吉林省西部地區(qū)生態(tài)灌區(qū)建設(shè)研究

薛承文，張英勃

(吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院，吉林 長春 130021)

中國是農(nóng)業(yè)大國，自然資源豐富，但人均占有量較低，其以占全球9%的耕地以及6%的淡水資源養(yǎng)活了近22%的人口，改革開放后的快速發(fā)展在生態(tài)環(huán)境方面付出了沉重的代價。根據(jù)環(huán)境保護部和國土資源部此前公布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》，全國土壤環(huán)境狀況總體不容樂觀，部分地區(qū)土壤污染較重，耕地土壤點位超標率為19.4%，農(nóng)業(yè)已超過工業(yè)成為我國最大的面源污染產(chǎn)業(yè)。

近幾年，我國化肥、農(nóng)藥的生產(chǎn)和使用總量居世界第一，化肥與農(nóng)藥的過量使用，導致土壤中養(yǎng)分、重金屬以及有毒有機物富集而引起土地污染，直接威脅農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，造成水體環(huán)境富營養(yǎng)化；同時，畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈和農(nóng)田殘膜等農(nóng)業(yè)廢棄物不合理處置，也使得中國農(nóng)村環(huán)境惡化。過去，家庭聯(lián)產(chǎn)承包責任制增加了農(nóng)民的勞動積極性，卻將人分割開來，影響了現(xiàn)代化進程，現(xiàn)在需對灌區(qū)進行統(tǒng)一建設(shè)。目前，國家重視生態(tài)文明建設(shè)，力爭資源的可持續(xù)利用，而傳統(tǒng)思維建設(shè)的灌區(qū)在當前也暴露出諸多問題，因此對農(nóng)業(yè)生態(tài)灌區(qū)的研究對于當前灌區(qū)的建設(shè)管理具有重要的指導意義。

1 灌區(qū)建設(shè)普遍存在的問題

灌溉系統(tǒng)通常包括3個核心要素，即灌溉水源，渠系工程和灌溉土地，相較于自然生態(tài)系統(tǒng)，其人工干預(yù)性較強。過去在設(shè)計灌溉系統(tǒng)時往往以工程效益最大化為目標，僅注重短期的農(nóng)業(yè)收益，而未將整體的區(qū)域生態(tài)環(huán)境納入考慮范圍，加之全球極端氣候影響，灌區(qū)水環(huán)境惡化、土壤質(zhì)量退化、農(nóng)田面源污染、生物多樣性降低、生態(tài)系統(tǒng)破壞等一系列制約灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展的突出問題涌現(xiàn)出來[1- 2]。灌區(qū)的主要問題有：

(1)灌溉水資源。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，人口的增加和灌溉水資源總量在減少，工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水及生活用水的矛盾日益突出。同時，受農(nóng)業(yè)面源污染的影響，可利用水資源的水質(zhì)也在惡化。全球氣候變暖對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響較大，直接導致作物需水量的增加?，F(xiàn)有可利用水資源減少，用水需求在增加，人類活動嚴重加劇了水資源分布不均狀況，有些生態(tài)系統(tǒng)所受損害已達到無法再修復的情況，正面臨不可逆轉(zhuǎn)的惡化風險。近些年，伴隨生態(tài)保護意識的提升，在水資源調(diào)配時還需著重考慮生態(tài)用水。

(2)渠系工程。渠系工程是灌區(qū)工程的主體。水利設(shè)施老化，遭搶占且管理落后現(xiàn)象普遍。即使是最精心設(shè)計的灌溉系統(tǒng)也無法長期適應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，隨著新開發(fā)灌區(qū)灌溉面積的增加，現(xiàn)有渠道不能滿足灌溉要求，有的渠道滲漏嚴重導致灌溉水利用系數(shù)極低，有的渠道采用硬質(zhì)化的襯砌防滲，雖效果極好，但是渠道不適合水生生物生長，降低了農(nóng)業(yè)退水的自凈能力，影響灌區(qū)濕地的生物多樣性。

(3)耕地質(zhì)量。近幾年，我國化肥、農(nóng)藥的生產(chǎn)和使用量雖居世界第一，但利用率比世界發(fā)達國家卻低15%到20%左右?；?、農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)投入品過量使用，以及污水灌溉等不合理的水土利用方式導致了土壤板結(jié)、堿化，耕地質(zhì)量明顯下降，土壤鹽漬化、荒漠化及沙化等導致的環(huán)境問題突出。土地退化嚴重，生產(chǎn)力降低已威脅到國家糧食安全。

合理的灌溉系統(tǒng)需要恢復土地資源保護、生物多樣性保護和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之間的生態(tài)平衡，創(chuàng)造出一個長期生態(tài)健康和有可持續(xù)生產(chǎn)力的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

2 建設(shè)生態(tài)灌區(qū)的必要性

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是有價值的。自從1997年美國的生態(tài)經(jīng)濟學家Costanza在《Nature》上發(fā)表了全球自然和生態(tài)系統(tǒng)價值評估之后，全世界都開展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值評估，尤其在中國。這篇文章最主要的影響力就是喚醒了決策者，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是有價值的，而且價值不菲。

人口增長和經(jīng)濟發(fā)展導致不可持續(xù)的農(nóng)業(yè)耕作方式，以及對土地和水資源的破壞性利用。尤其是低效用水以及污染(農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥和農(nóng)藥的使用)導致水資源日益減少。這些給水資源帶來了巨大的壓力，造成土地和生物多樣性退化。

吉林西部地區(qū)屬于半干旱大陸性季風氣候，降水量少、蒸發(fā)量大，是吉林省生態(tài)環(huán)境脆弱帶。在自然因素和人為因素雙重作用下，吉林西部生態(tài)環(huán)境日益惡化，土壤沙化、鹽堿化問題加重。氣候變化的不利影響正從根本上改變水資源格局。

我國水資源時空分布不均勻，北方地區(qū)降雨較少，且相對集中，容易出現(xiàn)干旱天氣，現(xiàn)在變得更容易產(chǎn)生嚴重的水資源短缺，這將加劇土地和動物棲息地退化。氣候的變化增加了對農(nóng)業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的緊迫性。吉林省作為我國重要的商品糧生產(chǎn)基地，西部灌區(qū)在保障國家糧食安全、發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟，建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方面發(fā)揮著重要的作用[3]。

西部地區(qū)的松原灌區(qū)、大安灌區(qū)等工程是正在實施的吉林省增產(chǎn)百億斤商品糧能力建設(shè)的重點工程。灌區(qū)建設(shè)的建設(shè)應(yīng)不只著重于追求經(jīng)濟效益和社會效益，需將灌區(qū)的土地利用空間布局借鑒景觀生態(tài)學的原理，構(gòu)建具有“斑塊一廊道一基質(zhì)”景觀格局模式的生態(tài)灌區(qū)，從而實現(xiàn)生物多樣性保護和土地資源的可持續(xù)利用，將灌區(qū)的環(huán)境效益最大化。

3 生態(tài)灌區(qū)的內(nèi)涵

近些年，國內(nèi)學者從不同角度對生態(tài)灌區(qū)的建設(shè)進行了大量的研究[1- 6]。生態(tài)灌區(qū)以生態(tài)文明建設(shè)為核心，以人與自然和諧理念為指導，建立功能健全的灌排渠系，制定合理的水資源配置方案，以保持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力、土地利用和生物多樣性的可持續(xù)平衡，修復脆弱的生態(tài)系統(tǒng)使其形成良性循環(huán)，提供良好的生活環(huán)境。生態(tài)灌區(qū)的構(gòu)建是為了實現(xiàn)生態(tài)、經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展。同時，很多學者對生態(tài)灌區(qū)的綜合評價原則和評價體系做了大量研究[4- 5]，在評價時仍需結(jié)合灌區(qū)自然及經(jīng)濟狀況、水資源開發(fā)利用程度及當?shù)乜萍嘉幕降牟町惖?，在借鑒相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，選擇內(nèi)容全面、易于量化的指標。生態(tài)灌區(qū)既可作為一個開放系統(tǒng)，又可視為一個獨立系統(tǒng)，作為開放系統(tǒng)即其易受人為干預(yù)，通過人為管理，實現(xiàn)灌區(qū)系統(tǒng)內(nèi)各要素、功能間的動態(tài)平衡，而作為獨立系統(tǒng)即生態(tài)灌區(qū)系統(tǒng)具有完全自凈能力，對于整個區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)有積極貢獻[8- 9]。

4 西部地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的幾點建議

農(nóng)田排水溝渠系統(tǒng)是農(nóng)田與水體之間的一個過渡帶，具有排水和生態(tài)濕地雙重作用，通過土壤吸附、植物吸收、生物降解等一系列作用，對農(nóng)田退水進行凈化，在生態(tài)型灌區(qū)的建設(shè)中起著重要作用，也是濕地重要的組成部分[6]。

吉林西部地區(qū)是世界三大鹽堿地之一，其農(nóng)田退水含鹽量高，如不妥善處理極易發(fā)生土壤次鹽堿化。該區(qū)域的前郭灌區(qū)始建于20世紀30年代，通過開發(fā)水田改造鹽堿土，農(nóng)田退水進入下游新廟泡承泄區(qū)濕地凈化，滿足排放標準后再排出。這一模式運行至今效果良好，在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中發(fā)揮重要的作用。

吉林省西部地區(qū)灌區(qū)的設(shè)計基于這一模式，如：五家子灌區(qū)的水源為嫩江水，其中用于農(nóng)業(yè)灌溉供水1.97億m3，灌區(qū)退水排入與灌區(qū)相鄰的平齊鐵路東側(cè)的勝家圍泡子、葦子溝泡子、六家泡子和楊戲法泡子；大安灌區(qū)是通過引嫩江水建設(shè)成的一個大規(guī)模綜合性農(nóng)業(yè)灌區(qū)，灌區(qū)西部退水排入小西米泡，灌區(qū)北部退水進入王家葦子附近的人工蘆葦濕地，灌區(qū)中部和南部退水排入大安灌區(qū)南部的人工濕地蘆葦濕地。松原灌區(qū)的西灌區(qū)退水排入天然泡沼及附近的葦田等。建設(shè)吉林西部生態(tài)灌區(qū)除做好灌溉和排水系統(tǒng)外，還應(yīng)做好以下工作：

(1)建立綜合的水質(zhì)水量監(jiān)測系統(tǒng)。鹽堿地開發(fā)水田過程中，會將大量的鹽堿帶入到下游承泄區(qū)，通常選擇在承泄區(qū)種植蘆葦和蒲草對水體進行凈化，因此需要在作物生長期內(nèi)對灌溉引水、退水進行監(jiān)測，尤其是承泄區(qū)水質(zhì)進行監(jiān)測，因鹽堿地農(nóng)業(yè)退水含鹽量高，應(yīng)避免承泄區(qū)內(nèi)鹽分濃度超過水生生物耐受限值，從而不影響水生生物的生存，有效建立承泄區(qū)水生生態(tài)系統(tǒng)。同時，水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)還可作為污染物早期預(yù)警系統(tǒng)，通過監(jiān)測確定承泄區(qū)的凈化能力，水鹽運移規(guī)律，從而優(yōu)化設(shè)計灌溉面積和承泄區(qū)面積的匹配。

(2)確定灌區(qū)生態(tài)環(huán)境需水量。生態(tài)環(huán)境需水量是構(gòu)建生態(tài)灌區(qū)的重要參數(shù)。松原灌區(qū)按片區(qū)劃分，相應(yīng)片區(qū)均設(shè)置承泄區(qū)，一旦承泄區(qū)內(nèi)鹽分濃度超過水生生物耐受限值，需及時對承泄區(qū)進行生態(tài)補水，以維持生物多樣性。因此，應(yīng)結(jié)合部不同灌溉片區(qū)的實際情況建立多目標優(yōu)化模型確定符合灌區(qū)生態(tài)環(huán)境需水量，以保證恢復和維持生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展。

(3)制定綜合的土地和水資源利用規(guī)劃。在制定調(diào)配水方案時不僅要考慮灌溉定額，還要結(jié)合確定的灌區(qū)生態(tài)需水量制定動態(tài)的土地和水資源管理計劃。同時，加強對于土壤養(yǎng)分和田間水的管理，提高灌溉水的利用效率，指導農(nóng)民科學施用化肥與農(nóng)藥，提高現(xiàn)有耕地質(zhì)量，而非擴張耕地，遏制并扭轉(zhuǎn)土地退化趨勢。

(4)灌區(qū)管理采用防災(zāi)建設(shè)標準。灌區(qū)管理制定防災(zāi)建設(shè)標準，以應(yīng)對極端天氣的不確定性。積極引入先進的節(jié)水技術(shù)、種植技術(shù)[5- 8]，結(jié)合灌區(qū)特點調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，改變種植模式，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受氣候變化的敏感度，增加其適應(yīng)能力，對灌區(qū)的基礎(chǔ)水利設(shè)施做好日常的監(jiān)測和維護。

5 結(jié)語

對生活環(huán)境的要求的提高，使得人們逐漸意識到保護生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是非常重要的，而在吉林西部這種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是通過農(nóng)業(yè)、草原、湖泊濕地生物多樣性獲得的，合理的灌溉系統(tǒng)有助于恢復土地資源保護、生物多樣性保護和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之間的生態(tài)平衡，按照生態(tài)灌區(qū)的建設(shè)理念創(chuàng)造出一個長期生態(tài)健康和有可持續(xù)生產(chǎn)力的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是未來灌區(qū)的建設(shè)重點。