面源氮磷流失生态拦截工程设计及应用成效

董超 王晖

摘要 农业面源的氮、磷流失是造成农田水体富营养化的重要原因之一，农田水的氮、磷含量影响着农业生产的发展。本文介绍了氮、磷生态拦截研究现状以及苏州市农田面源氮、磷流失生态拦截工程的工程建设和植物管理，总结生态拦截工程的优点及成效，以期为环境、农业的可持续发展提供科学参考。

关键词 农业面源污染；氮磷流失；生态拦截；生态沟渠；成效

中图分类号 X592 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）04-0158-02

2007年9月，江苏省政府提出用5年时间，有效控制太湖湖体富营养化程度；再用8～10年时间，从根本上解决太湖水污染问题。2008年4月2日国务院常务会议讨论并原则通过《太湖流域水环境综合治理总体方案》，明确了太湖水污染防治工作的总体思路和重点工程，并将农业面源污染治理纳为重点治理的项目和工程内容。同时，江苏省制定了“江苏省太湖水环境治理专项——太湖流域氮磷拦截综合治理工程”，从政策和资金上确保氮、磷拦截治理工程的顺利实施。

农业面源的氮、磷流失是造成农田水体富营养化的重要原因之一，制约着农业生产的可持续发展。氮、磷流失生态拦截工程系统是一种低能耗、低投资、低成本的污水生态处理技术，主要通过坡种草、岸种柳、沟塘种植水生植物减少水体中氮、磷含量，通过设置多级拦截坝固定泥沙，达到拦截泥沙、污水、漂浮物以及清除杂草、垃圾和淤泥的目的，可应用于城市农业面源污染防治工作中[1-3]。氮、磷流失生态拦截工程对农业面源污染的治理效果受到工程设计、土壤类型、气候状况、地形地貌、种植类型、作物生长阶段等因子的影响，而因子之间又相互影响和制约，使处理效果有很大的空间异质性和时间不均匀性，仅仅用系数法或经验法估算最终排污量，可能造成计算结果和客观实际相去甚远。

1 研究现状

近年来，已有对氮、磷生态拦截效率研究的相关报道，例如南京土壤所“863”科技计划对太湖流域氮、磷生态拦截工程对TP、TN的去除率进行了研究，蒋治国等[4]对常州市武进区氮、磷生态拦截工程出水TN、TP的达标率进行了监测，单立楠等[5]研究了浙江苕溪流域罗家头村氮、磷生态拦截工程对TP、TN的去除率，马 建等[6]研究了辽河流域上游水氮、磷生态拦截工程对TP、TN的去除率。但目前尚无学者将氮、磷拦截效率与气候、地形、种植特点等因子结合起来研究，无法得到苏州地区氮、磷生态拦截效率的相关数据。因此，有必要针对苏州地区的实际情况，以具有代表性的氮、磷流失生态拦截工程为研究对象，通过切实的监测数据，确定苏州地区氮、磷流失生态拦截工程对污染物的处理效率。

2 工程设计

苏州市农田径流氮、磷生态拦截工程的建设内容包括工程建设和植物管理2个部分，具体为沟渠塘的设计、清淤和改造以及沟渠塘侧面、底部的植物配置和管护[7]。

2.1 工程技术路线

面源氮、磷流失生态拦截工程先对淤积严重、连通度差、杂草丛生的沟渠区段进行生态清淤，拓宽沟渠容量，再增加部分新沟渠，从而增加生态沟渠的长度和连通度，以减缓水流速度、延长水流停留时间，达到沉淀和去除悬浮物质与养分的目的。同时，利用地形地貌将低洼地或者废弃池塘和渔塘改造成生态塘，种植富集氮、磷的水生植物及蔬菜，对水进行二次净化。改造景观湖作为生态塘并配备浮岛，使水中氮、磷得到第3次净化，进一步提高系统的氮、磷拦截能力，以控制排出的氮、磷养分，提高水体的自净能力。

2.2 生态沟渠及拦截坝

由图1可知，土质的隔离沟渠设计成有效的生态拦截渠，两侧具有一定坡度，沟体深0.6 m，沟体上端宽2.0 m、下端宽1.5 m，沟体内构建若干小坝以达到减缓水速、延长水流停留时间的目的。根据日常田间水面的高度设置田面水线，田面水线将沟体分为上、下2个部分，上部为高约25 cm的沟埂，起到防止田面水溢流至生态拦截沟渠的作用。

拦截坝的横截面示意图如图2所示，拦截坝高30 cm，在其中位、底位分别有1个排水孔，可实现排干、半满和溢流3种水位拦截状态。由箱体、基质和植物组成的拦截箱是沟渠中重要辅助成分，具有减缓水速、拦截水流、加强沟渠系统去除功能的作用。箱体四周为孔状结构，有利于水流顺利进出箱体，填充的基质可吸附水体中的营养物质。

2.3 植物配置

堤岸绿化植物以湿地岸沿乔灌木为主，主要种植香樟和垂柳，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 沟渠内植物配置。在水泥沟渠的沟底保留适当底泥，种植沉水植物金鱼藻。在土质隔离沟渠的沟壁种植多年生狗牙根，可以防止泥土流失，沟底种植空心菜、水芹、茭白等植物。选择生长旺盛的植物还能形成良好的生态景观。在沟渠两侧的平坦河滩区域内种植 3～4 m宽的多年生苜蓿，形成具有生态截留、降低水体污染物含量、滞缓水体流失的岸边植被生态拦截带。

2.3.2 生态塘植物配置。水生植物品种繁多，是生态塘系统的重要组成部分，可由人工种植和自然演替形成。选择合适的植物对提高湿地拦截净化能力至关重要，植物的选择要考虑多种因素，如要适合当地环境、耐污能力强、去污效果好等。农田径流氮、磷生态拦截工程水生植物的栽种面积约为8 400 m2，占水面总面积的50%左右。为使氮、磷生态拦截工程在具有生物净化功能的同时，具有旅游价值、娱乐价值和观赏价值，可栽种石菖蒲、水毛茛、西伯利亚鸢尾等常绿水生植物，面积约2 300 m2 [8]。

3 成效

苏州市农田径流氮、磷生态拦截工程的实施取得了较好的成效，氮、磷的平均消减率分别达55.96%、45.36%，显著地拦截了农田中氮、磷等营养物质进入太湖流域，减轻了水体的污染程度和富营養化程度。在沟渠和生态塘内种植植物，可吸收和拦截溢出的养分，提高氮、磷的利用效率，促进能量循环利用[9]，同时形成良好的生态景观，促进了环境、社会、经济的可持续发展。

4 结语

氮、磷流失生态拦截工程具有低能耗、低投资、低成本等优点，可有效控制农业面源污水中的氮、磷等污染因子，处理后的水质可达到《城镇污水处理厂污染排放标准》（GB1891—2002）一级B标准，净化了农村河道环境，有利于社会主义新农村建设[4]。氮、磷流失生态拦截工程的开展需要结合当地的地形地貌、气候环境、农作物种类及分布等因素，因地制宜，科学选择处理工艺和净化植物，以达到理想的治理效果[10]。

5 参考文献

[1] 林文周，娄金生.垂直流人工湿地处理生活污水的试验[J].农业资源与环境学报，2009，26（2）：52-54.

[2] 吴健，王敏，吴建强，等.滨岸缓冲带植物群落优化配置试验研究[J].生态与农村环境学报，2008，24（4）：42-45.

[3] 崔树彬，刘俊勇，陈军，等.论河流生物：生态修复技术的内涵、外延及其应用[J].中国水利，2005（21）：16-19.

[4] 蒋治国，堵燕钰，王博超，等.氮磷流失生态拦截工程的绩效评价试验[J].农业环境与发展，2009，26（6）：47-48.

[5] 单立楠，丁能飞，王洪才，等.蔬菜地面源污染生态拦截系统与效果[J].农业工程学报，2013，29（20）：168-178.

[6] 马建，鲁彩艳，史奕，等.辽河流域上游农田水土流失非点源污染生态拦截控制技术与效果[J].土壤与作物，2009，25（3）：299-301.

[7] 薛国红，高建峰，褚培春，等.生态拦截沟渠建设的几点体会[J].上海农业科技，2011（1）：79.

[8] 杨林章，周小平，王建国，等.用于农田非点源污染控制的生态拦截型沟渠系统及其效果[J].生态学杂志，2005，24（11）：1371-1374.

[9] 杨伟球，秦伟，束剑华，等.苏州市农田径流氮磷生态拦截工程实施现状与思考[J].宁夏农林科技，2011，52（8）：43-44.

[10] 于淼，马国胜，赵昌平，等.氮磷生态拦截集成技术治理湖泊岸区农业面源污染分析研究[J].环境科学与管理2015，40（1）：72-74.