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土地整治中生態(tài)溝渠建設研究

2021-12-06 21:22董曉亮陳克勤李正兵
農(nóng)業(yè)與技術 2021年22期
關鍵詞:溝渠農(nóng)田渠道

董曉亮 陳克勤 李正兵

(1.山東省國土空間生態(tài)修復中心,山東 濟南 250000;2.金田產(chǎn)業(yè)發(fā)展(山東)集團有限公司,山東 濟南 250000)

引言

山東省作為農(nóng)業(yè)大省,糧食產(chǎn)量居全國前列,農(nóng)業(yè)健康發(fā)展是人民幸福安康、社會和諧穩(wěn)定發(fā)展的基礎。目前中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)集約化水平日益提升,規(guī)模化水產(chǎn)養(yǎng)殖迅速發(fā)展,中國農(nóng)村新型城市化迅速普及,但化學農(nóng)藥和肥料的過量利用,無害化性處理畜禽糞便污水技術發(fā)展滯后,中國農(nóng)村面源環(huán)境污染在山東省農(nóng)村的問題也日益突出。不但對土壤和地下水產(chǎn)生污染,同時對河流、水庫等造成污染,使江河水體更加富營養(yǎng)化,在維護農(nóng)村自然生態(tài)環(huán)境問題上也越來越關鍵[1]。十九大開幕后,黨和國家十分重視環(huán)境保護、環(huán)境治理等方面問題,山東省也頒布了相關文件,明確說明要加快發(fā)展、推廣農(nóng)業(yè)新動能,引領現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)向高效綠色方向轉變。

農(nóng)業(yè)問題是生態(tài)問題中較為突出的問題,目前山東省內農(nóng)業(yè)灌溉方式仍以漫灌為主,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中的化學農(nóng)藥、肥料的過量利用和無害化性處理畜禽糞便污水技術的發(fā)展滯后,使得農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境開始惡化且逐漸加重。溝渠在這些問題發(fā)展的過程中成為一個重要的“角色”。所以建設生態(tài)溝渠,可以解決水污染問題,實現(xiàn)在生態(tài)環(huán)境下達到自然凈化,避免生態(tài)環(huán)境二次污染,有效改善水生態(tài)環(huán)境和溝渠生態(tài)環(huán)境。

生態(tài)溝渠是在現(xiàn)有的溝渠基礎上進行生態(tài)建設,溝渠建設是在水生環(huán)境中進行開挖和建設的農(nóng)田溝渠生態(tài)系統(tǒng),與當?shù)赝寥拉h(huán)境相結合,由一系列人為干預工程組成。生態(tài)溝渠建設是解決山東省農(nóng)村地區(qū)耕地污染嚴重問題、建設農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要途徑。通過查閱大量文獻,本文以山東省內生態(tài)溝渠出現(xiàn)的問題作為案例分析,從其治理現(xiàn)狀、出現(xiàn)的問題及解決方法、保護效益等方面對山東省內土地整治中生態(tài)溝渠研究進行綜述[2]。

1 生態(tài)溝渠治理研究現(xiàn)狀

經(jīng)查閱國內外資料和現(xiàn)場調查發(fā)現(xiàn),國內外學者對于生態(tài)溝渠污染治理主要集中在溝渠去除水中微量元素和污染物2方面。通過對國內外現(xiàn)狀的分析,西方國家對生態(tài)環(huán)境的研究起步較早,取得了許多成果,雖然中國研究起步較晚,但也取得了許多有意義的成就。農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境營養(yǎng)閾值過高會造成水體缺氧,進而影響生物多樣性和溝渠的農(nóng)業(yè)功能[2,3]。土壤中養(yǎng)分和重金屬的積累以及施肥方式對相鄰排水溝水質有顯著影響,排水溝的水質會隨季節(jié)變化而變化[2,4]。

2018年,山東省濟寧市參考部分發(fā)達城市在農(nóng)田生態(tài)保護建設上的措施和經(jīng)驗,結合珠三角地區(qū)生態(tài)溝渠人工濕地構建的經(jīng)驗[5],設計了采用生物措施有效攔截農(nóng)田系統(tǒng)流失氮磷等物質的生態(tài)溝渠,以達到保護生態(tài)的目的。

采用生物措施對溝渠進行生態(tài)保護和治理,是污染性最小的措施。水生植物和沉積物可以較好地吸附水體中的營養(yǎng)元素。適宜的水生植物可在溝渠建設中降低磷流失風險[6]。研究發(fā)現(xiàn),生態(tài)溝渠在對不同水力負荷、生態(tài)溝渠基質、溝渠覆蓋植被類型和污染物含量等條件下可以有效去除營養(yǎng)污染物質[7]。

2 田間溝渠常見問題

2.1 田間溝渠工程設計問題

在實地調研中發(fā)現(xiàn),田間溝渠一般存在斷面尺寸較小、邊坡設計不合理、非汛期和非灌溉季節(jié)渠道內水流動性差等問題。在非灌溉季節(jié)的山丘灌區(qū)內,農(nóng)田渠道內經(jīng)常干枯無水,但遇強降水則沖刷程度加劇,邊坡不穩(wěn)定,兩岸沖刷破壞嚴重,底部堆積雜草和碎石,導致淤塞嚴重。

在山丘灌區(qū)為保證灌溉和排水的要求,護砌以剛性護坡為主,這種護砌方式材料用量大,占用較多的溝渠斷面,局部沉降影響防滲效果,且維修成本高。使用混凝土護砌,農(nóng)田溝渠內的水體一般情況下流動性較差,由于混凝土本身具有一定的堿性,大量混凝土長期浸泡在水體內,使得水體堿性增強。同時,混凝土在施工中使用的各種添加劑,也會影響水質和水環(huán)境及水生態(tài)[8]。采用大規(guī)模封閉式護砌,原有的生態(tài)環(huán)境遭到破壞,生態(tài)平衡被打破,原有的生物鏈結構環(huán)節(jié)缺失,降低了溝渠內水體的自凈能力。

2.2 田間溝渠生態(tài)污染問題

對灌區(qū)進行實地調查時發(fā)現(xiàn),大部分溝渠內由于富營養(yǎng)物質堆積,已經(jīng)長滿雜草,且在水源貧瘠的地方發(fā)現(xiàn)農(nóng)民在溝道上修建臨時擋水設施以滿足對排水和渠道內回水重復利用的行為,這些都會減緩排水的速度,造成污染物的集聚和區(qū)域性污染。在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的影響下,生態(tài)灌區(qū)內農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式中化學農(nóng)藥、肥料的過量利用和無害化性處理畜禽糞便污水技術的發(fā)展滯后,不僅造成環(huán)境的污染,而且使耕地質量嚴重下降,土壤肥力逐漸流失。

3 生態(tài)溝渠改建措施

3.1 嚴格設計要求

應嚴格按照排水和灌溉標準,開展排水和灌溉網(wǎng)絡空間布局和設計。加強溝渠兩側緩沖帶建設,積極開展生態(tài)護坡,有效控制面源污染,控制水土流失,營造景觀廊道,提高生態(tài)景觀服務功能。護坡植被宜采用灌木、地被植物相結合,保持環(huán)保自然,保障溝渠的蓄、排、緩、凈功能。維系多級生態(tài)廊道的連通性,并注意在特殊地段保留小池塘,營造小微濕地生態(tài)環(huán)境,提供生物棲息地和保護景觀多樣性。

3.2 主要措施

3.2.1 生態(tài)溝渠建設主要措施

田間溝渠在灌溉期水位高、流速大,但非灌溉期干涸無水,水位變化明顯,是影響渠道間主要生態(tài)因素之一[9]。綜合渠道防滲措施和生態(tài)優(yōu)化設計提出生態(tài)溝渠建設主要措施。

3.2.1.1 規(guī)范化氮磷生態(tài)攔截溝渠

針對溝渠排水不暢、外來入侵植物叢生、本土優(yōu)勢植物缺失等所造成的生態(tài)功能退化問題,優(yōu)化溝渠結構,清挖淤泥,清除雜物和外來入侵植物,加固邊坡,合理配置水生植物,建設節(jié)制閘、攔截壩、攔水坎、反硝化除磷裝置及水質水量動態(tài)監(jiān)測點等設施。

3.2.1.2 高標準氮磷生態(tài)攔截溝渠

針對硬化溝渠(三面光)生物親和性差、生態(tài)功能表現(xiàn)欠佳等問題,在規(guī)范化生態(tài)攔截溝渠基礎上,在溝渠內和承泄區(qū)因地制宜地建設底泥污染捕獲攔截、階梯污染截流、復合式生態(tài)浮床、透水壩、循環(huán)生態(tài)水塘等有利于提升溝渠和承泄區(qū)凈化能力和生態(tài)修復的設施,采用植生型材料改善溝渠生態(tài)環(huán)境,優(yōu)化配置本土優(yōu)勢植物,營造出美麗宜人的田園景觀。

3.2.2 生態(tài)防護優(yōu)化治理主要改建措施

3.2.2.1 緩坡與天然草木設計

在農(nóng)田溝渠合理占用耕地的前提下,利用緩坡形成連續(xù)生態(tài)環(huán)境,可使兩棲動物或哺乳動物穿越溝渠。同時,緩坡設計可以減少渠內水位變化帶來的生態(tài)影響。天然植被護坡和天然草、林、木護坡,在滿足溝渠排灌功能的基礎上,形成生態(tài)環(huán)境效應和景觀效應。

3.2.2.2 使用塊石混凝土

渠道澆筑混凝土時加入塊石,利用凸出的石頭表面創(chuàng)造出表面粗糙、多孔介質的環(huán)境,孔間可留存較多水分,為動植物生存生長提供環(huán)境。同時,為減少對輸水效率的影響,以設計水位為基準,水位以上使用塊石混凝土,以下使用混凝土襯砌。

3.2.2.3 設置生態(tài)孔洞與護面防滲

在原有混凝土渠道護岸設置孔洞,表面鋪設土壤、碎石,創(chuàng)造生物生長生存環(huán)境[10]。通過生態(tài)化設計以協(xié)調溝渠的功能性與生態(tài)性。在預制塊的縫隙處填土種草,完善生態(tài)保護體系,形成植被緩沖帶和防護帶的沿線生態(tài)帶;防護林采用混交林,以鄉(xiāng)土樹種為主。通道周圍設置以灌木和草類為主的植被緩沖帶。

3.2.2.4 深槽設計

農(nóng)田溝渠中干、支溝渠可在一定距離的間隔中做深槽設計,使溝渠在非灌溉期仍有余水,供水中生物或兩棲動物生存。

3.2.2.5 動物脫逃斜坡與生物保育設計

農(nóng)田溝渠生態(tài)化治理考慮生物的保育設計。在溝渠深且坡度大時,為防止生物掉入渠中無法逃脫,在溝渠縱向每隔一定距離設置一段單側或雙側的下行梯步和階梯式生態(tài)板斜坡設施幫助動物脫逃。農(nóng)田溝渠生態(tài)防護優(yōu)化治理主要利用渠道的工程設計與植物設計,通過工程部分與邊坡植物根系的錨固作用達到溝渠邊坡結構穩(wěn)定,提高防護縱向雨水和橫向水流的沖蝕能力的同時,也保護了農(nóng)田溝渠的生態(tài)環(huán)境。

3.2.2.6 其它生態(tài)保護措施

格賓生態(tài)網(wǎng)格護砌多用于防護大斷面的干、支溝渠,按照工程設計要求對農(nóng)田溝渠邊坡進行防護;完善渠道生態(tài)保護體系,修建渠道防護林帶及植被緩沖帶,形成有效農(nóng)田渠道生態(tài)帶,防護林采用混交林,以鄉(xiāng)土樹種為主;在渠道周圍設置以灌木、草類為主的植被緩沖帶。

推行生物有機肥處理工藝,將固體排泄物制成有機肥,免費提供給農(nóng)戶,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中替代化肥,液體排泄物經(jīng)沼氣池處理后進行溫室大棚保溫使用。對周圍農(nóng)戶生活區(qū)采用生活用水凈化處理,并利用生活區(qū)廢棄池塘、溝渠構建多級濕地凈化系統(tǒng),降低生活污染對渠道的負荷,在渠道建設過程中選擇適當位置構建景觀濕地。在區(qū)域內小流域農(nóng)田比重大、山塘溝渠水系發(fā)達的地區(qū),對農(nóng)田面源污染采取種養(yǎng)結合、測土配方等防控措施,降低農(nóng)藥、化肥使用量,以達到保護生態(tài)環(huán)境的目的。

4 生態(tài)溝渠的保護效益

在對山東省生態(tài)溝渠研究過程中,發(fā)現(xiàn)農(nóng)田面源污染在流入河道前,溝渠中的水生植物及土壤可以對氮、磷進行有效吸收和吸附,溝渠中的微生物也可對氮、磷污染物進行轉化和吸收,起到了對水中氮、磷等良好的去除和凈化作用[11]。生態(tài)溝渠環(huán)境通過物理、生物化學作用等方式利用溝渠中的生物自身作用吸收水體中的氮元素,降低水體中氮、磷元素的含量,達到保護生態(tài)環(huán)境的作用[12]。

田間溝渠中水生植物進行呼吸作用和光合作用時,在周圍產(chǎn)生有氧環(huán)境和厭氧環(huán)境。在微生物的作用下可在有氧環(huán)境條件中進行硝化作用,厭氧環(huán)境下進行反硝化作用,使其吸收轉化氮磷等營養(yǎng)物質,降低水體污染[13]。

5 結語

農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的保護和改善是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重點領域,通過大量國內外學者的研究發(fā)現(xiàn),生態(tài)溝渠可有效減少農(nóng)業(yè)面源污染,保護農(nóng)田生態(tài)環(huán)境,保障作物質量安全。農(nóng)田生態(tài)溝渠系統(tǒng)在原有農(nóng)田灌排渠道進行生態(tài)化建設,減少耕地浪費,對改善農(nóng)村景觀結構、建設美麗鄉(xiāng)村具有較高的應用價值,是山東省實現(xiàn)生態(tài)灌區(qū)的重要措施。

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