農(nóng)田排水溝渠生態(tài)化建設(shè)與管理

楊繼偉 張 輝 曹秀清 湯廣民 袁宏偉

一、農(nóng)田排水溝渠現(xiàn)狀

淮北平原區(qū)農(nóng)田排水溝渠以明溝為主，溝道平直，邊坡陡峭，且多為土質(zhì)坡面。在雨水淋洗、水流沖刷和地下水滲流的綜合作用下，排水溝邊坡坍塌和溝道淤堵現(xiàn)象較為普遍。有條件的地區(qū)開始對農(nóng)田溝渠進(jìn)行硬化處理，基本以“兩面光”或“三面光”的形式對溝坡和溝底進(jìn)行護(hù)砌，常見形式有混凝土坡、石塊或磚砌體坡。雖然能夠解決邊坡坍塌問題，但是卻阻礙了土壤水向溝中的滲流和交換，使田間排水效果變差。同時溝內(nèi)動植物生長受阻，農(nóng)田排水中的氮磷難以截留和降解，直接進(jìn)入下游河、湖等承泄區(qū)。這不僅造成水資源和土壤養(yǎng)分的流失，而且引起下游生態(tài)環(huán)境污染。

近年來，國家加大了對水環(huán)境水生態(tài)問題的重視程度，建立了各級河湖長制，并出臺了一系列相關(guān)生態(tài)環(huán)境保護(hù)條例，流域水體環(huán)境問題明顯改善。農(nóng)田排水溝渠作為河流源頭溝渠，對氮磷污染物滯留和消減有著重要意義。由于建設(shè)和管理上的問題，使其成為了水資源和水生態(tài)系統(tǒng)管理的薄弱環(huán)節(jié)。為充分體現(xiàn)新時期“系統(tǒng)治理”的治水理念，需要對農(nóng)田排水溝渠進(jìn)行生態(tài)化建設(shè)與管理，促進(jìn)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。

二、農(nóng)田生態(tài)排水溝渠的內(nèi)涵

農(nóng)田排水溝渠是經(jīng)自然或人工開挖、改造形成的排水通道，通過排出地表積水和土壤盈余水分，降低地下水位，達(dá)到除澇降漬、防鹽堿化和改善土壤水土環(huán)境目的。其形式主要以明溝排水為主，按照尺度和功能分為干、支、斗、農(nóng)四級溝道，各級溝道按照一定順序組成田間排水系統(tǒng)。農(nóng)田排水經(jīng)過田間排水系統(tǒng)匯流，進(jìn)入下游輸水網(wǎng)、排水樞紐或蓄水系統(tǒng)。

農(nóng)田排水溝渠作為農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，廣泛分布于田間地頭，被譽為農(nóng)田水分的“調(diào)節(jié)器”，通過及時降漬排澇措施，為農(nóng)業(yè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)“保駕護(hù)航”；同時作為農(nóng)田與河流湖泊之間的“連通器”，成為物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化的重要通道。研究發(fā)現(xiàn)，由于其分布廣、數(shù)量多、溝渠小、植物生長旺盛等特點，成為氮磷等污染物截留、轉(zhuǎn)化及消減的主要載體，對維持農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)平衡和河湖健康有著重要作用。

農(nóng)田生態(tài)排水溝是以維持區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)的水量平衡、水鹽平衡為目的，促進(jìn)水土資源的良性循環(huán)和高效利用，在滿足農(nóng)田正常排水的前提下，基于生態(tài)學(xué)原理，通過工程和非工程措施對原有溝道進(jìn)行改造，使其形成獨特的生態(tài)系統(tǒng)功能。與傳統(tǒng)排水溝相比，農(nóng)田生態(tài)排水溝不僅具備排澇降漬功能，而且也滿足生態(tài)、地質(zhì)等環(huán)境方面對水質(zhì)水量的要求，能夠有效截留、削減農(nóng)田排水中的氮、磷等生源物質(zhì)，減少進(jìn)入下游水體的污染負(fù)荷，達(dá)到節(jié)水減排、減污控污的效果。同時，其具有豐富農(nóng)田生物多樣性和生態(tài)景觀的功能。

三、農(nóng)田生態(tài)排水溝建設(shè)管理原則

為兼具水資源蓄排、水生態(tài)保護(hù)以及豐富農(nóng)田生態(tài)景觀的功能，農(nóng)田溝渠可以依據(jù)以下原則和思路進(jìn)行生態(tài)化設(shè)計、施工與管理。

（一）蓄排結(jié)合，兼具消污

按照“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡”的治水思路，農(nóng)田生態(tài)排水溝不僅要滿足排水的需求，而且要有一定的蓄水功能。在保證農(nóng)田作物不受澇漬的前提下，可以在排水溝道設(shè)置控制排水設(shè)施（閘、壩），用以攔蓄降雨徑流和提高地下水位。一方面可以提高水資源利用效率，解決因季節(jié)性降雨不均勻帶來的缺水問題；另一方面可以延長污染物在溝道內(nèi)的滯留和消減時間，減少農(nóng)田污染物向下游水體遷移輸出量。

（二）遵循生態(tài)，形式多樣

充分運用生態(tài)學(xué)原理，堅持可持續(xù)發(fā)展理念，利用生態(tài)群落之間的關(guān)系及能流和物流規(guī)律，在滿足水量和水質(zhì)要求的基礎(chǔ)上，針對不同等級、不同功能的排水溝采用不同的生態(tài)化建設(shè)方案，為區(qū)域內(nèi)生物營造良好的生存環(huán)境，使農(nóng)田生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)。

（三）選材環(huán)保，結(jié)構(gòu)生態(tài)

水量、水質(zhì)和生物量是農(nóng)田生態(tài)溝渠的重要指標(biāo)。材料為透水或透孔材料，保證溝道兩側(cè)農(nóng)田地表水、地下水可以向溝道自由轉(zhuǎn)移，施工后形成的孔洞或縫隙，能為水生動植物提供適宜的生存和繁衍環(huán)境。材料不易腐蝕，不與周圍水土發(fā)生不良化學(xué)反應(yīng)引起水質(zhì)污染，具有一定的吸附和消解污染物的功能。溝道內(nèi)合理設(shè)定生態(tài)水位和生態(tài)流量，上游向下游水體自行流動。

（四）因地制宜，經(jīng)濟合理

因地理位置、氣候環(huán)境、用地類型、生物因子、社會經(jīng)濟水平等存在差異，生態(tài)建設(shè)應(yīng)因地制宜。由于農(nóng)田排水溝渠數(shù)量大，在建設(shè)過程和后期運營應(yīng)考慮當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展水平和承受能力，要求能夠滿足和解決生態(tài)排水功能，盡量選擇經(jīng)濟效益高的方式。

（五）施工高效、便于管理

施工建設(shè)和運行管理是溝渠生態(tài)化建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，高效的施工和便捷的管理可以減少人力物力的投入，提高施工效率和經(jīng)濟效益。排水溝生態(tài)化施工建設(shè)可能對部分農(nóng)民的實際利益造成影響，應(yīng)積極爭取受益主體參與管理。

四、農(nóng)田排水溝渠生態(tài)化建設(shè)方式

（一）生態(tài)植草溝

生態(tài)植草溝是在原有排水溝道的基礎(chǔ)上，通過自然、人工方式種植草木，對排水溝溝底和邊坡進(jìn)行防護(hù)。其植被以草木或矮小灌木為主，一般為水生植物、水緣植物或濕生植物。該種生態(tài)溝適用于農(nóng)田地頭等小型排水溝，斷面尺度不大，汛期溝內(nèi)水流較小，且隨著季節(jié)和墑情變化干濕交替，溝渠坡底一般無需采用硬質(zhì)化處理。由于其數(shù)量多，分布廣，比表面積大，通過溝渠生態(tài)化建設(shè)可以有效滯留和消減農(nóng)田污染物。

（二）生態(tài)潛流溝

生態(tài)潛流溝（又稱“潛流濕地系統(tǒng)”），指在溝床鋪設(shè)透水濾料，并在其上種植適宜的水生植物，對排水污染物進(jìn)行凈化。其中濾料可為礫石、陶粒，也可選用高效生物填料，要求具有微孔結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，可以為微生物提供附著和生長繁殖空間。該生態(tài)溝利用填料—微生物—植物根系的綜合作用，對污染物進(jìn)行有效攔截、吸收和消減。其優(yōu)點具有較強的消減污染物作用，缺點造價高且容易造成填充料淤堵，需要定期清洗或者更換填充料。一般農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖區(qū)、蔬菜地以生活污水等高污染濃度排水具有較好的凈化效果，常設(shè)置在污染源排水口或其下游一段距離內(nèi)，不宜用在普通農(nóng)田排水溝或水流較大排水干溝。

（三）生態(tài)材料護(hù)坡

生態(tài)護(hù)坡是利用非生物材料及工程修復(fù)技術(shù)對邊坡進(jìn)行加固，在其預(yù)留孔洞中種植水生植物。有仿木樁、植草磚、牢籠、預(yù)制混凝土生態(tài)箱及其他高分子材料等多種形式。施工后具有一定耐久性和抗侵蝕性，同時形成的多孔結(jié)構(gòu)可為微生物附著、水生動植物生長提供空間。其中，仿木樁護(hù)坡利用防腐處理的樹木主干或仿木石材，將其插入并固定在溝渠坡腳位置，然后將石料或土壤填充在岸坡與木樁之間，對邊坡進(jìn)行進(jìn)一步加固。生態(tài)植草磚、生態(tài)牢籠、混凝土生態(tài)箱是利用預(yù)制建材或高分子材料，以一定的結(jié)構(gòu)和連接方式平鋪或襯砌，形成網(wǎng)格型坡面或垂直梯形擋墻，對溝渠進(jìn)行邊坡加固。主要優(yōu)點是邊坡穩(wěn)定性好、耐久性強、占地面積小、施工速度快，適用于流速流量大、邊坡陡峭的中大型溝渠。缺點是一般投資比較大，建設(shè)與管理過程需要考慮經(jīng)濟投入。

（四）生態(tài)浮島

生態(tài)浮島是利用固定漂浮在水體表面的生態(tài)浮床，以輕質(zhì)陶粒、生物炭等多孔填料為生長基質(zhì)，其上種植適宜的植物。一些農(nóng)田骨干溝渠或大型溝渠水深大、水面寬、流量大，水生動植物難以附著和生長，生態(tài)浮島可以彌補這一缺陷。浮島上的水生植物根系發(fā)達(dá)，同時其表面形成眾多的生物膜，可有效增加水體中生物量，提高水體的自凈能力。

（五）生態(tài)閘壩

閘壩是利用水工建筑物控制溝渠流速和水位，調(diào)蓄水量和提高水資源利用率，延長農(nóng)田營養(yǎng)鹽在溝內(nèi)的滯留時間，減少污染物向下游傳輸。近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種形式的生態(tài)閘壩，其具有一定的透水和截污的功能，且調(diào)控方式也多種多樣。

（六）溝渠結(jié)構(gòu)形狀生態(tài)化建設(shè)

研究表明溝渠蜿蜒彎曲、溝床上的深潭和淺灘等形態(tài)更有利于水體污染物的消減。在農(nóng)田排水溝渠設(shè)計和建設(shè)過程中，充分利用近自然修復(fù)的理念，適當(dāng)考慮排水溝有一定的彎曲度，溝床合理設(shè)置深潭或淺灘，在水流大的干溝及閘壩下游溝床可以布置生態(tài)潛流床。

除以上生態(tài)化建設(shè)技術(shù)外，還應(yīng)加強農(nóng)田生態(tài)溝渠的管理。根據(jù)植被生長情況對其上部枝葉進(jìn)行修剪和資源化利用，以秋冬季節(jié)為主，如果夏季生長過旺，可以多次修剪并清理。可以避免溝道堵塞，提高生態(tài)溝的排水性能，同時可以將污染物徹底清理出溝渠系統(tǒng)。此外，合理地增加水生動植物種類和數(shù)量，減少人為因素對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的破壞，形成穩(wěn)定可持續(xù)的生態(tài)發(fā)展模式。

五、結(jié)論

綜上所述，農(nóng)田生態(tài)排水溝渠兼具水利、生態(tài)和景觀功能，可以除澇降漬和保水保墑，防治農(nóng)業(yè)面源污染，豐富農(nóng)業(yè)生態(tài)景觀。本文基于農(nóng)田排水溝渠的現(xiàn)狀，提出了生態(tài)化建設(shè)的思路，并列舉多種形式的生態(tài)化建設(shè)技術(shù)，以期為農(nóng)業(yè)面源污染治理、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)和河湖生態(tài)健康管理提供依據(jù)■