农田生态系统规划设计的几点探讨

1、收稿日期2004-11-091作者简介姜俊红(1981- , 女, 浙江台州人, 河海大学现代农业工程系硕士研究生; 张展羽(1957- , 男, 江苏泰兴人,河海大学现代农业工程系主任, 教授, 主要从事农田水土资源规划方面的研究; 朱朝荣(1981- , 男, 江苏丹阳人, 河海大学水工结构工程硕士研究生, 研究方向为土工合成材料及岩土1农田生态系统规划设计的几点探讨姜俊红, 张展羽, 朱朝荣(河海大学现代农业工程系, 江苏南京210098摘要农田生态规划设计的主要目的是有效开发、利用、保护以农田土地资源为中心的生物圈资源, 搞好农田生态规划设计能合理配置资源, 取得最佳生态经济、环境效益

2、, 促进农业可持续发展。主要论述了农田生态规划设计的原则、步骤及内容方法, 并结合实例加以说明, 以期对我国农田生态规划设计起促进作用。关键词农业活动; 农田生态系统; 规划设计中图分类号S181文献标识码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农田生态规划设计问题的提出我国是一个农业大国, 农业生产区域分布广泛。960×104km 2的国土中已利用和可利用于农林牧渔业的土地约7. 13×108hm 2, 占7. 4%。但我 国人口众多人均耕地面积相对较少, 仅相当于世界平均水平的1/3, 土地承载力大。随着经济的发展、人口的增加、城市化工业化进程的加快, 使建设用地迅猛增加, 同时产生许多生态方面的问题如水土流失、土地污染、土地沙化、肥力下降等, 致使耕地面积

6、进一步减少, 土地资源限量反差更加强烈。如何保护农田耕地已成为人们关心的问题。农业对于生态系统环境的影响也是巨大的。国外已有不少研究证明现代农业对于生态环境的影响最为显著。我国现行的农业生产方式为粗放的农业, 极易造成生态环境的改造和消失。而物种生存受到威胁、生物多样性丧失主要原因就是生态环境、栖息地的消失和生态环境、栖息地(景观 的破碎化及单一化。我国目前的农田工程大多建于20世纪五、六十年代, 已不适应现代农业发展的要求, 因此农田规划尤其是农田生态规划711第11卷第2期2005年2月水利科技与经济Water C onservancy Science and T echnology an

7、d Economy Vol 111No 12Feb 12005已提上日程。农田生态系统是农田土壤、微生物、动物、空气与农作物群落之间进行物质循环和能量转化的综合体, 是典型的高度开放的人工复合的生态系统, 结构单一、系统很脆弱。农田生态规划设计是依据生态学原理, 合理的规划设计农地利用类型及其结构, 稳定提高农田生态系统的生产能力, 同时保护环境效益, 促进农业可持续发展1。很多实例证明通过开展农田生态规划设计, 使田块平整、林木成网、沟路渠配套, 改善了农田小气候, 增加了有效耕地面积和旱涝保收面积, 各种生物在我们的维护下生存繁衍得到好的保障, 生态环境明显改观。因此搞好农田生态规划设计具

8、有重要意义。22. 1第一性生产、保护和维持生态环境平衡的功能。农田生态规划设计对象和内容不同于一般的农田规划设计, 其主要原则有:(1 土地适宜性原则。土地适宜性是指土地对某种特定的利用方式或目的的适合程度2。在农田生态设计过程中应首先对土地的性质和质量进行调查比较, 对环境和生态影响做出分析。作物的生长与自然条件息息相关, 设计时应因地制宜, 适地适种, 充分发挥各地区自然资源的优势。(2 整体协调、优化原则。农田生态系统是一个整体, 它的各成分、子系统是有规律的组合而不是偶然的堆积, 所以好的农田生态设计应本着整体协调的原则进行设计。设计时要以发展的角度、全局的角度来考虑, 即不但要考虑

9、现在而且要考虑将来, 不但要照顾微观而且要兼顾宏观。在设计时不必要苛求限定于局部优化, 主要是要达到系统稳定、整体最优。(3 生产功能原则。生态农业强调人与自然的协调, 但同时也还应注重农田生态系统生产的高效、持续、稳定, 以达到社会、经济、生态三大效益的统一, 产出持续高效增长。(4 互惠互利、结构稳定原则。农田生态系统中的生物都不可能是孤立的, 都会与其他生物有能量、物质、信息的交换与交流。生物种群结构单一, 不符合种群间相互作用规律, 这是造成农田生态稳定性差的关键性因素之一。因此合理安排多种共生互利关系能够增强物资循环、能量流动, 使农田生态系统有机耦合、和谐高效。农田生态系统要持续高

10、效增长, 必须建立稳定生态系统结构, 保证系统功能能正常稳定运行。(5 环境损害最小化原则。在进行农田生态设计时要注意对环境的保护, 使设计对环境的不利影响最小。2. 2农田生态规划设计步骤农田生态规划设计根据具体情况而变, 但它的一般步骤是相同的:; 、工程; , 如灌溉、田块设计、生态环境设计等; 农田生态工程设计; 农田生态规划设计的可持续评价; 农田生态规划设计的可持续监测。3农田生态规划设计内容3. 1农田结构的生态设计国外的许多研究表明, 农田小结构的比例从1%增加到15%时对于物种总数的增加和濒危动植物的增加有明显的作用3。实验研究和实际经验都证明维持10%20%的农田小结构比例

11、对生物物种的多样性的保护有很重要的作用。农田小结构的规划设计方式有条形网络结构、带形网络结构、内部岛屿状结构和外部岛屿状结构。条形网络结构主要用于平原地区斑块的设计。规划斑块时要考虑作物光照、通风、地下水流向、地面坡向、比降及机械作业等要求。一般为南北向布置, 成几何形, 长度大约为400600m , 宽度大约为150200m 。带形网络结构主要用于包括树丛、交替斑块、小池塘等廊道的设计。内部岛屿状结构主要用于大面积农田景观中对其中一些特殊类型的保护的设计如农田景观中的小高地、小片的洼地等。外部岛屿状结构主要用于保护与农田景观相邻, 但于农田景观隔离的其他类型的生态系统的设计。3. 2河沟渠的

12、生态设计河、沟、渠是农田生态工程的重要组成部分, 起输送水的作用。它们的形式是多种多样的。生态型河道设计应尽可能保留河道原有自然风貌, 宜弯则弯, 宜宽则宽, 宜窄则窄, 沿地滩涂地能保811第11卷第2期2005年2月水利科技与经济 Water C onservancy Science and T echnology and Economy Vol 111No 12Feb 12005留则保留, 尽量减少人为改造, 在河道两侧多栽种树木, 同时保留一定数量和面积的沟塘和低洼地, 为野生动植物留下一片合适的栖息场所和生存、繁衍的空间。沟渠的规划设计是整个农田生态系统的全局问题, 规划的好坏对系统

13、效益、造价影响很大。在设计时应使其边坡较缓, 采用天然材料, 以减低水位变化所带来的生态冲击和人为的影响。一般输水渠道采用节水基质, 沟道采用土石基质。在情况允许的条件下采用复式断面为佳, 布局走向的比降应尽量与地面比降相适应减少冲刷或淤积。在满足降低地下水位与泄洪功能的基础上, 沟底可按凸凹方式建设或沟道部铺设一条弯曲的小渠道, 以容纳低水位时的流量和稳定水温, 保证水生动植物生存。3. 3道路的生态设计、质量影响、农田生态系统中生物的多样性。干道、支道是农田生态系统内外各生产单位相互联络的道路, 可行机动车, 交通流量较大, 应该采用混凝土路面或泥结碎石路面。田间道和生产路是系统内生产经营

14、或居民区到地块的运输、经营的道路, 数量大, 对农田生态环境影响也较大。因此生态型田间道的设计模式应以土料铺面为主, 铺以石料, 生产路的设计应以土料铺面, 以有利于花草生存, 并使其成为野生动植物的栖息之所, 促进物种的多样性。道路设计时要保证居民与田间、田块之间联系方便, 往返距离短, 下地生产方便; 尽量减少占地面积, 尽量多的负担田块数量和减少跨越工程, 减少投资。道路的标准见表1:表1道路规划表道路分级行车情况路面宽高出地面路的基质干道汽车680. 71. 0混凝土或泥结碎石支道汽车、拖拉机350. 50. 7混凝土或泥结碎石田间道拖拉机340. 30. 5土料生产道不行机动车120

15、. 3土料3. 4农田生态防护林设计防护林的设计是农田生态系统规划设计一个不可缺少的组成部分。它主要是保护土地不受风、水、砂及气候的影响与危害, 改善农田生态小气候。研究表明, 林地在农田生态系统中能起到保护生物多样性的作用4, 这种作用不仅使林地中有较高的多样性, 而且使相邻的农田生态系统的生物增加, 同时这种复合生态比纯作物系统的结构更稳定。林地虽不能成为所有物种的“生存岛屿”, 但环林碎斑的不同镶嵌状则可使物种运动具有不同的空间范围。未来生态规划的特色之一是各种单元间关联性最大化, 其中最基本的观点是无林农田是不合理的至少是不理想的2。生态防护林设计时应结合当地的具体情况, 一般以种植果

16、树、竹林或经济林木为主, 同时注意乔、灌、草结合。种植的密度应比常规林密, 以尽快达到生态防护作用。, , , 允 , 45°。林带的宽度要结合当地环境、防风要求、株距和种植方式确定, 一般59行树组成即可, 计算公式为:林带宽度=(植树行数-1 ×行距+2倍田边到林缘的距离。4实例应用4. 1规划设计区地理位置及现状生态规划设计区位于江苏省赣榆县西部的班庄镇境内, 地处班庄镇西部, 由于该地区为丘林地区, 区内地形起伏较大, 地面高程在6090m , 局部高地120m 。地形坡度在3°6°左右。规划设计前, 耕地总面积227. 17hm 2, 其中水田

17、5. 84hm 2, 水浇地0. 76hm 2, 旱地216. 56hm 2, 菜地4. 01hm 2。耕地基本上为低产坡耕地和冲田而且分布零散, 区内沟塘零乱土地利用率十分低下。项目区内只有少量的土质沟渠, 而且布局零乱, 没有系统性, 由于地形限制水库只能灌溉下游少量冲田。区内交通条件较差, 现有道路基本上都是自然形成的村间土路和生产路。其中贯串项目区的东西向的夹峪路是项目区主要的对外交通路但也是土路, 其余道路分布都比较零乱, 不能成网。区内基本无农田防护林。4. 2规划设计内容本区生态规划设计由土地平整、农田水利工程、田间道路工程、农田防护林工程组成。(1 土地平整。对土地进行平整使农

18、田规整、田面平坦, 有助于提高机械作业效率, 有利于农田生产灌水等组织工作。以田块为平整单位, 首先剥离表土15cm 左右, 进行田块基层防渗处理, 后911姜俊红, 等:农田生态系统规划设计的几点探讨第2期回填土0. 81. 0m 。本设计表土剥离土、回填土方量达459675m 3。(2 沟渠设计。该设计区水源即水库所处地势较低, 经过方案比较采用管道抽水灌溉, 水提到地势较高处后自流灌溉, 管道和沟道相间布置。管道选用聚乙烯管, 为减少开挖保护土地原有结构, 管道埋深设为0. 5m , 且按流量分段设计。沟道设计采用宽浅式梯形土质沟道。这是一种生态形沟道, 有助于田间动物如蚯蚓等正常生栖和

19、通行, 保护生物多样性。同时设置跌水, 防止冲刷。在沟道旁边和管道旁边种植柳树和腊条, 防止水土流失和管道移位。(3 道路和农田防护林设计。该设计中, 田间道采用泥结碎石路面, 路面宽3m , 路基宽4m 般高出地面0. 5m , 迁移、面宽1. 51. , 0. 5m 。道路形在起伏较大地方或田块形状不规则又难整理时采用于地形相应的形状, 两边种植树木, 如柳树、腊条等, 为田间工作的人和动物提供遮阳场所。防护林设计时在农田的一侧种植防护林, 株距5m , 种植意扬20400株, 杞柳、紫穗槐、腊条286243m 2。4. 3规划设计可取得的效果项目实施后可新增加耕地面积, 形成较完善的田间

20、道路系统和农田排灌系统; 区内农业的生产条件将得到根本改善, 水土流失将得到根治, 耕地质量将得到全面改善, 耕地产出率将得到较大提高; 项目实施后将增强农业后劲, 推进产业结构调整, 增加农民收入; 改善交通条件, 有利于区内经济发展和土地增值; 改变区内农田小气候, 大大提高抗御旱、涝、渍害的能力, 并达到改善农田生态环境。5结束语生态保育型的农田生态规划设计在全世界已引起广泛的关注, 它是一项系统工程, 可用于农田生产和农田生态持续发展的关系。本文主要论述了农田生态规划设计的原则、步骤及内容方法, 并结合江苏省赣榆县西部的班庄镇农田生态规划设计的实例加以说明。我国是一个农业大国, 在人多

21、地少这种特殊基本国情下, 、, , 。参考文献1徐保根, 吴次芳. 土地生态学M.北京:中国大地出版社,2002. 181-20912于铜钢. 土地开发整治可行性研究理论与方法M.北京:辞学出版社,19911127-15913江源. 欧洲农田生态系统物种多样性研究进展J.资源学报,1999, (9 :53-5614赵青, 胡敏, 陈玲, 等. 景观生态学原理与生物多样性保护J.金华职业技术学院学报,2004, (6 :39-4415Jedicke , E. Biotopverbund :G rundlagen und MassnahmenE iner Neuen Naturschutzstratogie. 2. Ueberar