淺談基于生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的農(nóng)業(yè)水管理策略

(四川省水利干部學(xué)校，成都，610500)

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)作為典型的經(jīng)濟(jì)-自然-社會(huì)復(fù)合型生態(tài)系統(tǒng)，是地球上最重要的生態(tài)系統(tǒng)之一，具有多樣性、開(kāi)放型、脆弱性等特點(diǎn)[1]。以往，人們總強(qiáng)調(diào)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)品提供這一項(xiàng)服務(wù)功能，而忽略了它的其它重要服務(wù)功能，如水資源調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)等。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的單一化引發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)失衡，眾多負(fù)面效應(yīng)已經(jīng)凸顯，比如物種多樣性下降，土壤質(zhì)量變差，水生態(tài)平衡受到破壞……如今，維持農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)完整功能的訴求，受到了相關(guān)部門(mén)的高度重視，人們已經(jīng)逐漸意識(shí)到了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能和生態(tài)平衡保護(hù)雙向發(fā)展的重要性?；谏鷳B(tài)系統(tǒng)保護(hù)下的新型農(nóng)業(yè)水管理模式，在改善農(nóng)業(yè)水土管理活動(dòng)、提高用水效率、改善水質(zhì)等方面也取得了一系列成果。

1 農(nóng)田控制排水

在固有觀念中，農(nóng)田排水設(shè)施建設(shè)的主要目的是為了迅速排除多余水分、防澇、增加農(nóng)作物產(chǎn)量。在進(jìn)行排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí)，一般沒(méi)有考慮農(nóng)田排水對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。溝深斷面大的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)極易導(dǎo)致過(guò)量排水，化肥、農(nóng)藥等化學(xué)污染物的輸出隨之大幅度增加，對(duì)下游的水環(huán)境造成不利影響。美國(guó)San Joaquin Valley農(nóng)耕田排水導(dǎo)致Kesterson水庫(kù)硒污染[2]以及密西西比河兩岸農(nóng)田排水氮素流失導(dǎo)致墨西哥灣出現(xiàn)低氧區(qū)[3]等事件都是典型案例。

農(nóng)田控制排水技術(shù)核心思想就是盡量減少排水，從而降低排水帶來(lái)的水環(huán)境污染。此技術(shù)是在原排水出口處加建控水裝置，保留系統(tǒng)原功能，根據(jù)季節(jié)或者排水需求，調(diào)整排水輸出，這樣既可保持作物適宜的水分條件，同時(shí)還能減少污染物排放。

干旱、半干旱灌區(qū)在灌溉過(guò)程中，地下水位會(huì)同步抬升，可根據(jù)此特點(diǎn)，適當(dāng)調(diào)高排水出口，保持水位高度，節(jié)約灌溉用水。水旱輪作地區(qū)，排水要求在不同時(shí)期具有很大的差異。農(nóng)田控制排水技術(shù)的使用，可以根據(jù)不同植物的生理特征，有針對(duì)性地制定排水方案，滿(mǎn)足不同作物的需求。此技術(shù)應(yīng)用于稻田時(shí)，須注意水位的控制高度，不能低于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)期對(duì)滲漏壓的最低要求，否則污染物積累會(huì)影響水稻的正常生長(zhǎng)。在存在鹽堿化問(wèn)題的地區(qū)應(yīng)用此技術(shù)，如何確定地下水的合理埋深是一個(gè)必須解決的問(wèn)題。當(dāng)?shù)厮臈l件，氣象特點(diǎn)，土壤特性和農(nóng)作物的生長(zhǎng)特點(diǎn)等多個(gè)因素都要考慮在其中，實(shí)施起來(lái)具有一定難度。

控制排水是一種非常好的資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的農(nóng)業(yè)水資源管理措施。但因?yàn)閷?duì)排水污染問(wèn)題不夠重視以及水位調(diào)控方法與設(shè)備操作不夠簡(jiǎn)便，導(dǎo)致這項(xiàng)技術(shù)在中國(guó)的推廣相對(duì)滯后。我國(guó)學(xué)者在探討適合中國(guó)條件的控制排水措施研究方面也還相對(duì)比較薄弱。加大對(duì)適合國(guó)情、簡(jiǎn)便易行的排水控制調(diào)控方案的研究力度，讓其更具有可操作性值得深入探討。

2 灌溉-排水-濕地綜合管理系統(tǒng)應(yīng)用

研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)面源對(duì)中國(guó)東部湖泊氮、磷負(fù)荷的貢獻(xiàn)率超過(guò)60%[4]，近50%的地下水被農(nóng)業(yè)氮、磷污染[5]。這類(lèi)污染濃度低，影響面積大，污染物積累時(shí)間長(zhǎng)，處理起來(lái)有一定難度，對(duì)水生態(tài)平衡的危害大。水生生態(tài)系統(tǒng)的紊亂導(dǎo)致出現(xiàn)一系列水環(huán)境問(wèn)題，滇池水體的嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化，太湖水體爆發(fā)的大面積藍(lán)藻污染都是我國(guó)出現(xiàn)的典型案例。

灌溉-排水-濕地綜合管理系統(tǒng)是基于控制排水，將農(nóng)田、人工濕地和蓄水設(shè)施相結(jié)合，并通過(guò)一定的灌溉排水設(shè)施將三者聯(lián)結(jié)為一個(gè)有機(jī)的整體[6]。該系統(tǒng)的工作原理是田間溝、管收集農(nóng)田排水輸送至濕地，然后利用濕地中的土壤吸附、植物吸收、生物降解等作用來(lái)降低農(nóng)田排水中氮、磷化合物的含量，經(jīng)過(guò)濕地凈化后的水再輸送到塘堰存儲(chǔ)，農(nóng)田需要灌溉時(shí)，再由灌溉設(shè)施供水到田間[7]。

該系統(tǒng)理念和方法與我國(guó)灌區(qū)的實(shí)際情況結(jié)合使用，可行并且有效。灌溉排水方式的設(shè)計(jì)上，選擇符合國(guó)情的明溝灌排作為主體；選址上，優(yōu)先利用荒廢的耕地和現(xiàn)有的塘堰等；植物種類(lèi)的選擇上，可保留原濕地的優(yōu)勢(shì)種類(lèi)和引種適宜當(dāng)?shù)丨h(huán)境的植物。我國(guó)常見(jiàn)的蘆葦、菖蒲等根系發(fā)達(dá)、莖粗葉茂、易栽培的物種都是非常好的選擇，還可從增加濕地生態(tài)系統(tǒng)文化服務(wù)功能入手，選取荷花、睡蓮等，增加其觀賞性?，F(xiàn)有灌排設(shè)施(如塘堰)的改造相對(duì)困難一些，需將原塘堰蓄水灌溉的基本功能轉(zhuǎn)化為人工濕地的水質(zhì)凈化基本功能，并需要將進(jìn)出水結(jié)構(gòu)和形狀進(jìn)行改造。

董斌等在青獅潭灌區(qū)的田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，人工濕地能較好地凈化稻田排水，使早稻、晚稻排水中TN、TP的含量分別減少34.1%、27.7%和78.3%、40.0%[6]。漳河灌區(qū)田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在整個(gè)水稻生育期中，稻田排水經(jīng)過(guò)塘堰后相關(guān)指標(biāo)TN、TP的含量均有減少，說(shuō)明塘堰可處理農(nóng)田排水，對(duì)農(nóng)田排水有凈化功能，TN、TP去除率分別為50.9%和2.3%[6]。

由以上研究可以得出，灌溉-排水-濕地綜合管理系統(tǒng)能結(jié)合我國(guó)現(xiàn)有的灌排設(shè)施，較為明顯地去除農(nóng)田排水中的總氮總磷，有效減少氮、磷對(duì)水體造成的污染，修復(fù)水環(huán)境，是適用于我國(guó)水稻灌區(qū)的排水處理模式。

3 灌區(qū)排水資源化再利用

目前，中國(guó)農(nóng)田有效灌溉面積達(dá)0.6億hm2，在占耕地面積一半的有效灌溉面積上，生產(chǎn)了占全國(guó)75%的糧食和90%以上的經(jīng)濟(jì)作物[8]。農(nóng)業(yè)水資源時(shí)空的分布不均，導(dǎo)致灌區(qū)水資源短缺，灌溉水源不足。排水污染對(duì)灌區(qū)水環(huán)境的威脅，對(duì)水生態(tài)的破壞也表現(xiàn)的非常明顯。

灌區(qū)排水重復(fù)利用，可緩解水資源短缺和灌溉水源不足的矛盾；灌區(qū)排水中氮、磷等養(yǎng)分也可被作物重新吸收，提高農(nóng)田水肥利用效率的同時(shí)還能減輕對(duì)水環(huán)境的負(fù)面影響，達(dá)到保護(hù)水環(huán)境的目的。

灌區(qū)排水資源安全、持續(xù)的再利用，需要合理有效的技術(shù)措施給予保障，常見(jiàn)的灌區(qū)排水再利用管理措施主要包括灌水方法、灌溉方式、灌溉制度。

灌區(qū)排水中的微咸水和咸水，國(guó)內(nèi)外的研究表明，同淡水一樣，適用于地面灌溉、地下灌溉、噴微灌和滴灌等各種灌水方法，同地面灌溉相比，微咸水和咸水更適用于采用地下灌溉和滴灌[9]。其中滴灌方法經(jīng)具體實(shí)施證實(shí)，效果更佳，具體表現(xiàn)為：滴頭周?chē)寥拉h(huán)境相對(duì)濕潤(rùn)對(duì)根系生長(zhǎng)友好，滴頭的淋洗作用使土壤鹽分的分布有益于農(nóng)作物利用，同時(shí)也避免了葉面燒死。

灌區(qū)排水再利用常用的灌溉方式有輪灌和混灌。輪灌利用排水和渠水按照一定的制度交替灌溉，利用作物輪作實(shí)現(xiàn)或者同一作物在不同生長(zhǎng)期對(duì)鹽分敏感度不同實(shí)現(xiàn)。在內(nèi)蒙河套灌區(qū)開(kāi)展的不同微咸水利用方案的數(shù)值模擬，提出鹽漬化土壤條件下對(duì)區(qū)域土壤環(huán)境影響較小的生育期咸淡水輪灌優(yōu)化方案[10]。薛峰等[11]建議采用混灌、輪灌和施改良劑等措施改良灌溉水質(zhì)；馬云瑞等[12]建立了利用農(nóng)田排水再灌溉的適宜灌溉方式和灌溉制度。不同灌溉方式的使用，應(yīng)注意制定嚴(yán)格的灌溉制度，控制灌溉水的成分控制，灌溉后的土壤成分檢測(cè)，作物不同的特性和不同生育階段的需求，最大程度發(fā)揮咸淡水的作用。

我國(guó)目前還在大量使用傳統(tǒng)的地面灌溉方式，農(nóng)田灌溉水利用較低，灌區(qū)排水作為未充分利用的水資源，具有巨大的挖掘潛力。

4 農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染控制

據(jù)2010年國(guó)家三部委聯(lián)合發(fā)布的《第一次全國(guó)污染源普查公報(bào)》，我國(guó)農(nóng)業(yè)污染源年排放化學(xué)需氧量1324.09萬(wàn)t，總氮270.46萬(wàn)t，總磷28.47萬(wàn)t，分別占全國(guó)污染物總排放量的43.7%、57.2%、64.9%，農(nóng)業(yè)源已成為主要污染源。如今，點(diǎn)源污染的控制水平已經(jīng)達(dá)到了一定的高度，非點(diǎn)源污染對(duì)水體環(huán)境的影響更為明顯，它的控制和管理技術(shù)決定了農(nóng)業(yè)發(fā)展是否環(huán)境友好、是否資源節(jié)約?？茖W(xué)性和可行性的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染控制措施研究也成為熱點(diǎn)。

4.1 最佳管理實(shí)踐

最佳管理實(shí)踐是非點(diǎn)源污染控制措施中影響最大的控制措施，包括管理措施(養(yǎng)分管理、耕作管理和景觀管理)和工程措施(濕地、植被緩沖區(qū)、水陸交錯(cuò)帶等)。它是由美國(guó)環(huán)保局在上個(gè)世紀(jì)70年代提出。我國(guó)研究者將此措施引進(jìn)，并加以改進(jìn)應(yīng)用，并取得一定成效。馮永忠等在最佳管理措施基本原理的基礎(chǔ)上，構(gòu)建寧夏黃河灌區(qū)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染防控方案，為寧夏黃河灌區(qū)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染防治提供理論依據(jù)[13]。

4.2 控制階段劃分

楊林章、薛利紅等總結(jié)提煉了農(nóng)村面源污染治理的“4R”理論，即源頭減量(Reduce)、過(guò)程阻斷(Retain)、養(yǎng)分再利用(Reuse)和生態(tài)修復(fù)(Restore)[14]?！?R”理論從源頭上來(lái)控制污染物，這是控制污染的關(guān)鍵一步，可明顯降低污染控制成本；在污染物的傳播過(guò)程中給予阻斷，減少污染影響范圍；利用作物對(duì)養(yǎng)分的再利用減少入水體的污染物含量，同時(shí)對(duì)水體進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，從而達(dá)到水環(huán)境保護(hù)的目的。此控制技術(shù)體系從時(shí)間和空間兩方面全面對(duì)污染物進(jìn)行控制，效果更持久。

5 結(jié)語(yǔ)

協(xié)調(diào)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)的農(nóng)業(yè)水管理策略，是未來(lái)農(nóng)田水管理的重點(diǎn)研究方向。從生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的角度實(shí)施新型的農(nóng)業(yè)水管理措施，不僅不會(huì)制約農(nóng)業(yè)發(fā)展，反而還能達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平提高和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能完整穩(wěn)定的雙重目標(biāo)。