何 凡，刘 军，周 婷，林宇迪，张荣炳，贾洪柏*

1.安吉国千环境科技有限公司，浙江湖州 313300；2.湖州市农业农村生态与能源中心，浙江湖州 313300；3.安吉县人民政府灵峰街道办事处，浙江湖州 313300

农田氮磷元素的径流损失是指农田表层土壤中的氮磷元素在降雨、灌溉作用下迁出土体进入径流的过程，是农田面源污染的重要途径之一，也是导致农田周边受纳水体富营养化的直接原因[1-3]。径流损失受降雨、地势地形、土壤状况等环境因素，以及肥料种类、施肥方法、作物品种等种植及管理因素的影响。其中，降雨是影响农田氮磷元素流失的核心因素[4]。近年来，生态沟渠、人工湿地、生态塘和拦截坝等氮磷拦截技术被证明对农业面源污染具有良好的处理效果[5-9]，可有效截留污染物，降低氮磷入河。

为推进农业面源污染治理工作，《浙江省深化“五水共治”碧水行动计划（2021—2025年）》中明确：到2025年，建成高质量农田氮磷生态拦截沟渠300条，浙江省省内农业面源污染的治理任重而道远。以浙江省湖州市某国家级旅游区内地块为例，采用生态沟渠+植草沟+生态浸没岛+雨水花园等组合式氮磷拦截技术对农业面源污染进行综合治理。对本项目农业面源污染现状、技术路线、工艺设计和运行效果等内容展开系统介绍，研究组合式氮磷拦截技术的实施效果，以期为其他类似农业面源污染治理的设计和实施提供参考。

1 工程概况及技术路线

1.1 工程概况

本项目位于湖州市某国家级旅游区刘灵路两侧，属于太湖西苕溪流域典型农田生产基地，年平均温度为22.4℃，年平均降水量为1 423.4 mm，4—10月为丰水期，11月—翌年3月为枯水期。刘灵路东侧农田总面积为20.15 hm2，主要种植种类以粮油作物为主，部分为蓝莓嫩株大棚，还有少量菜地。每季平均施氮量为440 kg/hm2，施磷量为256 kg/hm2，施肥方式以撒施为主，灌溉方式以沟灌、畦灌为主，部分为喷灌，一般每年种植两季。西侧农田包含农业示范区域，未来将在二期配套开展面源污染整治工作，初步涉及农田总面积3.65 hm2，区域内土质为水稻土和黄壤土。地块每季平均施氮量为495 kg/hm2，施磷量为288 kg/hm2，施肥方式以撒施为主，灌溉方式以沟灌、畦灌为主，部分为喷灌。东西两侧地块农田规划齐整，由降雨产生的农田氮、磷元素径流损失是造成该区域农田面源污染的主要途径，该地块每年氮素径流损失量为1259 kg，磷素径流损失量为367 kg。

治理前农田排水系统包括畦间土沟、田间次沟渠、主排水沟渠以及地块内天然河流。次沟渠为砼质薄板沟渠，主沟渠为钢砼质厚板沟渠。农田排水不经任何有效处理，直接由各地块农渠集中到主排水渠和自然河道后排出区域，该地块农田汇水见图1。氮、磷通过径流流失量过大，导致农业面源污染问题日益严重，进而影响受纳水体西苕溪水质。

图1 项目地农田汇水示意图

1.2 技术路线

根据该区域农业面源污染现状及投资运行成本等因素，以因地制宜、实用高效、维护便捷为原则，通过改造原有沟渠和新增构筑物，构建生态沟渠+植草沟+生态浸没岛+雨水花园等组合式氮磷拦截设施，对该区域农业面源污染进行削减。工艺流程见图2。

图2 农业面源污染处理工艺流程

2 主要技术及构筑设施

2.1 生态沟渠

对刘灵路东侧农田灌溉沟渠进行改造，因其兼具泄洪作用，因此在加深拓宽满足防洪需求的基础上，在沟渠底部铺设生态陶粒、生态多孔介质和卵石，可将农业面源径流中的氮磷等营养物质进行富集，通过多孔材料中的嗜磷嗜氮菌进行消耗。在沟渠两侧铺设植草砖，其上种植低矮且对氮磷有高效吸附作用的植物，进一步净化水质。

将原有农田灌溉沟渠改造为生态沟渠，总长为1 100 m，工程部分主要包括渠体、布水设施、功能性填料、辅助性拦截设施构造等，生物部分主要包括填料表面微生物培养和植物的筛选、种植。生态沟渠主体材料由生态多孔介质、卵石和MBBR载体过滤箱构成，其结构见图3。以50 m为1个单元，每个单元由一道MBBR载体过滤箱与填料区组成。过滤箱基础采用C25素混凝土浇筑，箱体为不锈钢材质多孔结构，使水流与载体充分接触。填料区由卵石和生态多孔介质组成。生态多孔介质尺寸为190 mm×190 mm×115 mm，多孔介质开孔位于长边，大小孔均匀分布，位于下层，共铺设两层，其孔洞朝上，厚度为230 mm。卵石层厚度为150 mm，鹅卵石规格为2～12 cm，表面光滑圆润，无风化剥落层和裂纹。

图3 生态沟渠纵剖面图

2.2 植草沟

对刘灵路西侧农田灌溉沟渠进行改造，因其无须承担泄洪，将其改造为水力停留时间较长的植草沟，总长1 100 m。通过内部填充的多孔材料和其上种植的植物对收集到的农田径流进行充分接触、吸收和净化。

植草沟由生态多孔介质、卵石、生态功能填料、生态植物养料层和植物构成。在植草沟前端的田间次沟渠每间隔50 m布置一座沉泥井，沉泥室高0.5 m，防止泥沙过多堵塞植草沟内水体流通渠道。植草沟开挖边坡比为1:0.25，底部与两端边坡采用多孔介质材料作为基础和护坡材料，铺设厚度为115 mm。卵石作为垫层，铺设厚度为300 mm，生态功能填料铺设厚度为300 mm，顶部铺设生态植物养料层，铺设厚度为150 mm，其上种植具有吸附氮磷污染物并兼具观赏性的四季常绿植物，如金森女贞、旱伞和香根草等。

2.3 生态浸没岛

对该地块西南方向携有一定量外源污染的上游客水，新建生态浸没岛350 m2，前端设计导流坝，后端设计跌水坝，中间形成一个天然的“水质净化处理池”，可减缓水流速度，促进流水携带颗粒物质的沉淀，有利于吸收和拦截来水污染物和渠底渗出养分，从而达到水体净化的目的，同时起到景观营造的作用。

生态浸没岛从下至上依次由卵石、多孔介质填料、生态飘带和挺水植物构成。对生态浸没岛两边护岸进行修整，边坡坡比为1:0.3，采用施打松木桩用以稳固边坡，松木桩直径≥150 mm。生态浸没岛基础采用素土夯实，现场原状土经人工或机械夯实，压实密度≥0.87。卵石垫层厚度为150 mm，卵石尺寸规格为2～12 cm，表面光滑圆润，无风化剥落层和裂纹。多孔介质材料共铺设两层，开孔朝向迎水方向。生态飘带通过塑料扎带穿过多孔介质材料孔洞，与其捆绑固定，生态飘带在水中竖起高度与设计常水位高度基本一致，其厚度为5 mm，单位水面生物飘带用量为0.5 m2/m2。在靠近岸边两侧种植挺水植物，植物品种选择上以精致、开花、整洁为原则，工程实际应用以再力花为主，水葱和菖蒲作为点缀。

2.4 雨水花园

结合刘灵路两侧地形，在生态沟渠、植草沟和生态浸没岛汇水后的自然河道区域建设雨水花园550 m2，构建生物强化降解功能区，通过湿生植物和多孔材料等综合作用使农田径流中氮磷污染物得到深度净化，随后排入受纳水体西苕溪。

雨水花园由多孔介质材料区块、沉水植物区块、挺水植物区块和跌水区构成。雨水花园底部满铺生态多孔介质，其孔洞朝上，沉水植物和挺水植物种植于孔洞中，并用卵石覆盖，充分发挥填料—植物相结合对污染物的高效吸附降解优势，提高雨水花园的处理效率。设计沉水植物覆盖率为60%～80%，本项目选择以矮生苦草（半常绿）为主，以轮叶黑藻和伊乐藻为辅。挺水植物以香蒲为优势种，慈姑为次优势种，两岸挺水植物种植区宽度各4 m。雨水花园出水口处设置多级跌水区，使内部常水位保持在1.2 m左右。

3 治理效果

本项目于2021年9月通过竣工验收，至今已顺利运行1年，期间定期对各构筑设施进、出水水质进行检测。分析在枯水期和丰水期各构筑设施对农业面源污染的削减效果。水质检测数据见表1。

表1 枯水期与丰水期各构筑设施进、出水水质mg/L

本项目根据项目地的水文特点，4—10月为丰水期，期间生态沟渠对COD、氨氮、总磷的削减贡献率分别为23.39%、62.82%、48.21%；植草沟对COD、氨氮、总磷的削减贡献率分别为28.4%、63.82%、42.86%；生态浸没岛对COD、氨氮、总磷的削减贡献率分别为27.78%、64.85%、43.18%。根据工艺路线，三类处理设施出水汇集进入雨水花园，其对COD、氨氮、总磷的削减贡献率分别为45.59%、77.03%、56.10%。上述氮磷拦截组合工艺对上述污染物的累积去除率分别为60.04%、91.69%、75.84%。最终出水氨氮、COD指标均可达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）的Ⅱ类水质标准，总磷指标可达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）的Ⅲ类水质标准。

在11月—翌年3月的枯水期，生态沟渠对COD、氨氮、总磷的削减贡献率分别为14.42%、54.55%、39.06%，植草沟对COD、氨氮、总磷的削减贡献率分别为17.54%、53.12%、38.71%，生态浸没岛对COD、氨氮、总磷的削减贡献率分别为19.17%、51.40%、37.29%，雨水花园对COD、氨氮、总磷的削减贡献率分别为43.10%、64.05%、33.26%。上述工艺组合污染物的累积去除率分别为52.78%、83.14%、72.43%。最终出水氨氮、总磷、COD等主要指标均可达到Ⅲ类水质标准。

对比两个时期的水质数据，枯水期因降水量少和降水频次低，农田中氮磷污染物经地表径流冲刷，其进水浓度普遍比丰水期高。枯水期一般在秋冬季，由于生态系统中微生物活性和植物吸附能力下降导致降解氮磷污染物效率降低，但枯水期出水水质仍能达到地表水Ⅲ类标准，说明该组合工艺在冬季仍能稳定运行。

本项目实施后每年可减少氮素流失1 131 kg，减少磷素流失176 kg，减少COD排放8 350 kg，有效解决了区域内氮磷流失问题，使受纳水体西苕溪水质得到改善。由于该地块位于国家级旅游区内，本项目在解决农业面源污染的同时，着重考虑提升地块周围生态环境和景观效益，将生态农业、生态旅游相结合，形成绿色、环保的特色文化。

4 结束语

本工程顺利实施并高效运行一年，表明生态沟渠+植草沟+生态浸没岛+雨水花园等组合式氮磷拦截技术对农田氮、磷元素径流流失有良好的改善作用。通过对原有农业灌溉沟渠进行改造，利用生态多孔介质、生物飘带、功能性MBBR载体等多孔材料的高效吸附降解特性和沉水植物、挺水植物、草本植物等植物作用对区域内农业面源污染中的氮、磷等营养物质进行拦截、吸附、净化。枯水期和丰水期的出水主要指标均能达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）)Ⅲ类水质标准，有效保护了受纳水体的水质安全。构筑设施不另外占用土地，无动力设备，运行维护操作便捷，可为浙江省及周边区域的农业面源污染治理提供借鉴。