生活污水杨树林地生态处理效益分析

白保勋，陈东海，沈希辉，曹辉，石彦召，范大整



生活污水杨树林地生态处理效益分析

白保勋1*，陈东海1，沈希辉2，曹辉1，石彦召1，范大整3

（1.郑州市农林科学研究所，郑州 450005；2.河南省格兰德园林科技有限公司，郑州 450000； 3.驻马店市林业局，河南 驻马店 463000）

为了研究生活污水杨树林地生态处理的效益，选择了3个杨树无性系，进行了污水林地处理试验。结果表明：生活污水林地生态处理增加了杨树人工林的木材收益、污水处理间接收益，生态效益显著；污水处理后，‘中林2001’杨经济收益增加量最大，其次是欧美107杨，I-72杨最低。

污水生态处理；杨树人工林；木材增产收益；污水处理间接收益；生态效益

土地生态处理投资少、能耗低、净化效果好、工艺简单，同时具有充分利用污水中的水分与养分、改善土壤养分状况、防止水分与土壤养分流失等功能[1]。土地生态处理对污水中的主要氮磷污染物吸收净化效果好，土地处理系统建设与运营费用低。由于土地生态处理系统中，处理达标后的污水渗入了土壤或排入地下，有效地避免了直接排入河流对地表水产生污染[2-5]。为了研究生活污水杨树林地生态处理的效益，在杨树人工林地进行了试验，对生活污水杨树林地生态处理增加木材收益、污水处理间接收益、生态效益进行了研究，对认识、应用、推广污水林地处理生态工程具有重要意义。

1 研究区概况

生活污水处理试验在郑州市南的龙湖镇北部进行，试验区域气候类型为暖温带大陆性气候，年平均气温14.4℃，年平均降水量640.9 mm，年平均无霜期220 d，试验地土壤为潮土。

在郑州市龙湖镇生活污水排污口下游，栽有大面积的杨树林，这些杨树人工林为河岸防护林与用材林，距居民区与校园较远。排污口每天排出大量生活污水，污水没有经过处理直接排放，对当地地表水与地下水造成了污染。生活污水主要来源于村镇居民与大学园区，不含工业废水。

2 材料与方法

2.1 试验材料

选择在中部地区栽植面积较大、生长良好的3个无性系，包括I-72杨、欧美107杨、中林2001杨，进行生活污水生态处理试验。试验地杨树人工林密度约为2 000株/hm2，林相整齐，林地立地条件相近，杨树即将进入速生期，林木生长需要大量水分与养分。试验用生活污水中总氮与总磷含量超过了国标规定的三级标准，其他主要污染物含量未超过国标规定的标准值。

2.2 试验方案

污水林地生态处理系统田间配水系统包括沉淀池、田间垄沟等。对试验林地进行平整，垄沟呈南北向，沿垄沟供水。污水生态处理的工艺流程为：原污水→污水提升泵→沉淀池→林地输配水系统→（土地-植物-微生物系统净化）→补给地下水。

按照杨树无性系划分试验小区，同一无性系不同处理样地采取随机抽样的方式设置，每个处理重复3次。在样地周围打上水堰，防止污水流出样地使试验产生误差。样地距林缘、相邻样地之间设置隔离行，防止在试验中相互影响。在试验中，生活污水水力负荷为0（CK）、300、600、900、1 200、1 500 m3/（hm2·week），采用地面灌溉的方式投配生活污水。

生活污水处理进行了两年，在试验开始前与结束后，分别用胸径尺与测树仪测量不同处理林地杨树的胸径与树高，计算各样地平均胸径与树高，每个样地选择3～5株平均木，测定试验期间杨树的材积增加量。

2.3 经济效益计算与分析

2.3.1经济效益计算

根据杨树木材蓄积增加量与杨树木材的市场价格，计算杨树木材增产的经济收益。

根据不同杨树无性系适宜水力负荷，参照现有污水处理厂污水处理成本，计算污水杨树林地生态处理的间接收益。

2.3.2经济效益分析

采用静态分析法对污水杨树林地生态处理进行经济评价分析，评价分析参数包括效益费用比和投资还本年限。

3 经济效益分析

3.1 经济效益

3.1.1污水处理的间接收益

杨树林地系统适宜的年污水处理量为18 000～24 000 m3/hm2·a，现在的污水处理成本为0.89元/m3。按照生活污水杨树林地生态处理适宜水力负荷与生活污水处理成本，计算污水处理的间接收益。结果表明，中林2001杨污水处理的间接收益最大，其次是欧美107杨和I-72杨（见表1）。

表1 污水杨树林地生态处理污水的经济效益

3.1.2木材增产收益

试验结果表明，与对照相比（不进行污水灌溉），生活污水林地生态处理能够显著提高林木的蓄积量，增加了杨树人工林的经济收益。从表2可以看出，适宜的水力负荷可以大幅度提高杨树人工林的蓄积量，中林2001杨人工林增加的木材收益最大，其次是欧美107杨，I-72杨最小。

表2 污水杨树林地生态处理木材增产经济效益

3.1.3经济效益分析

生活污水杨树林地生态处理主要是灌溉设施投资，包括沉淀池、地埋管、田间垄沟。污水林地生态处理系统年运行费主要包括整地等费用、提水费用、设备维修费用、人工费和必要的监测费用等。按照实际支出，计算污水处理系统总投资与运营费用。用公式（1）（略）和公式（2）（略）计算污水林地处理的效益费用比与投资还本年限。

从表3可以看出，中林2001杨人工林效益费用比最高，投资还本年限最短；I-72杨人工林效益费用比最低，投资还本年限最长；欧美107杨人工林介于以上两种杨树无性系之间。用以上3种杨树无性系人工林地进行生活处理，项目技术上可行，经济上合理。由于污水杨树林地生态处理也增加了枝与根生长量，如果杨树采伐后，对枝桠与根进行综合利用，木材增产收益将进一步提高，但杨树增产收益只能在杨树采伐后得到，周期较长。

表3 污水处理经济效益分析

3.2 生态效益分析

我国水资源缺乏，人均水资源少，很难满足农林业用水需要。同时，我国水污染问题越来越严重，水资源供需矛盾更加突出。利用污水生态处理技术是土地处理技术中经济效益最大、水和氮磷等养分利用率较高的一个类型。与常规的污水灌溉相比，生活污水林地生态处理将污水作为水肥资源进行利用，而且通过对单位面积灌溉量进行控制，确定污水处理的制约因素，将污水有控制地投配到土地上，保证系统在最佳状态下的连续运行，污水处理能够充分利用生活污水资源，生态效益显著。

在季节性干旱比较严重的地区，林地生态处理技术的应用，不仅能够消除水污染问题，而且把污水作为一种肥水资源加以利用，改善了杨树人工林生态系统的结构与功能，使杨树人工林生长加快，改善农村的卫生状况，提高了杨树人工林的生态服务功能。采用生活污水林地生态处理技术，利用生活污水肥水资源，可以培育出速生丰产的杨树用材林。

如果杨树无性系选择得当，水力负荷适宜，可以防止生活污水污染地表水与地下水，生活污水杨树林地处理生态效益显著。在我国西北部季节性干旱比较严重的地区，农村生活污水杨树林地生态处理可改变当地的生态环境，发挥其环境保护、污水净化与木材增产等多种功能。

4 结论

生活污水杨树林地生态处理投资少，运营费用低，能够大幅度增加杨树木材蓄积量，获得较高的木材收益与间接的污水处理收益。生活污水林地生态处理使杨树人工林生长迅速，改善了当地的生态环境，提高了人工林的防护效果，生态效益非常明显。由于生活污水杨树林地生态处理具有上述优势，在季节性干旱严重，尤其是水资源比较缺乏的中西部地区，拥有良好的应用前景。

[1] 许柏树. 实用决策方法—层状分析原理[M]. 天津：天津大学出版社，1998.

[2] 孙铁珩，姜凤岐. 草原矿区开发的环境影响与生态工程[M]. 北京：科学出版社，1999.

[3] 杨翠芬，孙铁珩，李培军. 城市生活污水土地处理专家系统研究[J]. 应用生态学报，1998，9（5）：520-524.

[4] 杨翠芬，孙铁珩，李培军. 污水土地处理生态工程综合效益评价[J]. 应用生态学报，1999，10（4）：481-484.

[5] 高拯民，李宪法. 城市污水土地处理利用设计手册[M].北京：中国标准出版社，1991.

Analysis on the Benefits of Domestic Wastewater Poplar Woodland Eco-wastewater

BAI Bao-xun1, CHEN Dong-hai1, SHEN Xi-hui2, CAO Hui1, SHI Yan-zhao1, FAN Da-zheng3

(1.Agriculture and Forestry Science Institute of Zhengzhou, Zhengzhou 450005, China; 2.Green-Land Garden Technology Co.,Ltd of Henan Province,Zhengzhou 450000, China; 3.Zhumadian City Forestry Bureau, Henan Zhumadian 463000, China)

A wastewater eco-treatment experiment with different hydraulic loads was conducted in three poplar clones plantation woodland to study the benefits of domestic wastewater eco-treatment. The results showed that wastewater treatment increased the timber income, wastewater treatment benefits and ecological benefit. The incremental amount of economic benefit of wastewater treatment in the following order: poplar ‘zhonglin 2001’ plantation> poplar Euramerican 107 plantation> poplar I-72 plantation.

wastewater eco-treatment ; poplar plantation ; incremental timber income; wastewater treatment benefits ; ecological benefit

S 792.1

B

1003-2630（2014）04-0023-03

2014-12-13

郑州市重点科技攻关项目“郑州都市农业生态服务价值评估与生态补偿方法研究”（20130244）、河南省公益科研院所预研项目计划“生活污水杨树林地慢渗生态处理技术研究”（0921038101）资助.

白保勋（1965-），男，河南驻马店人，博士，副研究员，主要从事都市农业与环境生态研究.Email：baibaoxun@126.com.

（责任编辑：王文彬）