吉林省西部地区生态灌区建设研究

薛承文，张英勃

(吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林 长春 130021)

中国是农业大国，自然资源丰富，但人均占有量较低，其以占全球9%的耕地以及6%的淡水资源养活了近22%的人口，改革开放后的快速发展在生态环境方面付出了沉重的代价。根据环境保护部和国土资源部此前公布的《全国土壤污染状况调查公报》，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤点位超标率为19.4%，农业已超过工业成为我国最大的面源污染产业。

近几年，我国化肥、农药的生产和使用总量居世界第一，化肥与农药的过量使用，导致土壤中养分、重金属以及有毒有机物富集而引起土地污染，直接威胁农产品质量安全，造成水体环境富营养化；同时，畜禽粪便、农作物秸秆和农田残膜等农业废弃物不合理处置，也使得中国农村环境恶化。过去，家庭联产承包责任制增加了农民的劳动积极性，却将人分割开来，影响了现代化进程，现在需对灌区进行统一建设。目前，国家重视生态文明建设，力争资源的可持续利用，而传统思维建设的灌区在当前也暴露出诸多问题，因此对农业生态灌区的研究对于当前灌区的建设管理具有重要的指导意义。

1 灌区建设普遍存在的问题

灌溉系统通常包括3个核心要素，即灌溉水源，渠系工程和灌溉土地，相较于自然生态系统，其人工干预性较强。过去在设计灌溉系统时往往以工程效益最大化为目标，仅注重短期的农业收益，而未将整体的区域生态环境纳入考虑范围，加之全球极端气候影响，灌区水环境恶化、土壤质量退化、农田面源污染、生物多样性降低、生态系统破坏等一系列制约灌区可持续发展的突出问题涌现出来[1- 2]。灌区的主要问题有：

(1)灌溉水资源。随着国民经济的发展，人口的增加和灌溉水资源总量在减少，工业用水、农业用水及生活用水的矛盾日益突出。同时，受农业面源污染的影响，可利用水资源的水质也在恶化。全球气候变暖对农业生产影响较大，直接导致作物需水量的增加。现有可利用水资源减少，用水需求在增加，人类活动严重加剧了水资源分布不均状况，有些生态系统所受损害已达到无法再修复的情况，正面临不可逆转的恶化风险。近些年，伴随生态保护意识的提升，在水资源调配时还需着重考虑生态用水。

(2)渠系工程。渠系工程是灌区工程的主体。水利设施老化，遭抢占且管理落后现象普遍。即使是最精心设计的灌溉系统也无法长期适应农业生产，随着新开发灌区灌溉面积的增加，现有渠道不能满足灌溉要求，有的渠道渗漏严重导致灌溉水利用系数极低，有的渠道采用硬质化的衬砌防渗，虽效果极好，但是渠道不适合水生生物生长，降低了农业退水的自净能力，影响灌区湿地的生物多样性。

(3)耕地质量。近几年，我国化肥、农药的生产和使用量虽居世界第一，但利用率比世界发达国家却低15%到20%左右。化肥、农药等农业投入品过量使用，以及污水灌溉等不合理的水土利用方式导致了土壤板结、碱化，耕地质量明显下降，土壤盐渍化、荒漠化及沙化等导致的环境问题突出。土地退化严重，生产力降低已威胁到国家粮食安全。

合理的灌溉系统需要恢复土地资源保护、生物多样性保护和农业生产之间的生态平衡，创造出一个长期生态健康和有可持续生产力的农业生态系统。

2 建设生态灌区的必要性

生态系统服务是有价值的。自从1997年美国的生态经济学家Costanza在《Nature》上发表了全球自然和生态系统价值评估之后，全世界都开展生态系统服务的价值评估，尤其在中国。这篇文章最主要的影响力就是唤醒了决策者，生态系统服务是有价值的，而且价值不菲。

人口增长和经济发展导致不可持续的农业耕作方式，以及对土地和水资源的破坏性利用。尤其是低效用水以及污染(农业生产中化肥和农药的使用)导致水资源日益减少。这些给水资源带来了巨大的压力，造成土地和生物多样性退化。

吉林西部地区属于半干旱大陆性季风气候，降水量少、蒸发量大，是吉林省生态环境脆弱带。在自然因素和人为因素双重作用下，吉林西部生态环境日益恶化，土壤沙化、盐碱化问题加重。气候变化的不利影响正从根本上改变水资源格局。

我国水资源时空分布不均匀，北方地区降雨较少，且相对集中，容易出现干旱天气，现在变得更容易产生严重的水资源短缺，这将加剧土地和动物栖息地退化。气候的变化增加了对农业实现可持续发展的紧迫性。吉林省作为我国重要的商品粮生产基地，西部灌区在保障国家粮食安全、发展区域经济，建设现代农业方面发挥着重要的作用[3]。

西部地区的松原灌区、大安灌区等工程是正在实施的吉林省增产百亿斤商品粮能力建设的重点工程。灌区建设的建设应不只着重于追求经济效益和社会效益，需将灌区的土地利用空间布局借鉴景观生态学的原理，构建具有“斑块一廊道一基质”景观格局模式的生态灌区，从而实现生物多样性保护和土地资源的可持续利用，将灌区的环境效益最大化。

3 生态灌区的内涵

近些年，国内学者从不同角度对生态灌区的建设进行了大量的研究[1- 6]。生态灌区以生态文明建设为核心，以人与自然和谐理念为指导，建立功能健全的灌排渠系，制定合理的水资源配置方案，以保持农业生产力、土地利用和生物多样性的可持续平衡，修复脆弱的生态系统使其形成良性循环，提供良好的生活环境。生态灌区的构建是为了实现生态、经济和社会的可持续发展。同时，很多学者对生态灌区的综合评价原则和评价体系做了大量研究[4- 5]，在评价时仍需结合灌区自然及经济状况、水资源开发利用程度及当地科技文化水平的差异等，在借鉴相关研究的基础上，选择内容全面、易于量化的指标。生态灌区既可作为一个开放系统，又可视为一个独立系统，作为开放系统即其易受人为干预，通过人为管理，实现灌区系统内各要素、功能间的动态平衡，而作为独立系统即生态灌区系统具有完全自净能力，对于整个区域的生态系统服务有积极贡献[8- 9]。

4 西部地区农业生态系统建设的几点建议

农田排水沟渠系统是农田与水体之间的一个过渡带，具有排水和生态湿地双重作用，通过土壤吸附、植物吸收、生物降解等一系列作用，对农田退水进行净化，在生态型灌区的建设中起着重要作用，也是湿地重要的组成部分[6]。

吉林西部地区是世界三大盐碱地之一，其农田退水含盐量高，如不妥善处理极易发生土壤次盐碱化。该区域的前郭灌区始建于20世纪30年代，通过开发水田改造盐碱土，农田退水进入下游新庙泡承泄区湿地净化，满足排放标准后再排出。这一模式运行至今效果良好，在生态系统服务中发挥重要的作用。

吉林省西部地区灌区的设计基于这一模式，如：五家子灌区的水源为嫩江水，其中用于农业灌溉供水1.97亿m3，灌区退水排入与灌区相邻的平齐铁路东侧的胜家围泡子、苇子沟泡子、六家泡子和杨戏法泡子；大安灌区是通过引嫩江水建设成的一个大规模综合性农业灌区，灌区西部退水排入小西米泡，灌区北部退水进入王家苇子附近的人工芦苇湿地，灌区中部和南部退水排入大安灌区南部的人工湿地芦苇湿地。松原灌区的西灌区退水排入天然泡沼及附近的苇田等。建设吉林西部生态灌区除做好灌溉和排水系统外，还应做好以下工作：

(1)建立综合的水质水量监测系统。盐碱地开发水田过程中，会将大量的盐碱带入到下游承泄区，通常选择在承泄区种植芦苇和蒲草对水体进行净化，因此需要在作物生长期内对灌溉引水、退水进行监测，尤其是承泄区水质进行监测，因盐碱地农业退水含盐量高，应避免承泄区内盐分浓度超过水生生物耐受限值，从而不影响水生生物的生存，有效建立承泄区水生生态系统。同时，水质监测系统还可作为污染物早期预警系统，通过监测确定承泄区的净化能力，水盐运移规律，从而优化设计灌溉面积和承泄区面积的匹配。

(2)确定灌区生态环境需水量。生态环境需水量是构建生态灌区的重要参数。松原灌区按片区划分，相应片区均设置承泄区，一旦承泄区内盐分浓度超过水生生物耐受限值，需及时对承泄区进行生态补水，以维持生物多样性。因此，应结合部不同灌溉片区的实际情况建立多目标优化模型确定符合灌区生态环境需水量，以保证恢复和维持生态系统健康发展。

(3)制定综合的土地和水资源利用规划。在制定调配水方案时不仅要考虑灌溉定额，还要结合确定的灌区生态需水量制定动态的土地和水资源管理计划。同时，加强对于土壤养分和田间水的管理，提高灌溉水的利用效率，指导农民科学施用化肥与农药，提高现有耕地质量，而非扩张耕地，遏制并扭转土地退化趋势。

(4)灌区管理采用防灾建设标准。灌区管理制定防灾建设标准，以应对极端天气的不确定性。积极引入先进的节水技术、种植技术[5- 8]，结合灌区特点调整农业结构，改变种植模式，降低农业生产受气候变化的敏感度，增加其适应能力，对灌区的基础水利设施做好日常的监测和维护。

5 结语

对生活环境的要求的提高，使得人们逐渐意识到保护生态系统服务是非常重要的，而在吉林西部这种生态系统服务是通过农业、草原、湖泊湿地生物多样性获得的，合理的灌溉系统有助于恢复土地资源保护、生物多样性保护和农业生产之间的生态平衡，按照生态灌区的建设理念创造出一个长期生态健康和有可持续生产力的农业生态系统是未来灌区的建设重点。