川渝地區(qū)農(nóng)村面源污染治理及景觀生態(tài)設(shè)計(jì)的探討

楊尚虎，蘭書煥，龔屹鵬，羅明華，謝翼飛

（1.綿陽師范學(xué)院資源環(huán)境工程學(xué)院，四川綿陽 621000；2.中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所環(huán)境與應(yīng)用微生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610041；3.綿陽師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川綿陽 621000）

川渝地區(qū)水環(huán)境保護(hù)是建設(shè)成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈戰(zhàn)略部署的重要一環(huán)。農(nóng)村面源污染中，禽畜養(yǎng)殖廢水、農(nóng)田尾水、生活污水等嚴(yán)重影響農(nóng)村河道生態(tài)環(huán)境，威脅地下水水質(zhì)，破壞農(nóng)村人居環(huán)境［1］。四川省簡(jiǎn)陽市石橋鎮(zhèn)永久村位于成渝雙城經(jīng)濟(jì)圈軸線上，地處絳溪河旁，村內(nèi)產(chǎn)生的污水中氮磷元素濃度遠(yuǎn)超地表水V類水標(biāo)準(zhǔn)，以面源形式匯入絳溪河。針對(duì)農(nóng)村面源污染治理問題，當(dāng)前使用較多的人工濕地技術(shù)、氧化塘技術(shù)及生態(tài)溝渠技術(shù)等，在設(shè)計(jì)過程中主要針對(duì)污染物的攔截展開，對(duì)處理設(shè)施的景觀格局及經(jīng)濟(jì)效益考慮較少。因此，依托建設(shè)“美麗鄉(xiāng)村”，改善農(nóng)村人居環(huán)境的社會(huì)需求，以景觀生態(tài)學(xué)相關(guān)理論為指導(dǎo)［2］，以簡(jiǎn)陽市石橋鎮(zhèn)永久村為例，綜合考慮村莊布局、地形條件、現(xiàn)有治理設(shè)施等，以《農(nóng)村生活污染防治技術(shù)政策》（環(huán)發(fā)〔2010〕20 號(hào)）、《農(nóng)村生活污染控制技術(shù)規(guī)范》（HJ 574—2010）等規(guī)范性文件為基礎(chǔ)［3］，合理篩選景觀植物和污染物吸附基質(zhì)，設(shè)計(jì)生態(tài)攔截溝渠系統(tǒng)，并探究生態(tài)攔截溝渠系統(tǒng)景觀布局設(shè)計(jì)，以凈化水質(zhì)，維護(hù)生物多樣性，解決該村面源污染問題，改善川渝地區(qū)農(nóng)村人居環(huán)境。

1 景觀生態(tài)學(xué)與農(nóng)村面源污染

農(nóng)村面源污染具有隱蔽性、隨機(jī)性強(qiáng)，不易監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)［4］，嚴(yán)重威脅我國(guó)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境及人文環(huán)境，已成為我國(guó)環(huán)保行業(yè)中的熱點(diǎn)話題。因此，在對(duì)農(nóng)業(yè)種植、養(yǎng)殖等活動(dòng)所產(chǎn)生的廢水及生活污水處理現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查后，應(yīng)引入景觀生態(tài)學(xué)理念，設(shè)計(jì)生態(tài)攔截溝渠系統(tǒng)，以整個(gè)攔截溝渠系統(tǒng)景觀為對(duì)象，研究景觀功能和景觀的美化格局、優(yōu)化結(jié)構(gòu)［5］，使溝渠系統(tǒng)既能有效消減污水中的化學(xué)需氧量（Chemical oxygen demand，COD）、總氮（Total nitrogen，TN）、總磷（Total phosphorus，TP）等特征污染物，又能滿足系統(tǒng)內(nèi)植物群落景觀及生物多樣性要求。

2 簡(jiǎn)陽市石橋鎮(zhèn)永久村面源污染情況

2.1 地理?xiàng)l件概況

永久村位于簡(jiǎn)陽市石橋鎮(zhèn)境內(nèi)，絳溪河旁，地處四川盆地中部，長(zhǎng)江一級(jí)支流沱江中游，地貌以淺丘為主；氣候?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，氣候溫和，雨量充沛。冬季幾乎無降雪，夏季高溫多雨，全市年平均氣溫17 ℃，年平均降水量874 mm。

2.2 污染源概況

2.2.1 生活污染

永久村生活垃圾如廚余垃圾、白色垃圾等，主要通過固定點(diǎn)位垃圾箱收集，由垃圾車運(yùn)輸至垃圾處理廠處理。從村莊表觀上看，生活垃圾處理尚且妥當(dāng)，無明顯生活垃圾污染。另外，村內(nèi)大部分生活污水經(jīng)過兩條基本貫穿村莊的排水渠排放至絳溪河內(nèi)，小部分沒有進(jìn)入明渠的生活污水依靠自然滲透的方式進(jìn)入地下。

2.2.2 生產(chǎn)污染

永久村主要農(nóng)產(chǎn)品為枇杷、萵筍、茄子等，在此類農(nóng)作物的種植過程中，為滿足作物不同時(shí)期的生長(zhǎng)需求，大量施用氮、磷、鉀肥，如國(guó)光松爾復(fù)合肥、史丹利17-17-17 等，未被作物利用的氮、磷元素大部分隨徑流進(jìn)入排水渠，導(dǎo)致氮、磷等污染物進(jìn)入河流中。另外，村內(nèi)家禽以雞、鴨、鵝數(shù)量居多，同時(shí)村內(nèi)有少量的魚塘。雞、鴨、鵝多為露天養(yǎng)殖，其糞便小部分作為農(nóng)家肥施用，大部分隨雨水沖刷分散到徑流中，最終進(jìn)入河流；魚塘產(chǎn)生的廢水隨排水渠進(jìn)入河流。

排水渠中匯集了生活污水、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢水、養(yǎng)殖廢水等，入河口處污水硝態(tài)氮、TN、TP 濃度可達(dá)25 mg·L-1、30 mg·L-1、3 mg·L-1，TN、TP 濃度分別為V 類水標(biāo)準(zhǔn)的15 倍、7.5 倍，未經(jīng)處理的混合污水自由排放到河流中，使河水水質(zhì)下降，破壞河道生態(tài)環(huán)境。

3 基于景觀生態(tài)學(xué)的面源污染治理設(shè)計(jì)

3.1 總體設(shè)計(jì)

永久村地貌以丘陵為主，村內(nèi)排放大部分污水沿地勢(shì)流至山丘底部，經(jīng)排水渠流入絳溪河內(nèi)。可將攔截溝渠系統(tǒng)布置在排水渠入河口攔截污水中氮、磷等污染物，污水水質(zhì)凈化后再排入絳溪河中。

3.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)

1）聯(lián)合植物和基質(zhì)作用，有效消減污水中COD、TP、TN 等污染物。

2）滿足植物群落景觀要求，保證攔截溝渠系統(tǒng)的生物多樣性、觀賞性。

3）提高栽培植物經(jīng)濟(jì)價(jià)值，增加當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)收入。

4）開發(fā)溝渠系統(tǒng)休閑觀光功能，提升村民生活幸福指數(shù)。

3.3 設(shè)計(jì)理念

3.3.1 多樣化選擇溝底栽培植物，去除多種目標(biāo)污染物

正確選擇溝底栽培植物是整個(gè)溝渠系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵。進(jìn)入溝渠的污水中污染物濃度水平差異較大，因此需在溝內(nèi)合理配置不同植物，充分?jǐn)r截溝內(nèi)污染物，以免污水中某種污染物濃度過高，破壞溝中水生動(dòng)物、微生物生存環(huán)境，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)生物多樣性降低［6］。另外，溝內(nèi)應(yīng)選擇不同栽培植物，構(gòu)建不同的景觀斑塊，避免因植物景觀單一而降低景觀觀賞性。溝底可選擇美人蕉、水芹菜、空心菜作為栽培植物，且以盆栽方式種植。劉昂以美人蕉處理農(nóng)田廢水，結(jié)果表明美人蕉人工濕地能去除污水中硝態(tài)氮［7］。李梅姿等的研究表明水芹菜對(duì)污水中氮類污染物處理效果較好，有良好的水質(zhì)凈化作用［8］。崔星怡等通過以空心菜為主的人工濕地處理豬場(chǎng)沼液，發(fā)現(xiàn)空心菜能降低其中的TP、COD 等污染物。美人蕉盆栽作為景觀花卉觀賞，植株成熟后作景觀植物售賣，可促進(jìn)當(dāng)?shù)卦鍪眨?］。水芹菜、空心菜成熟收割后，作為青飼料回歸到當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖業(yè)中，可降低畜禽養(yǎng)殖成本。

3.3.2 合理設(shè)計(jì)景觀斑塊分布，防止出現(xiàn)景觀斷裂帶

溝渠系統(tǒng)中溝底和溝梗存在空間差異，可在溝底和溝梗配置不同植物，合理設(shè)計(jì)植物種植密度，保證系統(tǒng)景觀的連續(xù)性和完整性。出于對(duì)溝渠系統(tǒng)中溝梗的保護(hù)，即防止溝梗垮塌影響溝底動(dòng)植物正常生長(zhǎng)，溝梗栽培應(yīng)選用根系較發(fā)達(dá)的植物，可在溝梗中間栽種銀杏、板栗、香樟等深根性植物，在溝梗兩側(cè)栽種黃楊、柑橘等常綠灌木或繡球花、醉魚草等觀賞性花卉植物。

3.3.3 選擇不同植物+基質(zhì)組合

溝內(nèi)不同的生存環(huán)境和條件可供不同微生物、水生動(dòng)物生長(zhǎng)，選擇不同的植物、基質(zhì)組合，利用斑塊之間的異質(zhì)性，為不同生物提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，豐富水中微生物、水生動(dòng)物類型。基質(zhì)可選火山石、沸石和陶粒，以適當(dāng)比例混合，不同斑塊分別選擇不同植物+基質(zhì)組合。

3.3.4 設(shè)置涼亭、游步道、宣傳欄等設(shè)施

溝梗表面可用透水性混凝土磚鋪設(shè)游步道，在游步道適當(dāng)位置設(shè)置涼亭，以起到休閑觀光、健身的作用，其過程中將環(huán)保的理念、知識(shí)傳遞給當(dāng)?shù)鼐用?。另外，在溝梗表面一定范圍?nèi)設(shè)置宣傳欄，為愛國(guó)主義、疫情防控、生態(tài)保護(hù)等主題的宣傳提供良好的環(huán)境和氛圍，提升當(dāng)?shù)鼐用袼刭|(zhì)。

3.4 攔截溝渠系統(tǒng)運(yùn)行條件設(shè)計(jì)

3.4.1 溝體呈多個(gè)U 型并列，增強(qiáng)溝渠外觀視覺效果

攔截溝渠系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1 所示，生態(tài)溝渠溝體外形整體呈多個(gè)U 型排列，在相同的占地面積條件下，與常見的“一”型布局相比，延長(zhǎng)了溝體的實(shí)際長(zhǎng)度，使污水在溝渠中的停留時(shí)間增加，優(yōu)化了污水處理效果。采用U 型排列的設(shè)計(jì)方式，生態(tài)溝渠外觀錯(cuò)落有致、層次分明，在景觀布局上給人更佳的視覺沖擊。

圖1 攔截溝渠系統(tǒng)設(shè)計(jì)平面圖

3.4.2 合理利用設(shè)施，保證溝內(nèi)水流流量，流速穩(wěn)定

攔截溝渠的正常運(yùn)行需保持溝內(nèi)水流流量、流速均勻穩(wěn)定，防止流量過大或流速過快而沖刷溝內(nèi)設(shè)施，破壞植物正常生長(zhǎng)。在設(shè)計(jì)過程中，可在攔截溝渠中設(shè)置攔水閘門、沉淀池、攔水坎等，穩(wěn)定溝內(nèi)水流流量和流速。

4 結(jié)語

攔截溝渠系統(tǒng)適用于山地、丘陵地區(qū)的農(nóng)村面源污染治理，在一定區(qū)域內(nèi)，合理選擇溝渠建造地點(diǎn)并進(jìn)行合理建造，可降低集水區(qū)域內(nèi)污水中污染物濃度。另外，溝渠內(nèi)景觀格局布局合理，具有一定觀賞性，可提升當(dāng)?shù)厝宋沫h(huán)境質(zhì)量，助力建設(shè)“美麗鄉(xiāng)村”。同時(shí)，溝渠系統(tǒng)具備景觀植物栽培基地功能，景觀植物的經(jīng)濟(jì)價(jià)值可促進(jìn)當(dāng)?shù)卦鍪铡Ｓ谰么鍞r截溝渠系統(tǒng)的建立，既能凈化攔截溝渠系統(tǒng)集水區(qū)域內(nèi)污水水質(zhì)，也可作景觀觀賞，同時(shí)兼具栽培基地和休閑觀光的功能，為川渝地區(qū)農(nóng)村面源污染治理提供參考，也為成渝雙城經(jīng)濟(jì)圈戰(zhàn)略部署中環(huán)境保護(hù)提供支撐。