农田生态硬化型排水沟渠研究

徐 清，陈 伟，沈则军，张宗峰

（盐城市沿海水利工程有限公司，江苏 盐城 224153）

近年来，为了有效缓解粮食供应紧张的现状，化学肥料和农药使用量不断增加，农田中的氮、磷含量增多，农田排水沟渠被污染，不仅破坏了其使用功能，还会对周围生态环境构成一定威胁。目前国内对生态排水沟渠的研究较少，需结合农业发展实际，深入研究沟渠效应发挥的作用机制。

一、农田生态硬化型排水沟渠的作用

生态排水沟渠是指在原沟渠上进行改造，利用植物吸收作用，在沟渠周围设置植物防护带和生长带，有效截留径流携带的泥沙，将农田中的氮、磷等物质进行转化，减少农田排水沟渠污染问题。通常，农田生态硬化型排水沟渠作为水利发展的基础设施，可以将多余的水分排出农田，避免作物烂根，也能够改善水质，突出农田排水沟渠的水文效应。同时，生态排水沟渠具有较强的去污效应，去除农田中的氮、磷成分，改善沟渠附近的生态环境，为农业发展提供保障[1]。

二、农田生态硬化型排水沟渠水文效益与生态功能

1、有效调节水分平衡及改善水质

农田生态硬化型排水沟渠与其他大型沟渠不同，不仅是农田水利基础设置的重要组成部分，还能对农田生态系统中的水文条件和水体质量改善起到调节作用。农田生态硬化型排水沟渠系统中各个沟渠相互独立，可以减少农田作物淹没数量，将洪水造成的损失降到最低。此外，干旱少雨季节应用沟渠能够在一定程度上满足灌溉需要，通过合理调控地表水和地下水位，减少农田排水中氮、磷等养分流失，有效改善排水水质[2]。

2、促进生态系统中各类物质循环

农田生态硬化型排水沟渠不仅具有水文效应和去污效应，还影响着农田生态系统中各种物质内循环。目前，农田开发和利用中受氮、磷等营养物质输入过多影响，水体富营养化问题越来越突出。农田排水沟渠既能够保留所需养分，也能有效改善水质。如，降雨时，农田中的氮素、磷素等营养物质受到雨水冲击和溶解，通过径流离开土壤，应用生态硬化型排水沟渠可以通过底泥截留吸附、植物吸收以及微生物降解净化等多种形式，在保证土壤养分含量的同时有效排出多余营养物质。

3、增加农田生态系统生物多样性

农田生态排水渠系统是动物的栖息地，可以为鱼、无脊椎动物、哺乳动物及鸟类动物提供良好的生存环境。同时，农田生态硬化型排水沟渠通过植物直接吸收水体和底泥中的氮、磷等营养物质，不仅改善了农田周围空气质量和生态环境，还能为动植物生长繁殖创造更良好的空间。

三、农田生态硬化型排水沟渠研究趋势及展望

1、合理设计

合理设计沟渠结构是完善农田生态硬化型排水沟渠系统使用功能的关键。应以安全防护为核心，加强生态护坡设计，建设植物防护带，降低径流冲刷造成的破坏。同时，以节约土地为目的，根据衬砌排水、条田排水等施工要求，确定排沟尺寸，合理设计植物生长带，防止地表水土流失[3]。

运用现浇一体成型机浇筑代替直接拌合、压实等处理，比混凝土结构排沟环保，水流更加畅通。与透水砖砌筑排沟建设成本相比，可以节约1/3～1/2 左右，充分发挥出搅拌均匀、成本低、成型质量高、结构稳定以及外观美等优势，提高沟渠应用的有效性。

多项研究表明，农田中存在过量的沉积物会导致沟渠河床上升，破坏农田排水沟渠系统，需要定期清除沟渠内的污染物，避免沉积物堵塞。

为了加强沟渠湿地生态效应，应做好植物配置与管理工作。沟渠由孔状沟体和水生植物组成，可根据不同时节和沟渠功能合理配置种植植物，有效沉降水流携带的泥沙。

维护农田生态系统多样性。沟渠植被对生物群保护起到积极作用，多数学者就农田生态硬化型排水沟渠对生态系统的贡献度展开研究，对后期生物多样性维护与生态系统开发和保护有着重要影响。

2、加强固化

研究表明，在农田生态硬化型排水沟渠建设中，使用固化剂与土壤拌合可以达到生态硬化的目的。为了加快推进高标准农田排沟建设，强化农田生态硬化型排水沟渠运用效果，可以采用ISER 固化土排水渠技术，从而起到养护植被及改善环境条件的作用。

应事先到现场取回土壤进行性质分析及固化剂配比试验，对结果进行初步研究。施工前清洁场地，确保施工区域内无垃圾和污染物。将原位土壤含水率调整到60%～75%，加入固化剂进行搅拌。注意，搅拌后的摊铺时间不宜过长，尽量控制在6 h 以内。

为了保证施工场地无积水，遇到持续时间较长的降雨天气，应采取遮雨措施，在固化土养护凝期超过7 天后解除。同时不能忽视竣工检验步骤，在ISER 固化土排水渠施工完成后7 天内为自然养护期，应避免排水渠受到强降水的冲刷和浸泡。

此外，应尽可能保证固化剂的使用量为泥浆质量的12%。一般每延米所用固化剂52 kg，用土约0.25 m3。需保证固化土凝期28 天的抗压强度不低于2 MPa，以提高固化土排水渠的实用性。研究可知，使用固化土排沟可以节约农田面积高达10%以上，跟传统混凝土沟渠相比，建材使用减少，降低了对周边环境的污染破坏，确保了农田生态效益。

3、加强径流污染拦截

目前，农田生态污染主要是由于化肥和农药施用不当，要从氮、磷等营养物质拦截方面入手，尽量去除水体中的氮、磷元素，防治农田水质恶化和水体富营养化。

农田中使用农药是为了防止病虫害爆发，影响粮食作物减产，但也会对水生生物造成威胁，减少径流农药进入地表水成为研究的重要内容。有研究表明，植物缓冲带可以有效拦截水中的污染物，将危害降到最低。

四、结语

在农业生产中应用农田生态硬化型排水沟渠，可减少水土流失、净化水质；同时，可减少对农田周围生态环境的污染，增强生物多样性。需根据农田生态系统的具体情况，加强对合理设计、固化土排水渠、径流污染拦截等方面的研究，不断完善生态系统功能，提高农田生态硬化型排水沟渠的环境效应，促进农业可持续发展。