太湖流域高标准农田排水系统生态化改造案例分析

胡茂杰,宋文玲,蒋 豫

(江苏省生态环境评估中心，江苏 南京210036)

0 引言

农田建设是农业发展的基础,是捍卫国家粮食安全的基本保障。 2004 年,中央一号文件首次提出要支持高标准基本农田的建设。 随后,国家发布了多个重要政策文件并投入大量资金推进高标准农田的建设。 经过10 多年政策支持和资金投入,我国高标准农田建设取得显著的成效。 截至2020 年底,全国高标准农田建设面积达到0.53 亿hm2[1],占全国基本农田面积超过40%。 近年来,随着生态环境保护意识的提升和对农田面源污染重要性的认识,高标准农田建设已不再仅考虑保障粮食安全,开始探索为治理农田面源污染做出应有的贡献。 将高标准农田建设与治理农田面源污染相结合,建设生态型高标准农田,成为近年来高标准农田建设领域的新热点。

太湖流域作为全国经济最发达的区域之一,承受着因经济快速发展带来的大量污染物排放和由此而造成的环境污染。 经过20 多年的治理,太湖流域水环境质量逐步好转,点源污染基本得到控制,太湖流域污染治理工作步入深水区,面源污染成为影响区域水环境质量改善的主要限制因素[2]。 作为面源污染重要的构成部分,农田面源污染的影响不可忽视[3]。近年来,太湖流域多个地区通过生态化改造农田排水系统,将高标准农田建设与治理农田面源污染相结合,并已有多个成熟案例。 本文以太湖流域实际工程为例,简要介绍了高标准农田排水系统生态化改造与运行情况,分析了其建设运行中存在的问题,并提出了对策建议。

1 太湖流域高标准农田排水系统生态化改造案例

1.1 武进区某高标准生态农田建设试点案例

该高标准生态农田建设试点位于常州市武进区雪堰镇新康村,试点总面积约87 万m2。 为打造生态型高标准农田建设的样板区,试点区域于2017 年启动了农田排水系统生态化改造,并于2020 年6 月完成了工程建设。 雪堰镇高标准农田排水系统生态化改造工程包括新建生态拦截带、生态沟渠、促沉净化池和生态塘系统等。 为了拦截农田地表径流,在试点区内农田道路两侧建设了共计2.022 km 的生态拦截带,种植鸢尾等既能高效拦截氮磷又兼具生态景观的植物。 新建生态沟渠总长3.67 km,生态沟渠采用梯形断面、复式断面和植生型防渗砌块技术。 两侧沟壁由带孔六角块组成,孔中种植天堂草和黑麦草。 沟底现浇素砼,间隔5 m 开孔种植美人蕉和菖蒲等挺水植物,沟体内相隔一定距离构建小坝减缓水速,延长水力停留时间。 在生态沟渠与河道的接口处建设了促沉净化池3 座,促沉净化系统包括外围过滤带和内部净化系统两部分,外围过滤带由促沉填料以及多年生挺水植物系统组成,内部净化系统由内部氮磷高效净化填料、氮磷高效吸收型浮水植物系统等组成。 生态塘系统主要由生态净化塘及循环再利用系统构成。生态净化塘主要用于收集、滞留和净化生态沟渠排水。 通过配置的挺水植物、浮叶植物、沉水植物和填料等,高效吸收氮磷,净化水质。 循环利用系统主要是建设在生态净化塘边上的提水泵站,优先将前端的沉降塘排出的较高浓度水排入农田循环灌溉。 经过生态塘系统处理的水可以进一步流入下游湿地系统,或直接排入外河。

1.2 太仓市某高标准农田排水系统生态化改造案例

该改造案例位于太仓市农业面源治理试点区内,属于太仓市城区北郊的杨林塘小流域,试点区总面积约20.4 km2,试点区主要涉及城厢镇东林村、万丰村、双凤镇庆丰村、沙溪镇中荷村、胜利村和塘桥村。 试点区改造工程于2016 年开工建设,2018 年全部建设完成。 试点区农田排水系统生态化改造内容包括生态沟渠建设和地表径流生态拦截系统等。 生态沟渠工程内容主要是建设生态沟渠3 000 m,生态沟渠的横截面形状为倒梯形,底板由混凝土浇筑而成,底板上预留有贯穿底板的种植孔,种植孔中种植黄菖蒲、灯芯草等挺水植物。 生态沟渠边坡由位于内侧的浆砌片石以及位于外侧的联锁式护坡砖组成,浆砌片石预留有凹坑,联锁式护坡砖铺设在凹坑中。 联锁式护坡砖中开设有通孔,通孔内种植有护坡植物。 联锁式护坡砖为镂空的正六边形,以增加联锁式护坡砖之间的稳固性。 地表径流生态拦截工程内容包括完成区域内河道清淤4 000 m以上,清除淤泥约8 万m3,河道滨水带设置圆木桩护岸共7 000 m 以上,建设生态隔离过滤带15 100 m2,河道近岸种植绿色植物6 000 m2以上等。

1.3 丹徒区某高标准农田排水系统生态化改造案例

该改造案例位于丹徒区上党镇,示范区总面积约19.3 km2,其中种植面积约14.7 km2,涉及4 个村。 示范区以稻田和经济茶园为主,菜地、果园零星分布其间。 针对示范区内农业面源污染现状,以凌塘水库为核心,在示范区内重点实施生态沟渠工程、生态河道拦截工程和生态净化塘工程等。 生态沟渠建设工程共建设生态沟渠228.6 m,对沟渠进行基础整理,并按要求开挖或回填,采用八字形植草砖对沟渠坡岸进行防护,植草砖之间的衔接和固定采用水泥砂浆进行抹平,坡面播撒狗牙根或高羊茅。 生态河道拦截工程主要是对示范区内河道进行清淤,同时对河道周边进行清杂,种植黑麦草等护坡草、垂柳等护岸乔木和红叶石楠等护岸灌木,并构筑河道拦截坝,增加水体滞留时间。 生态净化塘工程主要是对项目区内河塘清淤,河塘内种植鸢尾等挺水植物,同时对河塘周边进行清杂,塘周边种植黑麦草等护坡草和垂柳等护岸乔木。

2 高标准农田排水系统生态化改造和运行中存在的问题

2.1 缺乏科学合理的评价指标体系

科学合理的评价指标体系是考核项目建设质量和运行效果、保证项目达到预期绩效的保障。 由于高标准农田生态化改造并没有全面铺开,政府层面或者学术层面尚未明确统一的评价指标体系指导高标准农田生态化改造工程的考核。 目前,部分生态化改造工程建设完成后仍然仅以实体工程量和建设质量作为唯一考核指标,而忽视了对实际运行效果的考核。 实际上,改造工程实际运行效果主要取决于净水植物的生物吸收净化作用,而净水植物的生物吸收净化作用是无法采用实体工程量和建设质量进行量化的。 传统的农田水利工程建设考核指标已不再适用,高标准农田生态化改造工程亟待构建科学合理的评价指标体系。

2.2 存在设计和建设不尽科学的情况

生态型农田排水系统净化效果主要取决于构建科学合理微型生态净化系统,而其中最重要的就是净水植物的科学选择和水工构筑物的合理组合[4]。 根据笔者考察的农田排水系统生态化改造案例,发现部分农田排水系统生态化设计和改造时存在植物选择和搭配不合理的现象,甚至发现部分生态沟渠栽种的净水植物短时间内就被区内优势物种所取代,未能发挥应有的净化作用。 此外,部分生态沟渠生态化改造不彻底,工程建设质量达不到要求,不能与促沉池、拦水坝等有效组合,在使用过程中很快就会被农田排水所携带的泥沙所淤堵,给后期管护带来了很大的工作量。

2.3 后期运行管护不到位较为普遍

生态型农田排水系统长期稳定有效运行主要取决于后期的管护。 由于生态型农田排水系统主要依赖各类水生植物的生物吸附净化作用,吸附农田排水中的氮磷营养元素,净化农田排水。 因此,水生植物的种类、数量和生长状况对净化农田排水起到决定性的作用[5]。 根据笔者对多个生态沟渠的考察踏勘,发现大部分生态沟渠在运行2 ～3 年后,就会发生栽种的植物大面积枯萎死亡情况,而这种情况发生的主要原因就是缺乏有效的后期管护。 事实上,个别水生植物枯萎死亡为正常生物现象,但如果后期管护不到位,不能够及时采取补种等措施,净水植物大面积死亡就会严重影响生态沟渠的净化效果。 此外,生态型农田排水系统构筑物损毁不能及时修缮、生态沟渠和促沉池淤堵严重而不能及时清理、水生植物未及时收割而造成吸收的氮磷二次排放等管护不到位的情况也普遍存在[6]。

3 对策与建议

3.1 完善评价指标体系构建

农业、环保等相关部门应对高标准农田排水系统生态化改造评价指标体系的研究加强指导,构建科学合理的评价指标体系。 构建评价指标体系时必须要把运行期的实际净化效果作为最重要的考虑因素,将改造工程对农田排水中氮、磷的净化效果作为重要的评价因子。 此外,评价指标体系还要将管护机制的建立情况作为重要的评价因子。 因为高标准农田排水系统生态化改造工程是否能够长期稳定运行,主要在于运行期是否有完善有效的管护。

3.2 科学设计，高质量建设

目前,国内对生态型农田排水系统尚没有出台相应的标准和技术规范,这是导致生态型农田排水系统设计水平参差不齐的主要原因。 在没有相应标准规范的前提下,各地应依托科研院所、专家进行科学的指导和设计,确保关键环节技术过硬、植物品种和布局合理。 构建生态型农田排水系统时,必须要摸清建设区域农田分布、排水特点和水质等基本情况,做到科学合理设计。 在工程建设过程中,必须要严格按照设计图纸施工,避免出现施工质量不高,造成工程建设质量低下、影响后期运行效果的情况。 工程施工单位必须由具有相应工程背景的施工单位实施,相关部门应加强督促检查,监督施工质量,确保工程建设真正达到预期效果。

3.2 建立完善的管护机制

首先,明确管护责任,将运行管护的具体责任明确到具体的单位,并分解到个人,避免管护职责落实不到位,而出现无单位负责、无人管护的情况。 其次,管护不到位的很大原因在于缺少管护资金,这也是农业类工程项目的普遍情况。 建议类似项目在工程经费中要预留专门的后期管护费用,或采取财政拨付奖补资金的办法,用于支持后期工程运行的管护,从资金上解决后期管护难的问题。 最后,生态型农田排水系统管护主要工作在于净水植物的管护,农业部门应组织相关净水植物种植、生长等知识的培训,培训具体管护人员了解净水植物生长的基本知识,做到管护时能科学合理地养护净水植物。