土地整治中生態溝渠建設研究

董曉亮 陳克勤 李正兵

(1.山東省國土空間生態修復中心，山東 濟南 250000；2.金田產業發展(山東)集團有限公司，山東 濟南 250000)

引言

山東省作為農業大省，糧食產量居全國前列，農業健康發展是人民幸福安康、社會和諧穩定發展的基礎。目前中國農業生產集約化水平日益提升，規模化水產養殖迅速發展，中國農村新型城市化迅速普及，但化學農藥和肥料的過量利用，無害化性處理畜禽糞便污水技術發展滯后，中國農村面源環境污染在山東省農村的問題也日益突出。不但對土壤和地下水產生污染，同時對河流、水庫等造成污染，使江河水體更加富營養化，在維護農村自然生態環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境保護、環境治理等方面問題，山東省也頒布了相關文件，明確說明要加快發展、推廣農業新動能，引領現代化農業向高效綠色方向轉變。

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

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

1 生態溝渠治理研究現狀

經查閱國內外資料和現場調查發現，國內外學者對于生態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。通過對國內外現狀的分析，西方國家對生態環境的研究起步較早，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。農業生態環境營養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業功能[2,3]。土壤中養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變化而變化[2,4]。

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

采用生物措施對溝渠進行生態保護和治理，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]。研究發現，生態溝渠在對不同水力負荷、生態溝渠基質、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

在實地調研中發現，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渠道內水流動性差等問題。在非灌溉季節的山丘灌區內，農田渠道內經常干枯無水，但遇強降水則沖刷程度加劇，邊坡不穩定，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境及水生態[8]。采用大規模封閉式護砌，原有的生態環境遭到破壞，生態平衡被打破，原有的生物鏈結構環節缺失，降低了溝渠內水體的自凈能力。

2.2 田間溝渠生態污染問題

對灌區進行實地調查時發現，大部分溝渠內由于富營養物質堆積，已經長滿雜草，且在水源貧瘠的地方發現農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域性污染。在傳統農業的影響下，生態灌區內農業生產方式中化學農藥、肥料的過量利用和無害化性處理畜禽糞便污水技術的發展滯后，不僅造成環境的污染，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，保持環保自然，保障溝渠的蓄、排、緩、凈功能。維系多級生態廊道的連通性，并注意在特殊地段保留小池塘，營造小微濕地生態環境，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因素之一[9]。綜合渠道防滲措施和生態優化設計提出生態溝渠建設主要措施。

3.2.1.1 規范化氮磷生態攔截溝渠

針對溝渠排水不暢、外來入侵植物叢生、本土優勢植物缺失等所造成的生態功能退化問題，優化溝渠結構，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，建設節制閘、攔截壩、攔水坎、反硝化除磷裝置及水質水量動態監測點等設施。

3.2.1.2 高標準氮磷生態攔截溝渠

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

3.2.2 生態防護優化治理主要改建措施

3.2.2.1 緩坡與天然草木設計

在農田溝渠合理占用耕地的前提下，利用緩坡形成連續生態環境，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，形成生態環境效應和景觀效應。

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造出表面粗糙、多孔介質的環境，孔間可留存較多水分，為動植物生存生長提供環境。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，創造生物生長生存環境[10]。通過生態化設計以協調溝渠的功能性與生態性。在預制塊的縫隙處填土種草，完善生態保護體系，形成植被緩沖帶和防護帶的沿線生態帶；防護林采用混交林，以鄉土樹種為主。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

農田溝渠生態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板斜坡設施幫助動物脫逃。農田溝渠生態防護優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，也保護了農田溝渠的生態環境。

3.2.2.6 其它生態保護措施

格賓生態網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田溝渠邊坡進行防護；完善渠道生態保護體系，修建渠道防護林帶及植被緩沖帶，形成有效農田渠道生態帶，防護林采用混交林，以鄉土樹種為主；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，免費提供給農戶，在農業生產活動中替代化肥，液體排泄物經沼氣池處理后進行溫室大棚保溫使用。對周圍農戶生活區采用生活用水凈化處理，并利用生活區廢棄池塘、溝渠構建多級濕地凈化系統，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。在區域內小流域農田比重大、山塘溝渠水系發達的地區，對農田面源污染采取種養結合、測土配方等防控措施，降低農藥、化肥使用量，以達到保護生態環境的目的。

4 生態溝渠的保護效益

在對山東省生態溝渠研究過程中，發現農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]。生態溝渠環境通過物理、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，達到保護生態環境的作用[12]。

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

5 結語

農業生態環境的保護和改善是現代農業的重點領域，通過大量國內外學者的研究發現，生態溝渠可有效減少農業面源污染，保護農田生態環境，保障作物質量安全。農田生態溝渠系統在原有農田灌排渠道進行生態化建設，減少耕地浪費，對改善農村景觀結構、建設美麗鄉村具有較高的應用價值，是山東省實現生態灌區的重要措施。