農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計的幾點探討

1、收稿日期2004-11-091作者簡介姜俊紅(1981- , 女, 浙江臺州人, 河海大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程系碩士研究生; 張展羽(1957- , 男, 江蘇泰興人,河海大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程系主任, 教授, 主要從事農(nóng)田水土資源規(guī)劃方面的研究; 朱朝榮(1981- , 男, 江蘇丹陽人, 河海大學(xué)水工結(jié)構(gòu)工程碩士研究生, 研究方向為土工合成材料及巖土1農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計的幾點探討姜俊紅, 張展羽, 朱朝榮(河海大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程系, 江蘇南京210098摘要農(nóng)田生態(tài)規(guī)劃設(shè)計的主要目的是有效開發(fā)、利用、保護以農(nóng)田土地資源為中心的生物圈資源, 搞好農(nóng)田生態(tài)規(guī)劃設(shè)計能合理配置資源, 取得最佳生態(tài)經(jīng)濟、環(huán)境效益

2、, 促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。主要論述了農(nóng)田生態(tài)規(guī)劃設(shè)計的原則、步驟及內(nèi)容方法, 并結(jié)合實例加以說明, 以期對我國農(nóng)田生態(tài)規(guī)劃設(shè)計起促進作用。關(guān)鍵詞農(nóng)業(yè)活動; 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng); 規(guī)劃設(shè)計中圖分類號S181文獻標(biāo)識碼B 02-T design and planningJ -hong , ZHANG Zhan -yu , ZHU Chao -rong(M odern Department of Agricultural Engineering of H ohai University ,Nanjing 210098,China Abstract :The main purpose of agricultu

3、ral ecology design and planning is to exploit validly and protect biosphere natural res ources . I f we w ork well on agricultural ecology design and planning , we can dispose natural res ources rationally and get the optimum ecological economy and environmental benefits . Then the agriculture can h

4、ave sustainable development . S o this paper mainly discussed the principles , the steps , the contents and the methods of the agricultural ecology design and plan 2ning. It als o gave an example and I think it will make a great prom otion on the agricultural ecology design and planning in China.K e

5、y w ords :agricultural actions ; agricultural ecosystem ; design and planning1農(nóng)田生態(tài)規(guī)劃設(shè)計問題的提出我國是一個農(nóng)業(yè)大國, 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域分布廣泛。960×104km 2的國土中已利用和可利用于農(nóng)林牧漁業(yè)的土地約7. 13×108hm 2, 占7. 4%。但我 國人口眾多人均耕地面積相對較少, 僅相當(dāng)于世界平均水平的1/3, 土地承載力大。隨著經(jīng)濟的發(fā)展、人口的增加、城市化工業(yè)化進程的加快, 使建設(shè)用地迅猛增加, 同時產(chǎn)生許多生態(tài)方面的問題如水土流失、土地污染、土地沙化、肥力下降等, 致使耕地面積

6、進一步減少, 土地資源限量反差更加強烈。如何保護農(nóng)田耕地已成為人們關(guān)心的問題。農(nóng)業(yè)對于生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境的影響也是巨大的。國外已有不少研究證明現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對于生態(tài)環(huán)境的影響最為顯著。我國現(xiàn)行的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式為粗放的農(nóng)業(yè), 極易造成生態(tài)環(huán)境的改造和消失。而物種生存受到威脅、生物多樣性喪失主要原因就是生態(tài)環(huán)境、棲息地的消失和生態(tài)環(huán)境、棲息地(景觀 的破碎化及單一化。我國目前的農(nóng)田工程大多建于20世紀(jì)五、六十年代, 已不適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的要求, 因此農(nóng)田規(guī)劃尤其是農(nóng)田生態(tài)規(guī)劃711第11卷第2期2005年2月水利科技與經(jīng)濟Water C onservancy Science and T echnology an

7、d Economy Vol 111No 12Feb 12005已提上日程。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是農(nóng)田土壤、微生物、動物、空氣與農(nóng)作物群落之間進行物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化的綜合體, 是典型的高度開放的人工復(fù)合的生態(tài)系統(tǒng), 結(jié)構(gòu)單一、系統(tǒng)很脆弱。農(nóng)田生態(tài)規(guī)劃設(shè)計是依據(jù)生態(tài)學(xué)原理, 合理的規(guī)劃設(shè)計農(nóng)地利用類型及其結(jié)構(gòu), 穩(wěn)定提高農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力, 同時保護環(huán)境效益, 促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展1。很多實例證明通過開展農(nóng)田生態(tài)規(guī)劃設(shè)計, 使田塊平整、林木成網(wǎng)、溝路渠配套, 改善了農(nóng)田小氣候, 增加了有效耕地面積和旱澇保收面積, 各種生物在我們的維護下生存繁衍得到好的保障, 生態(tài)環(huán)境明顯改觀。因此搞好農(nóng)田生態(tài)規(guī)劃設(shè)計具

8、有重要意義。22. 1第一性生產(chǎn)、保護和維持生態(tài)環(huán)境平衡的功能。農(nóng)田生態(tài)規(guī)劃設(shè)計對象和內(nèi)容不同于一般的農(nóng)田規(guī)劃設(shè)計, 其主要原則有:(1 土地適宜性原則。土地適宜性是指土地對某種特定的利用方式或目的的適合程度2。在農(nóng)田生態(tài)設(shè)計過程中應(yīng)首先對土地的性質(zhì)和質(zhì)量進行調(diào)查比較, 對環(huán)境和生態(tài)影響做出分析。作物的生長與自然條件息息相關(guān), 設(shè)計時應(yīng)因地制宜, 適地適種, 充分發(fā)揮各地區(qū)自然資源的優(yōu)勢。(2 整體協(xié)調(diào)、優(yōu)化原則。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是一個整體, 它的各成分、子系統(tǒng)是有規(guī)律的組合而不是偶然的堆積, 所以好的農(nóng)田生態(tài)設(shè)計應(yīng)本著整體協(xié)調(diào)的原則進行設(shè)計。設(shè)計時要以發(fā)展的角度、全局的角度來考慮, 即不但要考慮

9、現(xiàn)在而且要考慮將來, 不但要照顧微觀而且要兼顧宏觀。在設(shè)計時不必要苛求限定于局部優(yōu)化, 主要是要達到系統(tǒng)穩(wěn)定、整體最優(yōu)。(3 生產(chǎn)功能原則。生態(tài)農(nóng)業(yè)強調(diào)人與自然的協(xié)調(diào), 但同時也還應(yīng)注重農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)的高效、持續(xù)、穩(wěn)定, 以達到社會、經(jīng)濟、生態(tài)三大效益的統(tǒng)一, 產(chǎn)出持續(xù)高效增長。(4 互惠互利、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定原則。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的生物都不可能是孤立的, 都會與其他生物有能量、物質(zhì)、信息的交換與交流。生物種群結(jié)構(gòu)單一, 不符合種群間相互作用規(guī)律, 這是造成農(nóng)田生態(tài)穩(wěn)定性差的關(guān)鍵性因素之一。因此合理安排多種共生互利關(guān)系能夠增強物資循環(huán)、能量流動, 使農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)有機耦合、和諧高效。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)要持續(xù)高

10、效增長, 必須建立穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu), 保證系統(tǒng)功能能正常穩(wěn)定運行。(5 環(huán)境損害最小化原則。在進行農(nóng)田生態(tài)設(shè)計時要注意對環(huán)境的保護, 使設(shè)計對環(huán)境的不利影響最小。2. 2農(nóng)田生態(tài)規(guī)劃設(shè)計步驟農(nóng)田生態(tài)規(guī)劃設(shè)計根據(jù)具體情況而變, 但它的一般步驟是相同的:; 、工程; , 如灌溉、田塊設(shè)計、生態(tài)環(huán)境設(shè)計等; 農(nóng)田生態(tài)工程設(shè)計; 農(nóng)田生態(tài)規(guī)劃設(shè)計的可持續(xù)評價; 農(nóng)田生態(tài)規(guī)劃設(shè)計的可持續(xù)監(jiān)測。3農(nóng)田生態(tài)規(guī)劃設(shè)計內(nèi)容3. 1農(nóng)田結(jié)構(gòu)的生態(tài)設(shè)計國外的許多研究表明, 農(nóng)田小結(jié)構(gòu)的比例從1%增加到15%時對于物種總數(shù)的增加和瀕危動植物的增加有明顯的作用3。實驗研究和實際經(jīng)驗都證明維持10%20%的農(nóng)田小結(jié)構(gòu)比例

11、對生物物種的多樣性的保護有很重要的作用。農(nóng)田小結(jié)構(gòu)的規(guī)劃設(shè)計方式有條形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、帶形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、內(nèi)部島嶼狀結(jié)構(gòu)和外部島嶼狀結(jié)構(gòu)。條形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要用于平原地區(qū)斑塊的設(shè)計。規(guī)劃斑塊時要考慮作物光照、通風(fēng)、地下水流向、地面坡向、比降及機械作業(yè)等要求。一般為南北向布置, 成幾何形, 長度大約為400600m , 寬度大約為150200m 。帶形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要用于包括樹叢、交替斑塊、小池塘等廊道的設(shè)計。內(nèi)部島嶼狀結(jié)構(gòu)主要用于大面積農(nóng)田景觀中對其中一些特殊類型的保護的設(shè)計如農(nóng)田景觀中的小高地、小片的洼地等。外部島嶼狀結(jié)構(gòu)主要用于保護與農(nóng)田景觀相鄰, 但于農(nóng)田景觀隔離的其他類型的生態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計。3. 2河溝渠的

12、生態(tài)設(shè)計河、溝、渠是農(nóng)田生態(tài)工程的重要組成部分, 起輸送水的作用。它們的形式是多種多樣的。生態(tài)型河道設(shè)計應(yīng)盡可能保留河道原有自然風(fēng)貌, 宜彎則彎, 宜寬則寬, 宜窄則窄, 沿地灘涂地能保811第11卷第2期2005年2月水利科技與經(jīng)濟 Water C onservancy Science and T echnology and Economy Vol 111No 12Feb 12005留則保留, 盡量減少人為改造, 在河道兩側(cè)多栽種樹木, 同時保留一定數(shù)量和面積的溝塘和低洼地, 為野生動植物留下一片合適的棲息場所和生存、繁衍的空間。溝渠的規(guī)劃設(shè)計是整個農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的全局問題, 規(guī)劃的好壞對系統(tǒng)

13、效益、造價影響很大。在設(shè)計時應(yīng)使其邊坡較緩, 采用天然材料, 以減低水位變化所帶來的生態(tài)沖擊和人為的影響。一般輸水渠道采用節(jié)水基質(zhì), 溝道采用土石基質(zhì)。在情況允許的條件下采用復(fù)式斷面為佳, 布局走向的比降應(yīng)盡量與地面比降相適應(yīng)減少沖刷或淤積。在滿足降低地下水位與泄洪功能的基礎(chǔ)上, 溝底可按凸凹方式建設(shè)或溝道部鋪設(shè)一條彎曲的小渠道, 以容納低水位時的流量和穩(wěn)定水溫, 保證水生動植物生存。3. 3道路的生態(tài)設(shè)計、質(zhì)量影響、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中生物的多樣性。干道、支道是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)外各生產(chǎn)單位相互聯(lián)絡(luò)的道路, 可行機動車, 交通流量較大, 應(yīng)該采用混凝土路面或泥結(jié)碎石路面。田間道和生產(chǎn)路是系統(tǒng)內(nèi)生產(chǎn)經(jīng)營

14、或居民區(qū)到地塊的運輸、經(jīng)營的道路, 數(shù)量大, 對農(nóng)田生態(tài)環(huán)境影響也較大。因此生態(tài)型田間道的設(shè)計模式應(yīng)以土料鋪面為主, 鋪以石料, 生產(chǎn)路的設(shè)計應(yīng)以土料鋪面, 以有利于花草生存, 并使其成為野生動植物的棲息之所, 促進物種的多樣性。道路設(shè)計時要保證居民與田間、田塊之間聯(lián)系方便, 往返距離短, 下地生產(chǎn)方便; 盡量減少占地面積, 盡量多的負擔(dān)田塊數(shù)量和減少跨越工程, 減少投資。道路的標(biāo)準(zhǔn)見表1:表1道路規(guī)劃表道路分級行車情況路面寬高出地面路的基質(zhì)干道汽車680. 71. 0混凝土或泥結(jié)碎石支道汽車、拖拉機350. 50. 7混凝土或泥結(jié)碎石田間道拖拉機340. 30. 5土料生產(chǎn)道不行機動車120

15、. 3土料3. 4農(nóng)田生態(tài)防護林設(shè)計防護林的設(shè)計是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計一個不可缺少的組成部分。它主要是保護土地不受風(fēng)、水、砂及氣候的影響與危害, 改善農(nóng)田生態(tài)小氣候。研究表明, 林地在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中能起到保護生物多樣性的作用4, 這種作用不僅使林地中有較高的多樣性, 而且使相鄰的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生物增加, 同時這種復(fù)合生態(tài)比純作物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。林地雖不能成為所有物種的“生存島嶼”, 但環(huán)林碎斑的不同鑲嵌狀則可使物種運動具有不同的空間范圍。未來生態(tài)規(guī)劃的特色之一是各種單元間關(guān)聯(lián)性最大化, 其中最基本的觀點是無林農(nóng)田是不合理的至少是不理想的2。生態(tài)防護林設(shè)計時應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w情況, 一般以種植果

16、樹、竹林或經(jīng)濟林木為主, 同時注意喬、灌、草結(jié)合。種植的密度應(yīng)比常規(guī)林密, 以盡快達到生態(tài)防護作用。, , , 允 , 45°。林帶的寬度要結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境、防風(fēng)要求、株距和種植方式確定, 一般59行樹組成即可, 計算公式為:林帶寬度=(植樹行數(shù)-1 ×行距+2倍田邊到林緣的距離。4實例應(yīng)用4. 1規(guī)劃設(shè)計區(qū)地理位置及現(xiàn)狀生態(tài)規(guī)劃設(shè)計區(qū)位于江蘇省贛榆縣西部的班莊鎮(zhèn)境內(nèi), 地處班莊鎮(zhèn)西部, 由于該地區(qū)為丘林地區(qū), 區(qū)內(nèi)地形起伏較大, 地面高程在6090m , 局部高地120m 。地形坡度在3°6°左右。規(guī)劃設(shè)計前, 耕地總面積227. 17hm 2, 其中水田

17、5. 84hm 2, 水澆地0. 76hm 2, 旱地216. 56hm 2, 菜地4. 01hm 2。耕地基本上為低產(chǎn)坡耕地和沖田而且分布零散, 區(qū)內(nèi)溝塘零亂土地利用率十分低下。項目區(qū)內(nèi)只有少量的土質(zhì)溝渠, 而且布局零亂, 沒有系統(tǒng)性, 由于地形限制水庫只能灌溉下游少量沖田。區(qū)內(nèi)交通條件較差, 現(xiàn)有道路基本上都是自然形成的村間土路和生產(chǎn)路。其中貫串項目區(qū)的東西向的夾峪路是項目區(qū)主要的對外交通路但也是土路, 其余道路分布都比較零亂, 不能成網(wǎng)。區(qū)內(nèi)基本無農(nóng)田防護林。4. 2規(guī)劃設(shè)計內(nèi)容本區(qū)生態(tài)規(guī)劃設(shè)計由土地平整、農(nóng)田水利工程、田間道路工程、農(nóng)田防護林工程組成。(1 土地平整。對土地進行平整使農(nóng)

18、田規(guī)整、田面平坦, 有助于提高機械作業(yè)效率, 有利于農(nóng)田生產(chǎn)灌水等組織工作。以田塊為平整單位, 首先剝離表土15cm 左右, 進行田塊基層防滲處理, 后911姜俊紅, 等:農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計的幾點探討第2期回填土0. 81. 0m 。本設(shè)計表土剝離土、回填土方量達459675m 3。(2 溝渠設(shè)計。該設(shè)計區(qū)水源即水庫所處地勢較低, 經(jīng)過方案比較采用管道抽水灌溉, 水提到地勢較高處后自流灌溉, 管道和溝道相間布置。管道選用聚乙烯管, 為減少開挖保護土地原有結(jié)構(gòu), 管道埋深設(shè)為0. 5m , 且按流量分段設(shè)計。溝道設(shè)計采用寬淺式梯形土質(zhì)溝道。這是一種生態(tài)形溝道, 有助于田間動物如蚯蚓等正常生棲和

19、通行, 保護生物多樣性。同時設(shè)置跌水, 防止沖刷。在溝道旁邊和管道旁邊種植柳樹和臘條, 防止水土流失和管道移位。(3 道路和農(nóng)田防護林設(shè)計。該設(shè)計中, 田間道采用泥結(jié)碎石路面, 路面寬3m , 路基寬4m 般高出地面0. 5m , 遷移、面寬1. 51. , 0. 5m 。道路形在起伏較大地方或田塊形狀不規(guī)則又難整理時采用于地形相應(yīng)的形狀, 兩邊種植樹木, 如柳樹、臘條等, 為田間工作的人和動物提供遮陽場所。防護林設(shè)計時在農(nóng)田的一側(cè)種植防護林, 株距5m , 種植意揚20400株, 杞柳、紫穗槐、臘條286243m 2。4. 3規(guī)劃設(shè)計可取得的效果項目實施后可新增加耕地面積, 形成較完善的田間

20、道路系統(tǒng)和農(nóng)田排灌系統(tǒng); 區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)條件將得到根本改善, 水土流失將得到根治, 耕地質(zhì)量將得到全面改善, 耕地產(chǎn)出率將得到較大提高; 項目實施后將增強農(nóng)業(yè)后勁, 推進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整, 增加農(nóng)民收入; 改善交通條件, 有利于區(qū)內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展和土地增值; 改變區(qū)內(nèi)農(nóng)田小氣候, 大大提高抗御旱、澇、漬害的能力, 并達到改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境。5結(jié)束語生態(tài)保育型的農(nóng)田生態(tài)規(guī)劃設(shè)計在全世界已引起廣泛的關(guān)注, 它是一項系統(tǒng)工程, 可用于農(nóng)田生產(chǎn)和農(nóng)田生態(tài)持續(xù)發(fā)展的關(guān)系。本文主要論述了農(nóng)田生態(tài)規(guī)劃設(shè)計的原則、步驟及內(nèi)容方法, 并結(jié)合江蘇省贛榆縣西部的班莊鎮(zhèn)農(nóng)田生態(tài)規(guī)劃設(shè)計的實例加以說明。我國是一個農(nóng)業(yè)大國, 在人多

21、地少這種特殊基本國情下, 、, , 。參考文獻1徐保根, 吳次芳. 土地生態(tài)學(xué)M.北京:中國大地出版社,2002. 181-20912于銅鋼. 土地開發(fā)整治可行性研究理論與方法M.北京:辭學(xué)出版社,19911127-15913江源. 歐洲農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)物種多樣性研究進展J.資源學(xué)報,1999, (9 :53-5614趙青, 胡敏, 陳玲, 等. 景觀生態(tài)學(xué)原理與生物多樣性保護J.金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2004, (6 :39-4415Jedicke , E. Biotopverbund :G rundlagen und MassnahmenE iner Neuen Naturschutzstratogie. 2. Ueberar