本案例位于上海市白牛鄉(xiāng)賢片區(qū)，是2018年原國土資源部“長三角地區(qū)生態(tài)化土地整治工程模式”課題的部分調(diào)研成果。

一 區(qū)域概況

項目區(qū)位于上海市松江區(qū)新浜鎮(zhèn)的西側(cè)，地處太湖流域碟形洼地的底部，地勢低平，河道成網(wǎng)，以種植水稻為主。項目區(qū)總面積708.45公頃，涉及陳堵村、許家草村、林建村、南楊村4個行政村共1127戶。白牛鄉(xiāng)賢片區(qū)位于項目區(qū)內(nèi)，屬林建村，占地達5萬余平方米，片區(qū)南側(cè)為總面積約42000平方米的白牛塘水系，現(xiàn)由7個養(yǎng)殖塘由北向南依次排列組成。中部為水稻田種植區(qū)域，是撤村復(fù)耕之地，北側(cè)含部分整治后未拆除的農(nóng)村宅基地。

二 存在的問題分析

1）水系污染嚴重，自凈能力較差。片區(qū)水體總體表現(xiàn)為淤泥層厚，水色缺乏自然，表面漂浮少量油污。局部水體因流動性極低形成死水，有輕度臭味。造成水質(zhì)差的原因主要有如下兩個方面：①面源污染嚴重。主要是農(nóng)田中的泥沙、營養(yǎng)鹽、農(nóng)藥及其他污染物，在降水或灌溉過程中，通過農(nóng)田地表徑流、壤中流、農(nóng)田排水和地下滲漏，進入水體而造成的外源污染；同時水體底泥污染、魚類飼料過度投放及水生動物排泄物等內(nèi)源污染也是不可忽視的因素。②自凈能力較差。水系內(nèi)水生生物群落結(jié)構(gòu)單一，物種多樣性低，生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力與自凈能力較差。

2）農(nóng)田效益不佳，蛙類多樣性較低。農(nóng)田濕地內(nèi)農(nóng)用地布局較為規(guī)整，成網(wǎng)格狀肌理，以稻田為主，但稻田產(chǎn)量不高，景觀效益欠佳。目前，田內(nèi)僅發(fā)現(xiàn)澤陸蛙、中華蟾蜍、飾紋姬蛙、黑斑側(cè)褶蛙、金線側(cè)褶蛙5種蛙類，物種多樣性較低，且種群數(shù)量較少。

3）道路坑洼不平，道林成分單一。田內(nèi)道路坑洼不平，片區(qū)路面主要以水泥硬化路面及不平整土路為主，缺乏自然美感。道林分組成單一、結(jié)構(gòu)簡單，僅分布有少量水杉、構(gòu)樹，林下缺乏灌木與草本層配置，植物多樣性較低。

4）農(nóng)民脫離生產(chǎn)，鄉(xiāng)村活力不足。片區(qū)處于上海遠郊農(nóng)村，在城市輻射作用和吸納機制影響下，人口和資源逐漸往城市單向流動，農(nóng)民脫離生產(chǎn)，身份非農(nóng)化，大量勞動力資源投入城市而非改變鄉(xiāng)村面貌，導(dǎo)致了村莊發(fā)展的相對停滯。村莊演變成退養(yǎng)之地，主要為老年人生活休閑和居家養(yǎng)老場所，老齡化、空心化現(xiàn)象嚴重，鄉(xiāng)村活力不足。

三 污染阻隔工程概況

根據(jù)示范區(qū)農(nóng)田污染調(diào)查結(jié)果，綜合考慮各種水處理技術(shù)的適用范圍和經(jīng)濟技術(shù)可行性，并結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)、水文和農(nóng)業(yè)種植制度，最終確定采用人工濕地技術(shù)治理農(nóng)田灌溉水污染。在示范區(qū)內(nèi)，選取現(xiàn)有廢棄池塘，在其周圍建設(shè)水閘和水泵以形成封閉水域，將上游灌溉水引入其中，利用水域內(nèi)種植的各類水生植物來凈化農(nóng)田灌溉水中的污染物質(zhì)，從而形成表面流人工強化濕地。人工濕地運行后，將治理前后灌溉水中污染物指標以及清污灌區(qū)作物產(chǎn)量做對比，綜合評價灌溉水污染的修復(fù)效果。

1.工程背景

人工濕地位于研究區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉水引水入口處，面積約1.8萬平方米，主要由水稻田、廢棄魚塘和部分河灘濕地組成。其上游蓮柄港由上洞江、下洞江、南洋和北洋等河網(wǎng)組成，河網(wǎng)流域面積485.0平方千米，港道全長141.9千米，其中主港道長29.8千米，有效庫容為5000萬立方米。因構(gòu)成的蓮柄港的河流港汊大多受流域內(nèi)生活污水和養(yǎng)殖廢水的面源污染，因此從蓮柄港引入到人工濕地的水中有機污染物含量超標，農(nóng)業(yè)灌溉水源受到有機污染。

2.設(shè)計進出水水質(zhì)

根據(jù)農(nóng)田灌溉水的污染特點、《GB 3838—2002 地表水環(huán)境質(zhì)量標準》和《GB 5084—2005 農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》中基本控制項目，選定SS、COD和氨氮為主因子進行工程設(shè)計。日處理灌溉水量為5000米3/日，設(shè)計進水SS為130毫克/升、COD為86毫克/升、氨氮為3.5毫克/升，出水水質(zhì)的SS達到《GB 5084—2005 農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》要求，即SS≤80毫克/升，COD和氨氮達到《GB 3838—2002 地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅴ類水質(zhì)要求，即COD≤40毫克/升、氨氮≤2毫克/升。

四 工程設(shè)計

設(shè)計思路：在項目區(qū)山頂村現(xiàn)有的池塘中建設(shè)水閘和水泵形成封閉的人工濕地，將上游稻田灌溉水引入人工濕地中，利用在濕地內(nèi)種植的各類水生植物來凈化稻田灌溉水中的污染物質(zhì)。

設(shè)計目的：利用人工濕地凈化含有有機污染物（COD）農(nóng)田灌溉水，防止污水灌溉造成農(nóng)田土壤污染。

設(shè)計原則：重點是對農(nóng)田周圍濕地生態(tài)系統(tǒng)的人工重建，特別是在與陸地生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)能量交換頻繁的河流入口處開展人工生態(tài)系統(tǒng)的重建。

1.工藝流程

根據(jù)上游河道的形狀及廢棄魚塘的地質(zhì)特征，確定人工濕地的工藝方案為多級表面流人工強化濕地系統(tǒng)（圖4-6）。由蓮柄港的上游來水，經(jīng)濕地入口水閘攔截后，由引水渠導(dǎo)流引入配水區(qū)，使污染灌溉水均勻分布到初沉凈化區(qū)，經(jīng)短暫停留后，污水由重力流依次經(jīng)過挺水植物凈化區(qū)、挺水與浮葉植物凈化區(qū)和沉水植物凈化區(qū)，完成污染物的去除后，由尾端集水渠匯集到出水導(dǎo)流區(qū)，經(jīng)水泵抽提，引入事先劃定的清水灌區(qū)。

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2.主要設(shè)計單元

（1）水閘

為調(diào)控濕地進出水，建有單孔水閘2座，其中1座為攔截上游來水，另1座為引水口。水閘設(shè)計閘前水深1.2米，水閘閘孔凈寬均為1.2米，閘底高程1.6米，水閘高為3.0米，閘槽深0.1米，水閘采用C25鋼筋砼閘門，高1.4米，厚0.1米，啟閉臺采用C25鋼筋砼，啟閉機采用2.5T手搖螺桿啟閉機。

通過水閘攔截，可抬高河水水位，形成河道蓄水塘，可有效減緩水速，通過物理沉淀作用去除部分懸浮物質(zhì)，并由河道內(nèi)水生植物對污水進行預(yù)充氧。高水位的污水通過重力流，由引水渠進入配水區(qū)，引水渠采用梯形土渠形式，長度約為50米，坡度為0.02%。

（2）配水區(qū)和初沉凈化區(qū)

為使污水均勻分布，多級表面流人工強化濕地系統(tǒng)的首個單元為面積603.88平方米的配水區(qū)，該區(qū)采用混凝土渠堰溢流布水，可有效地調(diào)節(jié)水質(zhì)和水量，使污水均勻、緩慢地流到初沉凈化區(qū)，該區(qū)呈狹長形，面積為587.05平方米，進一步減緩水流速度，使大部分可沉降SS通過濕地系統(tǒng)中物理沉降作用去除，而部分膠體狀SS則通過與池底沙粒、淤泥的吸附、滯留、過濾作用得以去除。

（3）多級表面流人工強化濕地

依據(jù)灌溉水水量大、污染物濃度低且隨季節(jié)變化較大的特點，考慮到研究區(qū)環(huán)境及耕作條件，采用多級表面流人工強化濕地凈化農(nóng)田灌溉水。濕地呈不規(guī)則形，以現(xiàn)有的池塘堤岸為邊界，分為3級串聯(lián)運行。濕地有效面積占總面積的82.4%，設(shè)計運行參數(shù)以水力負荷0.35米3/（米2·日）為限制性參數(shù)進行計算。

五 人工濕地設(shè)計

利用不同植物種類對水生生活的適應(yīng)性狀不同，吸收水體中的特定污染物質(zhì)；不同植物種類構(gòu)成的生物群落共同作用，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定能力和自凈化能力

六 設(shè)計工藝參數(shù)

根據(jù)因地制宜、經(jīng)濟效益、生物多樣性和景觀協(xié)調(diào)的原則選擇濕地植物，依托現(xiàn)有地形，人工濕地采用3級植物處理工藝，以蘆葦、香蒲、荷花等挺水植物作為污水處理的主要植物，并輔之以浮葉植物構(gòu)成完整的生態(tài)群落，最后在尾段采用沉水植物凈化處理，進一步提高出水水質(zhì)。由此，通過挺水植物區(qū)、挺水與浮葉植物區(qū)和沉水植物區(qū)的優(yōu)化配置，構(gòu)建了一個具有生物多樣性、水質(zhì)凈化能力和景觀效果的人工濕地生態(tài)系統(tǒng)。人工濕地設(shè)計運行參數(shù)如表4－11、表4－12所示。

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第一級挺水植物區(qū)。蘆葦區(qū)是該系統(tǒng)凈化污水的最主要的區(qū)域，區(qū)內(nèi)蘆葦和香蒲的間距為30厘米左右，共種植蘆葦和香蒲各1400株。該系統(tǒng)利用濕地的自凈能力將大部分污染物去除，表現(xiàn)在：懸浮顆粒的沉降；溶解營養(yǎng)物質(zhì)，擴散并進行沉積；有機物礦質(zhì)化；營養(yǎng)物質(zhì)被微生物和植物吸收。

第二級挺水與浮葉植物區(qū)?？刹捎迷S多池塘均能發(fā)現(xiàn)的香蒲和荷花，它們具有很強的生長適宜性。區(qū)內(nèi)香蒲和荷花的間距為40厘米左右，共種植香蒲500株、荷花700株。浮水植物對污水起到粗濾作用。浮水植物的光合作用很強烈，產(chǎn)生大量的氧氣，提高湖水中氧氣的含量，為蘆葦區(qū)的去污凈化作用提供豐富的氧氣。此外，還有阻滯水中漂浮物，吸附水中懸浮顆粒的作用。

第三級沉水植物區(qū)。利用黑藻對水源做最后的凈化處理，對系統(tǒng)也起到緩沖調(diào)節(jié)作用。區(qū)內(nèi)黑藻播種總量為12千克左右，種植水位應(yīng)控制在30~50厘米。黑藻可以增強濕地容積，增加系統(tǒng)滯留時間，提高濕地承載負荷，濾去懸浮物大顆粒，增加水中氧氣量。

七 濕地工程設(shè)計圖

原魚塘中間存在廢棄土堆，為了增加濕地容量予以清除，并對魚塘適當清淤挖深，清理部分邊坡等，新開挖的邊坡一般不陡于1.0~1.5；預(yù)計開挖土方5500立方米，并外運至臨近廢棄魚塘回填；塘底設(shè)計高程1.6米，蓄水設(shè)計高程2.8米，蓄水面積15151.6平方米，蓄水量18200立方米。濕地工程設(shè)計如圖4－9、圖4－10所示。

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八 人工濕地運行效果

人工濕地中植物的培植引種已于2010年完成，濕地工程建設(shè)于2011年底竣工并投入運行。根據(jù)工程設(shè)計，農(nóng)田灌溉水的SS、COD、氨氮由濕地入口處的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，處理率達91％、59％、49％，出水達到《GB 5084—2005 農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》和《GB 3838—2002 地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅴ類水質(zhì)要求。

人工濕地工程在注重水質(zhì)凈化效果的同時，充分考慮到經(jīng)濟效益和生態(tài)效益，使用凈化水灌溉的清水灌區(qū)中，水稻年產(chǎn)量達8250千克/公頃，高于對照污水灌區(qū)1250千克/公頃；當?shù)剞r(nóng)戶積極利用濕地中輪葉黑藻等飼用水生植物，發(fā)展養(yǎng)魚、養(yǎng)蟹等副業(yè)，并將收獲的蘆葦、香蒲等經(jīng)濟作物進一步加工，增加其附加值。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：工程實施后，當?shù)剞r(nóng)民的年均農(nóng)業(yè)收入由以前的6400元增加到7500元，其中糧食收入占77.6％。此外，濕地建成運行后，系統(tǒng)內(nèi)的物種多樣性明顯提高，由濱水植物、挺水植物、浮葉植物、沉水植物及水中的動物、浮游微生物等組成的多層次立體生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，其系統(tǒng)協(xié)調(diào)穩(wěn)定，環(huán)境優(yōu)美怡人。

九 生態(tài)化農(nóng)田整治

1.田———生態(tài)溝渠與生物通道設(shè)計

以提高田間水體自凈能力，保障田間物種多樣性為出發(fā)點，設(shè)計生態(tài)溝渠與生物通道，形成生態(tài)保育與水質(zhì)改善功能相耦合的復(fù)合型農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。

1）生態(tài)溝渠。在農(nóng)田周邊建設(shè)生態(tài)溝渠，在溝底鋪設(shè)多孔水泥板與碎石，后期種植牧草、水芹等植物，并在渠道中分段設(shè)置節(jié)制閘，減緩水流的速度，增加滯留時間，增加植物對養(yǎng)分的利用時間，也提高水體的自凈能力，并起到給微小動物提供棲息地的作用。

2）生物通道。依托土地整治工程，在生態(tài)溝渠靠農(nóng)田區(qū)域側(cè)，搭建生態(tài)階梯———兩棲類動物生態(tài)通道（圖4－11），通過階梯深度、坡度等指數(shù)的合理設(shè)置，保證青蛙能通過自身力量進出溝渠，有利于蛙類的遷移、棲息與繁育。

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2.水———充分利用清潔能源，全面提升自凈能力

（1）節(jié)能環(huán)保工程———太陽能提升泵站

在白牛水賢片區(qū)北側(cè)，建太陽能提升泵站，用于將灌溉排水溝渠內(nèi)水或界河內(nèi)水提升輸送至白牛塘水系片區(qū)內(nèi)，用于循環(huán)或補水。

設(shè)計供電4.4千瓦的太陽能電池組（含發(fā)電機及充放電控制系統(tǒng)）1套，占地面積約200平方米，白天8小時供電，夜間蓄電池4小時供電；水泵組最大取水量100米3/小時，采用井式取水，水源為灌溉排水溝與界河。另外，考慮到連續(xù)陰雨天泵站使用的可能性與便捷性，設(shè)置備用電源，以保證泵站正常取水功能。

（2）池塘———4級凈化體系設(shè)計與水生生態(tài)系統(tǒng)重建

通過物理過濾與生態(tài)系統(tǒng)自凈相結(jié)合的方法，設(shè)計水體4級凈化系統(tǒng)，構(gòu)建完整的水生生態(tài)系統(tǒng)，水質(zhì)凈化、生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的同時，提升水體的景觀美學(xué)價值與經(jīng)濟效益。

1）水流組織設(shè)計。利用灌溉泵站，將農(nóng)田排水提至白牛塘，白牛塘是一個水質(zhì)四級凈化區(qū)域（4個池塘），農(nóng)田排水通過由北向南折流，一級一級過濾、凈化，至末端再將水用于農(nóng)田灌溉（圖4－12）。

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圖4－12 水流組織設(shè)計示意圖

2）生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建與修復(fù)。遵循生態(tài)原理，通過構(gòu)建完整的水生植物－水生動物－微生物共生體系，借鑒各生物間及生物與環(huán)境因子間的相互作用，降解、固定或轉(zhuǎn)移污染物和營養(yǎng)物，提高水體生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力；通過建立復(fù)雜的食物鏈與食物網(wǎng)，提升生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

第一，建立多層級的水生植物群落結(jié)構(gòu)。利用植物能夠吸收水中無機鹽類的性質(zhì)，針對水體的不同部位，向水體中導(dǎo)入不同生活型的水生植物（表4－13），如挺水植物（茭白、香菇草、旱傘草等）、沉水植物（金魚藻、苦草等）、浮水植物（睡蓮）（圖4－13），以促進水中懸浮物、污染質(zhì)的沉降，吸收、轉(zhuǎn)化、積累與降低水中懸浮物和營養(yǎng)鹽的濃度和量，從而抑制與減少浮游藻類生產(chǎn)量，減少底泥的再懸浮，提高水的透明度，改善水質(zhì)，同時水生植物群落的形成也為水生動物和昆蟲提供棲居地。

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第二，合理投放濾食性魚類與底棲動物。根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)食物鏈和能量金字塔理論，合理構(gòu)建以土著魚類為主的具有不同生態(tài)位的特色魚類群落，利用濾食性魚類，如鰱魚、鳙魚等可以有效地去除水體中綠藻類物質(zhì)，使水體的透明度增加；還有底棲動物，如蚌類、螺類等可以有效地去除水中懸浮的藻類及有機碎屑，提高河水的透明度，同時分泌促絮凝物質(zhì)，使湖水中懸浮物質(zhì)絮凝，促使水體變清等。建立多層次、按程序、定量投放魚、蝦、蟹、貝螺等水生動物技術(shù)體系，加速自凈和有機質(zhì)分解，減少水體沉積率，穩(wěn)固底泥理化性質(zhì)，凈化水質(zhì)的同時，魚類也會產(chǎn)生經(jīng)濟產(chǎn)出。

第三，充分重視有益微生物群落的作用。使用有益菌（主要是分解有機物、去除氨氮、抑制藻類的光合細菌、硝化菌、芽孢桿菌等）和微小動物（大型溞、輪蟲等），構(gòu)建包含“生產(chǎn)者－消費者－分解者”的完整生態(tài)系統(tǒng)生物組分結(jié)構(gòu)，連接食物鏈網(wǎng)的各個環(huán)節(jié)，結(jié)合應(yīng)用定期回收割除和收獲等方法，將水中的無機P和N鹽類等營養(yǎng)物質(zhì)遷移、轉(zhuǎn)化并輸出，以達到改善和控制水質(zhì)的目的，最終使水系成為具自凈能力、可自循環(huán)、具有生命力的水生生態(tài)系統(tǒng)，有利于長期有效地控制藻類和維持生態(tài)系統(tǒng)的健康。

3.路———交通穿行、休閑游憩與生態(tài)保育功能兼顧

平整片區(qū)道路，按照不同功能特點，設(shè)計生產(chǎn)路、田間路與游憩步道3種主要道路類型。同時，在田間設(shè)計生態(tài)溝渠與生物通道，提高田間水質(zhì)凈化能力，加強蛙類的生態(tài)保育。

1）生產(chǎn)路。寬2米，以節(jié)約工程成本、低碳循環(huán)利用、凸顯鄉(xiāng)土特色為出發(fā)點，主要設(shè)計碎石路與青磚路兩種形式：①青磚路。通過人工拆除項目區(qū)內(nèi)磚瓦式房屋，回收利用青磚、青瓦等建筑材料，用以鋪建道路路面。②碎石路。循環(huán)利用項目區(qū)房屋拆除留下來的碎狀石塊，鋪設(shè)以碎石、素土等材質(zhì)的路面。

2）田間路。寬4米，以便于車輛通行，發(fā)揮海綿體作用為出發(fā)點，將田間路中央1米段設(shè)計為土質(zhì)，兩邊則鋪設(shè)水泥，一方面有效減少過往車輛對原土質(zhì)道路的破壞，另一方面，保留中部道路的自然風(fēng)貌，保留道路部分滲水功能。

3）游憩步道。寬1.5米，以減少人為干擾、保護物種多樣性、發(fā)揮景觀美化功能為出發(fā)點，結(jié)合生態(tài)技術(shù)和特殊處理手法，在池塘中央，鋪設(shè)架空的木質(zhì)棧道，以減少對水體動植物生境的破壞；合理設(shè)計棧道曲度，曲徑通幽，野趣十足，增強其景觀美化功能。

4）生態(tài)溝渠。在田埂周邊建設(shè)生態(tài)溝渠，在溝底鋪設(shè)多孔水泥板與碎石，后期種植牧草、水芹等植物，并在渠道中分段設(shè)置節(jié)制閘，減緩水流的速度，增加滯留時間，增加植物對養(yǎng)分的利用時間，也提高水體的自凈能力，并起到給微小動物提供棲息地的作用。

5）生態(tài)通道。依托土地整治工程，在生態(tài)溝渠靠農(nóng)田區(qū)域側(cè)，搭建生態(tài)階梯———兩棲類動物生態(tài)通道，通過階梯深度、坡度等指數(shù)的合理設(shè)置，保證青蛙能通過自身力量進出溝渠，有利于蛙類的遷移、棲息與繁育。

4.林———搭配季相變化樹種，構(gòu)建多層次植物群落

將農(nóng)民搬遷后自留地上的桃樹、柳樹、石榴樹等本土樹種移植至水系、道路兩側(cè)，降低成本，循環(huán)利用，同時由于本土物種在原始生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)位中的作用已經(jīng)固定化，利用它們也能有效地維護生態(tài)平衡。種植水杉、香樟等本土常見喬木，搭配烏桕、銀杏、合歡、美國紅楓等觀賞性強、外貌具季相變化的樹種，并合理配備本土灌木、草本物種，構(gòu)建“喬－灌－草”多層次的植物群落，增強林地的觀賞性，提升植物多樣性、豐富本土野生動物的棲息生境。