生活污水楊樹林地生態(tài)處理效益分析

白保勛，陳東海，沈希輝，曹輝，石彥召，范大整

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生活污水楊樹林地生態(tài)處理效益分析

白保勛1*，陳東海1，沈希輝2，曹輝1，石彥召1，范大整3

（1.鄭州市農(nóng)林科學(xué)研究所，鄭州 450005；2.河南省格蘭德園林科技有限公司，鄭州 450000； 3.駐馬店市林業(yè)局，河南 駐馬店 463000）

為了研究生活污水楊樹林地生態(tài)處理的效益，選擇了3個(gè)楊樹無性系，進(jìn)行了污水林地處理試驗(yàn)。結(jié)果表明：生活污水林地生態(tài)處理增加了楊樹人工林的木材收益、污水處理間接收益，生態(tài)效益顯著；污水處理后，‘中林2001’楊經(jīng)濟(jì)收益增加量最大，其次是歐美107楊，I-72楊最低。

污水生態(tài)處理；楊樹人工林；木材增產(chǎn)收益；污水處理間接收益；生態(tài)效益

土地生態(tài)處理投資少、能耗低、凈化效果好、工藝簡單，同時(shí)具有充分利用污水中的水分與養(yǎng)分、改善土壤養(yǎng)分狀況、防止水分與土壤養(yǎng)分流失等功能[1]。土地生態(tài)處理對污水中的主要氮磷污染物吸收凈化效果好，土地處理系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)營費(fèi)用低。由于土地生態(tài)處理系統(tǒng)中，處理達(dá)標(biāo)后的污水滲入了土壤或排入地下，有效地避免了直接排入河流對地表水產(chǎn)生污染[2-5]。為了研究生活污水楊樹林地生態(tài)處理的效益，在楊樹人工林地進(jìn)行了試驗(yàn)，對生活污水楊樹林地生態(tài)處理增加木材收益、污水處理間接收益、生態(tài)效益進(jìn)行了研究，對認(rèn)識、應(yīng)用、推廣污水林地處理生態(tài)工程具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

生活污水處理試驗(yàn)在鄭州市南的龍湖鎮(zhèn)北部進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)域氣候類型為暖溫帶大陸性氣候，年平均氣溫14.4℃，年平均降水量640.9 mm，年平均無霜期220 d，試驗(yàn)地土壤為潮土。

在鄭州市龍湖鎮(zhèn)生活污水排污口下游，栽有大面積的楊樹林，這些楊樹人工林為河岸防護(hù)林與用材林，距居民區(qū)與校園較遠(yuǎn)。排污口每天排出大量生活污水，污水沒有經(jīng)過處理直接排放，對當(dāng)?shù)氐乇硭c地下水造成了污染。生活污水主要來源于村鎮(zhèn)居民與大學(xué)園區(qū)，不含工業(yè)廢水。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

選擇在中部地區(qū)栽植面積較大、生長良好的3個(gè)無性系，包括I-72楊、歐美107楊、中林2001楊，進(jìn)行生活污水生態(tài)處理試驗(yàn)。試驗(yàn)地楊樹人工林密度約為2 000株/hm2，林相整齊，林地立地條件相近，楊樹即將進(jìn)入速生期，林木生長需要大量水分與養(yǎng)分。試驗(yàn)用生活污水中總氮與總磷含量超過了國標(biāo)規(guī)定的三級標(biāo)準(zhǔn)，其他主要污染物含量未超過國標(biāo)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。

2.2 試驗(yàn)方案

污水林地生態(tài)處理系統(tǒng)田間配水系統(tǒng)包括沉淀池、田間壟溝等。對試驗(yàn)林地進(jìn)行平整，壟溝呈南北向，沿壟溝供水。污水生態(tài)處理的工藝流程為：原污水→污水提升泵→沉淀池→林地輸配水系統(tǒng)→（土地-植物-微生物系統(tǒng)凈化）→補(bǔ)給地下水。

按照楊樹無性系劃分試驗(yàn)小區(qū)，同一無性系不同處理樣地采取隨機(jī)抽樣的方式設(shè)置，每個(gè)處理重復(fù)3次。在樣地周圍打上水堰，防止污水流出樣地使試驗(yàn)產(chǎn)生誤差。樣地距林緣、相鄰樣地之間設(shè)置隔離行，防止在試驗(yàn)中相互影響。在試驗(yàn)中，生活污水水力負(fù)荷為0（CK）、300、600、900、1 200、1 500 m3/（hm2·week），采用地面灌溉的方式投配生活污水。

生活污水處理進(jìn)行了兩年，在試驗(yàn)開始前與結(jié)束后，分別用胸徑尺與測樹儀測量不同處理林地楊樹的胸徑與樹高，計(jì)算各樣地平均胸徑與樹高，每個(gè)樣地選擇3～5株平均木，測定試驗(yàn)期間楊樹的材積增加量。

2.3 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算與分析

2.3.1經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

根據(jù)楊樹木材蓄積增加量與楊樹木材的市場價(jià)格，計(jì)算楊樹木材增產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)收益。

根據(jù)不同楊樹無性系適宜水力負(fù)荷，參照現(xiàn)有污水處理廠污水處理成本，計(jì)算污水楊樹林地生態(tài)處理的間接收益。

2.3.2經(jīng)濟(jì)效益分析

采用靜態(tài)分析法對污水楊樹林地生態(tài)處理進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評價(jià)分析，評價(jià)分析參數(shù)包括效益費(fèi)用比和投資還本年限。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

3.1.1污水處理的間接收益

楊樹林地系統(tǒng)適宜的年污水處理量為18 000～24 000 m3/hm2·a，現(xiàn)在的污水處理成本為0.89元/m3。按照生活污水楊樹林地生態(tài)處理適宜水力負(fù)荷與生活污水處理成本，計(jì)算污水處理的間接收益。結(jié)果表明，中林2001楊污水處理的間接收益最大，其次是歐美107楊和I-72楊（見表1）。

表1 污水楊樹林地生態(tài)處理污水的經(jīng)濟(jì)效益

3.1.2木材增產(chǎn)收益

試驗(yàn)結(jié)果表明，與對照相比（不進(jìn)行污水灌溉），生活污水林地生態(tài)處理能夠顯著提高林木的蓄積量，增加了楊樹人工林的經(jīng)濟(jì)收益。從表2可以看出，適宜的水力負(fù)荷可以大幅度提高楊樹人工林的蓄積量，中林2001楊人工林增加的木材收益最大，其次是歐美107楊，I-72楊最小。

表2 污水楊樹林地生態(tài)處理木材增產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益

3.1.3經(jīng)濟(jì)效益分析

生活污水楊樹林地生態(tài)處理主要是灌溉設(shè)施投資，包括沉淀池、地埋管、田間壟溝。污水林地生態(tài)處理系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)主要包括整地等費(fèi)用、提水費(fèi)用、設(shè)備維修費(fèi)用、人工費(fèi)和必要的監(jiān)測費(fèi)用等。按照實(shí)際支出，計(jì)算污水處理系統(tǒng)總投資與運(yùn)營費(fèi)用。用公式（1）（略）和公式（2）（略）計(jì)算污水林地處理的效益費(fèi)用比與投資還本年限。

從表3可以看出，中林2001楊人工林效益費(fèi)用比最高，投資還本年限最短；I-72楊人工林效益費(fèi)用比最低，投資還本年限最長；歐美107楊人工林介于以上兩種楊樹無性系之間。用以上3種楊樹無性系人工林地進(jìn)行生活處理，項(xiàng)目技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理。由于污水楊樹林地生態(tài)處理也增加了枝與根生長量，如果楊樹采伐后，對枝椏與根進(jìn)行綜合利用，木材增產(chǎn)收益將進(jìn)一步提高，但楊樹增產(chǎn)收益只能在楊樹采伐后得到，周期較長。

表3 污水處理經(jīng)濟(jì)效益分析

3.2 生態(tài)效益分析

我國水資源缺乏，人均水資源少，很難滿足農(nóng)林業(yè)用水需要。同時(shí)，我國水污染問題越來越嚴(yán)重，水資源供需矛盾更加突出。利用污水生態(tài)處理技術(shù)是土地處理技術(shù)中經(jīng)濟(jì)效益最大、水和氮磷等養(yǎng)分利用率較高的一個(gè)類型。與常規(guī)的污水灌溉相比，生活污水林地生態(tài)處理將污水作為水肥資源進(jìn)行利用，而且通過對單位面積灌溉量進(jìn)行控制，確定污水處理的制約因素，將污水有控制地投配到土地上，保證系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下的連續(xù)運(yùn)行，污水處理能夠充分利用生活污水資源，生態(tài)效益顯著。

在季節(jié)性干旱比較嚴(yán)重的地區(qū)，林地生態(tài)處理技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠消除水污染問題，而且把污水作為一種肥水資源加以利用，改善了楊樹人工林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，使楊樹人工林生長加快，改善農(nóng)村的衛(wèi)生狀況，提高了楊樹人工林的生態(tài)服務(wù)功能。采用生活污水林地生態(tài)處理技術(shù)，利用生活污水肥水資源，可以培育出速生豐產(chǎn)的楊樹用材林。

如果楊樹無性系選擇得當(dāng)，水力負(fù)荷適宜，可以防止生活污水污染地表水與地下水，生活污水楊樹林地處理生態(tài)效益顯著。在我國西北部季節(jié)性干旱比較嚴(yán)重的地區(qū)，農(nóng)村生活污水楊樹林地生態(tài)處理可改變當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，發(fā)揮其環(huán)境保護(hù)、污水凈化與木材增產(chǎn)等多種功能。

4 結(jié)論

生活污水楊樹林地生態(tài)處理投資少，運(yùn)營費(fèi)用低，能夠大幅度增加楊樹木材蓄積量，獲得較高的木材收益與間接的污水處理收益。生活污水林地生態(tài)處理使楊樹人工林生長迅速，改善了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，提高了人工林的防護(hù)效果，生態(tài)效益非常明顯。由于生活污水楊樹林地生態(tài)處理具有上述優(yōu)勢，在季節(jié)性干旱嚴(yán)重，尤其是水資源比較缺乏的中西部地區(qū)，擁有良好的應(yīng)用前景。

[1] 許柏樹. 實(shí)用決策方法—層狀分析原理[M]. 天津：天津大學(xué)出版社，1998.

[2] 孫鐵珩，姜鳳岐. 草原礦區(qū)開發(fā)的環(huán)境影響與生態(tài)工程[M]. 北京：科學(xué)出版社，1999.

[3] 楊翠芬，孫鐵珩，李培軍. 城市生活污水土地處理專家系統(tǒng)研究[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，1998，9（5）：520-524.

[4] 楊翠芬，孫鐵珩，李培軍. 污水土地處理生態(tài)工程綜合效益評價(jià)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，1999，10（4）：481-484.

[5] 高拯民，李憲法. 城市污水土地處理利用設(shè)計(jì)手冊[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1991.

Analysis on the Benefits of Domestic Wastewater Poplar Woodland Eco-wastewater

BAI Bao-xun1, CHEN Dong-hai1, SHEN Xi-hui2, CAO Hui1, SHI Yan-zhao1, FAN Da-zheng3

(1.Agriculture and Forestry Science Institute of Zhengzhou, Zhengzhou 450005, China; 2.Green-Land Garden Technology Co.,Ltd of Henan Province,Zhengzhou 450000, China; 3.Zhumadian City Forestry Bureau, Henan Zhumadian 463000, China)

A wastewater eco-treatment experiment with different hydraulic loads was conducted in three poplar clones plantation woodland to study the benefits of domestic wastewater eco-treatment. The results showed that wastewater treatment increased the timber income, wastewater treatment benefits and ecological benefit. The incremental amount of economic benefit of wastewater treatment in the following order: poplar ‘zhonglin 2001’ plantation> poplar Euramerican 107 plantation> poplar I-72 plantation.

wastewater eco-treatment ; poplar plantation ; incremental timber income; wastewater treatment benefits ; ecological benefit

S 792.1

B

1003-2630（2014）04-0023-03

2014-12-13

鄭州市重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“鄭州都市農(nóng)業(yè)生態(tài)服務(wù)價(jià)值評估與生態(tài)補(bǔ)償方法研究”（20130244）、河南省公益科研院所預(yù)研項(xiàng)目計(jì)劃“生活污水楊樹林地慢滲生態(tài)處理技術(shù)研究”（0921038101）資助.

白保勛（1965-），男，河南駐馬店人，博士，副研究員，主要從事都市農(nóng)業(yè)與環(huán)境生態(tài)研究.Email：baibaoxun@126.com.

（責(zé)任編輯：王文彬）