生态沟渠对污罐区灌溉用水水质净化研究

陶 红

（宁夏大学资环学院 宁夏银川 750021）

引言

宁夏地处干旱半干旱地区，悠久的引黄灌溉历史造就了银川平原优越的农业生产条件，使其成为享誉西北的“塞上江南”、“鱼米之乡”。但是由于先天水资源的匮乏和国家对黄河水资源的分配调度，部分农田不得不使用沟水进行灌溉，这些沟水主要来源为农田退水、生活污水及工业污水。据调查，银川平原污灌区灌溉历史最长的已达30年，长期灌溉污水已对当地农产品质量、土壤生态产生严重影响。

生态沟渠是在传统农田排水沟渠的基础上进行生态化改造[1]，形成的由植物、动物、微生物和土壤等组成的农田生态系统。当污水通过沟渠时可以通过植物吸收、底泥截留吸附、微生物降解净化等方式来实现对污染物质和营养物质的吸收和分解[2-3]，从而使水质得到净化，与人工湿地、植物缓冲带等工程措施相比，具有结构简单，基建投资少，适应范围广等优点[4-5]。

银川平原沟渠密布，在替代水源无法实现的情况下，使用生态沟渠对农田水质进行净化更符合当地的实际需要。基于以上原因，笔者对银川市掌政乡污灌区农田生态沟渠构建及净化效果进行了研究，以期为该地区的水质净化措施提供科学依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验位置

试验沟渠位于银川市掌政乡永二干沟明生渠，该渠周边为水稻种植区，沟渠护坡为水泥护坡。受实验场地建设条件限制，生态沟渠布置采用“一”字形，总长为50m。

1.2 方案设计

1.2.1 植物选择与配置

沟渠植被选取应综合考虑植被对周围环境的适应性、脱氮除磷能力、生物量多寡等多种因素，通过资料调研筛选，选择本地常见、耐污性较强、且较美观的香蒲、菖蒲、金鱼藻为净化植物。实验前，所有水生植物在实验室内用湖水培养1周，湖水来自宁夏大学金波湖，水质类别为《地表水环境质量标准》（GB38382012）Ⅳ类水。

1.2.2 填料选择与配置

选择本地常见、物美价廉、性质稳定的陶粒为填料，配置时，将陶粒铺设于长宽高为51cm×37cm×14cm的塑料方筛中，厚度为8cm。

1.2.3 实验设计及样品采集

实验时，将培养好的水生植物按照沉水植物+挺水植物组合的形式，种植于实验区内，分别在3d，6d，9d采集水样，采样点位于实验区两端。

1.3 分析方法

水样主要分析项目包括高锰酸盐(IMn)、总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH+-N)。取样及处理方法参照《水和废水监测分析方法》[6]。IMn采用酸性高锰酸钾法测定；NH+－N采用纳氏试剂分光光度法测定；TN采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定；TP采用钼酸氨分光光度法测定。

2 结果与分析

2.1 对高锰酸盐(IMn)的去除效果

生态沟渠系统对高锰酸盐指数（IMn）的去除率平均为17.97%（表1所示），去除率在试验期间虽有一定的波动，但基本成上升趋势，去除率波动主要与水质、水温、流速等有关。从时间上来看（图1所示），系统在三天以后即可发挥稳定的生态功能，产生水质净化作用。

图1 不同时间生态沟渠对高锰酸盐的去除率

2.2 对TN的去除效果

生态沟渠系统对总氮(TN)的去除率平均为24.66%（表1所示），试验期间去除率有一定的波动（图2所示）。由于生态沟渠系统对总氮拦截、分解、吸收过程除了依靠微生物及植物的吸收利用外，系统丰富的根系和沉水植被叶面系统，是对总氮发生吸附、胶粘作用，从而被截留下来的主要因素，因此，受到水质影响较大。

图2 不同时间生态沟渠对TN的去除率

2.3 对总磷（TP）的去除效果

系统对总磷(TP)的去除率平均为28%（表1所示），试验期间去除率仍有一定的波动（图3所示）。但随着生态沟渠系统稳定发挥作用，TP去除率有所下降后保持稳定，这是可能是由于磷的截留吸收与底泥、沟底植物残体P的释放形成动态平衡。

图3 不同时间生态沟渠对TP的去除率

表1 生态沟渠系统主要污染物水质及去除率 单位：(mg/L)

结语

农田生态沟渠系统通过植物及微生物的拦截与分解作用，可以实现对污灌区灌溉用水中的COD、TN和TP的去除，其9天平均净化效率分别达到17.97%、24.66%和28.00%，有较好的拦截效果，可实现对污灌区灌溉用水的生态净化作用。

农田生态沟渠系统在原有农田灌排渠道进行生态化建设，不需另外占地，可有效避免生态工程占用较多耕地的问题，同时，筛选出的水生植物具有较好的景观美化功能，对改善农村景观结构，建设美丽农村具有很好的应用价值。