里下河地區(qū)生態(tài)型農(nóng)業(yè)科技園設(shè)計探索
——揚州大學(xué)（高郵）現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科教示范園規(guī)劃解析

解大偉

（上海城鄉(xiāng)建筑設(shè)計院有限公司，上海 200000）

0 引言

里下河地區(qū)屬江蘇省沿海江灘湖洼平原的一部分，由里運河、通揚運河、串場河和蘇北灌溉總渠圍合而成。里下河地區(qū)涉及江蘇省揚州市、泰州市、南通市、淮安市、鹽城市等主要城市。里下河地區(qū)四周高，中間低，是歷史上水患最嚴(yán)重的地區(qū)之一。面對洪水威脅，生活在此的先民開挖河道、修建圩田，形成了自然河道和人工河道水網(wǎng)稠密的農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域，并成為江蘇省乃至華東地區(qū)重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地。但長期以來，當(dāng)?shù)卮嬖谄孀非蟾弋a(chǎn)而大量使用農(nóng)藥、化肥并建設(shè)大規(guī)模動物養(yǎng)殖場的現(xiàn)象，由此產(chǎn)生的面源污染對區(qū)域生態(tài)安全構(gòu)成了一定威脅。

目前，關(guān)于生態(tài)型農(nóng)業(yè)科技園并無統(tǒng)一定義。根據(jù)《農(nóng)業(yè)科技園區(qū)建設(shè)規(guī)范》（NY/T 2365—2013），農(nóng)業(yè)科技園區(qū)（Agricultural Science and Technology Park）是以現(xiàn)代科技為支撐，立足于區(qū)域農(nóng)業(yè)開發(fā)和主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，按照現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營管理的要求，以科技研發(fā)、技術(shù)示范、輻射推廣為主要內(nèi)容，在特定區(qū)域建立的對區(qū)域農(nóng)業(yè)與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)具有較強示范帶動作用的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范基地。生態(tài)型農(nóng)業(yè)科技園可在上述概念基礎(chǔ)上延伸定義為：引入生態(tài)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和系統(tǒng)工程理論作為指導(dǎo)，運用生態(tài)系統(tǒng)的原理和系統(tǒng)科學(xué)的方法，按碳氮循環(huán)和其他生態(tài)關(guān)系組織農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，在持續(xù)獲取最優(yōu)/最大生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)效益的同時，形成穩(wěn)定、協(xié)調(diào)的生態(tài)環(huán)境的農(nóng)業(yè)科技園區(qū)，是在一定區(qū)域內(nèi)構(gòu)建高效、無公害、可復(fù)制推廣的新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的重要支撐之一。

面對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收的現(xiàn)實需要，以及里下河地區(qū)河港密布，殘留農(nóng)藥、化肥的農(nóng)田尾水和養(yǎng)殖（污）廢水容易通過河道水網(wǎng)擴散的環(huán)境狀況，揚州大學(xué)結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H，開展生態(tài)型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技園規(guī)劃設(shè)計研究，提升農(nóng)民生活水平，引領(lǐng)區(qū)域無公害農(nóng)業(yè)發(fā)展，推動實施綠色鄉(xiāng)村振興。

1 項目背景

2016年1月16日，揚州大學(xué)與揚州市人民政府、高郵市人民政府共同簽署《關(guān)于揚州大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科教示范園合作共建的協(xié)議書》，決定在里下河地區(qū)暨高郵市打造一處國內(nèi)一流、國際先進(jìn)的農(nóng)業(yè)科教示范園區(qū)，承擔(dān)在里下河地區(qū)乃至更大區(qū)域范圍內(nèi)研發(fā)、教學(xué)及示范推廣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技的重要使命。項目基地選址在江蘇省揚州市國家農(nóng)業(yè)科技園核心區(qū)內(nèi)，隸屬里下河地區(qū)高郵市卸甲鎮(zhèn)，地理坐標(biāo)為北緯32°47′、東經(jīng)119°25′。規(guī)劃用地范圍：東至區(qū)域河道（小涇溝），西至區(qū)域灌渠（十一支渠），南至規(guī)劃支路，北至現(xiàn)狀農(nóng)田區(qū)。規(guī)劃用地紅線內(nèi)面積為156.07 hm。在項目規(guī)劃過程中，設(shè)計團(tuán)隊引入不同專業(yè)領(lǐng)域的專家作為咨詢顧問，試圖綜合應(yīng)用多種途徑和技術(shù)手段，創(chuàng)建生態(tài)型農(nóng)業(yè)科技園，為解決區(qū)域內(nèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)弊端，應(yīng)對現(xiàn)實經(jīng)濟(jì)與生態(tài)挑戰(zhàn)探索可行的路徑。規(guī)劃園區(qū)整體鳥瞰效果與總平面布置見圖1和圖2。

圖1 整體鳥瞰圖

圖2 總平面圖

2 基于實現(xiàn)生態(tài)內(nèi)涵的規(guī)劃設(shè)計

針對里下河地區(qū)發(fā)展生態(tài)綠色農(nóng)業(yè)所面臨的突出問題與挑戰(zhàn)，規(guī)劃從揚州大學(xué)（高郵）現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科教示范園建設(shè)的現(xiàn)實需求出發(fā)，著力探索生態(tài)型農(nóng)業(yè)科技園建設(shè)的可行路徑，重點圍繞以下3方面營造園區(qū)的生態(tài)環(huán)境。

2.1 優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提升綜合效益

農(nóng)業(yè)面源污染問題產(chǎn)生的根本原因是對提升生產(chǎn)價值的渴求，生態(tài)型農(nóng)業(yè)科技園建設(shè)必須對此予以重視和回應(yīng)。規(guī)劃結(jié)合基地現(xiàn)狀，發(fā)掘用地潛力，通過采取多項措施，以提高單位土地產(chǎn)出，進(jìn)一步提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。

第一，協(xié)調(diào)對接基地周邊的產(chǎn)業(yè)分布，合理安排基地內(nèi)的主要農(nóng)作物項目，突出產(chǎn)業(yè)鏈延伸與互補。規(guī)劃北向發(fā)展生態(tài)養(yǎng)殖，構(gòu)建生態(tài)軸，與北側(cè)的優(yōu)質(zhì)稻麥輪作區(qū)形成耦合發(fā)展；西向發(fā)展作物種植，構(gòu)建生產(chǎn)軸，與西側(cè)的改良農(nóng)田推廣區(qū)形成協(xié)調(diào)聯(lián)動；南向安排綜合服務(wù)設(shè)施和園藝種植，構(gòu)建生活軸，與優(yōu)質(zhì)苗木花卉培育區(qū)形成融合發(fā)展。

第二，調(diào)整并優(yōu)化基地內(nèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局。根據(jù)地形和區(qū)域光、熱、水環(huán)境條件，實施稻麥輪作，提高主要農(nóng)作物的全年產(chǎn)量；通過組織園藝栽培，增加經(jīng)濟(jì)作物種植；改造現(xiàn)狀魚塘，實施水禽與水產(chǎn)健康養(yǎng)殖；引進(jìn)規(guī)模適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)殖場。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局現(xiàn)狀與規(guī)劃比較見圖3。

圖3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局現(xiàn)狀圖/規(guī)劃圖

第三，依托多樣化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)內(nèi)容和特色鮮明的農(nóng)業(yè)景觀，開展自然教育和農(nóng)業(yè)旅游。

綜上，對基地內(nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整前后預(yù)期收益進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，調(diào)整后基地內(nèi)單位土地產(chǎn)生的價值約增加了8.52倍（見表1）。

表1 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整前后預(yù)期收益比較

2.2 構(gòu)建循環(huán)農(nóng)業(yè)體系

基于資源循環(huán)利用與保障資源環(huán)境安全的需要，并參考區(qū)域循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展水平，規(guī)劃在配置不同形式的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)項目基礎(chǔ)上，融合雨水收集與利用，研究確定不同類型農(nóng)作暨種植+養(yǎng)殖的適宜規(guī)模，種養(yǎng)結(jié)合，對種植（養(yǎng)殖）廢（水）棄物進(jìn)行多元化處理、分步處理與分級利用，通過生態(tài)還田與達(dá)標(biāo)排放實現(xiàn)減排目的，從而建立體現(xiàn)碳氮循環(huán)內(nèi)涵的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式（見圖4），推進(jìn)園區(qū)實現(xiàn)“清潔化生產(chǎn)、減量化投入、資源化利用”。同時，規(guī)劃一方面在園區(qū)內(nèi)部以及對相鄰或相近規(guī)模化種植/養(yǎng)殖實行耦合發(fā)展，推行立體生態(tài)農(nóng)業(yè)；另一方面對接園區(qū)所在的揚州國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)（八橋核心區(qū)）有機肥處理中心和資源再利用中心（污水糞便、秸稈處理、沼氣站），令基地內(nèi)科研、生產(chǎn)與之銜接，構(gòu)建循環(huán)農(nóng)業(yè)閉環(huán)，引導(dǎo)場地內(nèi)外生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)入良性自循環(huán)。

圖4 規(guī)劃園區(qū)內(nèi)生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式構(gòu)建技術(shù)路線與減排模式

為支撐并保障園區(qū)生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式的持續(xù)有效運轉(zhuǎn)，規(guī)劃梳理了有機固廢種類、產(chǎn)量，核定生態(tài)還田所需配套土地（見表2），并為其提供保障。其中，固體廢棄物的處置嚴(yán)格執(zhí)行國家相關(guān)法律法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵固體廢棄物綜合利用，減少廢物產(chǎn)生量。同時，基于不同的無害化處理路徑，規(guī)劃為有機固體廢物處理建立包括蚯蚓生物工程床和好氧堆肥場在內(nèi)的配套設(shè)施（見表3）。

表2 有機固體廢物種類、產(chǎn)量及生態(tài)還田所需配套土地預(yù)計

表3 有機固廢處理配套設(shè)施類型與規(guī)模

在科技園設(shè)計過程中，充分考慮里下河地區(qū)河港密布，容易造成殘留農(nóng)藥、化肥的農(nóng)田尾水和養(yǎng)殖（污）廢水通過河道水網(wǎng)擴散的環(huán)境特征，針對潛在的生態(tài)安全隱患，規(guī)劃環(huán)境保護(hù)及污染防治以種植（養(yǎng)殖）廢棄物綜合利用為主導(dǎo)，以污染物工程治理為保障，以非工程措施為補充。園區(qū)在設(shè)置以人工濕地系統(tǒng)為主體生態(tài)水處理設(shè)施基礎(chǔ)上，規(guī)劃建設(shè)污水處理工程，并完善配套管網(wǎng)，提高污水收集和處理率，保障水生態(tài)環(huán)境安全具有一定的冗余度。園區(qū)內(nèi)實施雨污分流：雨水、農(nóng)田與綠化排水進(jìn)入自然水體與生態(tài)蓄水設(shè)施（人工濕地）后再進(jìn)行循環(huán)利用；一般污水（含生活污水與非養(yǎng)殖區(qū)沖洗污水）實行納管排放；養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)的沖洗污水和養(yǎng)殖廢水（含尿污）經(jīng)相應(yīng)的污水處理工藝處理，達(dá)到國家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［含《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18596—2001）、《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）三級標(biāo)準(zhǔn)和《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 31962—2015）］規(guī)定的排放要求后進(jìn)入市政管網(wǎng)，再經(jīng)區(qū)域片區(qū)污水處理廠處理后排放。規(guī)劃根據(jù)自然場地高差，結(jié)合畜禽養(yǎng)殖區(qū)建設(shè)1座污水處理站。污水處理站采用HUBF厭氧高塔反應(yīng)器進(jìn)行高效厭氧水解，采用好氧生物反應(yīng)塔進(jìn)行好氧處理，污水經(jīng)厭氧/好氧處理后進(jìn)入沼液池進(jìn)行深度處理。沼液池除用于污水深度處理外，還在市政管網(wǎng)維護(hù)時作為備用排水和緩沖設(shè)施，保證農(nóng)業(yè)持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。

經(jīng)預(yù)評估，通過多項處理措施的綜合應(yīng)用，園區(qū)內(nèi)種植（養(yǎng)殖）廢（水）棄物排放達(dá)標(biāo)率為100%（見表 4）。

表4 種植（養(yǎng)殖）廢（水）棄物排放情況預(yù)評估

2.3 圍繞水資源利用塑造韌性的生態(tài)農(nóng)業(yè)基底

在優(yōu)化園區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)布局并構(gòu)建與之相適應(yīng)的循環(huán)農(nóng)業(yè)體系基礎(chǔ)上，規(guī)劃還立足區(qū)域環(huán)境特征，緊扣“水”這一影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵要素，從滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要的水循環(huán)路徑出發(fā)，梳理規(guī)劃園區(qū)水系（見圖5），圍繞水資源利用塑造韌性的生態(tài)農(nóng)業(yè)基底。

圖5 水循環(huán)與水系規(guī)劃

從水環(huán)境現(xiàn)狀來看，基地西側(cè)為區(qū)域灌渠十一支渠，南向中部有十二支渠接入，東側(cè)為小涇溝。其中，小涇溝（鹽邵河—北澄子河段）為高郵市里下河地區(qū)現(xiàn)有圩外骨干排水河道。規(guī)劃基地內(nèi)現(xiàn)狀地表水體分為自然河道與灌排渠。現(xiàn)狀灌溉水源主要依靠區(qū)域灌渠十一支渠和十二支渠。規(guī)劃水系統(tǒng)主要集中在用水安全（供水保障與防洪除澇）和水生態(tài)利用（水生態(tài)凈化與循環(huán)利用）兩大領(lǐng)域。

2.3.1 供水保障與防洪除澇。里下河地區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，雖然水資源豐富（年平均降雨量為1 030 mm），但由于受季風(fēng)影響，地區(qū)水資源量年際變化相對較大且年內(nèi)分配不均，易旱易澇。其中，汛期（6—9月）水資源量超過全年水資源量的65%左右，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成一定影響。規(guī)劃通過溝通、疏浚、整合基地內(nèi)外的現(xiàn)有河道與水利設(shè)施，構(gòu)建了一個具有功能性的水生態(tài)系統(tǒng)。通過凈化、過濾渠道引水與自然降水，支持高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)業(yè)灌溉用水和綠色健康養(yǎng)殖用水，同時應(yīng)對汛期極端降水帶來的風(fēng)險。在充分考慮外部引水條件和土地利用效率的基礎(chǔ)上，園區(qū)內(nèi)安排建設(shè)適量的生態(tài)雨水（積蓄）設(shè)施，并通過河/溝、人工濕地和人工湖（蓄水塘）實現(xiàn)雨水集蓄。其中，規(guī)劃在園區(qū)中部河道交匯處開挖的人工濕地與人工湖構(gòu)成雨水集蓄設(shè)施的主體，園區(qū)內(nèi)自然降水、農(nóng)田/綠化排水、玻璃溫室與建筑屋面收集的雨水經(jīng)溝渠、雨水管網(wǎng)匯聚其中，作為農(nóng)業(yè)灌溉、綠化澆灑養(yǎng)護(hù)、非養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)沖洗、水產(chǎn)/養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)沖洗用水的主要水源。在集中汛期，規(guī)劃園區(qū)水系可以發(fā)揮調(diào)蓄雨水的積極作用，以應(yīng)對洪水和內(nèi)澇。通過合理設(shè)置排澇/調(diào)水泵站、水閘等設(shè)施，控制園區(qū)內(nèi)河（湖）水位：當(dāng)園區(qū)內(nèi)河水位上升到安全水位時，啟動雨水排洪泵站，將園區(qū)內(nèi)雨水排至區(qū)域排水河道（小涇溝），直至水位跌至控制水位時關(guān)閉泵站；農(nóng)田降漬期間，控制關(guān)閉雨水集蓄區(qū)與內(nèi)河連通口處的閘門，打開大田區(qū)閘門并啟動排澇泵站，在不影響雨水集蓄區(qū)（綠化、灌溉與沖洗水源）存水的情況下，使園區(qū)內(nèi)部河道水位保持在滿足作物降漬標(biāo)準(zhǔn)所需要的控制地下水埋深以下，從而實現(xiàn)排澇降漬。

2.3.2 水生態(tài)凈化與循環(huán)利用。人工濕地技術(shù)在水處理中的應(yīng)用研究和連續(xù)跟蹤檢測表明，表面流人工濕地處理直排雨水與潛流人工濕地處理循環(huán)水體的結(jié)合應(yīng)用，可保證一般出水/蓄水水質(zhì)達(dá)到現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中規(guī)定的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，且在夏季不暴發(fā)藻類。規(guī)劃依據(jù)水系現(xiàn)狀，在園區(qū)內(nèi)構(gòu)建人工濕地系統(tǒng)（見圖6），沿地勢低洼處選取適當(dāng)區(qū)域進(jìn)行濕地化處理，充分發(fā)揮人工濕地在調(diào)蓄雨洪、凈化水質(zhì)和維持區(qū)域水生態(tài)平衡中的重要作用，避免水旱災(zāi)害，哺育農(nóng)業(yè)農(nóng)作，為穩(wěn)定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供基礎(chǔ)保障。規(guī)劃水生態(tài)凈化設(shè)施時，考慮充分利用田間灌排設(shè)施和雨水集蓄工程設(shè)施，以節(jié)約造價和土地。結(jié)合園區(qū)生產(chǎn)空間布局，其凈化工藝流程如下。

圖6 規(guī)劃人工濕地系統(tǒng)構(gòu)建

生態(tài)溝渠——沉淀過濾：自區(qū)域河道與灌渠引水入園以后，進(jìn)行物理沉降與過濾，使水中大顆粒沉淀，去除物理雜質(zhì)。

一級生態(tài)凈化區(qū)——初級凈化：運用水底敷料進(jìn)行初步吸附凈化，利用濕生植物（如沉水植物）凈化水質(zhì)，以提高其透明度。

二級生態(tài)凈化區(qū)——吸附重金屬，降解有機物：針對水質(zhì)情況，相應(yīng)配置動/植物以豐富生態(tài)系統(tǒng)。

水質(zhì)穩(wěn)定調(diào)節(jié)區(qū)——水體復(fù)氧：運用底棲動物、水生植物、陸生植物與濕生植物，完善濕地生態(tài)系統(tǒng)，使?jié)竦鼐邆渥晕倚迯?fù)與凈化的功能。

景觀水展示區(qū)：凈化后水體的水質(zhì)達(dá)到現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中規(guī)定的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

相關(guān)研究表明，構(gòu)建科學(xué)、運行良好的人工濕地對生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD）、化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、懸浮物（Suspended Solids）、氮和磷均具有較高的去除效率。園區(qū)規(guī)劃水功能帶中濕地面積約為6.2萬m，最大日處理凈水量為0.52萬m。生態(tài)凈化后的水可作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水、綠地澆灌用水、景觀用水，或者匯流入?yún)^(qū)域河道，改善環(huán)境水質(zhì)，夯實生態(tài)型農(nóng)業(yè)科技園建設(shè)與運營的基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

項目規(guī)劃于2017年5月通過高郵市人民政府審批并進(jìn)入實施階段，其中生態(tài)智慧牧場已于2019年12月建成并投入生產(chǎn)運營。由于受到建設(shè)用地獲取程序等因素的影響，園區(qū)其他部分建設(shè)預(yù)計推遲到2024年完成。鑒于鄉(xiāng)村振興背景下統(tǒng)籌農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)民增收和生態(tài)保護(hù)的重要性，希望通過該項目的實踐，發(fā)揮其在里下河地區(qū)的示范作用，鼓勵和引導(dǎo)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民更新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，并從中獲益。同時，推動生態(tài)型農(nóng)業(yè)科技園建設(shè)，促進(jìn)區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)可持續(xù)的無公害農(nóng)業(yè)發(fā)展。