農(nóng)田生態(tài)硬化型排水溝渠研究

徐 清，陳 偉，沈則軍，張宗峰

（鹽城市沿海水利工程有限公司，江蘇 鹽城 224153）

近年來，為了有效緩解糧食供應(yīng)緊張的現(xiàn)狀，化學(xué)肥料和農(nóng)藥使用量不斷增加，農(nóng)田中的氮、磷含量增多，農(nóng)田排水溝渠被污染，不僅破壞了其使用功能，還會(huì)對周圍生態(tài)環(huán)境構(gòu)成一定威脅。目前國內(nèi)對生態(tài)排水溝渠的研究較少，需結(jié)合農(nóng)業(yè)發(fā)展實(shí)際，深入研究溝渠效應(yīng)發(fā)揮的作用機(jī)制。

一、農(nóng)田生態(tài)硬化型排水溝渠的作用

生態(tài)排水溝渠是指在原溝渠上進(jìn)行改造，利用植物吸收作用，在溝渠周圍設(shè)置植物防護(hù)帶和生長帶，有效截留徑流攜帶的泥沙，將農(nóng)田中的氮、磷等物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，減少農(nóng)田排水溝渠污染問題。通常，農(nóng)田生態(tài)硬化型排水溝渠作為水利發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，可以將多余的水分排出農(nóng)田，避免作物爛根，也能夠改善水質(zhì)，突出農(nóng)田排水溝渠的水文效應(yīng)。同時(shí)，生態(tài)排水溝渠具有較強(qiáng)的去污效應(yīng)，去除農(nóng)田中的氮、磷成分，改善溝渠附近的生態(tài)環(huán)境，為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供保障[1]。

二、農(nóng)田生態(tài)硬化型排水溝渠水文效益與生態(tài)功能

1、有效調(diào)節(jié)水分平衡及改善水質(zhì)

農(nóng)田生態(tài)硬化型排水溝渠與其他大型溝渠不同，不僅是農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)置的重要組成部分，還能對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的水文條件和水體質(zhì)量改善起到調(diào)節(jié)作用。農(nóng)田生態(tài)硬化型排水溝渠系統(tǒng)中各個(gè)溝渠相互獨(dú)立，可以減少農(nóng)田作物淹沒數(shù)量，將洪水造成的損失降到最低。此外，干旱少雨季節(jié)應(yīng)用溝渠能夠在一定程度上滿足灌溉需要，通過合理調(diào)控地表水和地下水位，減少農(nóng)田排水中氮、磷等養(yǎng)分流失，有效改善排水水質(zhì)[2]。

2、促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)中各類物質(zhì)循環(huán)

農(nóng)田生態(tài)硬化型排水溝渠不僅具有水文效應(yīng)和去污效應(yīng)，還影響著農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中各種物質(zhì)內(nèi)循環(huán)。目前，農(nóng)田開發(fā)和利用中受氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)輸入過多影響，水體富營養(yǎng)化問題越來越突出。農(nóng)田排水溝渠既能夠保留所需養(yǎng)分，也能有效改善水質(zhì)。如，降雨時(shí)，農(nóng)田中的氮素、磷素等營養(yǎng)物質(zhì)受到雨水沖擊和溶解，通過徑流離開土壤，應(yīng)用生態(tài)硬化型排水溝渠可以通過底泥截留吸附、植物吸收以及微生物降解凈化等多種形式，在保證土壤養(yǎng)分含量的同時(shí)有效排出多余營養(yǎng)物質(zhì)。

3、增加農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性

農(nóng)田生態(tài)排水渠系統(tǒng)是動(dòng)物的棲息地，可以為魚、無脊椎動(dòng)物、哺乳動(dòng)物及鳥類動(dòng)物提供良好的生存環(huán)境。同時(shí)，農(nóng)田生態(tài)硬化型排水溝渠通過植物直接吸收水體和底泥中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，不僅改善了農(nóng)田周圍空氣質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境，還能為動(dòng)植物生長繁殖創(chuàng)造更良好的空間。

三、農(nóng)田生態(tài)硬化型排水溝渠研究趨勢及展望

1、合理設(shè)計(jì)

合理設(shè)計(jì)溝渠結(jié)構(gòu)是完善農(nóng)田生態(tài)硬化型排水溝渠系統(tǒng)使用功能的關(guān)鍵。應(yīng)以安全防護(hù)為核心，加強(qiáng)生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)，建設(shè)植物防護(hù)帶，降低徑流沖刷造成的破壞。同時(shí)，以節(jié)約土地為目的，根據(jù)襯砌排水、條田排水等施工要求，確定排溝尺寸，合理設(shè)計(jì)植物生長帶，防止地表水土流失[3]。

運(yùn)用現(xiàn)澆一體成型機(jī)澆筑代替直接拌合、壓實(shí)等處理，比混凝土結(jié)構(gòu)排溝環(huán)保，水流更加暢通。與透水磚砌筑排溝建設(shè)成本相比，可以節(jié)約1/3～1/2 左右，充分發(fā)揮出攪拌均勻、成本低、成型質(zhì)量高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定以及外觀美等優(yōu)勢，提高溝渠應(yīng)用的有效性。

多項(xiàng)研究表明，農(nóng)田中存在過量的沉積物會(huì)導(dǎo)致溝渠河床上升，破壞農(nóng)田排水溝渠系統(tǒng)，需要定期清除溝渠內(nèi)的污染物，避免沉積物堵塞。

為了加強(qiáng)溝渠濕地生態(tài)效應(yīng)，應(yīng)做好植物配置與管理工作。溝渠由孔狀溝體和水生植物組成，可根據(jù)不同時(shí)節(jié)和溝渠功能合理配置種植植物，有效沉降水流攜帶的泥沙。

維護(hù)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)多樣性。溝渠植被對生物群保護(hù)起到積極作用，多數(shù)學(xué)者就農(nóng)田生態(tài)硬化型排水溝渠對生態(tài)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)度展開研究，對后期生物多樣性維護(hù)與生態(tài)系統(tǒng)開發(fā)和保護(hù)有著重要影響。

2、加強(qiáng)固化

研究表明，在農(nóng)田生態(tài)硬化型排水溝渠建設(shè)中，使用固化劑與土壤拌合可以達(dá)到生態(tài)硬化的目的。為了加快推進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田排溝建設(shè)，強(qiáng)化農(nóng)田生態(tài)硬化型排水溝渠運(yùn)用效果，可以采用ISER 固化土排水渠技術(shù)，從而起到養(yǎng)護(hù)植被及改善環(huán)境條件的作用。

應(yīng)事先到現(xiàn)場取回土壤進(jìn)行性質(zhì)分析及固化劑配比試驗(yàn)，對結(jié)果進(jìn)行初步研究。施工前清潔場地，確保施工區(qū)域內(nèi)無垃圾和污染物。將原位土壤含水率調(diào)整到60%～75%，加入固化劑進(jìn)行攪拌。注意，攪拌后的攤鋪時(shí)間不宜過長，盡量控制在6 h 以內(nèi)。

為了保證施工場地?zé)o積水，遇到持續(xù)時(shí)間較長的降雨天氣，應(yīng)采取遮雨措施，在固化土養(yǎng)護(hù)凝期超過7 天后解除。同時(shí)不能忽視竣工檢驗(yàn)步驟，在ISER 固化土排水渠施工完成后7 天內(nèi)為自然養(yǎng)護(hù)期，應(yīng)避免排水渠受到強(qiáng)降水的沖刷和浸泡。

此外，應(yīng)盡可能保證固化劑的使用量為泥漿質(zhì)量的12%。一般每延米所用固化劑52 kg，用土約0.25 m3。需保證固化土凝期28 天的抗壓強(qiáng)度不低于2 MPa，以提高固化土排水渠的實(shí)用性。研究可知，使用固化土排溝可以節(jié)約農(nóng)田面積高達(dá)10%以上，跟傳統(tǒng)混凝土溝渠相比，建材使用減少，降低了對周邊環(huán)境的污染破壞，確保了農(nóng)田生態(tài)效益。

3、加強(qiáng)徑流污染攔截

目前，農(nóng)田生態(tài)污染主要是由于化肥和農(nóng)藥施用不當(dāng)，要從氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)攔截方面入手，盡量去除水體中的氮、磷元素，防治農(nóng)田水質(zhì)惡化和水體富營養(yǎng)化。

農(nóng)田中使用農(nóng)藥是為了防止病蟲害爆發(fā)，影響糧食作物減產(chǎn)，但也會(huì)對水生生物造成威脅，減少徑流農(nóng)藥進(jìn)入地表水成為研究的重要內(nèi)容。有研究表明，植物緩沖帶可以有效攔截水中的污染物，將危害降到最低。

四、結(jié)語

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用農(nóng)田生態(tài)硬化型排水溝渠，可減少水土流失、凈化水質(zhì)；同時(shí)，可減少對農(nóng)田周圍生態(tài)環(huán)境的污染，增強(qiáng)生物多樣性。需根據(jù)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的具體情況，加強(qiáng)對合理設(shè)計(jì)、固化土排水渠、徑流污染攔截等方面的研究，不斷完善生態(tài)系統(tǒng)功能，提高農(nóng)田生態(tài)硬化型排水溝渠的環(huán)境效應(yīng)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。