種養(yǎng)結(jié)合在高水平糧田水利設(shè)施建設(shè)中的實際應(yīng)用

張振榮，周一薇

（上海嘉定水務(wù)工程設(shè)計有限公司，上海市 210800）

種養(yǎng)結(jié)合在高水平糧田水利設(shè)施建設(shè)中的實際應(yīng)用

張振榮，周一薇

（上海嘉定水務(wù)工程設(shè)計有限公司，上海市 210800）

介紹了種養(yǎng)結(jié)合生態(tài)農(nóng)業(yè)模式和糞水還田系統(tǒng)設(shè)計理念。以光明食品集團(tuán)上海農(nóng)場為實例，介紹了種養(yǎng)結(jié)合在高水平糧田水利設(shè)施建設(shè)中的實際應(yīng)用，并對其產(chǎn)生的效益進(jìn)行了分析。

種養(yǎng)結(jié)合；糞水還田系統(tǒng)；管道灌溉；排放口間隔布置

0　引言

為了穩(wěn)定糧食生產(chǎn)，發(fā)展集約優(yōu)質(zhì)高效的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，上海市政府發(fā)布了滬府辦〔2010〕59號《關(guān)于本市高水平糧田設(shè)施建設(shè)的實施意見》要求努力達(dá)到“三個全國領(lǐng)先高水平”，即全國領(lǐng)先的高水平的農(nóng)業(yè)設(shè)施、全國領(lǐng)先的高水平的農(nóng)業(yè)組織、全國領(lǐng)先的高水平的農(nóng)業(yè)科技。要以科學(xué)發(fā)展觀為統(tǒng)領(lǐng)，圍繞上海高水平設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展綱要，著力提升糧田設(shè)施，為糧食生產(chǎn)提供更有力的設(shè)施保障，完善及提高糧田輔助設(shè)施，確保糧田設(shè)施配套、旱澇保收、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)和高效生態(tài)。

隨著高水平糧田的建設(shè)，種養(yǎng)結(jié)合模式已在光明集團(tuán)下各大農(nóng)場普遍應(yīng)用。通過種養(yǎng)結(jié)合，既解決了高水平糧田項目區(qū)內(nèi)豬糞水的無害化處理的實際問題，為糞水還田工作提供了重要支撐和有利條件，還實現(xiàn)了糞水統(tǒng)一安排、精細(xì)管理、按需排放，提高了豬糞水還田的質(zhì)量和效率。將豬糞水變廢為寶，降低污染的同時用豬糞水替代部分化肥的施用量，促進(jìn)了種養(yǎng)循環(huán)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

1　農(nóng)田常規(guī)施肥方式

目前，上海市的大部分農(nóng)田周邊沒有養(yǎng)豬場，農(nóng)田施肥以化肥為主。少部分農(nóng)田附近設(shè)養(yǎng)豬場，農(nóng)田施肥以豬糞水和化肥結(jié)合方式為主。

由于目前的田間灌溉方式都是以土渠或混凝土預(yù)制板襯砌明渠為主，因此，附近有養(yǎng)豬場的農(nóng)田施肥時，豬糞水也是通過明渠進(jìn)入農(nóng)田。這種施肥方式不僅肥水滲漏量大，而且在灌溉糞水時，惡臭連連，影響周邊環(huán)境。

2　管道灌溉的優(yōu)點

由于常規(guī)的明渠灌溉易淤積、易滲漏，經(jīng)過幾年的高水平糧田建設(shè)的經(jīng)驗積累，上海市高水平糧田建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)文件指出：高水平糧田設(shè)施建設(shè)項目采用灌排分開模式，以提高灌溉水利用系數(shù)，灌溉設(shè)計保證率達(dá)95%以上；排水采用明溝，為使灌排分開，增加水利用系數(shù)，灌溉采用地下管道。

采用地下管道灌溉不僅能減少淤積和滲漏，同時也能增加土地的利用率。為了方便施工，便于田間放水，灌溉管道宜采用PVC-U給水管。

3　糞水還田系統(tǒng)設(shè)計理念

種養(yǎng)結(jié)合是一種結(jié)合種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式[1]。糞水還田，顧名思義，就是利用養(yǎng)豬場產(chǎn)生的糞水，經(jīng)發(fā)酵后灌溉農(nóng)田，以保證農(nóng)田作物生長所需的養(yǎng)分。上海地區(qū)的糧田以種植水稻和小麥為主，為了合理利用養(yǎng)豬場的糞水，體現(xiàn)種養(yǎng)結(jié)合的綠色農(nóng)業(yè)，就需要建立一套完善、安全、可控的糞水還田系統(tǒng)。

一般情況下，水稻在泡田期需要施肥，在這期間肥料可以與灌溉水源一起流入田間，再進(jìn)行水耙使肥料混合于耕層中，然后拉板整平。這種施肥的特點是肥效長，肥勁穩(wěn)，由于肥料均勻分布于耕層，可促進(jìn)水稻根系深扎，擴(kuò)大吸收面積，增加養(yǎng)分吸收量。

在泡田期以外，包括小麥的施肥，大部分以干式施肥為主。為了確保干式施肥時糞水能有效均布于整塊田間，則需要連接消防軟管之類的管道，人工拖拉至田間并均勻噴灑。此時所需要的泵站揚程大約在40 m，甚至更大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平常灌溉所需的揚程。所采用的灌溉管道也要求是耐高壓類型的。經(jīng)過比選，PE管道較適合用于糞水灌溉。

鑒于農(nóng)作物的這兩種施肥特點，在泡田期水肥一體時可以把水源和糞水結(jié)合在一起進(jìn)行灌溉，即可以使用同一個灌溉系統(tǒng)，此時只需采用造價較低的PVC-U給水管。在泡田期以外，若采用同一個灌溉系統(tǒng)，不僅要解決壓力差距很大的問題，而且全部要選用PE管道進(jìn)行灌溉，此時的造價將大大增加。因此，在有糞水可以還田的前提下，農(nóng)田灌溉采用清水灌溉和糞水還田灌溉兩套系統(tǒng)是比較經(jīng)濟(jì)合理的。

4　糞水還田系統(tǒng)應(yīng)用實例

以光明食品集團(tuán)上海農(nóng)場2013年高水平糧田建設(shè)水利設(shè)施配套項目為例，介紹種養(yǎng)結(jié)合糞水還田系統(tǒng)的設(shè)計。

4.1水源

糞水經(jīng)過收集后，用泵抽入發(fā)酵池進(jìn)行沉淀、發(fā)酵、氧化，經(jīng)過二級發(fā)酵檢測合格后用于施肥的灌溉水源。

4.2設(shè)計思路

糞水還田系統(tǒng)與灌溉系統(tǒng)分開布置，灌區(qū)設(shè)1臺糞水提升泵，將發(fā)酵后的糞水直接通過管道接入農(nóng)田內(nèi)的排放口，通過消防軟管在農(nóng)田內(nèi)施肥。為了使水稻在泡田的時候水肥混合在一起，本次設(shè)計成兩種排放口，一種為清水灌溉排放口，另一種為清水與糞水混合排放口，糞水排放口處設(shè)消防軟管連接卡口。兩種排放口間隔布置，視田塊大小每個間隔30 m左右。由于糞水為堿性水，管材采用耐高壓、耐堿性的PE管道，控制閥門采用耐堿性的鋼塑材料。

4.3糞水輸送管道計算及水泵選型

4.3.1總量控制

灌區(qū)農(nóng)田有效面積1 586畝 (1 hm2=15畝)，養(yǎng)豬場現(xiàn)有1.2萬頭豬，據(jù)管養(yǎng)豬場理員提供的數(shù)據(jù)，養(yǎng)豬場的年糞量為1.584萬m3。

農(nóng)場現(xiàn)有糞水收集池容積2.0萬m3，一年中以泡田期施肥量為最大，一般達(dá)到每畝0.01 m厚，即一次施糞量按6.7 m3/畝計，初估計每次糞水需灌溉量V=1 586畝×6.7 m3/畝=1.06(萬m3)。多余的糞水用于作物其余生長期的灌溉。

糞水利用系數(shù)取0.95，則灌溉設(shè)計流量：

計算得：

4.3.2方案設(shè)計

糞水還田泵站控制地塊灌溉管網(wǎng)布置示意如圖1所示。

圖1　糞水灌溉管網(wǎng)布置示意圖

灌區(qū)布置1條干管，27條支管。根據(jù)現(xiàn)狀格田布置要求，為與灌溉管道的給水栓出水口一致，除第一個給水栓距支管首部50 m外，每條支管平均每隔60 m設(shè)置一個給水栓，共設(shè)195個給水栓。除支管21設(shè)置5個單向給水口的給水栓之外，其余給水栓均設(shè)置雙向給水口。

4.3.3輪灌制度確定

若采用支管灌溉，即灌溉時開起整條支管上的給水栓，則增加支管的灌溉流量，增加支管的管徑，對工程投資不利。

考慮到灌溉時間，本次灌溉時平均每條支管只開啟1個給水栓，每次開啟3條支管上的給水栓，每組給水栓工作時間為2 h，每天分8組輪灌，每天工作時間為16 h，整個灌區(qū)可在8 d內(nèi)灌完。

4.3.4給水栓的設(shè)計流量

給水栓最大流量計算:

則每個給水栓流量：

根據(jù)給水栓最大流量Q=29.1 m3/h,為統(tǒng)一配套，給水栓全部采用規(guī)格為125 mm的PE100管。干管選取200 mm×14.7 mm、支管選取125 mm× 9.2 mm的PE100塑料管，公稱壓力為1.25 MPa。考慮到糞水為偏堿性液體，本次各控制閥門采用

鋼塑材料。

4.3.5糞水管道水頭損失計算

PE管沿程水頭損失按海曾－威廉公式計算：

則：

因地塊控制范圍干管長距離輸水,管道局部損失按沿程損失的10%計。支管為短距離輸水，管道局部損失按沿程損失的20%計。最不利位置水頭損失最大，全區(qū)糞水灌溉水頭損失如下（具體計算略）。

4.3.6水泵設(shè)計流量、揚程

泵站設(shè)計流量：

水泵出水口與入水口高差取△=4 m，水泵管路吸水管、出水管及首部水頭損失取3.0 m。給水栓出口水頭取5 m，支管出口豎管長取0.6 m,則揚程計算如下：

4.3.7水泵選型

由于糞水的特殊性，對水泵型號進(jìn)行綜合比選，此次糞水提升泵站水泵選擇型號為200WQB125-42-37型污水污物潛水泵。

5　糞水還田系統(tǒng)產(chǎn)生的效益與分析

（1）減少化肥施用量產(chǎn)生的效益

項目區(qū)通過肥水灌溉系統(tǒng)的建設(shè)，將豬場產(chǎn)生的糞水經(jīng)厭氧發(fā)酵等無害化處理后作為有機(jī)肥與一般灌溉用水混合后還田，為農(nóng)作物提供豐富的N、P、K等營養(yǎng)元素，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，提高理化性能，提升土地等級。采用糞水還田灌溉技術(shù)可替代40%氮肥和60%磷肥的施用量，每畝可節(jié)約成本約90元，項目區(qū)內(nèi)每年可節(jié)約14.274萬元。

（2）改良土壤產(chǎn)生的效益

通過肥水還田增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，為穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)，土壤肥力提高后整個項目區(qū)可增產(chǎn)1.586萬kg水稻和1.586萬kg的二麥，增加效益8.247萬元。表1為項目區(qū)增產(chǎn)效益分析表。

表1　項目區(qū)增產(chǎn)效益分析表

（3）降低豬糞水工業(yè)化處理的效益

項目區(qū)內(nèi)建成糞水還田灌溉系統(tǒng)后，能夠消納1.2萬頭豬所產(chǎn)生的糞水1.584萬t。通過糞水還田完全節(jié)省了工業(yè)化處理設(shè)施的投資，每萬頭豬糞便污水處理設(shè)施投資約為150萬元，僅處理設(shè)施投資這一項能節(jié)省180萬元。每噸豬糞水的運行處理費用約為2元，1.2萬頭生豬產(chǎn)生的豬糞水工業(yè)化處理運行費用也需3.168萬元。

6　結(jié)　語

種養(yǎng)結(jié)合將豬糞水變廢為寶，是發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)的體現(xiàn)。糞水還田系統(tǒng)的實現(xiàn)，使種養(yǎng)結(jié)合模式能夠得以推廣應(yīng)用。在接下來的設(shè)計應(yīng)用中，應(yīng)著重采集已有工程中的作物施肥量，統(tǒng)計出每頭豬產(chǎn)生的糞水能灌溉多少畝農(nóng)田以精確養(yǎng)豬的數(shù)量。

[1]錢明，黃國楨.種養(yǎng)結(jié)合家庭農(nóng)場的基本模式及發(fā)展意義[J].，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2012(19):294-297.

S27

B

1009-7716（2016）02-0128-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.02.035

2015-10-28

張振榮（1974-），男，上海人，工程師，從事水利工程設(shè)計工作。