渠出水口發(fā)CODCr、氨氮、總磷較上游平均濃度分別下降了27.3%、88.5%和50.0%。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示該生態(tài)溝渠的氮磷攔截效能良好，表明西里村生態(tài)攔截溝渠體系建設(shè)有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

3 西里村生態(tài)溝渠氮磷攔截體系建設(shè)研究

3.1 基本思路 西里村氮磷攔截生態(tài)溝渠在建設(shè)過程中遵照因地制宜原則，針對西里村溝渠生活污水污染較為嚴(yán)重以及兩邊農(nóng)業(yè)面源污染的實(shí)際情況，將原有溝渠規(guī)整為統(tǒng)一的生態(tài)溝渠，科學(xué)配置喬、灌、草以及水生植物。根據(jù)項(xiàng)目上、中、下游污染源情況、水力條件，因地制宜對溝渠進(jìn)行生態(tài)化改造，建設(shè)碎石床表面流濕地，消除上游農(nóng)村生活污水及農(nóng)田退水的部分影響、提高水體透明度，利用現(xiàn)有溝渠石質(zhì)底質(zhì)，營造深潭、淺灘交錯(cuò)環(huán)境，削減中游農(nóng)田退水中的氮磷，采用荷花塘、生態(tài)塘進(jìn)一步吸收氮磷，最后經(jīng)潛流式人工濕地出水，保障出水水質(zhì)。

3.2 氮磷攔截治理體系原理 西里村生態(tài)攔截溝渠氮磷削減技術(shù)原理見圖1。主要原理為：一是通過水生植物的生長-收割移除溝渠水中的氮磷;二是針對農(nóng)田退水氮磷濃度高的問題，采用高效多孔吸附填料為基質(zhì)，強(qiáng)化微生物的反硝化作用，將農(nóng)田排水中的氮素脫除，同時(shí)利用填料吸附農(nóng)田排水中的磷素，形成對農(nóng)田排水中氮、磷營養(yǎng)元素的同步去除和阻截。

3.3 氮磷攔截關(guān)鍵治理措施

3.3.1 建設(shè)表流濕地 溝渠上游的污染源為生活污水和農(nóng)田退水（主要種植水稻和蔬菜）。在涵洞下建設(shè)表流濕地，底部挖除淤泥、平整，鋪設(shè)粒徑10～30cm碎石，其上采用鋼絲網(wǎng)，將粒徑10～15mm的除磷填料均勻播散于碎石床上，形成碎石床+除磷陶粒表流濕地。

3.3.2 建設(shè)生態(tài)透水壩 自上游村莊起至生態(tài)塘進(jìn)水端，安裝多功能陶粒構(gòu)建透水壩，攔截上游來水中的氮磷，內(nèi)部充填多功能陶粒，將固態(tài)異養(yǎng)硝化-好氧反硝化菌放置于透水壩內(nèi)。

3.3.3 采用反硝化除磷模塊 深潭中放置竹纖維生物載體（1.0m×0.5m），投加優(yōu)勢微生物菌劑，形成生物膜，有效去除有機(jī)污染物、氨氮和總磷;利用淺灘提高水體溶解氧，磷酸根離子與石頭表面溶出的鈣離子結(jié)合形成磷酸鈣沉淀，進(jìn)一步削減總磷。

3.3.4 建設(shè)生態(tài)塘 生態(tài)塘安裝竹纖維生物載體，種植對氮磷具有較強(qiáng)吸收能力的荷花、睡蓮等浮水植物;生態(tài)塘內(nèi)安裝生態(tài)浮床，種植美人蕉、黃菖蒲等挺水植物;生態(tài)塘濱岸帶種植野姜花、黃菖蒲、再力花等。通過植物的吸收、吸附及過濾作用，進(jìn)一步去除水中氮磷及懸浮物質(zhì)。

3.3.5 實(shí)施長效管理 為持續(xù)保持氮磷生態(tài)攔截溝渠的治理效果，應(yīng)定期對溝渠內(nèi)環(huán)境、水生植物、溝渠溝坡、生態(tài)透水壩、沉泥池等進(jìn)行管理維護(hù)。特別是在汛期前，對生態(tài)攔截溝渠進(jìn)行全面檢查和維護(hù)。

4 結(jié)論

本文通過對西里村生態(tài)溝渠氮磷攔截體系建設(shè)的調(diào)查，并對生態(tài)溝渠氮磷攔截溝渠上游和出水口的水樣進(jìn)行檢測分析，結(jié)果表明，CODCr、氨氮、總磷等主要水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到了《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）Ⅲ類水平。說明西里村生態(tài)溝渠氮磷攔截體系是有效、穩(wěn)定的，對浙南山區(qū)農(nóng)田氮磷攔截生態(tài)溝渠建設(shè)具有較好的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]國家統(tǒng)計(jì)局農(nóng)村社會經(jīng)濟(jì)調(diào)查司.2017年中國農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京：中國統(tǒng)計(jì)出版社，2017.

[2]Du X，Su J，Li X，et al.Modeling and evaluating of the non-point source pollution in a semi-arid watershed：Implications for watershed management[J]. CLEAN-Soil，Air，Water，2016，44（3）：247-255.

[3]楊林章，吳永紅.農(nóng)業(yè)面源污染防控與水環(huán)境保護(hù)[J].中國科學(xué)院院刊，2018，33（2）：168-176.

[4]邵建均，呂旭東，王永尚，等.浙江省農(nóng)田氮磷生態(tài)攔截溝渠系統(tǒng)建設(shè)實(shí)例與分析建議[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，61（9）：1915-1917，1921. （責(zé)編：張宏民）

Investigation and Analysis on the Construction of Nitrogen and Phosphorus Intercepting System in Ecological Ditch in Mountain Area of Southern Zhejiang

——Take Xili Village in Wencheng County as an Example

SUN Yafeng? ?WU Zhongxin? ?CHEN Xiao? ?GUAN Hongcai

（Whenzhou Institute of Industry and Science， Whenzhou 325028， China）

Abstact： This paper takes the ecological ditches of Wencheng Xili Village in Wenzhou as an example to investigate and analyze the purification effects of the surface wetlands， ecological permeable dams， denitrification and phosphorus removal modules， and ecological ponds on the water quality of the ditches. The results show that the main water quality indicators such as CODCr， ammonia nitrogen and total phosphorus at the end of the ditches have stably reached the level of “Surface Water Environmental Quality Standards” （GB3838-2002）， and the concentrations of CODCr， ammonia nitrogen and total phosphorus have been reduced by 27.3%， 88.5% and 50.0% respectively. indicating that the ecological ditches has a good interception effect on nitrogen and phosphorus， and has good reference value for the construction of nitrogen and phosphorus interception ecological ditches in the mountainous area of southern Zhejiang.

Key words： Ecological ditches; Ecological interception; Nitrogen and phosphorus

基金項(xiàng)目：溫州市科學(xué)技術(shù)協(xié)會項(xiàng)目（2021-nlts08）;浙江省基礎(chǔ)公益研究計(jì)劃項(xiàng)目（LGF20E090001）。

作者簡介：孫雅峰（1981—），女，浙江臺州人，助理研究員，從事環(huán)境生態(tài)治理等研究工作。

通訊作者：管鴻才（1976—），男，高級工程師，從事環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域研究工作。? 收稿日期：2021-11-22