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農(nóng)田水利工程在生態(tài)農(nóng)業(yè)思路下的設(shè)計(jì)研究論文
縱觀人類(lèi)一萬(wàn)年的農(nóng)業(yè)發(fā)展史，大體上經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段:一是原始農(nóng)業(yè)，約7 000年;二是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，約3 000年;三是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，至今約200年。目前，上海市常規(guī)的農(nóng)田水利工程以“建設(shè)節(jié)水灌溉設(shè)施，確保糧食、蔬菜產(chǎn)量，改善農(nóng)業(yè)勞作環(huán)境”為主旨，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的需要。與此同時(shí)，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)在帶來(lái)高效的勞動(dòng)生產(chǎn)率和豐富的物質(zhì)產(chǎn)品的同時(shí)，也造成了生態(tài)危機(jī):土壤侵蝕、化肥和農(nóng)藥用量上升、環(huán)境污染。因此，生態(tài)農(nóng)業(yè)是目前探索農(nóng)業(yè)發(fā)展的新途徑和新模式。
1 項(xiàng)目背景
本項(xiàng)目區(qū)位于上海市奉賢區(qū)，灌溉面積120畝，平均高程約4.00 m。地塊北靠觀工路，南部為村級(jí)道路，東面緊鄰滬杭公路，交通便利。項(xiàng)目區(qū)被一條斷頭洪(何家港)分成南北兩塊，北片現(xiàn)狀為露地菜田;南片地塊內(nèi)現(xiàn)有大量魚(yú)塘，正在進(jìn)行退漁復(fù)耕。項(xiàng)目區(qū)西邊漁塘港及中部何家港水質(zhì)不佳，不利于灌溉。
在“生態(tài)農(nóng)業(yè)”的思路下，同時(shí)經(jīng)區(qū)水務(wù)局、區(qū)農(nóng)委、承包戶(hù)的大力支持，擬將本塊菜田打造成新型設(shè)施菜田，專(zhuān)門(mén)培育有機(jī)蔬菜。
根據(jù)項(xiàng)目區(qū)地形現(xiàn)狀，以何家港為界，以南區(qū)域布置3片大棚區(qū)，以北及零星地塊為露地菜田，均種植有機(jī)蔬菜。項(xiàng)目區(qū)中部布置倉(cāng)庫(kù)、溫室及廢棄物處理設(shè)施。
2 菜田設(shè)計(jì)
2.1 灌溉水源
有機(jī)蔬菜的種植，首先要考慮的是灌溉水源的品質(zhì)。由于本項(xiàng)目區(qū)周邊河道水質(zhì)不佳，無(wú)法達(dá)到有機(jī)蔬菜種植的水質(zhì)要求，設(shè)計(jì)利用地塊西北角現(xiàn)有魚(yú)塘(約25畝)，將其挖成蓄水池，收集雨水，并通過(guò)凈化處理水質(zhì)后，作為灌溉用水。同時(shí)，為充分利用地塊內(nèi)的天然降水，將地塊內(nèi)灌溉之后剩余的水也通過(guò)明溝匯集人蓄水池，處理后再次循環(huán)利用。
本項(xiàng)目在蓄水池內(nèi)設(shè)置植物及相關(guān)凈化設(shè)備，通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)的自我維持能力及凈化能力，維護(hù)池內(nèi)水體水環(huán)境質(zhì)量。其中，為了增加水中溶解氧濃度、抑制藻類(lèi)生長(zhǎng)、凈化水質(zhì)，池底種植沉水植物。沉水植物以四季常綠的矮生苦草為主，同時(shí)點(diǎn)綴布置部分刺苦草、黑藻、馬來(lái)眼子菜及金魚(yú)藻。此外，在蓄水池內(nèi)布置太陽(yáng)能曝氣增氧等人工增氧設(shè)備，加強(qiáng)水質(zhì)保障。
本項(xiàng)目在搜集了項(xiàng)目區(qū)所在地的降雨量，并經(jīng)過(guò)分析計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，由于每月降雨量不均，且周邊可建做蓄水池的用地有限，枯水期的蓄水池水量仍可能不滿(mǎn)足所有面積的蔬菜種植。因此，為了保證有機(jī)蔬菜種植品質(zhì)，枯水期可適當(dāng)少部分種植面積或用自來(lái)水灌溉。
2.2 高壓灌溉系統(tǒng)
灌溉系統(tǒng)布置的主要原則為。
(1)灌溉型式的選擇應(yīng)以服務(wù)對(duì)象為判斷依據(jù);
(2)灌溉型式的選擇同時(shí)需綜合考慮項(xiàng)目區(qū)品種隨季節(jié)變化的需水要求。
項(xiàng)目區(qū)菜田由大棚和露地菜田兩部分組成，其中，大棚內(nèi)根據(jù)種植蔬菜品種的不同及季節(jié)需求布置滴灌和微噴灌兩套系統(tǒng)，露地菜田主要采用管灌系統(tǒng)。其中，微灌系統(tǒng)的管道分為三級(jí)，泵站輸水到每一塊大棚區(qū)域布設(shè)干管，干管到大棚為支管，大棚內(nèi)布置毛管。
本項(xiàng)目在蓄水池邊新建一座灌溉泵站，泵站內(nèi)配置離心泵。泵房外向南鋪設(shè)灌溉干管。灌溉干管南北向布置，并沿東西方向的干、支路設(shè)置支管。干管、支管均采用UPVC管。支管遇到大棚設(shè)若干接頭連豎向二級(jí)支管，與大棚內(nèi)微灌管路系統(tǒng)相連，各級(jí)管線之間利用三通頭或者彎頭連接。每個(gè)大棚布置2排微噴管道，間距為4m，確保噴灑范圍覆蓋整個(gè)大棚，微噴頭間距為2.5 m，微噴頭直接安裝在毛管上。滴灌系統(tǒng)每個(gè)大棚布置8條內(nèi)鑲式滴灌帶，間距約為0.9 m。支管遇露天菜地沿線每隔40 m設(shè)一只給水閘閥。
2.3 低壓灌溉系統(tǒng)
隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展以及產(chǎn)量需求，各類(lèi)無(wú)機(jī)化肥進(jìn)人農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域。過(guò)度使用這些化肥，一味提高產(chǎn)值，會(huì)加劇土地鹽堿化，對(duì)耕地本身是一種破壞。因此，為了保證有機(jī)蔬菜質(zhì)量，項(xiàng)目建成后需使用有機(jī)肥。另外，由于原先的土壤長(zhǎng)期使用無(wú)機(jī)肥，因此，需定期給各田塊輪流休耕洗鹽，同時(shí)恢復(fù)土壤肥力。
目前，農(nóng)田洗鹽方法多種多樣，本項(xiàng)目采用經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單又較有效的洗鹽壓堿處理方法:將淡水抽引到農(nóng)田中浸泡土壤，浸泡3~4d后將水排干，然后進(jìn)行曬田再深耕，再繼續(xù)抽水浸泡，如此反復(fù)，通過(guò)不斷降低農(nóng)田鹽度的方法，恢復(fù)種植功能。
根據(jù)該洗鹽方式，本項(xiàng)目另外配備了一套低壓灌溉系統(tǒng)�？紤]蓄水池水質(zhì)較好但水量有限，而洗鹽對(duì)水質(zhì)要求相對(duì)不高，為了不影響日常種植灌溉，設(shè)計(jì)從項(xiàng)目區(qū)中部何家港引水洗鹽，即在何家港南岸增設(shè)灌水洗鹽泵站一座。綜合地面蒸發(fā)、地表滲透等因素，田塊灌水洗鹽灌水定額參考水稻泡田期。經(jīng)計(jì)算，低壓灌溉管道與高壓灌溉管道管徑接近。因此，為了減少投資，設(shè)計(jì)采用了低壓、高壓灌溉共同一套管道，低壓灌溉給水栓直接從主管接出，高壓灌溉給水栓從支管接出。
何家港現(xiàn)狀為斷頭洪，目前水質(zhì)較差，水體渾濁，不可直接用于田塊洗鹽。為了保證能有相對(duì)較好水質(zhì)的洗鹽用水，故需對(duì)何家港水質(zhì)進(jìn)行處理。因此，在何家港上設(shè)置了一座涵閘，通過(guò)投人凈化水質(zhì)設(shè)備，將水質(zhì)處理后，進(jìn)行灌水洗鹽，洗鹽后的水重新回流至何家港。
2.4 排水系統(tǒng)
隨著生態(tài)農(nóng)業(yè)理念的提倡，“整體、協(xié)調(diào)、循環(huán)、再生”的原則被越來(lái)越重視。
目前，上海市常用的排水系統(tǒng)為預(yù)制板等硬質(zhì)襯砌明溝。傳統(tǒng)硬質(zhì)明溝的耐久性及過(guò)流能力好，且淤積少。但是，也正是由于它的封閉僵硬，隔絕了土壤與水體之間的物質(zhì)交換，使得土壤、生物、植物之間的有機(jī)聯(lián)系被切斷，破壞了周邊的生態(tài)系統(tǒng)。另外，明溝內(nèi)積水長(zhǎng)時(shí)間滯留后，水質(zhì)還會(huì)惡化，影響整個(gè)項(xiàng)目區(qū)生態(tài)環(huán)境。
本項(xiàng)目排水明溝采用純土溝型式，口寬為4 m,深為1.20 m。明溝邊坡上種植草皮，邊坡底部和溝底可種植一些千屈菜等植物，既加固邊坡，又改善環(huán)境生態(tài)，達(dá)到蛙跳蟲(chóng)鳴的效果，使整個(gè)種植范圍內(nèi)生態(tài)鏈更加完善。
2.5 降潰系統(tǒng)
項(xiàng)目區(qū)內(nèi)菜田地下水位如果過(guò)高或土壤上層滯水，則會(huì)導(dǎo)致土壤過(guò)濕，通氣不良，以致土壤根層水、肥、氣、熱失調(diào)，影響作物正常生長(zhǎng)。根據(jù)規(guī)范要求，溫室大棚地下水位宜控制在地面60cm以下。
為了防止地下水位過(guò)高影響作物生長(zhǎng)，以及土壤鹽堿化，項(xiàng)目區(qū)的大棚區(qū)域均設(shè)置暗管排水系統(tǒng)，暗管系統(tǒng)采用直徑為63mm的PVC打孔波紋管，外包土工布作為反濾層。波紋管間距為9m，埋深為0.8 m,5根一組，通向集水管，集水管出口通向排水明溝，并在集水管出口處設(shè)置止回閥。土壤中的水分通過(guò)土工布，流滲到暗管中，再匯人明溝，用以降低地塊內(nèi)的地下水位。
3 小結(jié)
“中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)”與西方完全回歸自然、摒棄現(xiàn)代投人的“生態(tài)農(nóng)業(yè)”主張不同。它強(qiáng)調(diào)的是繼承中國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精華—廢棄物質(zhì)循環(huán)利用;規(guī)避常規(guī)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的弊病(單一連作，大量使用化肥、農(nóng)藥等化學(xué)品等;通過(guò)用系統(tǒng)學(xué)和生態(tài)學(xué)規(guī)律指導(dǎo)農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的調(diào)整與優(yōu)化，改善其功能等。
本工程在有限的空間及資金范圍內(nèi)，融人生態(tài)農(nóng)業(yè)設(shè)計(jì)理念，經(jīng)過(guò)優(yōu)化灌溉水源、高低壓灌溉系統(tǒng)結(jié)以及生態(tài)化排水系統(tǒng)布置等，為傳統(tǒng)泛田水利建設(shè)向生態(tài)農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變提供了新的思路。
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