湖北省农垦事业管理局土地整理中心
摘要：将生态化工程设计理念运用到土地整治工程项目中，是推动土地整治可持续发展和土地资源高效利用的重要保障。土地整治中的沟渠是田间基础设施的重要组成部分，是维护农田生态系统平衡、生物多样性的重要生态廊道。在不同条件下的农田生态环境中，将灌排沟渠设计与农田生态景观规划、生态化工程进行结合，同时削减农田面源污染，创造生物迁栖廊道，实现生态效益、经济效益和社会效益的统一。
关键词：土地整治 田间沟渠 生态设计
土地是人类赖以生存和发展的物质基础，是社会生产的劳动资料，是农业生产的基本生产资料，是一切生产和一切存在的源泉。但长期以来，我国经济增长建设在资源高消耗、高投入等粗发展方式下，付出了世大的资源与环境代价。部分地方出现资源紧张、环境污染严重、水土流失、盐碱化和生态系统退化等严峻形势。面对我国土壤、大气、水资源等污染问题给自然生态环境造成的巨大压力，习近平总书记多次强调经济发展“既要金山银山，也要绿水青山“，关键要解决好经济发展同生态环境之间的矛盾。经济新常态下，绿色发展也将成为我国经济发展方式转型的迫切需要。《中共中央国务院关于加强耕地保护和改进占补平衡的意见》（中发〔2017〕4号）提出，着力加强耕地数量、质量、生态“三位一体”保护，加强对土地整治过程中的生态环境保护，实现耕地保护与经济社会发展、生态文明建设相统筹。《全国土地整治规划（2016-2020年》提出，贯彻保护环境基本国策，积极推进土地复垦和土地生态整治。实施山水林田湖综合整治，全面加强农田生态设施建设，增强农田生态服务功能,开展土地生态环境整治示范建设。
当前，我国的土地整治项目过多注重增加耕地面积和提高生产条件的便利性，对土地生态景观和生物多样性考虑甚少，忽略了对整个农田生态系统的保护和土地整治的生态效益，忽视了农业生态环境的保护和土地整治的生态效益，打乱了自然沉淀下来的生态系统平衡。
农田排水和灌溉沟渠是田间工程的最末一级固定渠道，是农田生态系统中重要的组成成分，是农田基础设施的重要组成，是农田水分“调节器”及其与河流湖泊之间水流的“连通器”，是农田水源中污染物质的重要输送渠道。农沟、农渠的优化设计与农田整治密不可分，是农田生物栖息和迁移的重要空间。因此，农渠、农沟的生态优化设计工作有助于保护农田生物多样性，防治农田污染，是土地生态整治绿色发展的重要途径。
一、田间渠沟设计现状
现阶段农用地土地整理主要以增加耕地为主，田间渠沟主要使用混凝土、浆砌石、砌砖等硬化方式，少部分维持渠沟的原质面，主要任务是减少渠沟冲刷、提高输水效率和水资源利用率，并增加输水、排水的顺畅性。其中，硬化断面的形式单一，缺乏对农田生态因素和生物栖息地的考量，影响了农田生态各要素的稳定。
二、田间渠沟的主要类型及存在的生态问题
根据渠沟临水面的结构材料和断面类型的不同，分析存在的生态问题。
(一)土质渠沟
土质渠沟一般为梯形断面，多用于地质条件稳定、水流冲刷破坏较小的农田，符合农田生态化发展的要求。护岸两侧可种植草本植物，土壤孔隙符合动植物、微生物生存环境条件，有利于维护田间生态系统的稳定。由于土质渠沟可能存在高透水性，易造成输水效率低下，如果长时间不进行维护，渠沟岸坡也易生长杂草，将减缓水流速度，影响灌溉与排水效率。
(二)干砌石块（卵石）渠沟
干砌石是指直接将石块、卵石堆砌在一起，石块之间保持自然的通畅性，或将土壤填筑于空隙间。根据形状，其断面可分为梯形、矩形两种形式。由于砌石之间留有空隙，且表面凹凸不平，能够供水流自然渗出，可为微生物、鱼虾、水鸟提供通道，为各种生物幼虫提供栖息场所，且与周边农田自然协调，维护生态功能的价值较高。
(三)浆砌石块（卵石）渠沟
浆砌石是指将混凝土、砂浆等胶合物填筑在石块、卵石之间的缝隙中，并采取勾缝或抹面的方式。根据形状，其断面分为梯形、矩形两种形式。浆砌石表面凹凸不平，可为微生物、生物幼虫提供栖息，对鱼虾也有一定的保护功能，但其保护强度不如土质渠沟和干砌石块（卵石）渠沟，同时减少了水流的通透性，维护生态功能的价值较低。
(四)混凝土渠沟
混凝土渠沟断面常见有梯形渠沟、矩形渠沟、U型渠沟等，其中U型渠沟适应渠沟床的变形能力强，常用于地质不稳定的中小型渠道。由于过水断面全部进行混凝土硬化，混凝土渠沟水流几乎不渗漏，节水功能强，是土地整治中心普遍采用的渠沟形式，但生态功能最弱。
由于混凝土渠沟表面光滑垂直，生物难于在其间附着生存，是4种渠沟中存在生态问题最严重的，主要问题包括：渠沟两侧边坡坡度大（或垂直），表面光滑无孔隙，边坡渠道无绿化植物；渠沟封底硬化，水体难以下渗，影响地下水涵养和底栖生物的栖息环境；纵坡变化小，无法像天然沟渠有浅滩深潭等多变化地形；水位变化大，尤其是灌溉渠道，灌溉期有水，非灌溉期则干涸无水，影响水中生态系统；渠沟中生态系统单一，导致受污染的水质难以自净。
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四、田间渠沟生态化设计
根据田间渠沟现状问题，结合生态学理论，田间渠沟设计应尽可能增加持留、传输和净化能力，主要涉及水力计算和满足净化功能，同时考虑地形条件、水文、土壤及植物类型等因素，提出生态设计建议。建议田间渠沟生态设计需要从断面设计、材料选择、生态功能维护和生物保育四个方面进行考虑。
(一)断面生态优化
断面生态优化设计结合《灌溉与排水设计规范》中的设计要点进行优化，主要从以下几点进行开展：
1、缓坡设计：
在占用耕地面积允许的情况下，将农田渠沟护岸设计成缓坡方式，方便两栖类或哺乳类动物在水陆两域间来回、迁移。同时，缓坡设计可减少渠道内水位高低变化带来的生态冲击。
2、逃脱边坡设计：
在占用耕地面积小的情况下，选用矩形渠沟，在相隔30m距离设计阶梯式或缓坡式生物跳板，以便于两栖类或哺乳类动物在水陆两域间来回、迁移。
3、沟底块石堆置：
在渠沟边坡的坡脚处堆置石块，仿造U 形化排水沟的效果，形成最佳水力断面，对水流产生扰动，为生物栖息提供了多孔质空间。
4、不加封底：
为防止排水沟底部冲刷，可隔一定距离设置一混凝土或浆砌卵石固床工，同时兼有净化水质的效果。其做法有利于水底微生物繁衍，对于改善水质也有一定功效。其中，浆砌卵石固床工以V 型设置时造成的水体扰动效果较佳。两固床工之间也可回填土方压实。若用混凝土打底，则可采用钻孔。
(二)材料的优化选择
防渗材料、断面优化设计可结合《灌溉与排水设计规范》、《渠系防渗技术规范》进行选择，主要从以下几点进行开展：
1、块石（卵石）护砌：
在不要求防渗的情况，建议就地取材采用干砌块石（卵石）护岸。当选用浆砌块石工法时，建议石头的外侧缝隙不填砂浆，利用石头凸出的特点，营造表面粗糙及多孔质空间环境，为昆虫提供良好的栖息环境。
2、混凝土与块石结合：
建议采用半混凝土、半浆砌块石护岸方式。以不影响渠道输水效率为目的，在常水位以下进行混凝土衬砌，常水位以上采用不填缝浆砌石的形式，以满足防渗、输水效率和景观生态等需求。
3、绿色混凝土护岸：
为保证输水效率，设计有生态孔、生物槽或可自然生长植物的绿色混凝土浇筑，实现表面多孔隙且不渗漏的双重绿色功效。
(三) 强化生态功能
通过沟渠内植物的优化配置，降低渠沟水土流失的发生，降低水流中污染物质的浓度，减少面源污染。
1、配植本土植物
在断面允许的条件下，适当配植本土植物种类，选植的植物有利于水域与陆域自然的连续，植物根系有固着土壤泥沙的能力。
2、增加净化功能
选用本土植物中净化能力较强的植物种类，降低水流中的污染物质的含量，有效降低灌水水源污染，降低污染对农作物的影响，减少排水水流污染物质，改善面源污染现状。
(四) 加强生物保育
通过对水底、水生、陆生生物的保育，增加渠沟生态系统的生物多样性。
1、水生或底栖生物保育
(1)根据实际需求，间隔一定距离在渠沟护岸表面设置孔洞，回填碎石与土壤，为生物提供生长所需环境以及为鱼虾提供栖息藏匿场所，以协调功能性与生态性。
(2)间隔一定距离，在渠道内建造一深槽，铺设卵石，在生态渠段营造凹凸不平的表面，有利于苔藓植物的生长，为小型水生物提供生存、栖息的空间，维持水生生物生存环境与净化水质的双重功效。
2、陆生或两栖生物保育
渠沟内设置生态逃脱、跳板等生态措施，斜坡段可采用植生型的绿化混凝土浇筑，沿坡种植草皮，吸引动物沿坡上爬，垂直边坡可根据边坡的内面的大小、粗糙程度的不同，设计锯齿式生态板或阶梯式生态脱逃斜坡，为青蛙等动物提供逃脱交流空间。
综上所述，农田沟渠可根据地域特点并结合实地情况进行生态化设计。田间沟渠作为农田边界的重要组成部分，同时也是土地整治中不可或缺的重要工程，关系到农田生物多样性、农田污染及水污染的防治，因此田间沟渠生态化设计是必不可少的，而且部分农渠与农沟的角色可互相转化，如缓坡设计、提供多孔质空间及设置扰流结构等，以及防渗衬砌与生态化防护相结合，维护生物多样性。
参考文献：
[1]陈新华 吴鹏 谢晓鸣 刘文俊 2016 .土地整治助推湖北绿色发展 中国土地整治发展研究报告No.3,北京：社会科学文献出版社：237-244.
[2]贾文涛，桑玲玲，周同与自然共处让生态更美，中国国土资源报，.2016-04-09.（006）
[3]郧文聚.绿色发展需要怎样的土地整治，中国国土资源报，2016-02-16
论文作者:黄东明
论文发表刊物:《防护工程》2017年第31期
论文发表时间:2018/3/13
标签：渠沟论文; 生态论文; 农田论文; 土地论文; 断面论文; 田间论文; 混凝土论文; 《防护工程》2017年第31期论文;