川渝地区农村面源污染治理及景观生态设计的探讨

杨尚虎，兰书焕，龚屹鹏，罗明华，谢翼飞

（1.绵阳师范学院资源环境工程学院，四川绵阳 621000；2.中国科学院成都生物研究所环境与应用微生物重点实验室，四川成都 610041；3.绵阳师范学院生命科学与技术学院，四川绵阳 621000）

川渝地区水环境保护是建设成渝地区双城经济圈战略部署的重要一环。农村面源污染中，禽畜养殖废水、农田尾水、生活污水等严重影响农村河道生态环境，威胁地下水水质，破坏农村人居环境［1］。四川省简阳市石桥镇永久村位于成渝双城经济圈轴线上，地处绛溪河旁，村内产生的污水中氮磷元素浓度远超地表水V类水标准，以面源形式汇入绛溪河。针对农村面源污染治理问题，当前使用较多的人工湿地技术、氧化塘技术及生态沟渠技术等，在设计过程中主要针对污染物的拦截展开，对处理设施的景观格局及经济效益考虑较少。因此，依托建设“美丽乡村”，改善农村人居环境的社会需求，以景观生态学相关理论为指导［2］，以简阳市石桥镇永久村为例，综合考虑村庄布局、地形条件、现有治理设施等，以《农村生活污染防治技术政策》（环发〔2010〕20 号）、《农村生活污染控制技术规范》（HJ 574—2010）等规范性文件为基础［3］，合理筛选景观植物和污染物吸附基质，设计生态拦截沟渠系统，并探究生态拦截沟渠系统景观布局设计，以净化水质，维护生物多样性，解决该村面源污染问题，改善川渝地区农村人居环境。

1 景观生态学与农村面源污染

农村面源污染具有隐蔽性、随机性强，不易监测等特点［4］，严重威胁我国农村生态环境及人文环境，已成为我国环保行业中的热点话题。因此，在对农业种植、养殖等活动所产生的废水及生活污水处理现状进行调查后，应引入景观生态学理念，设计生态拦截沟渠系统，以整个拦截沟渠系统景观为对象，研究景观功能和景观的美化格局、优化结构［5］，使沟渠系统既能有效消减污水中的化学需氧量（Chemical oxygen demand，COD）、总氮（Total nitrogen，TN）、总磷（Total phosphorus，TP）等特征污染物，又能满足系统内植物群落景观及生物多样性要求。

2 简阳市石桥镇永久村面源污染情况

2.1 地理条件概况

永久村位于简阳市石桥镇境内，绛溪河旁，地处四川盆地中部，长江一级支流沱江中游，地貌以浅丘为主；气候属于亚热带季风气候，气候温和，雨量充沛。冬季几乎无降雪，夏季高温多雨，全市年平均气温17 ℃，年平均降水量874 mm。

2.2 污染源概况

2.2.1 生活污染

永久村生活垃圾如厨余垃圾、白色垃圾等，主要通过固定点位垃圾箱收集，由垃圾车运输至垃圾处理厂处理。从村庄表观上看，生活垃圾处理尚且妥当，无明显生活垃圾污染。另外，村内大部分生活污水经过两条基本贯穿村庄的排水渠排放至绛溪河内，小部分没有进入明渠的生活污水依靠自然渗透的方式进入地下。

2.2.2 生产污染

永久村主要农产品为枇杷、莴笋、茄子等，在此类农作物的种植过程中，为满足作物不同时期的生长需求，大量施用氮、磷、钾肥，如国光松尔复合肥、史丹利17-17-17 等，未被作物利用的氮、磷元素大部分随径流进入排水渠，导致氮、磷等污染物进入河流中。另外，村内家禽以鸡、鸭、鹅数量居多，同时村内有少量的鱼塘。鸡、鸭、鹅多为露天养殖，其粪便小部分作为农家肥施用，大部分随雨水冲刷分散到径流中，最终进入河流；鱼塘产生的废水随排水渠进入河流。

排水渠中汇集了生活污水、农业生产废水、养殖废水等，入河口处污水硝态氮、TN、TP 浓度可达25 mg·L-1、30 mg·L-1、3 mg·L-1，TN、TP 浓度分别为V 类水标准的15 倍、7.5 倍，未经处理的混合污水自由排放到河流中，使河水水质下降，破坏河道生态环境。

3 基于景观生态学的面源污染治理设计

3.1 总体设计

永久村地貌以丘陵为主，村内排放大部分污水沿地势流至山丘底部，经排水渠流入绛溪河内。可将拦截沟渠系统布置在排水渠入河口拦截污水中氮、磷等污染物，污水水质净化后再排入绛溪河中。

3.2 设计目标

1）联合植物和基质作用，有效消减污水中COD、TP、TN 等污染物。

2）满足植物群落景观要求，保证拦截沟渠系统的生物多样性、观赏性。

3）提高栽培植物经济价值，增加当地经济收入。

4）开发沟渠系统休闲观光功能，提升村民生活幸福指数。

3.3 设计理念

3.3.1 多样化选择沟底栽培植物，去除多种目标污染物

正确选择沟底栽培植物是整个沟渠系统运行的关键。进入沟渠的污水中污染物浓度水平差异较大，因此需在沟内合理配置不同植物，充分拦截沟内污染物，以免污水中某种污染物浓度过高，破坏沟中水生动物、微生物生存环境，导致系统内生物多样性降低［6］。另外，沟内应选择不同栽培植物，构建不同的景观斑块，避免因植物景观单一而降低景观观赏性。沟底可选择美人蕉、水芹菜、空心菜作为栽培植物，且以盆栽方式种植。刘昂以美人蕉处理农田废水，结果表明美人蕉人工湿地能去除污水中硝态氮［7］。李梅姿等的研究表明水芹菜对污水中氮类污染物处理效果较好，有良好的水质净化作用［8］。崔星怡等通过以空心菜为主的人工湿地处理猪场沼液，发现空心菜能降低其中的TP、COD 等污染物。美人蕉盆栽作为景观花卉观赏，植株成熟后作景观植物售卖，可促进当地增收［9］。水芹菜、空心菜成熟收割后，作为青饲料回归到当地养殖业中，可降低畜禽养殖成本。

3.3.2 合理设计景观斑块分布，防止出现景观断裂带

沟渠系统中沟底和沟梗存在空间差异，可在沟底和沟梗配置不同植物，合理设计植物种植密度，保证系统景观的连续性和完整性。出于对沟渠系统中沟梗的保护，即防止沟梗垮塌影响沟底动植物正常生长，沟梗栽培应选用根系较发达的植物，可在沟梗中间栽种银杏、板栗、香樟等深根性植物，在沟梗两侧栽种黄杨、柑橘等常绿灌木或绣球花、醉鱼草等观赏性花卉植物。

3.3.3 选择不同植物+基质组合

沟内不同的生存环境和条件可供不同微生物、水生动物生长，选择不同的植物、基质组合，利用斑块之间的异质性，为不同生物提供适宜的生长环境，丰富水中微生物、水生动物类型。基质可选火山石、沸石和陶粒，以适当比例混合，不同斑块分别选择不同植物+基质组合。

3.3.4 设置凉亭、游步道、宣传栏等设施

沟梗表面可用透水性混凝土砖铺设游步道，在游步道适当位置设置凉亭，以起到休闲观光、健身的作用，其过程中将环保的理念、知识传递给当地居民。另外，在沟梗表面一定范围内设置宣传栏，为爱国主义、疫情防控、生态保护等主题的宣传提供良好的环境和氛围，提升当地居民素质。

3.4 拦截沟渠系统运行条件设计

3.4.1 沟体呈多个U 型并列，增强沟渠外观视觉效果

拦截沟渠系统设计如图1 所示，生态沟渠沟体外形整体呈多个U 型排列，在相同的占地面积条件下，与常见的“一”型布局相比，延长了沟体的实际长度，使污水在沟渠中的停留时间增加，优化了污水处理效果。采用U 型排列的设计方式，生态沟渠外观错落有致、层次分明，在景观布局上给人更佳的视觉冲击。

图1 拦截沟渠系统设计平面图

3.4.2 合理利用设施，保证沟内水流流量，流速稳定

拦截沟渠的正常运行需保持沟内水流流量、流速均匀稳定，防止流量过大或流速过快而冲刷沟内设施，破坏植物正常生长。在设计过程中，可在拦截沟渠中设置拦水闸门、沉淀池、拦水坎等，稳定沟内水流流量和流速。

4 结语

拦截沟渠系统适用于山地、丘陵地区的农村面源污染治理，在一定区域内，合理选择沟渠建造地点并进行合理建造，可降低集水区域内污水中污染物浓度。另外，沟渠内景观格局布局合理，具有一定观赏性，可提升当地人文环境质量，助力建设“美丽乡村”。同时，沟渠系统具备景观植物栽培基地功能，景观植物的经济价值可促进当地增收。永久村拦截沟渠系统的建立，既能净化拦截沟渠系统集水区域内污水水质，也可作景观观赏，同时兼具栽培基地和休闲观光的功能，为川渝地区农村面源污染治理提供参考，也为成渝双城经济圈战略部署中环境保护提供支撑。