农田灌排系统生态化改造原则及相关技术标准.docx

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1、农田灌排系统生态化改造原则及相关技术标准1基本原则和要求高标准农田建设中最重要的就是灌排设施的建设，确保能灌能排，旱涝保收。农田灌排系统生态化改造的目标就是在保证耕地粮食生产产能的前提下，通过灌排单元内的水系及灌排设施的合理规划和排水系统的生态化改造，提升对农田排水中氮、磷等的拦截净化及循环利用水平，减少农田面源污染排放。由于地形地势的差异，丘陵区和平原水网区农田灌排系统也有所不同，生态化改造中均应遵循因地制宜、生态处理、循环利用的总体原则，对已有灌排水系（沟渠、塘堰、河浜）进行疏通连接，充分利用泵、闸等对水资源进行科学调度和管理，促进农田排水在灌排单元内的有效蓄滞与循环利用，并尽量优先利用塘

2、浜对降雨初期产生的高浓度农田地表径流进行汇集后循环灌溉，尽量不外排。如南京江宁汤山生态高标准农田建设中，充分发挥其地势高程差，农田排水汇流到沟渠，进入区域内的河浜，通过闸控制其向外河的排放，并利用提水泵站将其提升至区域内高处的鱼塘,然后通过管道自流灌溉至稻田，从而实现了农田内部用水的循环。而地处平原河网区的武进新康村，在高标准农田建设中，通过建设地表径流汇集池，利用提水泵站将排水提升至荷花生态净化塘中，不仅实现了农田排水的汇流净化，还打造了生态景观。此外，排水系统生态化改造工程宜在原有排水系统基础上进行生态化改造提升，尽量不额外占用土地，保证排水通畅的同时采用相应技术措施对农田退水进行净化后再

3、排放至水体。可采用的技术包括生态田填、农田排水促沉净化装置、生态沟渠、生态净化塘等。2生态化改造技术及相关标准2.1生态田填生态田域是在田填原有田块分界和蓄水功能的基础上，通过适当调节田域和排水口高度、在条田田填上种植植物等措施来减少农田径流发生、提升农田生物多样性和农田生态景观。在汤山高标准生态农田建设中，通过小田变大田，每块田12hm2左右，并将田填加宽加高至3Ocm左右，田块之间的田域上种植黄花菜、饲料桑等多年生固土植物，在田两头（近路或近渠）的田填上种植一些病虫的“驱-诱”植物或者益虫植物如大豆、芝麻、四路玉米、香根草等，并搭配种植灯芯草、莺尾、菖蒲等本土水生植物，从而形成隔离带。多年

4、实践证明，生态田域可有效拦截地表径流带走的氮、磷，并起到以“草”压“草”、以“草”控“病虫”的功能，农田生物多样性和景观多样性明显提高。研究发现,太湖流域田块25cm高的田填能减少径流量约91.1%,对总磷的拦截率最高可达31.4%16o除了高度外，田填宽度对氮、磷截流效果也有影响，40Cm宽的田域对镀态氮和磷酸盐截留率均超过50%；近沟渠田展由于受侧渗的影响，田填宽度在80130Cm时对侧渗拦截效果最好。考虑到建设成本及占地情况，建议太湖流域田域高度以2025Cm为宜，普通田域宽度以3040cm为宜，沟渠边田填宽度以80Cm为宜。止匕外，排水口是田域的有机组成部分，为了减少灌排水时的工作量，

5、当前太湖流域多采用平水缺的方法，平水缺的高度一般在58cm,这个高度不能有效拦蓄雨水。因此，根据水稻的耐淹水深和耐淹时间以及太湖地区稻田的蓄雨上限，推荐稻田的排水口高度在水稻返青期以5cm为宜，分Il期、抽穗开花期及乳熟期以IoCm为宜，而拔节孕穗期则可提高到20cm2.2 农田排水促沉净化装置农田排水促沉净化装置是指建设在农田排水口处或排水沟渠两端的、内部填有吸附填料,可对农田排水中的泥沙和氮磷等污染物进行沉降吸附和拦截的装置，2014年由上海市农业科学院的刘福兴等19提出。在武进新康村、太仓东林和镇江姚桥等多地高标准农田建设中的应用实践表明,农田排水促沉净化池对排水中悬浮物和氮的拦截效果分

6、别可达52%78%和14%38%12农田排水促沉净化池分初沉室和主沉室,农田排水首先经进水管进入初沉室,自上而下经填料吸附净化后由初沉室内壁底部的水孔进入主沉室,然后自下而上逐渐上溢,排入沟渠或河道。农田排水促沉池的形状和大小可因地制宜。填料宜采用对氮、磷有较好吸附作用的沸石、火山岩、陶粒、生物炭等材料或其组合。灌排两用沟渠可以在农田排水口处安装简易的促沉净化装置,高度和田坤一致由有机玻璃或PVC板材制成内部由挡板将装置均匀分割成45个室,挡板高度低于促沉净化装置高度10cm左右可使水流弯曲通过,填料填装高度与挡板持平,既可延长排水停留时间,增加对悬浮物和氮、磷的拦截效果,又可避免大暴雨时排水

7、不畅。此外,灌水时还能将通过吸附拦截在促沉净化装置内填料上的氨磷重新冲刷回农田,起到反冲洗功能.延长填料的使用时间。2.3 生态沟渠2005年杨林章在国内率先提出生态型拦截沟渠的概念并应用于太湖流域,其主要通过对现有排水沟渠的生态化改造和功能强化,利用物理化学和生物的联合作用对污染物（主要是氮磷进行拦截和净化9。生态拦截沟渠系统主要由工程部分和植物部分组成,沟渠采用带孔的硬质板材构建而成沟内每隔一定距离设置一小型的拦截坝，也可放置一些多孔的拦截箱,拦截箱内装有氮磷吸附填料沟底、沟壁及拦截箱内均可种植氮、磷高效吸收植物。农田排水中的氮、磷通过植物吸收、基质吸附泥沙沉降以及微生物脱氮等方式而被有效

8、去除。自生态型拦截沟渠概念提出后,被因地制宜地进行改进升级并广泛应用到全国各地农业面源污染控制中,对氮磷的拦截净化效率一般在40%以上最高可达80%左右9-10,14,20-28O生态沟渠对农田排水中氮磷的拦截效果受沟渠的构造、规格、填料类型以及植物配置等的综合影响25-29。经江宁汤山武进新康等多地实践应用,总结提出了生态沟渠的相关建设标准如下：(1)生态沟渠宜利用原有农田排水沟渠通过生态化改造构建不应影响农田正常排水生态沟渠应包括渠体植物和水位调节装置可因地制宜增加填料净化模块。(3)渠体断面一般为倒等腰梯形，口宽不小于0.8m,深度不小于0.6m,具体规格因地制宜,确保排水通畅。沟壁宜采

9、用适合植物生长的土质或有孔穴的植草砖铺设,应保证边坡稳定;沟底宜为土质。(4)植物应配置耐污能力强、根系发达生物量大的挺水植物、沉水植物和浮水植物可一种或几种搭配栽种,以不影响正常排水为前提:常水位以上沟坡宜种植草本植物在生态沟渠的末端布设拦截堰,用以维持沟渠中一定的水位(2030Cm)。(6)生态沟渠内可适当布设填料净化模块,填料宜采用炉渣、沸石、加气混凝土、陶粒等多孔净化无机材料,一种或几种组合置于网箱或生态袋内，模块高度不宜超过沟渠高度的1/2o2.4 生态塘浜调蓄净化系统太湖流域水网发达,塘浜密布3,农田排水入河入湖速度快。因此,因地制宜利用已有的塘浜对农田排水进行蓄存循环利用和净化是

10、当前最经济高效的技术之一。大量研究结果表明,生态塘对农田尾水中氮、磷的净化率可达40%以上1,31-33“十一五”期间本研究团队在无锡市胡镇通过水池汇流菜地氮、磷高浓度排水再回用到稻田中可实现菜地径流排水中79%的全氮被净化回用4。在镇江姚桥,结合村庄搬迁整治和高标准农田建设,利用废弃的垃圾堆放场建设了13000m生态塘调蓄净化系统,结合生态沟渠和拦截溢流堰,可实现26.7hm哝田排水的蓄存净化。连续2年的监测结果表明,生态塘调蓄净化系统对排水中氮磷拦截率最高可达78.0%和68.4%,经净化后19次农田排水中仅3次全氮质量浓度略高于2mgL,其余均达到地表水V类水标准。稻麦轮作农田的模拟降雨

11、径流数据显示初始径流期是稻田氮素流失的高浓度风险期,前10%的径流中氮排放量占总氮排放量的40%50%35-37前25%的径流携带了87%的氮和48%的磷38。因止匕,收集池只需收集前期10%或25%的高浓度地表径流即可拦蓄50%以上的污染物。依据太湖流域苏州无锡及常州三地的降雨规律,降雨次数中99%的降雨量在66mm以内,因此以66mm降雨量作为收集池容积的计算依据,正常情况下稻田田可拦蓄3cm左右的雨水。据此,在武进新康村,在已有高标准农田三面光水泥沟渠的基础上,建设了农田地表径流汇集池,并利用提水泵站将农田氮、磷高浓度排水提升至荷花生态净化塘中,实现了农田排水的汇流净化。连续一年的第三方

12、监测结果显示,农田排水经荷花生态塘净化后全氮质量浓度由063588mg/L下降至0.571.68mg/L全磷质量浓度由0.140.37mg/L下降至0.05018mg/L,达到了地表水IV水标准,农田排水全氮质量浓度2mgL和全磷质量浓度04mg/L时的氮磷拦截率均超过50%以上。为尽量减少占地,生态塘浜调蓄净化系统建议由废弃的低洼地或者已有的塘浜改造而成,由高浓度排水收集池和生态塘组成。条件不具备时可仅建设高浓度排水收集池,安装小型水泵进行农田灌溉回用。生态塘建设应因地制宜,水深以1.5-2.0m比较适宜,优先选用具有经济价值的水生作物如婪白、莲藕、带莽、水声等.适当种植葛蒲、芦苇、楚草黑麦草等对氮、磷高效吸收的水生植物。收集池和生态塘之间建设溢流闸坝,农田氮磷高浓度径流排水汇入收集池，当收集池满之后,排水直接通过溢流坝流入生态塘,起到拦污的作用,并保证氮磷高浓度排水优先被农田回用。大雨来临前应及时降低生态塘中的水位为汇集净化农田径流排水腾出库容生态塘设置排水管道与河道相连,大暴雨时生态塘满后才排入河道。