生態(tài)村落及水系生物系統(tǒng)的構(gòu)建與實踐

劉玉升

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)新農(nóng)村發(fā)展研究院/植物保護(hù)學(xué)院,山東泰安271018

生態(tài)村落及水系生物系統(tǒng)的構(gòu)建與實踐

劉玉升

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)新農(nóng)村發(fā)展研究院/植物保護(hù)學(xué)院,山東泰安271018

本文選擇臨沂市莒南縣板泉鎮(zhèn)小王劉莊為試驗點(diǎn)，進(jìn)行了生態(tài)村落建設(shè)探索。將生態(tài)村落分為陸地和水域兩個子系統(tǒng)，將生態(tài)村落水資源分為村落水源、村落水系、村落池塘濕地和水資源輸出子系統(tǒng)，將村落有機(jī)廢棄物與昆蟲資源產(chǎn)業(yè)化相關(guān)聯(lián)。

生態(tài)村落;水系;生物系統(tǒng);昆蟲資源;產(chǎn)業(yè)化

2017年2月5日，中共中央、國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于深入推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革加快培育農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展新動能的若干意見》[1]，這是改革開放以來第19份以“三農(nóng)”為主題的一號文件，也是自2004年以來，中央一號文件連續(xù)第14次聚焦“三農(nóng)”。其中，提到“三園一體”建設(shè)，“三園”是指現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園、科技園、創(chuàng)業(yè)園；“一體”，指田園綜合體[2]。一號文件強(qiáng)調(diào)，重點(diǎn)要培育宜居宜業(yè)特色村鎮(zhèn)。圍繞有基礎(chǔ)、有特色、有潛力的產(chǎn)業(yè)，建設(shè)一批農(nóng)業(yè)文化旅游“三位一體”、生產(chǎn)生活生態(tài)同步改善、一產(chǎn)二產(chǎn)三產(chǎn)深度融合的特色村鎮(zhèn)。

北方干旱地區(qū)，水資源是制約“三園一體”建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。在地球上，海洋占地球表面積的70%，海水占了地球總水量的96%；還有占總水量3%的水，被封凍在冰天雪地的南北兩極和高山冰川之中，不能為人類直接利用；地球上的湖泊也有50%是咸水湖；剩下能供人類利用的淡水，只占總水量的0.5%，其中還有一些開發(fā)非常困難而無法真正利用[3]。實際上，人類真正能夠直接利用的淡水資源僅占地球總水量的0.3%。我國的水資源總量約為2.8億m3，僅次于巴西、俄羅斯、加拿大和美國，居于世界第五位[4]。但是，我國人均水資源還不及世界平均水平的1/4，而且水資源的空間分布和時間分布很不均勻。由此可見，我國水資源十分緊張。

為了踐行“田園綜合體”探索，自2015年以來，我們選擇山東省臨沂市莒南縣板泉鎮(zhèn)小王劉莊進(jìn)行了生態(tài)村落建設(shè)和水系生物系統(tǒng)研究，尋求北方干旱地區(qū)生態(tài)村落及其水資源利用問題的解決途徑。現(xiàn)將結(jié)果報告如下。

1 村落概況

板泉鎮(zhèn)小王劉莊位于莒南縣城西部15 km，南與臨沭縣相鄰，西與河?xùn)|區(qū)隔河相望。土地面積約1500畝，326戶，1189口人。

2 生態(tài)村落區(qū)域劃分

在該項目研究中，將生態(tài)村落區(qū)域劃分三種類型：生活區(qū)域、生產(chǎn)區(qū)域和休閑區(qū)域。其中生活區(qū)域是指村莊人居生活區(qū)，生產(chǎn)區(qū)域是指用于大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的區(qū)域，休閑區(qū)域是指生活區(qū)域中用于公共活動的集體區(qū)域。

在村落中，對生活垃圾進(jìn)行三元二級分類[5]，干垃圾進(jìn)入再生資源系統(tǒng)，濕垃圾與池塘濕地植物一同混合制漿，配制昆蟲飼料（如圖1）。對生產(chǎn)有機(jī)廢棄物，經(jīng)過干燥、物理粉碎和微生物腐解菌劑預(yù)處理，加工成昆蟲飼料。

3 生態(tài)村落水資源循環(huán)系統(tǒng)

生態(tài)村落水資源循環(huán)系統(tǒng)由村落水源、村落水系網(wǎng)絡(luò)、池塘濕地組成。其中，村落水源主要為生活用自來水系統(tǒng)，其次為雨水，農(nóng)田灌溉為地下深井水；村落水系網(wǎng)絡(luò)分為戶居庭院微水道、次街道水道、主街道水道，村落水道與池塘濕地連接的匯合水道；終端為池塘濕地組成，在池塘中構(gòu)建水域生物系統(tǒng)，與濕地生物系統(tǒng)互動，終端為中大型速生水生植物。

早在19世紀(jì)中葉工業(yè)革命時期，發(fā)達(dá)國家因工廠排放廢水引起河流和湖泊污染，有些生物學(xué)家已開始研究水污染對水生生物的影響，隨后又開展了水污染的生物監(jiān)測和生物處理的研究。1902年，Kolkwitz和Marsson就對水中的微型生物進(jìn)行分類，并提出了“污水生物系統(tǒng)”的概念[6,7]。

3.1 水體自凈作用

受污染的水質(zhì)自然地恢復(fù)原樣的現(xiàn)象稱為自凈作用(Selfpurification)。如果一個水系存在一個污染物的排放點(diǎn)，當(dāng)大量有機(jī)污染物由此進(jìn)入水系，并水流而下時，將會發(fā)生如圖1所示的變化。

圖1 水體天然自凈過程[8]Fig.1 The natural self-purification process of water body

這個變化過程表現(xiàn)出如下特點(diǎn)：

①有機(jī)污染物的濃度由高到低。②水域生物相發(fā)生一系列變化。首先，異養(yǎng)細(xì)菌迅速氧化分解有機(jī)污染物而大量增殖，出現(xiàn)數(shù)量高峰；然后是以細(xì)菌為食料的原生動物出現(xiàn)數(shù)量高峰；再后是由于有機(jī)物礦化，利于藻類的生長，而出現(xiàn)藻類的生長高峰。③溶解氧濃度隨著有機(jī)物被微生物氧化分解而大量消耗，很快降到最低點(diǎn)；隨后，由于有機(jī)污染物的無機(jī)化和藻類的光合作用及其他好養(yǎng)微生物數(shù)量的下降，溶解氧又逐漸恢復(fù)到原初的水平。

這樣，在離開污染源相當(dāng)?shù)木嚯x以后，水中的各種微生物的數(shù)量，有機(jī)物、無機(jī)物的含量，也都下降到最低點(diǎn)。于是，水體恢復(fù)到原來的狀態(tài)。這就是自然界中存在著的水體自凈作用。

據(jù)報道，美國航天局曾發(fā)掘水葫蘆凈化污水的能力，解決美國航天基地加州圣迭戈市的飲用水問題。那里水源緊缺，特別是隨著大工業(yè)的發(fā)展，飲用水短缺日趨嚴(yán)重，90%的飲用水要靠外地供應(yīng)。后來，人們發(fā)現(xiàn)水葫蘆凈化污水的能力，建設(shè)了水葫蘆凈化污水系統(tǒng)。建立“污水—水葫蘆—水生生物—水域微生態(tài)”模式，系統(tǒng)構(gòu)成：由6個長12 m、寬5 m、深1 m～2 m的水池組成。水池底部鋪上幾厘米厚的塘泥，種上水葫蘆。廢水先經(jīng)過傳統(tǒng)過濾器初步過濾，后陸續(xù)通過6個生長茂盛的水葫蘆和少許浮萍的水池。水葫蘆不僅能吸收營養(yǎng)鹽類，硝酸鹽、磷酸鹽等，而且能吸收水中有毒的重金屬，如鉛、汞、鎘等。污水作為水葫蘆營養(yǎng)劑被它們吸收利用之后，從第4個水池開始，每個水池除了水葫蘆之外，還養(yǎng)殖水生動物 -蝸牛、螯蝦、食蚊魚等，它們通過取食水域環(huán)境的有機(jī)物質(zhì)，進(jìn)一步凈化污水。經(jīng)過這個凈化系統(tǒng)流出來的水，比用傳統(tǒng)凈化器處理的水干凈3～4倍。這種水再經(jīng)過沙層過濾后，便可用于灌溉，再進(jìn)一步處理便可供給城市居民食用了。

4 昆蟲資源產(chǎn)業(yè)化

選擇腐食性昆蟲作為生產(chǎn)對象，形成微家畜新興產(chǎn)業(yè)。已經(jīng)進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)養(yǎng)殖的種類有黃粉蟲、白星花金龜。

將村落生活垃圾中濕垃圾與池塘濕地植物一同混合制漿，配制昆蟲飼料。飼養(yǎng)黃粉蟲和白星花金龜，篩分成蟲體和蟲糞沙，蟲體經(jīng)過微博干燥加工成干蟲，蟲糞沙制備成蟲糞基人工土壤。

這樣，通過終端昆蟲資源產(chǎn)業(yè)化的拉動，倒序激活水生植物、浮萍、藻類-無機(jī)化物-有機(jī)物-微生物-細(xì)菌-有機(jī)污染物系統(tǒng)，實現(xiàn)了由有機(jī)污染物到水生植物，最終到昆蟲過腹轉(zhuǎn)化、昆蟲資源產(chǎn)業(yè)化的系統(tǒng)。

[1]謝小帆,謝一珍,謝和風(fēng).人口·資源·環(huán)境—中國面臨的三大問題[M].南昌:21世紀(jì)出版社,1995

[2]孔繁翔.環(huán)境生物學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2000

[3]劉玉升,駱洪義,葉保華.餐廚廢棄物的環(huán)境昆蟲處理途徑及資源化利用探討[J].再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì),2013(4):35-37

[4]劉玉升,宋洪濤,方潔.城市生活垃圾三元二級分類體系的構(gòu)建及其應(yīng)用前景分析[J].再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì),2015,8(4):18-21

[5]劉玉升,王 麗,張廣杰,等.城鄉(xiāng)生活垃圾一體化處理探討:三元二級分類新體系[J].再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì),2017,10(2):33-36

[6]劉玉升.技術(shù)創(chuàng)新支撐城鄉(xiāng)生活垃圾分類[N/OL].中國科學(xué)報,2017-04-05(8)(2017-10-15).http://news.sciencenet.cn/

[7]劉玉升.昆蟲生產(chǎn)學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2012

[8]胡家駿,周群英.環(huán)境工程微生物學(xué)[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”國家科技支撐計劃課題:低成本村鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施與環(huán)境建設(shè)技術(shù)研究與示范(2014BAL04B05)

劉玉升(1964-),男,博士,教授,主要從事環(huán)境生物與資源昆蟲的利用.E-mail:ysl8877@163.com