巢湖流域农田尾水的控制与治理

环境整治·ＥＮＶＩＲ．ＣＯＮＴＲＯＬ

巢湖流域农田尾水的控制与治理

孙丽，马友华，王桂苓，张丽娟，朱小红，汪丽婷

（安徽农业大学资源环境与信息技术研究所，安徽合肥２３００３６）

摘要：过量施肥、水土流失等一些人为或自然因素都是造成农田尾水含有大量的氮磷元素的可能性原因，巢湖流域农

田尾水长期随意排放，其中所含的氮磷加重了水体富营养化，造成了巢湖水体污染的日趋严重化。本文由巢湖

流域的污染现状引发思考，着重分析了巢湖流域农田尾水带走田问大量氮磷元素的主要原因，并提出了治理农

田尾水的措施，即引入沟渠生态拦截和人工湿地，为巢湖的水体富营养化的治理提供了依据和思路。

关键词：农田尾水；人工湿地；氮；磷；巢湖

文章编号：１００５－４９４４（２０１０）０５—００５３－－０４

在我国，农田尾水属于一个比较新颖的概念范

畴，对于尾水的研究在工业上研究较多，且技术比较

成熟。在工业上，尾水主要是指经过一定的污水处理

后，各个工厂的出水，最为常见的是将工业尾水用作

循环冷却水。尾水用于冷却水，顶替优质水资源，产生

的经济效益最为明显。许多电业企业或工业企业建设

的污水回用冷却水系统，一般投资回收期都在ｌ～５

年（１】。工业尾水的发展现状为农田尾水的前景提供了很

好保障，农田尾水具有可行性研究价值，同时，它的处

理将会为水体富营养化的研究开拓更深层次的研究

领域，对农业面源污染提供可靠的参考价值。

农田尾水是指经过灌溉或降雨后，从田间流出的

地表径流水。根据国家颁布的地表水环境质量标准，

适于农业用水区的Ｖ类水要求总氮≤２．０ｍｇ·Ｌ一，总磷≤０．４ｍｇ·Ｌ－１，而适于集中式生活饮用水的Ⅲ类水要求总氮≤１．０ｍｇ·Ｌ～，总磷≤Ｏ．２ｎａｇ·Ｌ一（ＧＢ３８３８—

２００２）。经实验研究表明，巢湖流域大部分农田尾水中

氮含量比较高，磷含量相对较低，有相当一部分尾水

中氮含量均值高达１１．１２ｍｇ·Ｌ一，小部分尾水磷含量

达到０．２０ｍｇ·Ｌ－１以上。由于巢湖流域农田尾水的长期

无管理排放而引起的环境问题Ｅｔ趋严重，不容忽视。主

要问题为农田径流水带走农田所施肥料中的氮、磷，随

着大量雨水的冲刷产生地表径流，流入巢湖，引起水

体富营养化，造成水体污染，破坏水生生物生物链。

１农田尾水的研究现状与发展趋势

就目前的研究发现，尾水处理技术主要通过深度处理、尾水资源化可利用、尾水专道排放等方面进行。

经过多年来对尾水处理工程投资估算和环境经济效

益的分析，建立尾水通道以及引入生态拦截和人工湿

地等土地处理系统进行农田尾水生态处理，不仅可以

提高国民经济，促进农产品质和量的提高，更能形成

环保意识，达到保护环境的目的。就我国目前农田尾

水研究领域而言，涉及不多，主要局限在工业方面。本

省在这一方面的技术也尚未成熟。陈荷生曾提到太湖

流域非点源污染主要来源于农田尾水、畜禽与水产养

殖、城镇生活污水、水域底泥释放、水生生物腐败释

放、农村固体垃圾和农业副产品污染等Ⅲ。

国内外的研究及实践表明，以土壤或水生植物为

基础的污水土地处理系统是较理想的尾水处理技术。

土地处理系统具有工艺简便、操作管理方便、建设投

资少、运转成本低且净化效果良好等特点【３ｌ。

２巢湖流域水污染现状

巢湖是我国的五大淡水湖之一，占安徽省国土面

积的９．７％。它是合肥市、巢湖市乃至整个安徽省的居

民主要饮用水源，它的水质好坏与人民的生活息息相

关。２０世纪５０年代前，巢湖是水质良好、生物多样性

丰富的大型天然湖泊，之后由于人类人口的激增、人

类活动的逐渐频繁以及跳跃式的经济发展，使得巢湖

整个水体生态环境改变；到２０世纪８０年代，湖水水

质已超出Ⅲ类水标准；至２０世纪９０年代，湖泊富营

养化进一步加剧，甚至出现全湖水质劣Ｖ类的严重状

况，氮、磷浓度均已超标。

Ａｇｒｏ—Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ

５３

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巢湖的水污染主要来自工业废水、生活污水以及

农田尾水。其中传统式的农业生产方式是造成巢湖流

域农田土肥流失的根本原因。该流域平均年降水量为

ｌ０３１．６ｍｍ，形成地表径流２５０～２８０ｍｉｌｌ，产水２２．９亿

ｍ３［４１，这是土壤侵蚀、沿湖岸线崩坍的主要原因，由此

产生的含有高浓度的氮磷大量径流水成为农田尾水，

流人巢湖，造成水体富营养化。

３巢湖流域农田尾水中氮磷的主要来源

农田尾水其本质上是町循环利用的水，对水体造

成危害主要是其本身含有的高浓度的氮磷元素。

３．１过量使用化肥、农药

现今市场上销售的化肥中富含氮磷，而作物生长

又大量需要这２种元素，由于缺乏环境保护意识，盲目追求高产，绝大多数农民遵循宁滥勿缺的原则，过

量使用化肥，而植物体本身对于氮磷的吸收具有一定

的限度，从而造成大部分的氮磷未被有效利用，在土

壤中形成氮磷元素的富集。据调查一些地方施氮量高

达３３００ｋｇ·ｈｍ。２，超过作物需求量的数倍，在蔬菜生

产上。全年２～３季共施氮６００～ｌ３００ｋｇ·ｈｍ。２是常见的。这样大量的投入，而氮支出仅为２１％～３６％１ｓ］，磷的

当季利用率一般为ｌＯ％～２５％ｔ６］。同时农药的过度使用也是造成农田尾水中氮磷

浓度升高的重要原因之一。据调查研究表明，大多数

农户采用手动机械施药，跑、冒、滴、漏现象严重，导致

大部分药液洒落于土壤表面，残留在土壤中；农药瓶

（袋）弃置于沟渠边、池塘旁被雨水冲洗，进入农田或

水域，造成水体污染［７１。然而农药中有机磷浓度比重过

大，未被作物吸收利用的磷元素都会随着雨水的冲刷

成为农田尾水的一部分，加重了水体中氮磷的比重。

３。２农业技术简单，治理措施不到位

由于巢湖流域人多地少，湖泊附近的大部分堤岸

已被开垦为农田，且植物覆盖密度不高，导致径流水

直接流入巢湖而没有缓冲带，使大量的氮磷直接流人

巢湖中。农业种植基本属于稻油轮作，其他轮作方式

基本没有。与豆科植物互利共生的固氮菌可以固氮，

这是一种采用生物技术的同氮方式，然而在巢湖流域

与豆科植物间作的方式几乎没有，因此这也是造成肥

料流失的原因之一。豆科作物所固定的氮不仅可以被

５４农、地环墒与发屣２｛）１０年箱５期自身所吸收利用，同时通过根系分泌物或是氮循环系

统被与其间作的作物吸收。在正常情况，可以维持一

个小生物圈的氮平衡，保持氮的平衡，这样不仅能够

充分利用豆科作物的同氮优势，更能有效提高肥料的

利用率。同时若沿途设置生态拦截带，采取相应的治

理措施，避免农田尾水未经任何处理流人巢湖，则流

人巢湖的径流水中所含的氮磷浓度将会大幅下降。

３．３灌溉不当，水肥流失

巢湖流域平均年降水量为１０３１．６ｍｍ［４Ｊ，属于湿

润地区，农田已有充足的地下水储备，然而农民沿用

的灌溉方式仍是传统的大水漫灌方法闭。当农民灌溉

量过大时将直接形成径流水流出农田，带走大量的农

田肥料。实验表明，在非点源人湖的总量上流域内河

道流人的总磷占６８．５％，总氮占７６．９％，其他是直接流

人巢湖的。对点源和面源入湖的营养盐比重进行了深

入的分析对比得出，氮磷的面源入湖总量分别占全湖

输入量的７４％和６８％ｔ８１。由此可见，从全湖来看面源

是巢湖氮磷负荷的主要来源Ｉ９｜。因此，灌溉对氮磷流失

的影响至关重要，要防止过多的氮磷流失，必须掌握

相应的灌溉技术，因地制宜，熟悉不同作物在不同生

长发育阶段对水肥不同的需求量，在一定程度上达到

作物最大利用水肥的目的。

４巢湖流域农田尾水的治理

根据巢湖流域当地的实际情况以及农田尾水的

治理要求，兼顾实际种植水平，充分利用当地的林草

等植物资源，引入生态拦截和人工湿地的治理措施对

巢湖流域的农田尾水进行研究与治理。经过多年来对

尾水处理Ｔ程投资估算和环境经济效益的分析，建立

尾水通道以及引入生态拦截和人工湿地等土地处理

系统进行农田尾水生态处理，不仅可以提高国民经

济，促进农产品质和量的提高，更能形成环保意识，达

到保护环境的目的。

４．１控制化肥、农药的使用量，达到源头控制氦磷的目

的

过量施肥、使用农药是导致巢湖流域农田尾水氮

磷含量增多的直接原因。抓好量的使用度，能使控制农田尾水中氮磷含量的效果立竿见影。巢湖流域是一

个以农业生产为主要生产方式的地域，由于相关农业

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知识产权投入有限，导致农田肥料的发展速度受限。

农民使用的肥料基本属于传统型肥料，对于新型肥料

的了解微乎其微。因此，在实际操作过程中应经济有

效合理使用化肥，适当引入新一代的高科技技术，加

大环保型肥料的使用，例如使用测土配方施肥、缓释

肥、控释肥等。严格控制农药的使用量，把关农药质

量，防止伪劣产品的使用，并积极宣传做好施肥药后

田间的清理工作。同时实行行之有效的化肥、农药的

减控计划，发挥当地资源优势，优化资源利用。大力推

广标准化生产技术，广泛推广应用间作套种、农牧结

合、庭院立体开发等模式及其技术吲，促进各个环节的

和谐发展。一旦化肥、农药的使用量得到控制，那么氮

磷的流失量也将会随之减少，使得农田尾水中的氮磷

在源头得到量上的控制，达到减排的效果。

４．２建立沟渠生态拦截带，进行沿途拦截

杨林章【ｌＯｌ等针对太湖流域农业面源污染进行的生

态拦截型沟渠系统的实验表明，沟渠系统对农田径流

中总氮、总磷的去除效果分别达到４８．３６％和４０．５３％。

国内外的研究及实践表明，以土壤或水生植物为基础

的污水土地处理系统是较理想的尾水处理技术。土地处

理系统具有工艺简便、操作管理方便、建设投资少、运

转成本低且净化效果良好等特点１４１，结合巢湖流域当

地的种植水平，选择水生植物净化农田尾水是最为经

济实际的有效途径。研究结果表明，空心菜、酸模、莎

草３种植物都能很好地吸收尾水中的营养物质，且生

长状况良好…】。因此，可适当在沟渠旁边留部分田地进

行以上几种作物的栽种，可以带来诸多经济效益。

同时沟渠生态拦截带的建立可兼顾畜禽养殖业

的发展。农田尾水中氮磷含量丰富，沿途沟渠杂草比

较茂盛，在农田之间可适当圈养一些家禽，如鸡、鸭、

鹅等，同时畜禽粪便也为农田带来养分，二者相辅相

成，形成一个简单的循环体系。

４．３建立人工湿地，进行终端控制

人工湿地是２０世纪７０年代发展起来的一种污

水处理技术。具有投资少、操作简单、环境经济效益好

等特点１３ｌ。１９５３年，德国的Ｓｅｉｄｅｌ博士在研究中发现芦

苇能去除大量有机和无机物。进入２０世纪６０年代，

这些实验是从观察开始推广至许多大规模实验，掀起人工湿地研究热潮。Ｓｅｉｄｅｌ与Ｋｉｃｋｕｔｈ合作于１９７２年

提出根区理论，２０世纪８０年代人工湿地系统由试验

阶段进入应用阶段，相继德国、丹麦、奥地利、比利时、

荷兰等国家建立了大量的芦苇床系统，主要用于小城

镇的污水处理。目前表面流湿地是北美主要处理湿

地，如美国有６００多处人工湿地工程用于处理市政、

工业和农业废水；欧洲、澳大利亚较多采用的是潜流

人工湿地工艺，丹麦、德国、英国每个国家都至少有

２００个系统在运行ｆ１２１。

湿地生态系统对于流域的水源调蓄、气候调节、

水质净化、物种保存、野生动植物栖息地等以及对社

会经济发展具有重要作用１９１。各国对人工湿地生态工

程系统治理农田带来的面源污染开展了诸多研究，人

工湿地作为农田和水体之间的过渡带，通过土壤吸

附、植物吸收、生物降解等作用，降低进人地表水的氮

磷化合物含量【１３１。根据Ｐｅｔｅｒｊｏｈｎ和Ｃｏｒｒｅｌｌｌｌ４Ｊ的研究结

果，５０ｍ宽的沿岸植被缓冲带能减少进入地表水８９％

的氮和８０％的磷。巴西的Ｅｎｇｅｎｈｏ湿地对磷酸盐、硝酸盐和氨的去除率分别达到９３％、７８％和５０％ｔ１５１。由此