浙江省農(nóng)田氮磷生態(tài)攔截溝渠系統(tǒng)建設(shè)實(shí)例與分析建議

邵建均，呂旭東，王永尚，魯長(zhǎng)根

(浙江省農(nóng)業(yè)農(nóng)村生態(tài)與能源總站，浙江 杭州 310012)

農(nóng)業(yè)面源污染是最為重要、分布最為廣泛的面源污染，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的氮素和磷素等營(yíng)養(yǎng)物、農(nóng)藥，以及其他有機(jī)或無(wú)機(jī)污染物，通過(guò)農(nóng)田地表徑流和農(nóng)田滲漏、擴(kuò)散形成地表和地下水環(huán)境污染[1]。近年來(lái)，浙江省為堅(jiān)決打贏污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)，積極推進(jìn)農(nóng)田水環(huán)境治理，在全國(guó)率先開(kāi)展農(nóng)田溝渠水環(huán)境綜合治理探索，累計(jì)建設(shè)農(nóng)田氮磷生態(tài)攔截溝渠系統(tǒng)300多條，總長(zhǎng)度達(dá)370多km，覆蓋農(nóng)田面積約1.6萬(wàn)hm2，在確保排水溝渠具有排澇、排漬或防治土壤鹽堿化等功能的基礎(chǔ)上，通過(guò)在溝渠中設(shè)置節(jié)制閘壩、攔水坎、集泥井、透水壩等輔助性工程設(shè)施，以及采用植物生物材料、配置植物群落等措施，強(qiáng)化溝渠對(duì)氮、磷等物質(zhì)的攔截凈化能力，農(nóng)田排水化學(xué)需氧量、總氮、總磷分別減少20%、30%和30%以上，有效改善了溝渠生境條件，恢復(fù)和完善田間溝渠生態(tài)系統(tǒng)，構(gòu)建起優(yōu)美的田園生態(tài)環(huán)境[2-3]。本文通過(guò)介紹浙江省農(nóng)田氮磷生態(tài)攔截溝渠系統(tǒng)的典型案例，分析存在的問(wèn)題和原因，提出了注重功能發(fā)揮、科學(xué)建設(shè)、長(zhǎng)效運(yùn)維等措施，旨在進(jìn)一步發(fā)揮農(nóng)田氮磷生態(tài)攔截溝渠系統(tǒng)在改善農(nóng)業(yè)面源污染、構(gòu)建農(nóng)田生態(tài)化過(guò)程中的作用。

1 典型案例

1.1 平原地區(qū)排水生態(tài)溝渠系統(tǒng)建設(shè)

長(zhǎng)興縣在呂山鄉(xiāng)益多斗糧食生產(chǎn)功能區(qū)開(kāi)展平原地區(qū)生態(tài)攔截溝渠系統(tǒng)建設(shè)，全長(zhǎng)1 265 m。溝渠采用六邊形預(yù)制塊建設(shè)，在溝渠中設(shè)置反硝化除磷裝置93套，在溝渠排水口末端設(shè)置攔截轉(zhuǎn)化池4座，并采用引入植生材料、配置植物群落等生態(tài)措施，改善溝渠生態(tài)環(huán)境條件，重建和恢復(fù)溝渠生態(tài)系統(tǒng)，有效覆蓋農(nóng)田面積42 hm2，強(qiáng)化了溝渠對(duì)氮、磷等物質(zhì)的攔截、吸收。水質(zhì)檢測(cè)分析結(jié)果顯示，生態(tài)溝渠系統(tǒng)總氮平均下降34.74%，總磷大體上保持穩(wěn)定。關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié),1)生態(tài)溝渠斷面為梯形，底部?jī)魧?.6 m，渠道深1.2 m，渠道頂寬1.7 m，坡比為1∶0.5，兩側(cè)邊坡采用C20砼六邊形預(yù)制塊，底板不襯砌。生態(tài)溝頂部與田面高程基本齊平，采用C20砼壓頂。2)C20砼預(yù)制塊相鄰磚間采用1∶2水泥砂漿勾縫，預(yù)制塊孔內(nèi)種植草本植物(或自然生長(zhǎng))，溝底種植一定數(shù)量的挺水植物，用于消減農(nóng)田排水中的污染物。生態(tài)溝渠設(shè)計(jì)如圖1所示，六邊形預(yù)制磚布置圖如圖2所示。

單位:cm。圖1 生態(tài)溝渠斷面的設(shè)計(jì)

圖2 C20砼六邊形預(yù)制塊

1.2 山區(qū)農(nóng)田排水溝渠生態(tài)化改造

天臺(tái)縣在平橋鎮(zhèn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)內(nèi)開(kāi)展山區(qū)農(nóng)田排水生態(tài)溝渠系統(tǒng)建設(shè)，對(duì)54.7 hm2農(nóng)田內(nèi)主排水溝渠生態(tài)化改造1 077 m，實(shí)施溝渠清淤和濕地化改造230 m2、透水石籠護(hù)坡濕地17處、溝渠抗沖刷防滲處理試驗(yàn)670 m2，布設(shè)“利奇馬”抗沖刷型生態(tài)浮床50 m2、沉水植物150 m2，新增7套相應(yīng)環(huán)保設(shè)施和1套智能在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備等工程措施，融入景觀生態(tài)學(xué)設(shè)計(jì)，在凈化植物、浮床基質(zhì)、浮床造型等方面進(jìn)行精心選配和布置。經(jīng)水質(zhì)檢測(cè)分析，生態(tài)溝渠系統(tǒng)氨氮平均去除率15.42%，總磷去除率19.53%。

天臺(tái)縣針對(duì)山區(qū)排水渠落差大、水流停滯時(shí)間短、暴雨期水流大等情況，開(kāi)展邊灘生態(tài)濕地和透水石籠防護(hù)建設(shè)，有效發(fā)揮了農(nóng)田氮磷生態(tài)攔截效果。關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)如下:1)濕地設(shè)置原則。濕地化改造不影響排水，一般選建于溝體相對(duì)較寬或較深溝段，同時(shí)考慮原先易堆積段設(shè)置；2)挺水植物配置。一般選用高稈型植物，如再力花、旱傘草和美人蕉；3)透水石籠設(shè)置。為確保水流能流經(jīng)濕地凈化系統(tǒng)，同時(shí)防止洪水時(shí)被沖刷破壞，在床體迎水面或易沖刷處采用生態(tài)石籠錨固方式加固處理。石籠長(zhǎng)度根據(jù)濕地實(shí)際尺寸設(shè)置，一般寬40 cm，高30 cm。邊灘生態(tài)濕地和透水石籠的防護(hù)示意效果如圖3所示。

圖3 邊灘生態(tài)濕地和透水石籠防護(hù)

1.3 水源地等敏感區(qū)域排水溝渠生態(tài)化改造

淳安縣在距千島湖入湖主干河流上梧溪約200 m的安陽(yáng)鄉(xiāng)上棲梧村水稻種植區(qū)，對(duì)234 m長(zhǎng)的排水渠道(三面光結(jié)構(gòu))開(kāi)展生態(tài)化改造，采用可充當(dāng)沉水植物根際層的專(zhuān)用生態(tài)毯200 m2對(duì)硬質(zhì)化溝底進(jìn)行生境改造(生態(tài)毯上定植沉水植物)，并采用種植籃在兩側(cè)溝壁涉水層上交替定植挺水植物(水生美人蕉)，形成溝渠濕地凈化系統(tǒng)。為確保溝渠濕地維持一定的生態(tài)水位，結(jié)合溝底坡降分段設(shè)置攔水壩9座。經(jīng)水質(zhì)檢測(cè)分析，生態(tài)化改造溝渠濕地磷去除率達(dá)到41.7%以上。

關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)如下。1)專(zhuān)用生態(tài)毯。由植物纖維、土工材料和礦物材料(蛭石和火山石)復(fù)合而成，厚度為5 mm。2)沉水植物及其定植。定植于生態(tài)毯后鋪設(shè)于溝底。選用苦草、金魚(yú)藻和伊樂(lè)藻組成的混合植物，定植面積占比分別為30%(苦草)、30%(金魚(yú)藻)和40%(伊樂(lè)藻)。各沉水植物的初植密度均為150 株·m-2(25叢·m-2，6株·叢-1)。3)挺水植物及其定植。選用水生美人蕉單一品種，采用特制的半圓狀種植籃進(jìn)行定植，單個(gè)種植籃有效定植面積約0.1 m2，定植美人蕉5～7株。種植籃交替固定在溝壁兩側(cè)，其底端距離溝底約10 cm，單側(cè)間距為10～15 m。

排水渠道開(kāi)展生態(tài)化改造前后效果對(duì)比如圖4所示。

圖4 農(nóng)田溝渠生態(tài)化改造前、后效果的對(duì)比

1.4 以畈為單元的農(nóng)田尾水“零排放”生態(tài)循環(huán)模式

平湖市在鐘埭街道活羅浜灌區(qū)選定面積36.7 hm2，結(jié)合高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項(xiàng)目建設(shè)，利用退養(yǎng)魚(yú)塘開(kāi)展890 m“環(huán)形”農(nóng)田氮磷生態(tài)攔截溝渠系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田尾水循環(huán)利用，避免直排河道，探索出了一套以畈為單元的農(nóng)田尾水“零排放”生態(tài)循環(huán)模式。活羅浜灌區(qū)示意圖如圖5所示。在灌區(qū)總排水出口附近利用水塘構(gòu)建自然濕地系統(tǒng)，通過(guò)合理水力調(diào)控和適宜植物措施，進(jìn)一步減少灌區(qū)面源排放。水塘植物布置圖如圖6所示。

圖5 活羅浜灌區(qū)的布局

圖6 水塘植物的布置

生態(tài)化改造后的活羅浜灌區(qū)累計(jì)用水39.6萬(wàn)m3，667 m2用水量約為720 m3，相比當(dāng)?shù)厝衅骄盟肯陆导s30%。水質(zhì)監(jiān)測(cè)表明，在排水溝中種植水生植物后，排水溝末端的總氮、總磷濃度明顯低于排水溝首部，而且生態(tài)溝渠的下降效果明顯優(yōu)于對(duì)照溝，水質(zhì)總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)下降率分別達(dá)到24.7%、19.62%和11.75%。

2 存在的主要問(wèn)題與原因分析

近年來(lái)，農(nóng)田氮磷生態(tài)攔截溝渠系統(tǒng)建設(shè)為浙江省農(nóng)業(yè)面源污染控制工作發(fā)揮了一定的作用，但還存在溝渠生態(tài)化改造不徹底、水生植物種植品種單一、重項(xiàng)目建設(shè)輕日常管護(hù)等問(wèn)題。各地雖然對(duì)部分原有排水渠道(三面光結(jié)構(gòu))進(jìn)行了生態(tài)化改造，但存在攔水坎選點(diǎn)不夠科學(xué)、建設(shè)質(zhì)量不高的情況，導(dǎo)致枯水期植物因缺水而枯萎死亡。生態(tài)溝渠在攔截氮磷、恢復(fù)農(nóng)田生物多樣性的過(guò)程中具有重要意義，但部分溝渠由于植物品種單一、缺乏耐寒植物，導(dǎo)致其在冬季的攔截效果較差。農(nóng)田氮磷生態(tài)攔截溝渠系統(tǒng)建設(shè)被稱(chēng)為老百姓家門(mén)口的“毛細(xì)血管”，但由于水災(zāi)損毀、日常缺乏維護(hù)等原因，部分溝渠的建設(shè)成效未能充分發(fā)揮。

3 下一步工作建議

農(nóng)田溝渠系統(tǒng)是山水林田湖草生命共同體的重要組成部分，是農(nóng)田排水和地表徑流、村落生活污水的必經(jīng)通道，也是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要支撐。《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》“水十條”明確:要控制農(nóng)業(yè)面源污染，敏感區(qū)域和大中型灌區(qū)要利用現(xiàn)有溝、塘、窖等，配置水生植物群落、格柵和透水壩，建設(shè)生態(tài)溝渠、污水凈化塘、地表徑流集蓄池等設(shè)施，凈化農(nóng)田排水與地表徑流。針對(duì)浙江省農(nóng)田氮磷生態(tài)攔截溝渠系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中遇到的問(wèn)題和難點(diǎn)，筆者認(rèn)為應(yīng)該從以下幾方面入手。

3.1 注重功能發(fā)揮

在糧食功能區(qū)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)等農(nóng)田氮磷排放強(qiáng)度較高的區(qū)域，開(kāi)展生態(tài)攔截溝渠系統(tǒng)建設(shè)，對(duì)農(nóng)田排水氮、磷等污染物攔截降解，恢復(fù)和完善田間生態(tài)系統(tǒng)，與農(nóng)田、小微水體、承泄河湖庫(kù)等形成生命共同體，是農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重要內(nèi)容與要素，其生態(tài)環(huán)境效益是十分明顯的。

3.2 注重科學(xué)建設(shè)

農(nóng)田氮磷生態(tài)攔截溝渠系統(tǒng)建設(shè)需要真金白銀的投入。各地要依托科研院所、專(zhuān)家進(jìn)行科學(xué)的指導(dǎo)和設(shè)計(jì)，以技術(shù)作為支撐，確保關(guān)鍵環(huán)節(jié)技術(shù)過(guò)硬、植物品種和布局合理。開(kāi)展農(nóng)田氮磷生態(tài)攔截溝渠系統(tǒng)建設(shè)，營(yíng)造良好的田園生態(tài)景觀，這也是改善農(nóng)業(yè)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境、推進(jìn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實(shí)施的現(xiàn)實(shí)需要。如金華市經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)野貓畈糧食功能區(qū)的生態(tài)溝渠系統(tǒng)，年吸引1萬(wàn)余人次參觀，成為周邊學(xué)習(xí)、休閑旅游的目的地，農(nóng)文旅融合使生態(tài)溝渠系統(tǒng)建設(shè)也附帶產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 注重長(zhǎng)效運(yùn)維

生態(tài)溝渠系統(tǒng)成效的發(fā)揮三分靠建設(shè)，七分靠管護(hù)。各地要制訂管護(hù)規(guī)章制度，建立長(zhǎng)效監(jiān)管機(jī)制，確保項(xiàng)目建成后正常運(yùn)行，持續(xù)發(fā)揮效益，有條件的地方也可以探索向第三方購(gòu)買(mǎi)服務(wù)的機(jī)制。各地要定期檢查并清除溝體內(nèi)的雜草、外來(lái)入侵生物、淤積物、障礙物和廢棄物，養(yǎng)護(hù)溝岸坡蜜源作物；定期檢查溝坡有無(wú)松動(dòng)、裂縫、破損、傾斜等現(xiàn)象，并及時(shí)進(jìn)行修復(fù)處理；定期檢查溝內(nèi)裝置，必要時(shí)進(jìn)行沖洗、清泥、更換填料和試劑等維護(hù)工作。同時(shí)，要盡快建立生態(tài)溝渠系統(tǒng)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)制度，用數(shù)據(jù)評(píng)估溝渠系統(tǒng)氮磷攔截效果，指導(dǎo)農(nóng)田面源污染治理工作。