董晓亮 陈克勤 李正兵

(1.山东省国土空间生态修复中心，山东 济南 250000；2.金田产业发展(山东)集团有限公司，山东 济南 250000)

引言

山东省作为农业大省，粮食产量居全国前列，农业健康发展是人民幸福安康、社会和谐稳定发展的基础。目前中国农业生产集约化水平日益提升，规模化水产养殖迅速发展，中国农村新型城市化迅速普及，但化学农药和肥料的过量利用，无害化性处理畜禽粪便污水技术发展滞后，中国农村面源环境污染在山东省农村的问题也日益突出。不但对土壤和地下水产生污染，同时对河流、水库等造成污染，使江河水体更加富营养化，在维护农村自然生态环境问题上也越来越关键[1]。十九大开幕后，党和国家十分重视环境保护、环境治理等方面问题，山东省也颁布了相关文件，明确说明要加快发展、推广农业新动能，引领现代化农业向高效绿色方向转变。

农业问题是生态问题中较为突出的问题，目前山东省内农业灌溉方式仍以漫灌为主，农业生产活动中的化学农药、肥料的过量利用和无害化性处理畜禽粪便污水技术的发展滞后，使得农业生态环境开始恶化且逐渐加重。沟渠在这些问题发展的过程中成为一个重要的“角色”。所以建设生态沟渠，可以解决水污染问题，实现在生态环境下达到自然净化，避免生态环境二次污染，有效改善水生态环境和沟渠生态环境。

生态沟渠是在现有的沟渠基础上进行生态建设，沟渠建设是在水生环境中进行开挖和建设的农田沟渠生态系统，与当地土壤环境相结合，由一系列人为干预工程组成。生态沟渠建设是解决山东省农村地区耕地污染严重问题、建设农田生态系统的重要途径。通过查阅大量文献，本文以山东省内生态沟渠出现的问题作为案例分析，从其治理现状、出现的问题及解决方法、保护效益等方面对山东省内土地整治中生态沟渠研究进行综述[2]。

1 生态沟渠治理研究现状

经查阅国内外资料和现场调查发现，国内外学者对于生态沟渠污染治理主要集中在沟渠去除水中微量元素和污染物2方面。通过对国内外现状的分析，西方国家对生态环境的研究起步较早，取得了许多成果，虽然中国研究起步较晚，但也取得了许多有意义的成就。农业生态环境营养阈值过高会造成水体缺氧，进而影响生物多样性和沟渠的农业功能[2,3]。土壤中养分和重金属的积累以及施肥方式对相邻排水沟水质有显著影响，排水沟的水质会随季节变化而变化[2,4]。

2018年，山东省济宁市参考部分发达城市在农田生态保护建设上的措施和经验，结合珠三角地区生态沟渠人工湿地构建的经验[5]，设计了采用生物措施有效拦截农田系统流失氮磷等物质的生态沟渠，以达到保护生态的目的。

采用生物措施对沟渠进行生态保护和治理，是污染性最小的措施。水生植物和沉积物可以较好地吸附水体中的营养元素。适宜的水生植物可在沟渠建设中降低磷流失风险[6]。研究发现，生态沟渠在对不同水力负荷、生态沟渠基质、沟渠覆盖植被类型和污染物含量等条件下可以有效去除营养污染物质[7]。

2 田间沟渠常见问题

2.1 田间沟渠工程设计问题

在实地调研中发现，田间沟渠一般存在断面尺寸较小、边坡设计不合理、非汛期和非灌溉季节渠道内水流动性差等问题。在非灌溉季节的山丘灌区内，农田渠道内经常干枯无水，但遇强降水则冲刷程度加剧，边坡不稳定，两岸冲刷破坏严重，底部堆积杂草和碎石，导致淤塞严重。

在山丘灌区为保证灌溉和排水的要求，护砌以刚性护坡为主，这种护砌方式材料用量大，占用较多的沟渠断面，局部沉降影响防渗效果，且维修成本高。使用混凝土护砌，农田沟渠内的水体一般情况下流动性较差，由于混凝土本身具有一定的碱性，大量混凝土长期浸泡在水体内，使得水体碱性增强。同时，混凝土在施工中使用的各种添加剂，也会影响水质和水环境及水生态[8]。采用大规模封闭式护砌，原有的生态环境遭到破坏，生态平衡被打破，原有的生物链结构环节缺失，降低了沟渠内水体的自净能力。

2.2 田间沟渠生态污染问题

对灌区进行实地调查时发现，大部分沟渠内由于富营养物质堆积，已经长满杂草，且在水源贫瘠的地方发现农民在沟道上修建临时挡水设施以满足对排水和渠道内回水重复利用的行为，这些都会减缓排水的速度，造成污染物的集聚和区域性污染。在传统农业的影响下，生态灌区内农业生产方式中化学农药、肥料的过量利用和无害化性处理畜禽粪便污水技术的发展滞后，不仅造成环境的污染，而且使耕地质量严重下降，土壤肥力逐渐流失。

3 生态沟渠改建措施

3.1 严格设计要求

应严格按照排水和灌溉标准，开展排水和灌溉网络空间布局和设计。加强沟渠两侧缓冲带建设，积极开展生态护坡，有效控制面源污染，控制水土流失，营造景观廊道，提高生态景观服务功能。护坡植被宜采用灌木、地被植物相结合，保持环保自然，保障沟渠的蓄、排、缓、净功能。维系多级生态廊道的连通性，并注意在特殊地段保留小池塘，营造小微湿地生态环境，提供生物栖息地和保护景观多样性。

3.2 主要措施

3.2.1 生态沟渠建设主要措施

田间沟渠在灌溉期水位高、流速大，但非灌溉期干涸无水，水位变化明显，是影响渠道间主要生态因素之一[9]。综合渠道防渗措施和生态优化设计提出生态沟渠建设主要措施。

3.2.1.1 规范化氮磷生态拦截沟渠

针对沟渠排水不畅、外来入侵植物丛生、本土优势植物缺失等所造成的生态功能退化问题，优化沟渠结构，清挖淤泥，清除杂物和外来入侵植物，加固边坡，合理配置水生植物，建设节制闸、拦截坝、拦水坎、反硝化除磷装置及水质水量动态监测点等设施。

3.2.1.2 高标准氮磷生态拦截沟渠

针对硬化沟渠(三面光)生物亲和性差、生态功能表现欠佳等问题，在规范化生态拦截沟渠基础上，在沟渠内和承泄区因地制宜地建设底泥污染捕获拦截、阶梯污染截流、复合式生态浮床、透水坝、循环生态水塘等有利于提升沟渠和承泄区净化能力和生态修复的设施，采用植生型材料改善沟渠生态环境，优化配置本土优势植物，营造出美丽宜人的田园景观。

3.2.2 生态防护优化治理主要改建措施

3.2.2.1 缓坡与天然草木设计

在农田沟渠合理占用耕地的前提下，利用缓坡形成连续生态环境，可使两栖动物或哺乳动物穿越沟渠。同时，缓坡设计可以减少渠内水位变化带来的生态影响。天然植被护坡和天然草、林、木护坡，在满足沟渠排灌功能的基础上，形成生态环境效应和景观效应。

3.2.2.2 使用块石混凝土

渠道浇筑混凝土时加入块石，利用凸出的石头表面创造出表面粗糙、多孔介质的环境，孔间可留存较多水分，为动植物生存生长提供环境。同时，为减少对输水效率的影响，以设计水位为基准，水位以上使用块石混凝土，以下使用混凝土衬砌。

3.2.2.3 设置生态孔洞与护面防渗

在原有混凝土渠道护岸设置孔洞，表面铺设土壤、碎石，创造生物生长生存环境[10]。通过生态化设计以协调沟渠的功能性与生态性。在预制块的缝隙处填土种草，完善生态保护体系，形成植被缓冲带和防护带的沿线生态带；防护林采用混交林，以乡土树种为主。通道周围设置以灌木和草类为主的植被缓冲带。

3.2.2.4 深槽设计

农田沟渠中干、支沟渠可在一定距离的间隔中做深槽设计，使沟渠在非灌溉期仍有余水，供水中生物或两栖动物生存。

3.2.2.5 动物脱逃斜坡与生物保育设计

农田沟渠生态化治理考虑生物的保育设计。在沟渠深且坡度大时，为防止生物掉入渠中无法逃脱，在沟渠纵向每隔一定距离设置一段单侧或双侧的下行梯步和阶梯式生态板斜坡设施帮助动物脱逃。农田沟渠生态防护优化治理主要利用渠道的工程设计与植物设计，通过工程部分与边坡植物根系的锚固作用达到沟渠边坡结构稳定，提高防护纵向雨水和横向水流的冲蚀能力的同时，也保护了农田沟渠的生态环境。

3.2.2.6 其它生态保护措施

格宾生态网格护砌多用于防护大断面的干、支沟渠，按照工程设计要求对农田沟渠边坡进行防护；完善渠道生态保护体系，修建渠道防护林带及植被缓冲带，形成有效农田渠道生态带，防护林采用混交林，以乡土树种为主；在渠道周围设置以灌木、草类为主的植被缓冲带。

推行生物有机肥处理工艺，将固体排泄物制成有机肥，免费提供给农户，在农业生产活动中替代化肥，液体排泄物经沼气池处理后进行温室大棚保温使用。对周围农户生活区采用生活用水净化处理，并利用生活区废弃池塘、沟渠构建多级湿地净化系统，降低生活污染对渠道的负荷，在渠道建设过程中选择适当位置构建景观湿地。在区域内小流域农田比重大、山塘沟渠水系发达的地区，对农田面源污染采取种养结合、测土配方等防控措施，降低农药、化肥使用量，以达到保护生态环境的目的。

4 生态沟渠的保护效益

在对山东省生态沟渠研究过程中，发现农田面源污染在流入河道前，沟渠中的水生植物及土壤可以对氮、磷进行有效吸收和吸附，沟渠中的微生物也可对氮、磷污染物进行转化和吸收，起到了对水中氮、磷等良好的去除和净化作用[11]。生态沟渠环境通过物理、生物化学作用等方式利用沟渠中的生物自身作用吸收水体中的氮元素，降低水体中氮、磷元素的含量，达到保护生态环境的作用[12]。

田间沟渠中水生植物进行呼吸作用和光合作用时，在周围产生有氧环境和厌氧环境。在微生物的作用下可在有氧环境条件中进行硝化作用，厌氧环境下进行反硝化作用，使其吸收转化氮磷等营养物质，降低水体污染[13]。

5 结语

农业生态环境的保护和改善是现代农业的重点领域，通过大量国内外学者的研究发现，生态沟渠可有效减少农业面源污染，保护农田生态环境，保障作物质量安全。农田生态沟渠系统在原有农田灌排渠道进行生态化建设，减少耕地浪费，对改善农村景观结构、建设美丽乡村具有较高的应用价值，是山东省实现生态灌区的重要措施。