农田排水沟渠生态化建设与管理

杨继伟 张 辉 曹秀清 汤广民 袁宏伟

一、农田排水沟渠现状

淮北平原区农田排水沟渠以明沟为主，沟道平直，边坡陡峭，且多为土质坡面。在雨水淋洗、水流冲刷和地下水渗流的综合作用下，排水沟边坡坍塌和沟道淤堵现象较为普遍。有条件的地区开始对农田沟渠进行硬化处理，基本以“两面光”或“三面光”的形式对沟坡和沟底进行护砌，常见形式有混凝土坡、石块或砖砌体坡。虽然能够解决边坡坍塌问题，但是却阻碍了土壤水向沟中的渗流和交换，使田间排水效果变差。同时沟内动植物生长受阻，农田排水中的氮磷难以截留和降解，直接进入下游河、湖等承泄区。这不仅造成水资源和土壤养分的流失，而且引起下游生态环境污染。

近年来，国家加大了对水环境水生态问题的重视程度，建立了各级河湖长制，并出台了一系列相关生态环境保护条例，流域水体环境问题明显改善。农田排水沟渠作为河流源头沟渠，对氮磷污染物滞留和消减有着重要意义。由于建设和管理上的问题，使其成为了水资源和水生态系统管理的薄弱环节。为充分体现新时期“系统治理”的治水理念，需要对农田排水沟渠进行生态化建设与管理，促进农村生态环境的良性循环。

二、农田生态排水沟渠的内涵

农田排水沟渠是经自然或人工开挖、改造形成的排水通道，通过排出地表积水和土壤盈余水分，降低地下水位，达到除涝降渍、防盐碱化和改善土壤水土环境目的。其形式主要以明沟排水为主，按照尺度和功能分为干、支、斗、农四级沟道，各级沟道按照一定顺序组成田间排水系统。农田排水经过田间排水系统汇流，进入下游输水网、排水枢纽或蓄水系统。

农田排水沟渠作为农田水利基础设施和农业生态系统的重要组成部分，广泛分布于田间地头，被誉为农田水分的“调节器”，通过及时降渍排涝措施，为农业高产稳产“保驾护航”；同时作为农田与河流湖泊之间的“连通器”，成为物质迁移转化的重要通道。研究发现，由于其分布广、数量多、沟渠小、植物生长旺盛等特点，成为氮磷等污染物截留、转化及消减的主要载体，对维持农业生态环境系统平衡和河湖健康有着重要作用。

农田生态排水沟是以维持区域环境系统的水量平衡、水盐平衡为目的，促进水土资源的良性循环和高效利用，在满足农田正常排水的前提下，基于生态学原理，通过工程和非工程措施对原有沟道进行改造，使其形成独特的生态系统功能。与传统排水沟相比，农田生态排水沟不仅具备排涝降渍功能，而且也满足生态、地质等环境方面对水质水量的要求，能够有效截留、削减农田排水中的氮、磷等生源物质，减少进入下游水体的污染负荷，达到节水减排、减污控污的效果。同时，其具有丰富农田生物多样性和生态景观的功能。

三、农田生态排水沟建设管理原则

为兼具水资源蓄排、水生态保护以及丰富农田生态景观的功能，农田沟渠可以依据以下原则和思路进行生态化设计、施工与管理。

（一）蓄排结合，兼具消污

按照“节水优先、空间均衡”的治水思路，农田生态排水沟不仅要满足排水的需求，而且要有一定的蓄水功能。在保证农田作物不受涝渍的前提下，可以在排水沟道设置控制排水设施（闸、坝），用以拦蓄降雨径流和提高地下水位。一方面可以提高水资源利用效率，解决因季节性降雨不均匀带来的缺水问题；另一方面可以延长污染物在沟道内的滞留和消减时间，减少农田污染物向下游水体迁移输出量。

（二）遵循生态，形式多样

充分运用生态学原理，坚持可持续发展理念，利用生态群落之间的关系及能流和物流规律，在满足水量和水质要求的基础上，针对不同等级、不同功能的排水沟采用不同的生态化建设方案，为区域内生物营造良好的生存环境，使农田生态环境良性循环。

（三）选材环保，结构生态

水量、水质和生物量是农田生态沟渠的重要指标。材料为透水或透孔材料，保证沟道两侧农田地表水、地下水可以向沟道自由转移，施工后形成的孔洞或缝隙，能为水生动植物提供适宜的生存和繁衍环境。材料不易腐蚀，不与周围水土发生不良化学反应引起水质污染，具有一定的吸附和消解污染物的功能。沟道内合理设定生态水位和生态流量，上游向下游水体自行流动。

（四）因地制宜，经济合理

因地理位置、气候环境、用地类型、生物因子、社会经济水平等存在差异，生态建设应因地制宜。由于农田排水沟渠数量大，在建设过程和后期运营应考虑当地经济发展水平和承受能力，要求能够满足和解决生态排水功能，尽量选择经济效益高的方式。

（五）施工高效、便于管理

施工建设和运行管理是沟渠生态化建设的重要环节，高效的施工和便捷的管理可以减少人力物力的投入，提高施工效率和经济效益。排水沟生态化施工建设可能对部分农民的实际利益造成影响，应积极争取受益主体参与管理。

四、农田排水沟渠生态化建设方式

（一）生态植草沟

生态植草沟是在原有排水沟道的基础上，通过自然、人工方式种植草木，对排水沟沟底和边坡进行防护。其植被以草木或矮小灌木为主，一般为水生植物、水缘植物或湿生植物。该种生态沟适用于农田地头等小型排水沟，断面尺度不大，汛期沟内水流较小，且随着季节和墒情变化干湿交替，沟渠坡底一般无需采用硬质化处理。由于其数量多，分布广，比表面积大，通过沟渠生态化建设可以有效滞留和消减农田污染物。

（二）生态潜流沟

生态潜流沟（又称“潜流湿地系统”），指在沟床铺设透水滤料，并在其上种植适宜的水生植物，对排水污染物进行净化。其中滤料可为砾石、陶粒，也可选用高效生物填料，要求具有微孔结构和巨大的比表面积，可以为微生物提供附着和生长繁殖空间。该生态沟利用填料—微生物—植物根系的综合作用，对污染物进行有效拦截、吸收和消减。其优点具有较强的消减污染物作用，缺点造价高且容易造成填充料淤堵，需要定期清洗或者更换填充料。一般农业养殖区、蔬菜地以生活污水等高污染浓度排水具有较好的净化效果，常设置在污染源排水口或其下游一段距离内，不宜用在普通农田排水沟或水流较大排水干沟。

（三）生态材料护坡

生态护坡是利用非生物材料及工程修复技术对边坡进行加固，在其预留孔洞中种植水生植物。有仿木桩、植草砖、牢笼、预制混凝土生态箱及其他高分子材料等多种形式。施工后具有一定耐久性和抗侵蚀性，同时形成的多孔结构可为微生物附着、水生动植物生长提供空间。其中，仿木桩护坡利用防腐处理的树木主干或仿木石材，将其插入并固定在沟渠坡脚位置，然后将石料或土壤填充在岸坡与木桩之间，对边坡进行进一步加固。生态植草砖、生态牢笼、混凝土生态箱是利用预制建材或高分子材料，以一定的结构和连接方式平铺或衬砌，形成网格型坡面或垂直梯形挡墙，对沟渠进行边坡加固。主要优点是边坡稳定性好、耐久性强、占地面积小、施工速度快，适用于流速流量大、边坡陡峭的中大型沟渠。缺点是一般投资比较大，建设与管理过程需要考虑经济投入。

（四）生态浮岛

生态浮岛是利用固定漂浮在水体表面的生态浮床，以轻质陶粒、生物炭等多孔填料为生长基质，其上种植适宜的植物。一些农田骨干沟渠或大型沟渠水深大、水面宽、流量大，水生动植物难以附着和生长，生态浮岛可以弥补这一缺陷。浮岛上的水生植物根系发达，同时其表面形成众多的生物膜，可有效增加水体中生物量，提高水体的自净能力。

（五）生态闸坝

闸坝是利用水工建筑物控制沟渠流速和水位，调蓄水量和提高水资源利用率，延长农田营养盐在沟内的滞留时间，减少污染物向下游传输。近年来，随着技术的发展，出现了多种形式的生态闸坝，其具有一定的透水和截污的功能，且调控方式也多种多样。

（六）沟渠结构形状生态化建设

研究表明沟渠蜿蜒弯曲、沟床上的深潭和浅滩等形态更有利于水体污染物的消减。在农田排水沟渠设计和建设过程中，充分利用近自然修复的理念，适当考虑排水沟有一定的弯曲度，沟床合理设置深潭或浅滩，在水流大的干沟及闸坝下游沟床可以布置生态潜流床。

除以上生态化建设技术外，还应加强农田生态沟渠的管理。根据植被生长情况对其上部枝叶进行修剪和资源化利用，以秋冬季节为主，如果夏季生长过旺，可以多次修剪并清理。可以避免沟道堵塞，提高生态沟的排水性能，同时可以将污染物彻底清理出沟渠系统。此外，合理地增加水生动植物种类和数量，减少人为因素对农田生态系统的破坏，形成稳定可持续的生态发展模式。

五、结论

综上所述，农田生态排水沟渠兼具水利、生态和景观功能，可以除涝降渍和保水保墒，防治农业面源污染，丰富农业生态景观。本文基于农田排水沟渠的现状，提出了生态化建设的思路，并列举多种形式的生态化建设技术，以期为农业面源污染治理、高标准农田建设和河湖生态健康管理提供依据■