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

一 區域概況

項目區位于上海市松江區新浜鎮的西側，地處太湖流域碟形洼地的底部，地勢低平，河道成網，以種植水稻為主。項目區總面積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。白牛鄉賢片區位于項目區內，屬林建村，占地達5萬余平方米，片區南側為總面積約42000平方米的白牛塘水系，現由7個養殖塘由北向南依次排列組成。中部為水稻田種植區域，是撤村復耕之地，北側含部分整治后未拆除的農村宅基地。

二 存在的問題分析

1）水系污染嚴重，自凈能力較差。片區水體總體表現為淤泥層厚，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。造成水質差的原因主要有如下兩個方面：①面源污染嚴重。主要是農田中的泥沙、營養鹽、農藥及其他污染物，在降水或灌溉過程中，通過農田地表徑流、壤中流、農田排水和地下滲漏，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源污染也是不可忽視的因素。②自凈能力較差。水系內水生生物群落結構單一，物種多樣性低，生態系統自我調節能力與自凈能力較差。

2）農田效益不佳，蛙類多樣性較低。農田濕地內農用地布局較為規整，成網格狀肌理，以稻田為主，但稻田產量不高，景觀效益欠佳。目前，田內僅發現澤陸蛙、中華蟾蜍、飾紋姬蛙、黑斑側褶蛙、金線側褶蛙5種蛙類，物種多樣性較低，且種群數量較少。

3）道路坑洼不平，道林成分單一。田內道路坑洼不平，片區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、結構簡單，僅分布有少量水杉、構樹，林下缺乏灌木與草本層配置，植物多樣性較低。

4）農民脫離生產，鄉村活力不足。片區處于上海遠郊農村，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，農民脫離生產，身份非農化，大量勞動力資源投入城市而非改變鄉村面貌，導致了村莊發展的相對停滯。村莊演變成退養之地，主要為老年人生活休閑和居家養老場所，老齡化、空心化現象嚴重，鄉村活力不足。

三 污染阻隔工程概況

根據示范區農田污染調查結果，綜合考慮各種水處理技術的適用范圍和經濟技術可行性，并結合研究區地質、水文和農業種植制度，最終確定采用人工濕地技術治理農田灌溉水污染。在示范區內，選取現有廢棄池塘，在其周圍建設水閘和水泵以形成封閉水域，將上游灌溉水引入其中，利用水域內種植的各類水生植物來凈化農田灌溉水中的污染物質，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作物產量做對比，綜合評價灌溉水污染的修復效果。

1.工程背景

人工濕地位于研究區農業灌溉水引水入口處，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、南洋和北洋等河網組成，河網流域面積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。因構成的蓮柄港的河流港汊大多受流域內生活污水和養殖廢水的面源污染，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，農業灌溉水源受到有機污染。

2.設計進出水水質

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

四 工程設計

設計思路：在項目區山頂村現有的池塘中建設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，利用在濕地內種植的各類水生植物來凈化稻田灌溉水中的污染物質。

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

設計原則：重點是對農田周圍濕地生態系統的人工重建，特別是在與陸地生態系統物質能量交換頻繁的河流入口處開展人工生態系統的重建。

1.工藝流程

根據上游河道的形狀及廢棄魚塘的地質特征，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（圖4-6）。由蓮柄港的上游來水，經濕地入口水閘攔截后，由引水渠導流引入配水區，使污染灌溉水均勻分布到初沉凈化區，經短暫停留后，污水由重力流依次經過挺水植物凈化區、挺水與浮葉植物凈化區和沉水植物凈化區，完成污染物的去除后，由尾端集水渠匯集到出水導流區，經水泵抽提，引入事先劃定的清水灌區。

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2.主要設計單元

（1）水閘

為調控濕地進出水，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，并由河道內水生植物對污水進行預充氧。高水位的污水通過重力流，由引水渠進入配水區，引水渠采用梯形土渠形式，長度約為50米，坡度為0.02%。

（2）配水區和初沉凈化區

為使污水均勻分布，多級表面流人工強化濕地系統的首個單元為面積603.88平方米的配水區，該區采用混凝土渠堰溢流布水，可有效地調節水質和水量，使污水均勻、緩慢地流到初沉凈化區，該區呈狹長形，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

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

五 人工濕地設計

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

六 設計工藝參數

根據因地制宜、經濟效益、生物多樣性和景觀協調的原則選擇濕地植物，依托現有地形，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成完整的生態群落，最后在尾段采用沉水植物凈化處理，進一步提高出水水質。由此，通過挺水植物區、挺水與浮葉植物區和沉水植物區的優化配置，構建了一個具有生物多樣性、水質凈化能力和景觀效果的人工濕地生態系統。人工濕地設計運行參數如表4－11、表4－12所示。

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第一級挺水植物區。蘆葦區是該系統凈化污水的最主要的區域，區內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。該系統利用濕地的自凈能力將大部分污染物去除，表現在：懸浮顆粒的沉降；溶解營養物質，擴散并進行沉積；有機物礦質化；營養物質被微生物和植物吸收。

第二級挺水與浮葉植物區。可采用許多池塘均能發現的香蒲和荷花，它們具有很強的生長適宜性。區內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，產生大量的氧氣，提高湖水中氧氣的含量，為蘆葦區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。利用黑藻對水源做最后的凈化處理，對系統也起到緩沖調節作用。區內黑藻播種總量為12千克左右，種植水位應控制在30~50厘米。黑藻可以增強濕地容積，增加系統滯留時間，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；預計開挖土方5500立方米，并外運至臨近廢棄魚塘回填；塘底設計高程1.6米，蓄水設計高程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，濕地工程建設于2011年底竣工并投入運行。根據工程設計，農田灌溉水的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 農田灌溉水質標準》和《GB 3838—2002 地表水環境質量標準》Ⅴ類水質要求。

人工濕地工程在注重水質凈化效果的同時，充分考慮到經濟效益和生態效益，使用凈化水灌溉的清水灌區中，水稻年產量達8250千克/公頃，高于對照污水灌區1250千克/公頃；當地農戶積極利用濕地中輪葉黑藻等飼用水生植物，發展養魚、養蟹等副業，并將收獲的蘆葦、香蒲等經濟作物進一步加工，增加其附加值。統計數據表明：工程實施后，當地農民的年均農業收入由以前的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，系統內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網絡，其系統協調穩定，環境優美怡人。

九 生態化農田整治

1.田———生態溝渠與生物通道設計

以提高田間水體自凈能力，保障田間物種多樣性為出發點，設計生態溝渠與生物通道，形成生態保育與水質改善功能相耦合的復合型農田生態系統。

1）生態溝渠。在農田周邊建設生態溝渠，在溝底鋪設多孔水泥板與碎石，后期種植牧草、水芹等植物，并在渠道中分段設置節制閘，減緩水流的速度，增加滯留時間，增加植物對養分的利用時間，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，在生態溝渠靠農田區域側，搭建生態階梯———兩棲類動物生態通道（圖4－11），通過階梯深度、坡度等指數的合理設置，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）節能環保工程———太陽能提升泵站

在白牛水賢片區北側，建太陽能提升泵站，用于將灌溉排水溝渠內水或界河內水提升輸送至白牛塘水系片區內，用于循環或補水。

設計供電4.4千瓦的太陽能電池組（含發電機及充放電控制系統）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，考慮到連續陰雨天泵站使用的可能性與便捷性，設置備用電源，以保證泵站正常取水功能。

（2）池塘———4級凈化體系設計與水生生態系統重建

通過物理過濾與生態系統自凈相結合的方法，設計水體4級凈化系統，構建完整的水生生態系統，水質凈化、生態系統修復的同時，提升水體的景觀美學價值與經濟效益。

1）水流組織設計。利用灌溉泵站，將農田排水提至白牛塘，白牛塘是一個水質四級凈化區域（4個池塘），農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田灌溉（圖4－12）。

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圖4－12 水流組織設計示意圖

2）生態系統構建與修復。遵循生態原理，通過構建完整的水生植物－水生動物－微生物共生體系，借鑒各生物間及生物與環境因子間的相互作用，降解、固定或轉移污染物和營養物，提高水體生態系統的自凈能力；通過建立復雜的食物鏈與食物網，提升生態系統的穩定性。

第一，建立多層級的水生植物群落結構。利用植物能夠吸收水中無機鹽類的性質，針對水體的不同部位，向水體中導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、污染質的沉降，吸收、轉化、積累與降低水中懸浮物和營養鹽的濃度和量，從而抑制與減少浮游藻類生產量，減少底泥的再懸浮，提高水的透明度，改善水質，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。根據生態系統食物鏈和能量金字塔理論，合理構建以土著魚類為主的具有不同生態位的特色魚類群落，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，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，使湖水中懸浮物質絮凝，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體系，加速自凈和有機質分解，減少水體沉積率，穩固底泥理化性質，凈化水質的同時，魚類也會產生經濟產出。

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），構建包含“生產者－消費者－分解者”的完整生態系統生物組分結構，連接食物鏈網的各個環節，結合應用定期回收割除和收獲等方法，將水中的無機P和N鹽類等營養物質遷移、轉化并輸出，以達到改善和控制水質的目的，最終使水系成為具自凈能力、可自循環、具有生命力的水生生態系統，有利于長期有效地控制藻類和維持生態系統的健康。

3.路———交通穿行、休閑游憩與生態保育功能兼顧

平整片區道路，按照不同功能特點，設計生產路、田間路與游憩步道3種主要道路類型。同時，在田間設計生態溝渠與生物通道，提高田間水質凈化能力，加強蛙類的生態保育。

1）生產路。寬2米，以節約工程成本、低碳循環利用、凸顯鄉土特色為出發點，主要設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內磚瓦式房屋，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。循環利用項目區房屋拆除留下來的碎狀石塊，鋪設以碎石、素土等材質的路面。

2）田間路。寬4米，以便于車輛通行，發揮海綿體作用為出發點，將田間路中央1米段設計為土質，兩邊則鋪設水泥，一方面有效減少過往車輛對原土質道路的破壞，另一方面，保留中部道路的自然風貌，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、發揮景觀美化功能為出發點，結合生態技術和特殊處理手法，在池塘中央，鋪設架空的木質棧道，以減少對水體動植物生境的破壞；合理設計棧道曲度，曲徑通幽，野趣十足，增強其景觀美化功能。

4）生態溝渠。在田埂周邊建設生態溝渠，在溝底鋪設多孔水泥板與碎石，后期種植牧草、水芹等植物，并在渠道中分段設置節制閘，減緩水流的速度，增加滯留時間，增加植物對養分的利用時間，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）生態通道。依托土地整治工程，在生態溝渠靠農田區域側，搭建生態階梯———兩棲類動物生態通道，通過階梯深度、坡度等指數的合理設置，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，構建多層次植物群落

將農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，降低成本，循環利用，同時由于本土物種在原始生態系統生態位中的作用已經固定化，利用它們也能有效地維護生態平衡。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。