张振荣，周一薇

（上海嘉定水务工程设计有限公司，上海市 210800）

种养结合在高水平粮田水利设施建设中的实际应用

张振荣，周一薇

（上海嘉定水务工程设计有限公司，上海市 210800）

介绍了种养结合生态农业模式和粪水还田系统设计理念。以光明食品集团上海农场为实例，介绍了种养结合在高水平粮田水利设施建设中的实际应用，并对其产生的效益进行了分析。

种养结合；粪水还田系统；管道灌溉；排放口间隔布置

0　引言

为了稳定粮食生产，发展集约优质高效的现代农业，上海市政府发布了沪府办〔2010〕59号《关于本市高水平粮田设施建设的实施意见》要求努力达到“三个全国领先高水平”，即全国领先的高水平的农业设施、全国领先的高水平的农业组织、全国领先的高水平的农业科技。要以科学发展观为统领，围绕上海高水平设施农业发展纲要，着力提升粮田设施，为粮食生产提供更有力的设施保障，完善及提高粮田辅助设施，确保粮田设施配套、旱涝保收、稳产高产和高效生态。

随着高水平粮田的建设，种养结合模式已在光明集团下各大农场普遍应用。通过种养结合，既解决了高水平粮田项目区内猪粪水的无害化处理的实际问题，为粪水还田工作提供了重要支撑和有利条件，还实现了粪水统一安排、精细管理、按需排放，提高了猪粪水还田的质量和效率。将猪粪水变废为宝，降低污染的同时用猪粪水替代部分化肥的施用量，促进了种养循环农业的发展。

1　农田常规施肥方式

目前，上海市的大部分农田周边没有养猪场，农田施肥以化肥为主。少部分农田附近设养猪场，农田施肥以猪粪水和化肥结合方式为主。

由于目前的田间灌溉方式都是以土渠或混凝土预制板衬砌明渠为主，因此，附近有养猪场的农田施肥时，猪粪水也是通过明渠进入农田。这种施肥方式不仅肥水渗漏量大，而且在灌溉粪水时，恶臭连连，影响周边环境。

2　管道灌溉的优点

由于常规的明渠灌溉易淤积、易渗漏，经过几年的高水平粮田建设的经验积累，上海市高水平粮田建设技术标准及相关文件指出：高水平粮田设施建设项目采用灌排分开模式，以提高灌溉水利用系数，灌溉设计保证率达95%以上；排水采用明沟，为使灌排分开，增加水利用系数，灌溉采用地下管道。

采用地下管道灌溉不仅能减少淤积和渗漏，同时也能增加土地的利用率。为了方便施工，便于田间放水，灌溉管道宜采用PVC-U给水管。

3　粪水还田系统设计理念

种养结合是一种结合种植业和养殖业的生态农业模式[1]。粪水还田，顾名思义，就是利用养猪场产生的粪水，经发酵后灌溉农田，以保证农田作物生长所需的养分。上海地区的粮田以种植水稻和小麦为主，为了合理利用养猪场的粪水，体现种养结合的绿色农业，就需要建立一套完善、安全、可控的粪水还田系统。

一般情况下，水稻在泡田期需要施肥，在这期间肥料可以与灌溉水源一起流入田间，再进行水耙使肥料混合于耕层中，然后拉板整平。这种施肥的特点是肥效长，肥劲稳，由于肥料均匀分布于耕层，可促进水稻根系深扎，扩大吸收面积，增加养分吸收量。

在泡田期以外，包括小麦的施肥，大部分以干式施肥为主。为了确保干式施肥时粪水能有效均布于整块田间，则需要连接消防软管之类的管道，人工拖拉至田间并均匀喷洒。此时所需要的泵站扬程大约在40 m，甚至更大，远远大于平常灌溉所需的扬程。所采用的灌溉管道也要求是耐高压类型的。经过比选，PE管道较适合用于粪水灌溉。

鉴于农作物的这两种施肥特点，在泡田期水肥一体时可以把水源和粪水结合在一起进行灌溉，即可以使用同一个灌溉系统，此时只需采用造价较低的PVC-U给水管。在泡田期以外，若采用同一个灌溉系统，不仅要解决压力差距很大的问题，而且全部要选用PE管道进行灌溉，此时的造价将大大增加。因此，在有粪水可以还田的前提下，农田灌溉采用清水灌溉和粪水还田灌溉两套系统是比较经济合理的。

4　粪水还田系统应用实例

以光明食品集团上海农场2013年高水平粮田建设水利设施配套项目为例，介绍种养结合粪水还田系统的设计。

4.1水源

粪水经过收集后，用泵抽入发酵池进行沉淀、发酵、氧化，经过二级发酵检测合格后用于施肥的灌溉水源。

4.2设计思路

粪水还田系统与灌溉系统分开布置，灌区设1台粪水提升泵，将发酵后的粪水直接通过管道接入农田内的排放口，通过消防软管在农田内施肥。为了使水稻在泡田的时候水肥混合在一起，本次设计成两种排放口，一种为清水灌溉排放口，另一种为清水与粪水混合排放口，粪水排放口处设消防软管连接卡口。两种排放口间隔布置，视田块大小每个间隔30 m左右。由于粪水为碱性水，管材采用耐高压、耐碱性的PE管道，控制阀门采用耐碱性的钢塑材料。

4.3粪水输送管道计算及水泵选型

4.3.1总量控制

灌区农田有效面积1 586亩 (1 hm2=15亩)，养猪场现有1.2万头猪，据管养猪场理员提供的数据，养猪场的年粪量为1.584万m3。

农场现有粪水收集池容积2.0万m3，一年中以泡田期施肥量为最大，一般达到每亩0.01 m厚，即一次施粪量按6.7 m3/亩计，初估计每次粪水需灌溉量V=1 586亩×6.7 m3/亩=1.06(万m3)。多余的粪水用于作物其余生长期的灌溉。

粪水利用系数取0.95，则灌溉设计流量：

计算得：

4.3.2方案设计

粪水还田泵站控制地块灌溉管网布置示意如图1所示。

图1　粪水灌溉管网布置示意图

灌区布置1条干管，27条支管。根据现状格田布置要求，为与灌溉管道的给水栓出水口一致，除第一个给水栓距支管首部50 m外，每条支管平均每隔60 m设置一个给水栓，共设195个给水栓。除支管21设置5个单向给水口的给水栓之外，其余给水栓均设置双向给水口。

4.3.3轮灌制度确定

若采用支管灌溉，即灌溉时开起整条支管上的给水栓，则增加支管的灌溉流量，增加支管的管径，对工程投资不利。

考虑到灌溉时间，本次灌溉时平均每条支管只开启1个给水栓，每次开启3条支管上的给水栓，每组给水栓工作时间为2 h，每天分8组轮灌，每天工作时间为16 h，整个灌区可在8 d内灌完。

4.3.4给水栓的设计流量

给水栓最大流量计算:

则每个给水栓流量：

根据给水栓最大流量Q=29.1 m3/h,为统一配套，给水栓全部采用规格为125 mm的PE100管。干管选取200 mm×14.7 mm、支管选取125 mm× 9.2 mm的PE100塑料管，公称压力为1.25 MPa。考虑到粪水为偏碱性液体，本次各控制阀门采用

钢塑材料。

4.3.5粪水管道水头损失计算

PE管沿程水头损失按海曾－威廉公式计算：

则：

因地块控制范围干管长距离输水,管道局部损失按沿程损失的10%计。支管为短距离输水，管道局部损失按沿程损失的20%计。最不利位置水头损失最大，全区粪水灌溉水头损失如下（具体计算略）。

4.3.6水泵设计流量、扬程

泵站设计流量：

水泵出水口与入水口高差取△=4 m，水泵管路吸水管、出水管及首部水头损失取3.0 m。给水栓出口水头取5 m，支管出口竖管长取0.6 m,则扬程计算如下：

4.3.7水泵选型

由于粪水的特殊性，对水泵型号进行综合比选，此次粪水提升泵站水泵选择型号为200WQB125-42-37型污水污物潜水泵。

5　粪水还田系统产生的效益与分析

（1）减少化肥施用量产生的效益

项目区通过肥水灌溉系统的建设，将猪场产生的粪水经厌氧发酵等无害化处理后作为有机肥与一般灌溉用水混合后还田，为农作物提供丰富的N、P、K等营养元素，增加土壤有机质含量，改善土壤团粒结构，提高理化性能，提升土地等级。采用粪水还田灌溉技术可替代40%氮肥和60%磷肥的施用量，每亩可节约成本约90元，项目区内每年可节约14.274万元。

（2）改良土壤产生的效益

通过肥水还田增加土壤有机质含量，为稳产、高产创造了良好的基础，土壤肥力提高后整个项目区可增产1.586万kg水稻和1.586万kg的二麦，增加效益8.247万元。表1为项目区增产效益分析表。

表1　项目区增产效益分析表

（3）降低猪粪水工业化处理的效益

项目区内建成粪水还田灌溉系统后，能够消纳1.2万头猪所产生的粪水1.584万t。通过粪水还田完全节省了工业化处理设施的投资，每万头猪粪便污水处理设施投资约为150万元，仅处理设施投资这一项能节省180万元。每吨猪粪水的运行处理费用约为2元，1.2万头生猪产生的猪粪水工业化处理运行费用也需3.168万元。

6　结　语

种养结合将猪粪水变废为宝，是发展绿色农业的体现。粪水还田系统的实现，使种养结合模式能够得以推广应用。在接下来的设计应用中，应着重采集已有工程中的作物施肥量，统计出每头猪产生的粪水能灌溉多少亩农田以精确养猪的数量。

[1]钱明，黄国桢.种养结合家庭农场的基本模式及发展意义[J].，现代农业科技，2012(19):294-297.

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B

1009-7716（2016）02-0128-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.02.035

2015-10-28

张振荣（1974-），男，上海人，工程师，从事水利工程设计工作。