浙江省農田氮磷生態攔截溝渠系統建設實例與分析建議

邵建均，呂旭東，王永尚，魯長根

(浙江省農業農村生態與能源總站，浙江 杭州 310012)

農業面源污染是最為重要、分布最為廣泛的面源污染，農業生產活動中的氮素和磷素等營養物、農藥，以及其他有機或無機污染物，通過農田地表徑流和農田滲漏、擴散形成地表和地下水環境污染[1]。近年來，浙江省為堅決打贏污染防治攻堅戰，積極推進農田水環境治理，在全國率先開展農田溝渠水環境綜合治理探索，累計建設農田氮磷生態攔截溝渠系統300多條，總長度達370多km，覆蓋農田面積約1.6萬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上，通過在溝渠中設置節制閘壩、攔水坎、集泥井、透水壩等輔助性工程設施，以及采用植物生物材料、配置植物群落等措施，強化溝渠對氮、磷等物質的攔截凈化能力，農田排水化學需氧量、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，恢復和完善田間溝渠生態系統，構建起優美的田園生態環境[2-3]。本文通過介紹浙江省農田氮磷生態攔截溝渠系統的典型案例，分析存在的問題和原因，提出了注重功能發揮、科學建設、長效運維等措施，旨在進一步發揮農田氮磷生態攔截溝渠系統在改善農業面源污染、構建農田生態化過程中的作用。

1 典型案例

1.1 平原地區排水生態溝渠系統建設

長興縣在呂山鄉益多斗糧食生產功能區開展平原地區生態攔截溝渠系統建設，全長1 265 m。溝渠采用六邊形預制塊建設，在溝渠中設置反硝化除磷裝置93套，在溝渠排水口末端設置攔截轉化池4座，并采用引入植生材料、配置植物群落等生態措施，改善溝渠生態環境條件，重建和恢復溝渠生態系統，有效覆蓋農田面積42 hm2，強化了溝渠對氮、磷等物質的攔截、吸收。水質檢測分析結果顯示，生態溝渠系統總氮平均下降34.74%，總磷大體上保持穩定。關鍵技術環節,1)生態溝渠斷面為梯形，底部凈寬0.6 m，渠道深1.2 m，渠道頂寬1.7 m，坡比為1∶0.5，兩側邊坡采用C20砼六邊形預制塊，底板不襯砌。生態溝頂部與田面高程基本齊平，采用C20砼壓頂。2)C20砼預制塊相鄰磚間采用1∶2水泥砂漿勾縫，預制塊孔內種植草本植物(或自然生長)，溝底種植一定數量的挺水植物，用于消減農田排水中的污染物。生態溝渠設計如圖1所示，六邊形預制磚布置圖如圖2所示。

單位:cm。圖1 生態溝渠斷面的設計

圖2 C20砼六邊形預制塊

1.2 山區農田排水溝渠生態化改造

天臺縣在平橋鎮現代農業園區內開展山區農田排水生態溝渠系統建設，對54.7 hm2農田內主排水溝渠生態化改造1 077 m，實施溝渠清淤和濕地化改造230 m2、透水石籠護坡濕地17處、溝渠抗沖刷防滲處理試驗670 m2，布設“利奇馬”抗沖刷型生態浮床50 m2、沉水植物150 m2，新增7套相應環保設施和1套智能在線水質監測設備等工程措施，融入景觀生態學設計，在凈化植物、浮床基質、浮床造型等方面進行精心選配和布置。經水質檢測分析，生態溝渠系統氨氮平均去除率15.42%，總磷去除率19.53%。

天臺縣針對山區排水渠落差大、水流停滯時間短、暴雨期水流大等情況，開展邊灘生態濕地和透水石籠防護建設，有效發揮了農田氮磷生態攔截效果。關鍵技術環節如下:1)濕地設置原則。濕地化改造不影響排水，一般選建于溝體相對較寬或較深溝段，同時考慮原先易堆積段設置；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)透水石籠設置。為確保水流能流經濕地凈化系統，同時防止洪水時被沖刷破壞，在床體迎水面或易沖刷處采用生態石籠錨固方式加固處理。石籠長度根據濕地實際尺寸設置，一般寬40 cm，高30 cm。邊灘生態濕地和透水石籠的防護示意效果如圖3所示。

圖3 邊灘生態濕地和透水石籠防護

1.3 水源地等敏感區域排水溝渠生態化改造

淳安縣在距千島湖入湖主干河流上梧溪約200 m的安陽鄉上棲梧村水稻種植區，對234 m長的排水渠道(三面光結構)開展生態化改造，采用可充當沉水植物根際層的專用生態毯200 m2對硬質化溝底進行生境改造(生態毯上定植沉水植物)，并采用種植籃在兩側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。為確保溝渠濕地維持一定的生態水位，結合溝底坡降分段設置攔水壩9座。經水質檢測分析，生態化改造溝渠濕地磷去除率達到41.7%以上。

關鍵技術環節如下。1)專用生態毯。由植物纖維、土工材料和礦物材料(蛭石和火山石)復合而成，厚度為5 mm。2)沉水植物及其定植。定植于生態毯后鋪設于溝底。選用苦草、金魚藻和伊樂藻組成的混合植物，定植面積占比分別為30%(苦草)、30%(金魚藻)和40%(伊樂藻)。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行定植，單個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，其底端距離溝底約10 cm，單側間距為10～15 m。

排水渠道開展生態化改造前后效果對比如圖4所示。

圖4 農田溝渠生態化改造前、后效果的對比

1.4 以畈為單元的農田尾水“零排放”生態循環模式

平湖市在鐘埭街道活羅浜灌區選定面積36.7 hm2，結合高標準農田項目建設，利用退養魚塘開展890 m“環形”農田氮磷生態攔截溝渠系統建設，實現了農田尾水循環利用，避免直排河道，探索出了一套以畈為單元的農田尾水“零排放”生態循環模式。活羅浜灌區示意圖如圖5所示。在灌區總排水出口附近利用水塘構建自然濕地系統，通過合理水力調控和適宜植物措施，進一步減少灌區面源排放。水塘植物布置圖如圖6所示。

圖5 活羅浜灌區的布局

圖6 水塘植物的布置

生態化改造后的活羅浜灌區累計用水39.6萬m3，667 m2用水量約為720 m3，相比當地全市平均用水量下降約30%。水質監測表明，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，而且生態溝渠的下降效果明顯優于對照溝，水質總氮、總磷、高錳酸鹽指數下降率分別達到24.7%、19.62%和11.75%。

2 存在的主要問題與原因分析

近年來，農田氮磷生態攔截溝渠系統建設為浙江省農業面源污染控制工作發揮了一定的作用，但還存在溝渠生態化改造不徹底、水生植物種植品種單一、重項目建設輕日常管護等問題。各地雖然對部分原有排水渠道(三面光結構)進行了生態化改造，但存在攔水坎選點不夠科學、建設質量不高的情況，導致枯水期植物因缺水而枯萎死亡。生態溝渠在攔截氮磷、恢復農田生物多樣性的過程中具有重要意義，但部分溝渠由于植物品種單一、缺乏耐寒植物，導致其在冬季的攔截效果較差。農田氮磷生態攔截溝渠系統建設被稱為老百姓家門口的“毛細血管”，但由于水災損毀、日常缺乏維護等原因，部分溝渠的建設成效未能充分發揮。

3 下一步工作建議

農田溝渠系統是山水林田湖草生命共同體的重要組成部分，是農田排水和地表徑流、村落生活污水的必經通道，也是農田生態系統的重要支撐。《水污染防治行動計劃》“水十條”明確:要控制農業面源污染，敏感區域和大中型灌區要利用現有溝、塘、窖等，配置水生植物群落、格柵和透水壩，建設生態溝渠、污水凈化塘、地表徑流集蓄池等設施，凈化農田排水與地表徑流。針對浙江省農田氮磷生態攔截溝渠系統建設過程中遇到的問題和難點，筆者認為應該從以下幾方面入手。

3.1 注重功能發揮

在糧食功能區、現代農業園區等農田氮磷排放強度較高的區域，開展生態攔截溝渠系統建設，對農田排水氮、磷等污染物攔截降解，恢復和完善田間生態系統，與農田、小微水體、承泄河湖庫等形成生命共同體，是農業綠色發展的重要內容與要素，其生態環境效益是十分明顯的。

3.2 注重科學建設

農田氮磷生態攔截溝渠系統建設需要真金白銀的投入。各地要依托科研院所、專家進行科學的指導和設計，以技術作為支撐，確保關鍵環節技術過硬、植物品種和布局合理。開展農田氮磷生態攔截溝渠系統建設，營造良好的田園生態景觀，這也是改善農業農村生態環境、推進鄉村振興戰略實施的現實需要。如金華市經濟開發區野貓畈糧食功能區的生態溝渠系統，年吸引1萬余人次參觀，成為周邊學習、休閑旅游的目的地，農文旅融合使生態溝渠系統建設也附帶產生一定的經濟效益。

3.3 注重長效運維

生態溝渠系統成效的發揮三分靠建設，七分靠管護。各地要制訂管護規章制度，建立長效監管機制，確保項目建成后正常運行，持續發揮效益，有條件的地方也可以探索向第三方購買服務的機制。各地要定期檢查并清除溝體內的雜草、外來入侵生物、淤積物、障礙物和廢棄物，養護溝岸坡蜜源作物；定期檢查溝坡有無松動、裂縫、破損、傾斜等現象，并及時進行修復處理；定期檢查溝內裝置，必要時進行沖洗、清泥、更換填料和試劑等維護工作。同時，要盡快建立生態溝渠系統監測評價制度，用數據評估溝渠系統氮磷攔截效果，指導農田面源污染治理工作。