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摘要:本文对我国农业面源污染现状以及湿地的净化原理及净化作用作了阐述。
关键词：农田水质；湿地；生态环境； 净化水源
Abstract: This paper on agricultural non-point source pollution and wetland in China purification principle and purification are described.
Keywords: farmland quality; wetland; ecological environment; water purification
中圖分类号：S27 文献标识码：文章编号
引言：
近年来， 由农业活动导致的面源污染成为了全球许多地区面临的环境问题。化肥的广泛施用，导致大量的氮磷进入农田生态系统中，由于现有的耕种方式对营养元素的利用率较低，因此含氮磷元素的退水经农田的生态系统进入到水体环境中，加剧了水体污染，富含营养严重，急需一种经济、可行、环保的措施来治理农业面源污染。
人工湿地作为一种低投资、低能耗、低处理成本和能脱氮除磷的废水生态处理技术已逐渐被世界各国所接受， 并广泛应用于生活污水、二级处理出水和农业废水的处理上。经实验表明：人工湿地对降低农业面源污染物有较好的净化作用，已成为治理农业面源污染的实用而有效的工具。
1农业面源污染状况严重
据专家估算， 目前我国水体氮、磷污染物中来自工业、生活污水和农业面源水污染的大约各占1/3， 地下水有将近50%已被农业面源污染， 湖泊等地表水中氮、磷的50%以上来自农业面源污染。我国水体的面源污染占很大的比重， 已超过了点源污染。因此， 面源污染问题已经成为我国最受关注的环境问题之一。
1. 1农村生活污水排放量增加
随着城镇化的迅速发展， 以及人口的增长， 农村生活污水的排放量会不断增加。专家指出: 预计到2010年， 中国村镇污水排放量约270亿t。
1.2化肥投入量增加
我国人口众多， 为满足广大人民群众对粮食的需要， 必须提高粮食产量。因此， 在生产力发展水平不高的情况下， 我国农业生产中的化肥投入在逐年迅速增加。目前， 我国的化肥生产量和使用量已经位居世界首位。根据统计， 2002年全世界化肥总用量为1. 42亿t我国为4339. 5万t 约占世界总用量的30%， 单位播种面积化肥用量大约是世界平均水平的3倍。据调查， 化肥损失量中约有15%通过地表径流进入水体， 造成水质污染。
1.3农药施用量大
我国是世界上农药生产和使用大国。目前， 我国农药年产量达46万t(有效成分)， 高居世界榜首; 每年的农药施用量23万t(有效成分)， 居世界第一。我国平均农药使用水平为12.7kg/hm-2(有效成分)， 蔬菜、果树和粮食作物(水稻、小麦)是使用量最多的作物。研究表明， 我国40%的水稻生产和大于50%的棉花生产中存在农药的过量施用现象， 在蔬菜、瓜果的生产中， 此现象更为明显。
2湿地的净化原理及净化作用
2.1 湿地作为地球上具有多种功能的生态系统，可沉淀、排除、吸收和降解有毒物质， 使潜在的污染物转化为资源。人工湿地(又称水生植物床) 一般由人工基质和生长在其上的水生植物组成， 是一种独特的“土壤-植物-微生物”生态系统。人工湿地生物净化技术的基本原理是:在一定的填料上种植特选的植物， 填料表面吸附许多微生物， 形成大量生物膜， 当富营养化水流过人工湿地时，微生物可分解水中的污染物， 转化为碳、氮、磷、水等， 从而被湿地上的植物吸收，使水质得到净化。人工湿地的显著特点之一是其对有机污染物有较强的降解能力。废水中的不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可很快被截留， 进而被微生物利用，废水中可溶性有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程而被分解、去除。
2.2人工湿地对氮的净化作用
人工湿地除氮的途径主要包括植物的吸收、氨的挥发和介质的吸附以及微生物的反硝化脱氮。植物是人工湿地系统的重要组成部分， 水中氮的去除转化包括很多过程，其中一部分氮可以被湿地中的植物吸收通过收割得以去除。汤显强在种有7种植物的人工湿地中研究发现， 7种植物在去除COD方面没有显著的作用， 但明显提高了氨氮， 硝氮，TN的去除率。香蒲的氮积累量最高，达48.18g/m。金卫红等研究认为， 植物地上部对TN的吸收占湿地中TN去除量的46%。植物的生长高度能够反映氨氮、硝氮以及TN总体去除效果的变化。另外，基质也可通过一些物理和化学的途径去除污水中一部分氮， 还有一些研究表明， 基质吸附对人工湿地中磷的去除发挥着重要的作用， 但是人工湿地基质通常所用的材料(砾石等)是惰性的， 不能认为是氨氮长期的汇集。Burchell等在各类型人工湿地试验中测得系统中的pH值都为7左右， 因此，人工湿地中通过挥发损失氨氮的作用可以忽略不计。
2.3人工湿地对磷的净化作用
磷常常被视为水体富营养化的主要诱导因素之一，因此， 污水除磷对于控制水体富营养化具有重要意义。利用人工湿地系统中的基质、水生植物和微生物的共同作用去除磷元素， 通常被认为是一种廉价有效的废水处理技术。
人工湿地处理含磷废水时，对基质的筛选原则一般应考虑磷吸附效率、水力传导性、材料易得性和价格等多方面因素。磷的吸附速率通常受pH、Eh、吸附表面积和温度的影响。近年来应用的基质包括砾石、沸石、石灰石、粉煤灰、页岩、膨润土、草炭、蛭石等及其混合物，Drizo等综合比较了铝土矿、页岩、沸石、石灰石、轻质陶粒、飞灰、油性页岩等7种基质对磷的去除效果， 认为页岩对磷的去除效果最好。袁东海等分别选取了几种基质作磷的吸附试验， 结果表明，钢渣的吸附效果最好。火山渣具有良好的表面活性和孔隙结构，与表面光滑的砂子相比， 火山渣具有更强的吸附效果。此外陶瓷碎片也是一种经济有效的湿地基质。但是也有研究认为， 填料对磷的吸附是非常有限的。在湿地建成运行初期， 基质吸附作用明显，湿地能较好地发挥截磷功能， 但随着湿地的运行， 土壤吸附趋于饱和，吸附作用减弱。张奇等采用水动力弥散和吸附理论建立了表流湿地水) 土界面磷通量模型， 定义了湿地汇) 源转换的临界水体磷浓度值，解释了湿地对磷去除功能退化的机理和汇) 源转换条件。基质在某种程度上可被视为“磷缓冲器”，其具体作用是调节水中磷浓度， 吸附磷最少的基质最容易释放磷。
研究发现， 水生植物在生长旺季， 总磷去除率为。不同植物的除磷效果差别很大，水芹湿地对磷的去除优于凤眼莲湿地， 芦苇湿地优于茭白湿地。王庆海等对北京地区9种水生植物在潜流人工湿地中去除污染物的研究中发现植物生物量对氮磷累积量的影响力大于氮磷含量对氮磷积累量的影响力。但有学者认为， 砾石床人工湿地中总磷的去除率与植物的生物量没有线性关系， 说明植物的对总磷的去除有一定的局限性。
2.4人工湿地对有机物的净化作用
人工湿地对有机污染物具有较强的去除能力。6种基质对有机物去除效果的从高到低的顺序为:砂子>煤灰渣>瓜子片>砾石>钢渣>高炉渣。有机污染物的去除主要通过好氧降解与厌氧降解完成。污水中的有机污染物分为不溶性有机质颗粒和可溶性有机质颗粒两部分。大量的植物根系和基质， 使不溶的有机物通过在基质和根区表面的重力沉淀、截留和吸附等作用被分离去除。可溶性有机物则通过植物根系生物膜的吸附、吸收及厌氧好氧生物代谢降解过程而被分解去除。根际微生物不仅能够降解吸收有机物， 而且其分泌的酶类也能够降解有机污染物。
3结语
湿地具有许多功能和价值。污水净化是湿地很重要的一个功能，它利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水高效净化。在我国，人工湿地的研究起步较晚，对于有关湿地植物的研究还需不断深入， 尤其在人工湿地污水处理系统这样特殊生境中的植物生理生态变化及其作用机理研究， 还需要各领域专家通力合作。
关键词：农田水质；湿地；生态环境； 净化水源
Abstract: This paper on agricultural non-point source pollution and wetland in China purification principle and purification are described.
Keywords: farmland quality; wetland; ecological environment; water purification
中圖分类号：S27 文献标识码：文章编号
引言：
近年来， 由农业活动导致的面源污染成为了全球许多地区面临的环境问题。化肥的广泛施用，导致大量的氮磷进入农田生态系统中，由于现有的耕种方式对营养元素的利用率较低，因此含氮磷元素的退水经农田的生态系统进入到水体环境中，加剧了水体污染，富含营养严重，急需一种经济、可行、环保的措施来治理农业面源污染。
人工湿地作为一种低投资、低能耗、低处理成本和能脱氮除磷的废水生态处理技术已逐渐被世界各国所接受， 并广泛应用于生活污水、二级处理出水和农业废水的处理上。经实验表明：人工湿地对降低农业面源污染物有较好的净化作用，已成为治理农业面源污染的实用而有效的工具。
1农业面源污染状况严重
据专家估算， 目前我国水体氮、磷污染物中来自工业、生活污水和农业面源水污染的大约各占1/3， 地下水有将近50%已被农业面源污染， 湖泊等地表水中氮、磷的50%以上来自农业面源污染。我国水体的面源污染占很大的比重， 已超过了点源污染。因此， 面源污染问题已经成为我国最受关注的环境问题之一。
1. 1农村生活污水排放量增加
随着城镇化的迅速发展， 以及人口的增长， 农村生活污水的排放量会不断增加。专家指出: 预计到2010年， 中国村镇污水排放量约270亿t。
1.2化肥投入量增加
我国人口众多， 为满足广大人民群众对粮食的需要， 必须提高粮食产量。因此， 在生产力发展水平不高的情况下， 我国农业生产中的化肥投入在逐年迅速增加。目前， 我国的化肥生产量和使用量已经位居世界首位。根据统计， 2002年全世界化肥总用量为1. 42亿t我国为4339. 5万t 约占世界总用量的30%， 单位播种面积化肥用量大约是世界平均水平的3倍。据调查， 化肥损失量中约有15%通过地表径流进入水体， 造成水质污染。
1.3农药施用量大
我国是世界上农药生产和使用大国。目前， 我国农药年产量达46万t(有效成分)， 高居世界榜首; 每年的农药施用量23万t(有效成分)， 居世界第一。我国平均农药使用水平为12.7kg/hm-2(有效成分)， 蔬菜、果树和粮食作物(水稻、小麦)是使用量最多的作物。研究表明， 我国40%的水稻生产和大于50%的棉花生产中存在农药的过量施用现象， 在蔬菜、瓜果的生产中， 此现象更为明显。
2湿地的净化原理及净化作用
2.1 湿地作为地球上具有多种功能的生态系统，可沉淀、排除、吸收和降解有毒物质， 使潜在的污染物转化为资源。人工湿地(又称水生植物床) 一般由人工基质和生长在其上的水生植物组成， 是一种独特的“土壤-植物-微生物”生态系统。人工湿地生物净化技术的基本原理是:在一定的填料上种植特选的植物， 填料表面吸附许多微生物， 形成大量生物膜， 当富营养化水流过人工湿地时，微生物可分解水中的污染物， 转化为碳、氮、磷、水等， 从而被湿地上的植物吸收，使水质得到净化。人工湿地的显著特点之一是其对有机污染物有较强的降解能力。废水中的不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可很快被截留， 进而被微生物利用，废水中可溶性有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程而被分解、去除。
2.2人工湿地对氮的净化作用
人工湿地除氮的途径主要包括植物的吸收、氨的挥发和介质的吸附以及微生物的反硝化脱氮。植物是人工湿地系统的重要组成部分， 水中氮的去除转化包括很多过程，其中一部分氮可以被湿地中的植物吸收通过收割得以去除。汤显强在种有7种植物的人工湿地中研究发现， 7种植物在去除COD方面没有显著的作用， 但明显提高了氨氮， 硝氮，TN的去除率。香蒲的氮积累量最高，达48.18g/m。金卫红等研究认为， 植物地上部对TN的吸收占湿地中TN去除量的46%。植物的生长高度能够反映氨氮、硝氮以及TN总体去除效果的变化。另外，基质也可通过一些物理和化学的途径去除污水中一部分氮， 还有一些研究表明， 基质吸附对人工湿地中磷的去除发挥着重要的作用， 但是人工湿地基质通常所用的材料(砾石等)是惰性的， 不能认为是氨氮长期的汇集。Burchell等在各类型人工湿地试验中测得系统中的pH值都为7左右， 因此，人工湿地中通过挥发损失氨氮的作用可以忽略不计。
2.3人工湿地对磷的净化作用
磷常常被视为水体富营养化的主要诱导因素之一，因此， 污水除磷对于控制水体富营养化具有重要意义。利用人工湿地系统中的基质、水生植物和微生物的共同作用去除磷元素， 通常被认为是一种廉价有效的废水处理技术。
人工湿地处理含磷废水时，对基质的筛选原则一般应考虑磷吸附效率、水力传导性、材料易得性和价格等多方面因素。磷的吸附速率通常受pH、Eh、吸附表面积和温度的影响。近年来应用的基质包括砾石、沸石、石灰石、粉煤灰、页岩、膨润土、草炭、蛭石等及其混合物，Drizo等综合比较了铝土矿、页岩、沸石、石灰石、轻质陶粒、飞灰、油性页岩等7种基质对磷的去除效果， 认为页岩对磷的去除效果最好。袁东海等分别选取了几种基质作磷的吸附试验， 结果表明，钢渣的吸附效果最好。火山渣具有良好的表面活性和孔隙结构，与表面光滑的砂子相比， 火山渣具有更强的吸附效果。此外陶瓷碎片也是一种经济有效的湿地基质。但是也有研究认为， 填料对磷的吸附是非常有限的。在湿地建成运行初期， 基质吸附作用明显，湿地能较好地发挥截磷功能， 但随着湿地的运行， 土壤吸附趋于饱和，吸附作用减弱。张奇等采用水动力弥散和吸附理论建立了表流湿地水) 土界面磷通量模型， 定义了湿地汇) 源转换的临界水体磷浓度值，解释了湿地对磷去除功能退化的机理和汇) 源转换条件。基质在某种程度上可被视为“磷缓冲器”，其具体作用是调节水中磷浓度， 吸附磷最少的基质最容易释放磷。
研究发现， 水生植物在生长旺季， 总磷去除率为。不同植物的除磷效果差别很大，水芹湿地对磷的去除优于凤眼莲湿地， 芦苇湿地优于茭白湿地。王庆海等对北京地区9种水生植物在潜流人工湿地中去除污染物的研究中发现植物生物量对氮磷累积量的影响力大于氮磷含量对氮磷积累量的影响力。但有学者认为， 砾石床人工湿地中总磷的去除率与植物的生物量没有线性关系， 说明植物的对总磷的去除有一定的局限性。
2.4人工湿地对有机物的净化作用
人工湿地对有机污染物具有较强的去除能力。6种基质对有机物去除效果的从高到低的顺序为:砂子>煤灰渣>瓜子片>砾石>钢渣>高炉渣。有机污染物的去除主要通过好氧降解与厌氧降解完成。污水中的有机污染物分为不溶性有机质颗粒和可溶性有机质颗粒两部分。大量的植物根系和基质， 使不溶的有机物通过在基质和根区表面的重力沉淀、截留和吸附等作用被分离去除。可溶性有机物则通过植物根系生物膜的吸附、吸收及厌氧好氧生物代谢降解过程而被分解去除。根际微生物不仅能够降解吸收有机物， 而且其分泌的酶类也能够降解有机污染物。
3结语
湿地具有许多功能和价值。污水净化是湿地很重要的一个功能，它利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水高效净化。在我国，人工湿地的研究起步较晚，对于有关湿地植物的研究还需不断深入， 尤其在人工湿地污水处理系统这样特殊生境中的植物生理生态变化及其作用机理研究， 还需要各领域专家通力合作。