农田湿地灌溉污染生态修复案例

六 设计工艺参数

根据因地制宜、经济效益、生物多样性和景观协调的原则选择湿地植物，依托现有地形，人工湿地采用3级植物处理工艺，以芦苇、香蒲、荷花等挺水植物作为污水处理的主要植物，并辅之以浮叶植物构成完整的生态群落，最后在尾段采用沉水植物净化处理，进一步提高出水水质。由此，通过挺水植物区、挺水与浮叶植物区和沉水植物区的优化配置，构建了一个具有生物多样性、水质净化能力和景观效果的人工湿地生态系统。人工湿地设计运行参数如表4－11、表4－12所示。

第一级挺水植物区。芦苇区是该系统净化污水的最主要的区域，区内芦苇和香蒲的间距为30厘米左右，共种植芦苇和香蒲各1400株。该系统利用湿地的自净能力将大部分污染物去除，表现在：悬浮颗粒的沉降；溶解营养物质，扩散并进行沉积；有机物矿质化；营养物质被微生物和植物吸收。

第二级挺水与浮叶植物区。可采用许多池塘均能发现的香蒲和荷花，它们具有很强的生长适宜性。区内香蒲和荷花的间距为40厘米左右，共种植香蒲500株、荷花700株。浮水植物对污水起到粗滤作用。浮水植物的光合作用很强烈，产生大量的氧气，提高湖水中氧气的含量，为芦苇区的去污净化作用提供丰富的氧气。此外，还有阻滞水中漂浮物，吸附水中悬浮颗粒的作用。

第三级沉水植物区。利用黑藻对水源做最后的净化处理，对系统也起到缓冲调节作用。区内黑藻播种总量为12千克左右，种植水位应控制在30~50厘米。黑藻可以增强湿地容积，增加系统滞留时间，提高湿地承载负荷，滤去悬浮物大颗粒，增加水中氧气量。

七 湿地工程设计图

原鱼塘中间存在废弃土堆，为了增加湿地容量予以清除，并对鱼塘适当清淤挖深，清理部分边坡等，新开挖的边坡一般不陡于1.0~1.5；预计开挖土方5500立方米，并外运至临近废弃鱼塘回填；塘底设计高程1.6米，蓄水设计高程2.8米，蓄水面积15151.6平方米，蓄水量18200立方米。湿地工程设计如图4－9、图4－10所示。

八 人工湿地运行效果

人工湿地中植物的培植引种已于2010年完成，湿地工程建设于2011年底竣工并投入运行。根据工程设计，农田灌溉水的SS、COD、氨氮由湿地入口处的130毫克/升、86毫克/升、3.5毫克/升，降至12毫克/升、35毫克/升和1.8毫克/升，处理率达91％、59％、49％，出水达到《GB 5084—2005 农田灌溉水质标准》和《GB 3838—2002 地表水环境质量标准》Ⅴ类水质要求。

人工湿地工程在注重水质净化效果的同时，充分考虑到经济效益和生态效益，使用净化水灌溉的清水灌区中，水稻年产量达8250千克/公顷，高于对照污水灌区1250千克/公顷；当地农户积极利用湿地中轮叶黑藻等饲用水生植物，发展养鱼、养蟹等副业，并将收获的芦苇、香蒲等经济作物进一步加工，增加其附加值。统计数据表明：工程实施后，当地农民的年均农业收入由以前的6400元增加到7500元，其中粮食收入占77.6％。此外，湿地建成运行后，系统内的物种多样性明显提高，由滨水植物、挺水植物、浮叶植物、沉水植物及水中的动物、浮游微生物等组成的多层次立体生态网络，其系统协调稳定，环境优美怡人。

九 生态化农田整治

1.田———生态沟渠与生物通道设计

以提高田间水体自净能力，保障田间物种多样性为出发点，设计生态沟渠与生物通道，形成生态保育与水质改善功能相耦合的复合型农田生态系统。

1）生态沟渠。在农田周边建设生态沟渠，在沟底铺设多孔水泥板与碎石，后期种植牧草、水芹等植物，并在渠道中分段设置节制闸，减缓水流的速度，增加滞留时间，增加植物对养分的利用时间，也提高水体的自净能力，并起到给微小动物提供栖息地的作用。

2）生物通道。依托土地整治工程，在生态沟渠靠农田区域侧，搭建生态阶梯———两栖类动物生态通道（图4－11），通过阶梯深度、坡度等指数的合理设置，保证青蛙能通过自身力量进出沟渠，有利于蛙类的迁移、栖息与繁育。

2.水———充分利用清洁能源，全面提升自净能力

（1）节能环保工程———太阳能提升泵站

在白牛水贤片区北侧，建太阳能提升泵站，用于将灌溉排水沟渠内水或界河内水提升输送至白牛塘水系片区内，用于循环或补水。

设计供电4.4千瓦的太阳能电池组（含发电机及充放电控制系统）1套，占地面积约200平方米，白天8小时供电，夜间蓄电池4小时供电；水泵组最大取水量100米3/小时，采用井式取水，水源为灌溉排水沟与界河。另外，考虑到连续阴雨天泵站使用的可能性与便捷性，设置备用电源，以保证泵站正常取水功能。

（2）池塘———4级净化体系设计与水生生态系统重建

通过物理过滤与生态系统自净相结合的方法，设计水体4级净化系统，构建完整的水生生态系统，水质净化、生态系统修复的同时，提升水体的景观美学价值与经济效益。

1）水流组织设计。利用灌溉泵站，将农田排水提至白牛塘，白牛塘是一个水质四级净化区域（4个池塘），农田排水通过由北向南折流，一级一级过滤、净化，至末端再将水用于农田灌溉（图4－12）。

图4－12 水流组织设计示意图

2）生态系统构建与修复。遵循生态原理，通过构建完整的水生植物－水生动物－微生物共生体系，借鉴各生物间及生物与环境因子间的相互作用，降解、固定或转移污染物和营养物，提高水体生态系统的自净能力；通过建立复杂的食物链与食物网，提升生态系统的稳定性。

第一，建立多层级的水生植物群落结构。利用植物能够吸收水中无机盐类的性质，针对水体的不同部位，向水体中导入不同生活型的水生植物（表4－13），如挺水植物（茭白、香菇草、旱伞草等）、沉水植物（金鱼藻、苦草等）、浮水植物（睡莲）（图4－13），以促进水中悬浮物、污染质的沉降，吸收、转化、积累与降低水中悬浮物和营养盐的浓度和量，从而抑制与减少浮游藻类生产量，减少底泥的再悬浮，提高水的透明度，改善水质，同时水生植物群落的形成也为水生动物和昆虫提供栖居地。

第二，合理投放滤食性鱼类与底栖动物。根据生态系统食物链和能量金字塔理论，合理构建以土著鱼类为主的具有不同生态位的特色鱼类群落，利用滤食性鱼类，如鲢鱼、鳙鱼等可以有效地去除水体中绿藻类物质，使水体的透明度增加；还有底栖动物，如蚌类、螺类等可以有效地去除水中悬浮的藻类及有机碎屑，提高河水的透明度，同时分泌促絮凝物质，使湖水中悬浮物质絮凝，促使水体变清等。建立多层次、按程序、定量投放鱼、虾、蟹、贝螺等水生动物技术体系，加速自净和有机质分解，减少水体沉积率，稳固底泥理化性质，净化水质的同时，鱼类也会产生经济产出。

第三，充分重视有益微生物群落的作用。使用有益菌（主要是分解有机物、去除氨氮、抑制藻类的光合细菌、硝化菌、芽孢杆菌等）和微小动物（大型溞、轮虫等），构建包含“生产者－消费者－分解者”的完整生态系统生物组分结构，连接食物链网的各个环节，结合应用定期回收割除和收获等方法，将水中的无机P和N盐类等营养物质迁移、转化并输出，以达到改善和控制水质的目的，最终使水系成为具自净能力、可自循环、具有生命力的水生生态系统，有利于长期有效地控制藻类和维持生态系统的健康。

3.路———交通穿行、休闲游憩与生态保育功能兼顾

平整片区道路，按照不同功能特点，设计生产路、田间路与游憩步道3种主要道路类型。同时，在田间设计生态沟渠与生物通道，提高田间水质净化能力，加强蛙类的生态保育。

1）生产路。宽2米，以节约工程成本、低碳循环利用、凸显乡土特色为出发点，主要设计碎石路与青砖路两种形式：①青砖路。通过人工拆除项目区内砖瓦式房屋，回收利用青砖、青瓦等建筑材料，用以铺建道路路面。②碎石路。循环利用项目区房屋拆除留下来的碎状石块，铺设以碎石、素土等材质的路面。

2）田间路。宽4米，以便于车辆通行，发挥海绵体作用为出发点，将田间路中央1米段设计为土质，两边则铺设水泥，一方面有效减少过往车辆对原土质道路的破坏，另一方面，保留中部道路的自然风貌，保留道路部分渗水功能。

3）游憩步道。宽1.5米，以减少人为干扰、保护物种多样性、发挥景观美化功能为出发点，结合生态技术和特殊处理手法，在池塘中央，铺设架空的木质栈道，以减少对水体动植物生境的破坏；合理设计栈道曲度，曲径通幽，野趣十足，增强其景观美化功能。

4）生态沟渠。在田埂周边建设生态沟渠，在沟底铺设多孔水泥板与碎石，后期种植牧草、水芹等植物，并在渠道中分段设置节制闸，减缓水流的速度，增加滞留时间，增加植物对养分的利用时间，也提高水体的自净能力，并起到给微小动物提供栖息地的作用。

5）生态通道。依托土地整治工程，在生态沟渠靠农田区域侧，搭建生态阶梯———两栖类动物生态通道，通过阶梯深度、坡度等指数的合理设置，保证青蛙能通过自身力量进出沟渠，有利于蛙类的迁移、栖息与繁育。

4.林———搭配季相变化树种，构建多层次植物群落

将农民搬迁后自留地上的桃树、柳树、石榴树等本土树种移植至水系、道路两侧，降低成本，循环利用，同时由于本土物种在原始生态系统生态位中的作用已经固定化，利用它们也能有效地维护生态平衡。种植水杉、香樟等本土常见乔木，搭配乌桕、银杏、合欢、美国红枫等观赏性强、外貌具季相变化的树种，并合理配备本土灌木、草本物种，构建“乔－灌－草”多层次的植物群落，增强林地的观赏性，提升植物多样性、丰富本土野生动物的栖息生境。