太湖流域高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田排水系統(tǒng)生態(tài)化改造案例分析

胡茂杰,宋文玲,蔣 豫

(江蘇省生態(tài)環(huán)境評估中心，江蘇 南京210036)

0 引言

農(nóng)田建設(shè)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ),是捍衛(wèi)國家糧食安全的基本保障。 2004 年,中央一號文件首次提出要支持高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田的建設(shè)。 隨后,國家發(fā)布了多個重要政策文件并投入大量資金推進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的建設(shè)。 經(jīng)過10 多年政策支持和資金投入,我國高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)取得顯著的成效。 截至2020 年底,全國高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)面積達(dá)到0.53 億hm2[1],占全國基本農(nóng)田面積超過40%。 近年來,隨著生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識的提升和對農(nóng)田面源污染重要性的認(rèn)識,高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)已不再僅考慮保障糧食安全,開始探索為治理農(nóng)田面源污染做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。 將高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)與治理農(nóng)田面源污染相結(jié)合,建設(shè)生態(tài)型高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田,成為近年來高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。

太湖流域作為全國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的區(qū)域之一,承受著因經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展帶來的大量污染物排放和由此而造成的環(huán)境污染。 經(jīng)過20 多年的治理,太湖流域水環(huán)境質(zhì)量逐步好轉(zhuǎn),點(diǎn)源污染基本得到控制,太湖流域污染治理工作步入深水區(qū),面源污染成為影響區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量改善的主要限制因素[2]。 作為面源污染重要的構(gòu)成部分,農(nóng)田面源污染的影響不可忽視[3]。近年來,太湖流域多個地區(qū)通過生態(tài)化改造農(nóng)田排水系統(tǒng),將高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)與治理農(nóng)田面源污染相結(jié)合,并已有多個成熟案例。 本文以太湖流域?qū)嶋H工程為例,簡要介紹了高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田排水系統(tǒng)生態(tài)化改造與運(yùn)行情況,分析了其建設(shè)運(yùn)行中存在的問題,并提出了對策建議。

1 太湖流域高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田排水系統(tǒng)生態(tài)化改造案例

1.1 武進(jìn)區(qū)某高標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)農(nóng)田建設(shè)試點(diǎn)案例

該高標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)農(nóng)田建設(shè)試點(diǎn)位于常州市武進(jìn)區(qū)雪堰鎮(zhèn)新康村,試點(diǎn)總面積約87 萬m2。 為打造生態(tài)型高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的樣板區(qū),試點(diǎn)區(qū)域于2017 年啟動了農(nóng)田排水系統(tǒng)生態(tài)化改造,并于2020 年6 月完成了工程建設(shè)。 雪堰鎮(zhèn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田排水系統(tǒng)生態(tài)化改造工程包括新建生態(tài)攔截帶、生態(tài)溝渠、促沉凈化池和生態(tài)塘系統(tǒng)等。 為了攔截農(nóng)田地表徑流,在試點(diǎn)區(qū)內(nèi)農(nóng)田道路兩側(cè)建設(shè)了共計2.022 km 的生態(tài)攔截帶,種植鳶尾等既能高效攔截氮磷又兼具生態(tài)景觀的植物。 新建生態(tài)溝渠總長3.67 km,生態(tài)溝渠采用梯形斷面、復(fù)式斷面和植生型防滲砌塊技術(shù)。 兩側(cè)溝壁由帶孔六角塊組成,孔中種植天堂草和黑麥草。 溝底現(xiàn)澆素砼,間隔5 m 開孔種植美人蕉和菖蒲等挺水植物,溝體內(nèi)相隔一定距離構(gòu)建小壩減緩水速,延長水力停留時間。 在生態(tài)溝渠與河道的接口處建設(shè)了促沉凈化池3 座,促沉凈化系統(tǒng)包括外圍過濾帶和內(nèi)部凈化系統(tǒng)兩部分,外圍過濾帶由促沉填料以及多年生挺水植物系統(tǒng)組成,內(nèi)部凈化系統(tǒng)由內(nèi)部氮磷高效凈化填料、氮磷高效吸收型浮水植物系統(tǒng)等組成。 生態(tài)塘系統(tǒng)主要由生態(tài)凈化塘及循環(huán)再利用系統(tǒng)構(gòu)成。生態(tài)凈化塘主要用于收集、滯留和凈化生態(tài)溝渠排水。 通過配置的挺水植物、浮葉植物、沉水植物和填料等,高效吸收氮磷,凈化水質(zhì)。 循環(huán)利用系統(tǒng)主要是建設(shè)在生態(tài)凈化塘邊上的提水泵站,優(yōu)先將前端的沉降塘排出的較高濃度水排入農(nóng)田循環(huán)灌溉。 經(jīng)過生態(tài)塘系統(tǒng)處理的水可以進(jìn)一步流入下游濕地系統(tǒng),或直接排入外河。

1.2 太倉市某高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田排水系統(tǒng)生態(tài)化改造案例

該改造案例位于太倉市農(nóng)業(yè)面源治理試點(diǎn)區(qū)內(nèi),屬于太倉市城區(qū)北郊的楊林塘小流域,試點(diǎn)區(qū)總面積約20.4 km2,試點(diǎn)區(qū)主要涉及城廂鎮(zhèn)東林村、萬豐村、雙鳳鎮(zhèn)慶豐村、沙溪鎮(zhèn)中荷村、勝利村和塘橋村。 試點(diǎn)區(qū)改造工程于2016 年開工建設(shè),2018 年全部建設(shè)完成。 試點(diǎn)區(qū)農(nóng)田排水系統(tǒng)生態(tài)化改造內(nèi)容包括生態(tài)溝渠建設(shè)和地表徑流生態(tài)攔截系統(tǒng)等。 生態(tài)溝渠工程內(nèi)容主要是建設(shè)生態(tài)溝渠3 000 m,生態(tài)溝渠的橫截面形狀為倒梯形,底板由混凝土澆筑而成,底板上預(yù)留有貫穿底板的種植孔,種植孔中種植黃菖蒲、燈芯草等挺水植物。 生態(tài)溝渠邊坡由位于內(nèi)側(cè)的漿砌片石以及位于外側(cè)的聯(lián)鎖式護(hù)坡磚組成,漿砌片石預(yù)留有凹坑,聯(lián)鎖式護(hù)坡磚鋪設(shè)在凹坑中。 聯(lián)鎖式護(hù)坡磚中開設(shè)有通孔,通孔內(nèi)種植有護(hù)坡植物。 聯(lián)鎖式護(hù)坡磚為鏤空的正六邊形,以增加聯(lián)鎖式護(hù)坡磚之間的穩(wěn)固性。 地表徑流生態(tài)攔截工程內(nèi)容包括完成區(qū)域內(nèi)河道清淤4 000 m以上,清除淤泥約8 萬m3,河道濱水帶設(shè)置圓木樁護(hù)岸共7 000 m 以上,建設(shè)生態(tài)隔離過濾帶15 100 m2,河道近岸種植綠色植物6 000 m2以上等。

1.3 丹徒區(qū)某高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田排水系統(tǒng)生態(tài)化改造案例

該改造案例位于丹徒區(qū)上黨鎮(zhèn),示范區(qū)總面積約19.3 km2,其中種植面積約14.7 km2,涉及4 個村。 示范區(qū)以稻田和經(jīng)濟(jì)茶園為主,菜地、果園零星分布其間。 針對示范區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀,以凌塘水庫為核心,在示范區(qū)內(nèi)重點(diǎn)實(shí)施生態(tài)溝渠工程、生態(tài)河道攔截工程和生態(tài)凈化塘工程等。 生態(tài)溝渠建設(shè)工程共建設(shè)生態(tài)溝渠228.6 m,對溝渠進(jìn)行基礎(chǔ)整理,并按要求開挖或回填,采用八字形植草磚對溝渠坡岸進(jìn)行防護(hù),植草磚之間的銜接和固定采用水泥砂漿進(jìn)行抹平,坡面播撒狗牙根或高羊茅。 生態(tài)河道攔截工程主要是對示范區(qū)內(nèi)河道進(jìn)行清淤,同時對河道周邊進(jìn)行清雜,種植黑麥草等護(hù)坡草、垂柳等護(hù)岸喬木和紅葉石楠等護(hù)岸灌木,并構(gòu)筑河道攔截壩,增加水體滯留時間。 生態(tài)凈化塘工程主要是對項(xiàng)目區(qū)內(nèi)河塘清淤,河塘內(nèi)種植鳶尾等挺水植物,同時對河塘周邊進(jìn)行清雜,塘周邊種植黑麥草等護(hù)坡草和垂柳等護(hù)岸喬木。

2 高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田排水系統(tǒng)生態(tài)化改造和運(yùn)行中存在的問題

2.1 缺乏科學(xué)合理的評價指標(biāo)體系

科學(xué)合理的評價指標(biāo)體系是考核項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量和運(yùn)行效果、保證項(xiàng)目達(dá)到預(yù)期績效的保障。 由于高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田生態(tài)化改造并沒有全面鋪開,政府層面或者學(xué)術(shù)層面尚未明確統(tǒng)一的評價指標(biāo)體系指導(dǎo)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田生態(tài)化改造工程的考核。 目前,部分生態(tài)化改造工程建設(shè)完成后仍然僅以實(shí)體工程量和建設(shè)質(zhì)量作為唯一考核指標(biāo),而忽視了對實(shí)際運(yùn)行效果的考核。 實(shí)際上,改造工程實(shí)際運(yùn)行效果主要取決于凈水植物的生物吸收凈化作用,而凈水植物的生物吸收凈化作用是無法采用實(shí)體工程量和建設(shè)質(zhì)量進(jìn)行量化的。 傳統(tǒng)的農(nóng)田水利工程建設(shè)考核指標(biāo)已不再適用,高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田生態(tài)化改造工程亟待構(gòu)建科學(xué)合理的評價指標(biāo)體系。

2.2 存在設(shè)計和建設(shè)不盡科學(xué)的情況

生態(tài)型農(nóng)田排水系統(tǒng)凈化效果主要取決于構(gòu)建科學(xué)合理微型生態(tài)凈化系統(tǒng),而其中最重要的就是凈水植物的科學(xué)選擇和水工構(gòu)筑物的合理組合[4]。 根據(jù)筆者考察的農(nóng)田排水系統(tǒng)生態(tài)化改造案例,發(fā)現(xiàn)部分農(nóng)田排水系統(tǒng)生態(tài)化設(shè)計和改造時存在植物選擇和搭配不合理的現(xiàn)象,甚至發(fā)現(xiàn)部分生態(tài)溝渠栽種的凈水植物短時間內(nèi)就被區(qū)內(nèi)優(yōu)勢物種所取代,未能發(fā)揮應(yīng)有的凈化作用。 此外,部分生態(tài)溝渠生態(tài)化改造不徹底,工程建設(shè)質(zhì)量達(dá)不到要求,不能與促沉池、攔水壩等有效組合,在使用過程中很快就會被農(nóng)田排水所攜帶的泥沙所淤堵,給后期管護(hù)帶來了很大的工作量。

2.3 后期運(yùn)行管護(hù)不到位較為普遍

生態(tài)型農(nóng)田排水系統(tǒng)長期穩(wěn)定有效運(yùn)行主要取決于后期的管護(hù)。 由于生態(tài)型農(nóng)田排水系統(tǒng)主要依賴各類水生植物的生物吸附凈化作用,吸附農(nóng)田排水中的氮磷營養(yǎng)元素,凈化農(nóng)田排水。 因此,水生植物的種類、數(shù)量和生長狀況對凈化農(nóng)田排水起到?jīng)Q定性的作用[5]。 根據(jù)筆者對多個生態(tài)溝渠的考察踏勘,發(fā)現(xiàn)大部分生態(tài)溝渠在運(yùn)行2 ～3 年后,就會發(fā)生栽種的植物大面積枯萎死亡情況,而這種情況發(fā)生的主要原因就是缺乏有效的后期管護(hù)。 事實(shí)上,個別水生植物枯萎死亡為正常生物現(xiàn)象,但如果后期管護(hù)不到位,不能夠及時采取補(bǔ)種等措施,凈水植物大面積死亡就會嚴(yán)重影響生態(tài)溝渠的凈化效果。 此外,生態(tài)型農(nóng)田排水系統(tǒng)構(gòu)筑物損毀不能及時修繕、生態(tài)溝渠和促沉池淤堵嚴(yán)重而不能及時清理、水生植物未及時收割而造成吸收的氮磷二次排放等管護(hù)不到位的情況也普遍存在[6]。

3 對策與建議

3.1 完善評價指標(biāo)體系構(gòu)建

農(nóng)業(yè)、環(huán)保等相關(guān)部門應(yīng)對高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田排水系統(tǒng)生態(tài)化改造評價指標(biāo)體系的研究加強(qiáng)指導(dǎo),構(gòu)建科學(xué)合理的評價指標(biāo)體系。 構(gòu)建評價指標(biāo)體系時必須要把運(yùn)行期的實(shí)際凈化效果作為最重要的考慮因素,將改造工程對農(nóng)田排水中氮、磷的凈化效果作為重要的評價因子。 此外,評價指標(biāo)體系還要將管護(hù)機(jī)制的建立情況作為重要的評價因子。 因?yàn)楦邩?biāo)準(zhǔn)農(nóng)田排水系統(tǒng)生態(tài)化改造工程是否能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行,主要在于運(yùn)行期是否有完善有效的管護(hù)。

3.2 科學(xué)設(shè)計，高質(zhì)量建設(shè)

目前,國內(nèi)對生態(tài)型農(nóng)田排水系統(tǒng)尚沒有出臺相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范,這是導(dǎo)致生態(tài)型農(nóng)田排水系統(tǒng)設(shè)計水平參差不齊的主要原因。 在沒有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的前提下,各地應(yīng)依托科研院所、專家進(jìn)行科學(xué)的指導(dǎo)和設(shè)計,確保關(guān)鍵環(huán)節(jié)技術(shù)過硬、植物品種和布局合理。 構(gòu)建生態(tài)型農(nóng)田排水系統(tǒng)時,必須要摸清建設(shè)區(qū)域農(nóng)田分布、排水特點(diǎn)和水質(zhì)等基本情況,做到科學(xué)合理設(shè)計。 在工程建設(shè)過程中,必須要嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙施工,避免出現(xiàn)施工質(zhì)量不高,造成工程建設(shè)質(zhì)量低下、影響后期運(yùn)行效果的情況。 工程施工單位必須由具有相應(yīng)工程背景的施工單位實(shí)施,相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)督促檢查,監(jiān)督施工質(zhì)量,確保工程建設(shè)真正達(dá)到預(yù)期效果。

3.2 建立完善的管護(hù)機(jī)制

首先,明確管護(hù)責(zé)任,將運(yùn)行管護(hù)的具體責(zé)任明確到具體的單位,并分解到個人,避免管護(hù)職責(zé)落實(shí)不到位,而出現(xiàn)無單位負(fù)責(zé)、無人管護(hù)的情況。 其次,管護(hù)不到位的很大原因在于缺少管護(hù)資金,這也是農(nóng)業(yè)類工程項(xiàng)目的普遍情況。 建議類似項(xiàng)目在工程經(jīng)費(fèi)中要預(yù)留專門的后期管護(hù)費(fèi)用,或采取財政撥付獎補(bǔ)資金的辦法,用于支持后期工程運(yùn)行的管護(hù),從資金上解決后期管護(hù)難的問題。 最后,生態(tài)型農(nóng)田排水系統(tǒng)管護(hù)主要工作在于凈水植物的管護(hù),農(nóng)業(yè)部門應(yīng)組織相關(guān)凈水植物種植、生長等知識的培訓(xùn),培訓(xùn)具體管護(hù)人員了解凈水植物生長的基本知識,做到管護(hù)時能科學(xué)合理地養(yǎng)護(hù)凈水植物。