农田退水生态削减净化技术

       农业面源污染中水量大、排放不规律、污染物成分复杂的农田退水在我国各个地区都表现出显著的污染性征，对区域TN、TP的贡献达到16.48%-77.57%不等，逐渐成为亟待解决的治理重点。从根本上减少农田退水污染，必须采取全过程控制的思路。现阶段，源头管控措施及生态净化技术的组合使用成为解决当前农田退水污染的最佳方案。

一、农田退水产生及污染的来源

长期以来，农田退水作为富营养化污染的主要来源在不同国家、不同地区均有相似的产生及污染来源。农田退水产生的主要途径：①大水漫灌是我国农业的主要灌溉方式，用于漫灌的灌溉水约有69%变成了地表径流，最后汇入河流。②即时的强降雨会携带农田中的营养物质、抗生素、农药形成退水进入水体。

农田退水污染的主要来源：①我国地均农药使用量在30年间增加了114%，而我国农药利用率仅有20%，残留农药被退水携带进入水体，造成严重的水体污染。②我国施肥量通常大于正常值，易出现过量施肥的情况；且我国氮肥利用率仅有40%左右，大量化肥未被作物、土壤利用，以降水、淋溶等方式形成退水进入水体。据统计，氮肥和磷肥的使用量每增加10%，整个流域的氮磷浓度将分别增加1.52%、1.37%，营养物质的剧增导致水质恶化进而污染环境。

二、农田退水造成的生态问题

农田退水中携带的大量营养物质、残留农药有机污染物不论是进入地表水体还是进入地下水体都会对原有生态环境产生冲击，造成生态破坏进而影响人类生存环境。退水主要有以下生态问题：

（一）对水环境的影响

1.对地表水的污染

农田退水中通常包含大量的营养物质，以有机质及氮磷成分为主。在对农业退水的研究中表明可溶性有机磷显著影响水体、土壤以及生态系统营养盐负荷，易造成水体富营养化。

2.对地下水的影响

数量庞大的退水污染很容易通过土壤渗透进入地下水体，其中携带的大量营养物质、农药、重金属以及农村畜禽粪便等将直接破坏地下水环境。

（二）对生物有机体的影响

存留的农药被退水携带迁移过程中，可能会引起非靶标昆虫死亡进而影响一些食虫鸟类的死亡，对整个食物链造成威胁导致生态系统的破坏。且有机氯农药进入水体后易在鱼类体内富集，人类摄入后易产生致癌、致畸和致突变的情况。

三、农田退水系统生态管控净化技术的应用

（一）首级削减优化过程技术的研究与应用

1.保护性耕作

保护性耕作是近年来受到广泛关注的耕作制度，一般地表作物秸秆覆盖率高于30%的耕作措施都称为保护性耕作，主要通过改善土壤结构增加有机质含量、入渗径流比从而减少地表径流中氮磷的输出，主要包括少耕、免耕及地表覆盖秸秆等方式。

2.施肥施药优化

施肥优化能够在一定程度上提高氮素利用率，减少随退水流失的营养物质含量。施肥优化主要通过分期施氮、前氮后移、缓/控释氮肥等技术措施实现。源头的施药施肥管理是有效减少退水中污染负荷的措施，缓/控释氮肥技术是近年来逐渐被农民认可和接受的技术，但相较传统速效肥料而言其成本仍较高，导致其大范围应用受阻。相较之下，分期施氮、前氮后移等措施是目前较好实现的施肥管理措施。

3.灌溉排水优化调控

改进灌溉方式可以从源头上减少退水的产生量，减少化肥中的氮磷通过淋滤和地表径流的方式进入河流。高效节水灌溉是指滴灌、干湿交替灌溉、控制灌溉、科学蓄雨灌溉等技术措施。由于大量灌溉水得不到及时的排放从而汇聚在农田，形成相当可观的农田退水，故对排水的优化是减少退水量及退水污染的有效措施。

（二）过程截留净化技术的研究与应用

1.生态沟渠

生态沟渠主要是通过对沟渠的设计，利用底泥吸附、植物吸附等方式，沉积物-水生植物-微生物的复合系统可以对退水中的污染物起到拦截、净化的作用。当然，生态沟渠也会受到河段、生物膜、农田和沟渠之间的连通性、水力负荷、深度和温度的影响。生态沟渠占地较小，适用性强，适用于平原以及山地地区。不同地区的农村可以根据当地的气候特点、植被类型设计针对性较强的生态沟渠处理农田退水。

2.植被过滤带

植被过滤带是由不同的类型的植被构成，一般与河流、排水沟相邻，通过土壤及植物吸收对径流中的污染进行截留净化的一种技术。由于在处理过程中涉及植被生长、物理化学和生物相互作用，植被过滤带的去除效率与植被过滤带的长度、植物种类和配置方法、植物径流及土壤参数、原位特征和地形指数相关。在农田退水进入地表水体的路径上可以设置植被过滤带，不仅可以截留污染、保持水土还可以增加生物多样性。

3.人工湿地技术

人工湿地是利用土壤、沙石作为填料基质以给微生物提供生长的载体，同时有植被协同去除污水中的污染物的一种处理技术。人工湿地的运行受到负荷率、温度、土壤类型、操作策略和氧化还原条件等直接和间接因素的影响。当使用单一的人工湿地来处理农田退水时，去除效果并不理想，用外加植物碳源人工湿地对农田退水进行处理，其TN和TP去除率分别达到了75.67%、91.37%。

（三）农田构造设计技术的研究与应用

农田是多级田埂、沟道、坑塘组成的系统，现阶段对污染的治理更多的是对技术的组合使用，忽视了对农村本身存有生态系统的利用，对农田进行构造设计是农田退水治理的重要环节，主要包括对不同尺度的沟道的设计以及对不同坑塘、湿地及循环水系统调蓄回用设计。

充分利用改造已有的毛、农、斗、支、干沟对退水进行逐级净化调蓄将有助于缓解我国农村用地紧张、污染负荷等问题。调蓄回用设计是指通过在农田附近设置可以储存降雨径流和部分农田灌溉排水的湿地、坑塘在作物需水的时将储蓄的水通过提升泵站回用或者自流灌溉下一田块。

（四）农田退水治理思路

在此背景下，统筹考虑农田退水产生迁移的路径、农田退水污染的特点，农田退水可以采取“首级削减控制-过程截留净化-农田构造设计”+“末端强化净化”的治理思路，在强化源头控制的前提下关注退水迁移路径上各环节的联系，尤其是对农村地区存有的各级沟道、坑塘、低洼地进行利用。

首级削减控制采取例如保护性耕作的耕作制度对耕地蓄水保墒。通过使用节水灌溉方式、布设暗管控制排水，精细化施药施肥技术，使用绿色农药减少源头退水量及污染负荷。

过程截留净化中应用生态沟渠、植被过滤带、人工湿地等技术在退水迁移的路径上予以截留控制。对农田各级结构进行设计，加强农田中存有毛、农、斗、支、干沟的耦合，根据沟道的特点在各级沟道中应用不同的生态净化技术实现逐级的削减效果，调蓄回用设计可以利用存有沟道对农田退水进行先期调蓄，再通过改造农田、坑塘、低洼地，对多余的退水进行储蓄收集最终回用耕地，实现污水零直排。即便前端采用了许多管控净化措施，退水中仍会有不可避免流失到环境中的有机质、氮磷，通过末端应用生态浮岛等强化净化技术对其进行处理及生态修复，最终实现对农田退水全流程的净化削减。

       安徽中邦济国环保科技有限公司与华中农业大学博士生导师刘广龙教授农业面源污染治理团队在农业面源污染治理领域合作开发新产品、新技术、新解决方案等方面进行“精耕细作”。双方围绕国家农业农村发展战略，深度研究并开展农业面源污染防治工作，目前已开发并获得了“农业面源污染智慧监管平台”等相关知识产权。后续，我们将建立更紧密的产学研深度合作关系，推动更多科技成果落地转化，为农业面源污染治理提供更高质量的科技支撑。