生态村落及水系生物系统的构建与实践

刘玉升

山东农业大学新农村发展研究院/植物保护学院,山东泰安271018

生态村落及水系生物系统的构建与实践

刘玉升

山东农业大学新农村发展研究院/植物保护学院,山东泰安271018

本文选择临沂市莒南县板泉镇小王刘庄为试验点，进行了生态村落建设探索。将生态村落分为陆地和水域两个子系统，将生态村落水资源分为村落水源、村落水系、村落池塘湿地和水资源输出子系统，将村落有机废弃物与昆虫资源产业化相关联。

生态村落;水系;生物系统;昆虫资源;产业化

2017年2月5日，中共中央、国务院发布《关于深入推进农业供给侧结构性改革加快培育农业农村发展新动能的若干意见》[1]，这是改革开放以来第19份以“三农”为主题的一号文件，也是自2004年以来，中央一号文件连续第14次聚焦“三农”。其中，提到“三园一体”建设，“三园”是指现代农业产业园、科技园、创业园；“一体”，指田园综合体[2]。一号文件强调，重点要培育宜居宜业特色村镇。围绕有基础、有特色、有潜力的产业，建设一批农业文化旅游“三位一体”、生产生活生态同步改善、一产二产三产深度融合的特色村镇。

北方干旱地区，水资源是制约“三园一体”建设可持续发展的重要因素。在地球上，海洋占地球表面积的70%，海水占了地球总水量的96%；还有占总水量3%的水，被封冻在冰天雪地的南北两极和高山冰川之中，不能为人类直接利用；地球上的湖泊也有50%是咸水湖；剩下能供人类利用的淡水，只占总水量的0.5%，其中还有一些开发非常困难而无法真正利用[3]。实际上，人类真正能够直接利用的淡水资源仅占地球总水量的0.3%。我国的水资源总量约为2.8亿m3，仅次于巴西、俄罗斯、加拿大和美国，居于世界第五位[4]。但是，我国人均水资源还不及世界平均水平的1/4，而且水资源的空间分布和时间分布很不均匀。由此可见，我国水资源十分紧张。

为了践行“田园综合体”探索，自2015年以来，我们选择山东省临沂市莒南县板泉镇小王刘庄进行了生态村落建设和水系生物系统研究，寻求北方干旱地区生态村落及其水资源利用问题的解决途径。现将结果报告如下。

1 村落概况

板泉镇小王刘庄位于莒南县城西部15 km，南与临沭县相邻，西与河东区隔河相望。土地面积约1500亩，326户，1189口人。

2 生态村落区域划分

在该项目研究中，将生态村落区域划分三种类型：生活区域、生产区域和休闲区域。其中生活区域是指村庄人居生活区，生产区域是指用于大农业生产活动的区域，休闲区域是指生活区域中用于公共活动的集体区域。

在村落中，对生活垃圾进行三元二级分类[5]，干垃圾进入再生资源系统，湿垃圾与池塘湿地植物一同混合制浆，配制昆虫饲料（如图1）。对生产有机废弃物，经过干燥、物理粉碎和微生物腐解菌剂预处理，加工成昆虫饲料。

3 生态村落水资源循环系统

生态村落水资源循环系统由村落水源、村落水系网络、池塘湿地组成。其中，村落水源主要为生活用自来水系统，其次为雨水，农田灌溉为地下深井水；村落水系网络分为户居庭院微水道、次街道水道、主街道水道，村落水道与池塘湿地连接的汇合水道；终端为池塘湿地组成，在池塘中构建水域生物系统，与湿地生物系统互动，终端为中大型速生水生植物。

早在19世纪中叶工业革命时期，发达国家因工厂排放废水引起河流和湖泊污染，有些生物学家已开始研究水污染对水生生物的影响，随后又开展了水污染的生物监测和生物处理的研究。1902年，Kolkwitz和Marsson就对水中的微型生物进行分类，并提出了“污水生物系统”的概念[6,7]。

3.1 水体自净作用

受污染的水质自然地恢复原样的现象称为自净作用(Selfpurification)。如果一个水系存在一个污染物的排放点，当大量有机污染物由此进入水系，并水流而下时，将会发生如图1所示的变化。

图1 水体天然自净过程[8]Fig.1 The natural self-purification process of water body

这个变化过程表现出如下特点：

①有机污染物的浓度由高到低。②水域生物相发生一系列变化。首先，异养细菌迅速氧化分解有机污染物而大量增殖，出现数量高峰；然后是以细菌为食料的原生动物出现数量高峰；再后是由于有机物矿化，利于藻类的生长，而出现藻类的生长高峰。③溶解氧浓度随着有机物被微生物氧化分解而大量消耗，很快降到最低点；随后，由于有机污染物的无机化和藻类的光合作用及其他好养微生物数量的下降，溶解氧又逐渐恢复到原初的水平。

这样，在离开污染源相当的距离以后，水中的各种微生物的数量，有机物、无机物的含量，也都下降到最低点。于是，水体恢复到原来的状态。这就是自然界中存在着的水体自净作用。

据报道，美国航天局曾发掘水葫芦净化污水的能力，解决美国航天基地加州圣迭戈市的饮用水问题。那里水源紧缺，特别是随着大工业的发展，饮用水短缺日趋严重，90%的饮用水要靠外地供应。后来，人们发现水葫芦净化污水的能力，建设了水葫芦净化污水系统。建立“污水—水葫芦—水生生物—水域微生态”模式，系统构成：由6个长12 m、宽5 m、深1 m～2 m的水池组成。水池底部铺上几厘米厚的塘泥，种上水葫芦。废水先经过传统过滤器初步过滤，后陆续通过6个生长茂盛的水葫芦和少许浮萍的水池。水葫芦不仅能吸收营养盐类，硝酸盐、磷酸盐等，而且能吸收水中有毒的重金属，如铅、汞、镉等。污水作为水葫芦营养剂被它们吸收利用之后，从第4个水池开始，每个水池除了水葫芦之外，还养殖水生动物 -蜗牛、螯虾、食蚊鱼等，它们通过取食水域环境的有机物质，进一步净化污水。经过这个净化系统流出来的水，比用传统净化器处理的水干净3～4倍。这种水再经过沙层过滤后，便可用于灌溉，再进一步处理便可供给城市居民食用了。

4 昆虫资源产业化

选择腐食性昆虫作为生产对象，形成微家畜新兴产业。已经进行规模化生产养殖的种类有黄粉虫、白星花金龟。

将村落生活垃圾中湿垃圾与池塘湿地植物一同混合制浆，配制昆虫饲料。饲养黄粉虫和白星花金龟，筛分成虫体和虫粪沙，虫体经过微博干燥加工成干虫，虫粪沙制备成虫粪基人工土壤。

这样，通过终端昆虫资源产业化的拉动，倒序激活水生植物、浮萍、藻类-无机化物-有机物-微生物-细菌-有机污染物系统，实现了由有机污染物到水生植物，最终到昆虫过腹转化、昆虫资源产业化的系统。

[1]谢小帆,谢一珍,谢和风.人口·资源·环境—中国面临的三大问题[M].南昌:21世纪出版社,1995

[2]孔繁翔.环境生物学[M].北京:高等教育出版社,2000

[3]刘玉升,骆洪义,叶保华.餐厨废弃物的环境昆虫处理途径及资源化利用探讨[J].再生资源与循环经济,2013(4):35-37

[4]刘玉升,宋洪涛,方洁.城市生活垃圾三元二级分类体系的构建及其应用前景分析[J].再生资源与循环经济,2015,8(4):18-21

[5]刘玉升,王 丽,张广杰,等.城乡生活垃圾一体化处理探讨:三元二级分类新体系[J].再生资源与循环经济,2017,10(2):33-36

[6]刘玉升.技术创新支撑城乡生活垃圾分类[N/OL].中国科学报,2017-04-05(8)(2017-10-15).http://news.sciencenet.cn/

[7]刘玉升.昆虫生产学[M].北京:高等教育出版社,2012

[8]胡家骏,周群英.环境工程微生物学[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”国家科技支撑计划课题:低成本村镇基础设施与环境建设技术研究与示范(2014BAL04B05)

刘玉升(1964-),男,博士,教授,主要从事环境生物与资源昆虫的利用.E-mail:ysl8877@163.com