生态型水田鱼道综述

韩 雷，狄高健,苏国青，李树航，田振华

(1. 黑龙江省水利科学研究院,黑龙江 哈尔滨 150080；2.黑龙江大学 水利电力学院, 黑龙江 哈尔滨 150080)

在河流上筑坝修闸改变了河道的自然特征，阻断了其原有的连续性，河流的水生态环境及其周边的生态系统均会受到不同程度影响。鱼类等水生生物作为河流生态系统的一部分，其上溯洄游也会受到较大影响，因此提出修建鱼道来改善水工建筑物对鱼类栖息环境造成的破坏。而在渠道和田间缺少通道，阻碍水生生物在灌排渠道与水田之间的迁徙。出于保护生态系统的角度，在灌排渠道和水田之间增设小型的水田鱼道，为水田内的鱼类等水生生物提供洄游通道，保障水田生态系统的连续性。

1 水田鱼道简介

1.1 研究背景

传统的农田水利是以灌溉与排水工程为主要目的，是将足够的水量输送到作物生长所在，满足作物灌溉需水量。随着时代的发展，现代农田水利在传统的基础上更注重生态化、现代化，在灌排工程中加入了生物多样性或生态营造的需求。在渠道和田间存在着大量鱼类、虾蟹、蛙类及水生昆虫等生物，这些生物有很多随着生长的不同时期，出现小规模的生活圈的移动，比如有一些鱼类，本来生活在河道、灌排渠道之内，但是在汛期会到被淹没的河边、芦苇地、灌溉农田等地方繁殖。因为灌排渠道与水田之间有一定的水头差，同时缺少通道，阻碍这些鱼类在水路与水田间的洄游。出于保护生态系统的角度，日本研究人员提出了在被分离的渠道和水田之间增设水田鱼道的概念[1]。鱼道是供鱼类上溯洄游的常用保护措施，当前国内外鱼道多用于因修建水利工程而阻断的河流上。目前，我国在渠道和水田间增设水田鱼道方面的研究几乎空白。我国是水稻种植大国，在水田间存在众多鱼类等水生生物，为了保护田间生物生态系统及生态多样性，针对水田间生态型水田鱼道研究是十分必要的。

1.2 定义及应用

鱼道是供鱼类溯河通过闸、坝等建筑物或天然障碍物的一种人工通道[2]，其生态学意义是减缓大坝建设对受阻隔鱼类的影响，帮助受到阻隔的鱼类顺利上行或下行通过大坝或其他障碍物，以到达其繁殖地、索饵场或越冬场等重要生活场所。最初设置鱼道的目的是着重保护那些终生需要在江河内及与海洋间来往的鱼类资源。现有的鱼道一般修建于水利工程中，尺寸较大，结构较复杂。近年来，为了保护生态系统的完整性，除了江河内游泳能力比较强的鱼类需要鱼道，水田种植时被分离的渠道与水田的鱼类也被当作鱼道建设的考虑因素。还有那些随着生长周期不同，生存地点小规模移动的个体较小的鱼类、甚至于虾蟹等同样需要过鱼通道进行洄游、产卵，在这样的需求下，连接渠道与水田的水田鱼道被提出[1]。

1.3 主要功能

水田渠道的主要作用是灌溉与排水，是将足够的水量输送到水田供作物生长，满足作物灌溉需水量，或是将多余的水自田间排走，以保持田间作物的正常生长。现在的渠道主要考量的是输水效率、使用年限及维修成本等，使用混凝土渠道取代土渠和砌石(包括其他天然材料)渠道，但从生态的角度看，混凝土渠道平直且没有空隙，生物没有栖息空间，生态机能下降，水田内的鱼类、两栖类等生物的生存环境被破坏。另一方面，由于渠道与水田之间的落差结构，水系无法连通，区域内水生生物的生存环境被破坏。因此，迫切需要通过一些人工措施来实现水田与渠道的再联通。

小型生态水田鱼道可直接安装于水田周边的渠道内，也可以直接将渠道与水田或者河流连通，安装后使原本被切断的水域连通起来。构筑成水田鱼道后，水田鱼道内部结构隔板可以对水流进行消能，降低水流流速，使水田内的鱼类等生物能够借助水田鱼道，从水田洄游到河流(或渠道)中，也可自河流迁移至水田内进行产卵、繁殖。既满足水田灌溉、排水的需求，又恢复了水田鱼类等物种的生物通道，达到了保护生态环境的目的。而且，这种水田鱼道结构简单，施工便捷，易于管理，通用性强。在兼顾水田生长的基础上又达到了保护生态的目的。

2 水田鱼道的研究进展

世界近现代水利工程中的过鱼设施已经有超百年的历史。三百多年前法国以开凿河道中的礁石、滩地等天然障碍作为早期的鱼道使用，一百多年前比利时工程师丹尼尔在水槽内部设置隔板和底坎，来减小鱼道内部流速，称之为“丹尼尔式鱼道”。1913年，美国和加拿大共同建造了弗雷赛河赫尔斯门鱼道，1938年美国在哥伦比亚河上建造的邦纳维尔水电站是一座拥有大规模现代过鱼建筑物的水利枢纽，也是世界上第一座拥有集鱼系统的建筑物[3]。20世纪末期，鱼道建设得到重视，尤其在日本和北美，鱼道的发展较快，数量也较多。目前全球建成的鱼道超两千座，其中超七成属于传统型鱼道。传统鱼道因存在过鱼目标单一、施工材料等不利于生态等问题，使其在维护生态系统方面贡献有限。因此，在20世纪70年代，仿生态鱼道的概念被首次提出，并在德国、瑞典、日本等国运用较多，其中较大部分收到了良好的效果[4]。日本近些年提出了在被分离的水路和水田之间增设水田鱼道，开启了保护田间生物多样性的新思路。

1999年，日本环境厅公布了许多鱼类濒临灭绝的原因之一是水田地区土地整理工程的实施。原因是渠道中的落差结构和稻田出水口与排水渠之间的高程差距，使得水道网络被割裂，导致鱼类等水生生物的栖息水域无法联通，以开发恢复受损条件的小型鱼道。由于冬季水流停止、尾水和排水末端形成落差，渠道混凝土化等使水域网络分割，导致了鱼类栖息环境的恶化[5]。从1996年开始，在日本栃木县河内地区，在农场整备期间进行了鱼类的栖息调查，发现泥鳅和鲫鱼类等鱼类的栖息数量明显减少。报告称，这种鱼类栖息数量的减少，也会对以鱼为食的高级捕食者的丘兔的栖息产生影响。为了兼顾农场整备和生态系统的保护，要求通过工学的方法进行整治[5]。作为其中之一，片野和端提出了通过“鱼道”重建因农场整备而被切断的水域网络。关于水田鱼道的研究，研究人员通过室内实验明确了型式和流量的差异引起的鱼类上溯状况，显示了其有效性。 另外，也有在野外设置鱼道，探讨其有效性、型式不同导致鱼类上溯状况的差异、对鱼类栖息的影响的事例[6]。高林主佳和横川信行指出使用槽部较大的管(槽高约30 mm，节距约64 mm)制作了鱼道，效果较好[7]。

在示范工程中设置水田鱼道构造时，希望水田经营者直接参与水田鱼道的安装及施工，在不妨碍农业生产的基础上水田鱼道能够得到广泛普及。因此，水田鱼道的构造使用了制作、安装、施工容易的聚乙烯制波纹管(内面波状管φ100 mm，波高约14 mm，间距约38 mm)，采用了以约10°的坡度埋设在地下的鱼道结构[8]，经实践证实，泥鳅可以有效利用波纹内的槽部逆流而上。

水田田间整备使耕地的生产率有了很大提高，对生态环境产生了负面影响。其主要原因之一是水田与排水路之间的落差。落差对提高水田排水有很大作用，却阻碍鱼类在水田与渠道之间移动。因此提出了在整修水田中确保鱼类移动路径的水田鱼道[9]。为了恢复在日本新潟县佐渡市野生朱鹮的生存环境，要确保作为其主要饲料资源的泥鳅的生存量，为了使泥鳅能够双向移动，进行了水田鱼道的模型施工。由于泥鳅利用稻田和小水道作为其临时水域产卵和幼鱼生长的场所，建立稻田-小水道(临时水域)和河流(永久水域)的水域网络，对于完成其生活史至关重要[10]。通过带浪管稻田鱼道的溯上性能的实地试验，在新澙县佐渡市的田野泽、正明寺、长亩地区的水田中设置了带浪管稻田鱼道，验证了当地的适用性，目标是在2015年之前，在新潟县佐渡市将60只朱鹮保护起来，期待利用带波浪管稻田鱼道扩大朱鹮的食饵场[9]。

3 水田鱼道布置条件

布置水田鱼道应具备以下几种条件： ①应具有较高的可追溯性。 ②不应妨碍水田的生产经营。 ③廉 价且易于施工维护及管理。

具备条件①表示满足水田鱼道上溯性能，但是为了广泛普及，有必要同时满足条件②及条件③。水田的主要功能是水稻种植，水田鱼道的布置首先要保障不能妨碍稻田正常生长，特别是在水稻生长需水量较高的时期，更要优先供给水稻生长用水，所以不能普及影响水稻产量的水田鱼道。也就是说，水田鱼道必须在稻田种植没有障碍的范围内发挥鱼道功能。必要条件③也对水田鱼道的普及起到了很大的作用。为了改善生态环境，需要建立表面网络，所以最好在尽可能多的水田里设置鱼道。因此，水田鱼道易于施工、易于日常管理维护也很重要。

在水田设置鱼道还需要注意以下几点。首先，过鱼对象的鱼种是泥鳅、鲫鱼类等体长在150 mm以下的体型较小的水田常见鱼类。水田鱼道设置在水路和排水渠上，所以鱼道内的水量很少，其规模很小。由于水田地带这一特殊环境，水田鱼道的管理者是稻农，考虑到稻农们希望水田鱼道只设置在鱼类移动的灌溉期，在非灌溉期能够将鱼道移除。因此水田鱼道的结构简单，材料容易得到，且价格低廉，是不可缺少的条件。

4 总 结

黑龙江省是全国最大优质粳稻主产区，国家粮食安全的“压舱石”。据统计，黑龙江省200万hm2水稻面积，平均亩产达到470多公斤，相对于世界先进国家日本的平均产量450公斤还要高。“杂交水稻之父”袁隆平曾说过，“黑龙江水稻产量超过号称水稻王国的发达国家日本，可以说黑龙江的水稻研究走在了世界前面。”基于我省水稻种植的优越基础条件，针对水田田间配套的相关研究也亟须开展。党的十八大报告中提出：“面对资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势，必须树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念，把生态文明建设放在突出地位，融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程，努力建设美丽中国，实现中华民族永续发展。”在越来越注重生态的大背景大环境下，水田鱼道作为保障水田田间生态系统的重要设施，其研究价值高、研究前景广阔，且国内尚未有人提出过“水田鱼道”的概念。下一步将针对我省乃至我国水田灌区的主要特点，如供水条件、排水条件、生态情况等，开展水田鱼道体型结构、布置方式、适用条件、生态性及鱼类适应性等方面的深入研究。