生態(tài)型水田魚道綜述

韓 雷，狄高健,蘇國青，李樹航，田振華

(1. 黑龍江省水利科學(xué)研究院,黑龍江 哈爾濱 150080；2.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150080)

在河流上筑壩修閘改變了河道的自然特征，阻斷了其原有的連續(xù)性，河流的水生態(tài)環(huán)境及其周邊的生態(tài)系統(tǒng)均會受到不同程度影響。魚類等水生生物作為河流生態(tài)系統(tǒng)的一部分，其上溯洄游也會受到較大影響，因此提出修建魚道來改善水工建筑物對魚類棲息環(huán)境造成的破壞。而在渠道和田間缺少通道，阻礙水生生物在灌排渠道與水田之間的遷徙。出于保護生態(tài)系統(tǒng)的角度，在灌排渠道和水田之間增設(shè)小型的水田魚道，為水田內(nèi)的魚類等水生生物提供洄游通道，保障水田生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)性。

1 水田魚道簡介

1.1 研究背景

傳統(tǒng)的農(nóng)田水利是以灌溉與排水工程為主要目的，是將足夠的水量輸送到作物生長所在，滿足作物灌溉需水量。隨著時代的發(fā)展，現(xiàn)代農(nóng)田水利在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上更注重生態(tài)化、現(xiàn)代化，在灌排工程中加入了生物多樣性或生態(tài)營造的需求。在渠道和田間存在著大量魚類、蝦蟹、蛙類及水生昆蟲等生物，這些生物有很多隨著生長的不同時期，出現(xiàn)小規(guī)模的生活圈的移動，比如有一些魚類，本來生活在河道、灌排渠道之內(nèi)，但是在汛期會到被淹沒的河邊、蘆葦?shù)?、灌溉農(nóng)田等地方繁殖。因為灌排渠道與水田之間有一定的水頭差，同時缺少通道，阻礙這些魚類在水路與水田間的洄游。出于保護生態(tài)系統(tǒng)的角度，日本研究人員提出了在被分離的渠道和水田之間增設(shè)水田魚道的概念[1]。魚道是供魚類上溯洄游的常用保護措施，當(dāng)前國內(nèi)外魚道多用于因修建水利工程而阻斷的河流上。目前，我國在渠道和水田間增設(shè)水田魚道方面的研究幾乎空白。我國是水稻種植大國，在水田間存在眾多魚類等水生生物，為了保護田間生物生態(tài)系統(tǒng)及生態(tài)多樣性，針對水田間生態(tài)型水田魚道研究是十分必要的。

1.2 定義及應(yīng)用

魚道是供魚類溯河通過閘、壩等建筑物或天然障礙物的一種人工通道[2]，其生態(tài)學(xué)意義是減緩大壩建設(shè)對受阻隔魚類的影響，幫助受到阻隔的魚類順利上行或下行通過大壩或其他障礙物，以到達其繁殖地、索餌場或越冬場等重要生活場所。最初設(shè)置魚道的目的是著重保護那些終生需要在江河內(nèi)及與海洋間來往的魚類資源?，F(xiàn)有的魚道一般修建于水利工程中，尺寸較大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。近年來，為了保護生態(tài)系統(tǒng)的完整性，除了江河內(nèi)游泳能力比較強的魚類需要魚道，水田種植時被分離的渠道與水田的魚類也被當(dāng)作魚道建設(shè)的考慮因素。還有那些隨著生長周期不同，生存地點小規(guī)模移動的個體較小的魚類、甚至于蝦蟹等同樣需要過魚通道進行洄游、產(chǎn)卵，在這樣的需求下，連接渠道與水田的水田魚道被提出[1]。

1.3 主要功能

水田渠道的主要作用是灌溉與排水，是將足夠的水量輸送到水田供作物生長，滿足作物灌溉需水量，或是將多余的水自田間排走，以保持田間作物的正常生長?，F(xiàn)在的渠道主要考量的是輸水效率、使用年限及維修成本等，使用混凝土渠道取代土渠和砌石(包括其他天然材料)渠道，但從生態(tài)的角度看，混凝土渠道平直且沒有空隙，生物沒有棲息空間，生態(tài)機能下降，水田內(nèi)的魚類、兩棲類等生物的生存環(huán)境被破壞。另一方面，由于渠道與水田之間的落差結(jié)構(gòu)，水系無法連通，區(qū)域內(nèi)水生生物的生存環(huán)境被破壞。因此，迫切需要通過一些人工措施來實現(xiàn)水田與渠道的再聯(lián)通。

小型生態(tài)水田魚道可直接安裝于水田周邊的渠道內(nèi)，也可以直接將渠道與水田或者河流連通，安裝后使原本被切斷的水域連通起來。構(gòu)筑成水田魚道后，水田魚道內(nèi)部結(jié)構(gòu)隔板可以對水流進行消能，降低水流流速，使水田內(nèi)的魚類等生物能夠借助水田魚道，從水田洄游到河流(或渠道)中，也可自河流遷移至水田內(nèi)進行產(chǎn)卵、繁殖。既滿足水田灌溉、排水的需求，又恢復(fù)了水田魚類等物種的生物通道，達到了保護生態(tài)環(huán)境的目的。而且，這種水田魚道結(jié)構(gòu)簡單，施工便捷，易于管理，通用性強。在兼顧水田生長的基礎(chǔ)上又達到了保護生態(tài)的目的。

2 水田魚道的研究進展

世界近現(xiàn)代水利工程中的過魚設(shè)施已經(jīng)有超百年的歷史。三百多年前法國以開鑿河道中的礁石、灘地等天然障礙作為早期的魚道使用，一百多年前比利時工程師丹尼爾在水槽內(nèi)部設(shè)置隔板和底坎，來減小魚道內(nèi)部流速，稱之為“丹尼爾式魚道”。1913年，美國和加拿大共同建造了弗雷賽河赫爾斯門魚道，1938年美國在哥倫比亞河上建造的邦納維爾水電站是一座擁有大規(guī)?，F(xiàn)代過魚建筑物的水利樞紐，也是世界上第一座擁有集魚系統(tǒng)的建筑物[3]。20世紀末期，魚道建設(shè)得到重視，尤其在日本和北美，魚道的發(fā)展較快，數(shù)量也較多。目前全球建成的魚道超兩千座，其中超七成屬于傳統(tǒng)型魚道。傳統(tǒng)魚道因存在過魚目標(biāo)單一、施工材料等不利于生態(tài)等問題，使其在維護生態(tài)系統(tǒng)方面貢獻有限。因此，在20世紀70年代，仿生態(tài)魚道的概念被首次提出，并在德國、瑞典、日本等國運用較多，其中較大部分收到了良好的效果[4]。日本近些年提出了在被分離的水路和水田之間增設(shè)水田魚道，開啟了保護田間生物多樣性的新思路。

1999年，日本環(huán)境廳公布了許多魚類瀕臨滅絕的原因之一是水田地區(qū)土地整理工程的實施。原因是渠道中的落差結(jié)構(gòu)和稻田出水口與排水渠之間的高程差距，使得水道網(wǎng)絡(luò)被割裂，導(dǎo)致魚類等水生生物的棲息水域無法聯(lián)通，以開發(fā)恢復(fù)受損條件的小型魚道。由于冬季水流停止、尾水和排水末端形成落差，渠道混凝土化等使水域網(wǎng)絡(luò)分割，導(dǎo)致了魚類棲息環(huán)境的惡化[5]。從1996年開始，在日本栃木縣河內(nèi)地區(qū)，在農(nóng)場整備期間進行了魚類的棲息調(diào)查，發(fā)現(xiàn)泥鰍和鯽魚類等魚類的棲息數(shù)量明顯減少。報告稱，這種魚類棲息數(shù)量的減少，也會對以魚為食的高級捕食者的丘兔的棲息產(chǎn)生影響。為了兼顧農(nóng)場整備和生態(tài)系統(tǒng)的保護，要求通過工學(xué)的方法進行整治[5]。作為其中之一，片野和端提出了通過“魚道”重建因農(nóng)場整備而被切斷的水域網(wǎng)絡(luò)。關(guān)于水田魚道的研究，研究人員通過室內(nèi)實驗明確了型式和流量的差異引起的魚類上溯狀況，顯示了其有效性。 另外，也有在野外設(shè)置魚道，探討其有效性、型式不同導(dǎo)致魚類上溯狀況的差異、對魚類棲息的影響的事例[6]。高林主佳和橫川信行指出使用槽部較大的管(槽高約30 mm，節(jié)距約64 mm)制作了魚道，效果較好[7]。

在示范工程中設(shè)置水田魚道構(gòu)造時，希望水田經(jīng)營者直接參與水田魚道的安裝及施工，在不妨礙農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)上水田魚道能夠得到廣泛普及。因此，水田魚道的構(gòu)造使用了制作、安裝、施工容易的聚乙烯制波紋管(內(nèi)面波狀管φ100 mm，波高約14 mm，間距約38 mm)，采用了以約10°的坡度埋設(shè)在地下的魚道結(jié)構(gòu)[8]，經(jīng)實踐證實，泥鰍可以有效利用波紋內(nèi)的槽部逆流而上。

水田田間整備使耕地的生產(chǎn)率有了很大提高，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了負面影響。其主要原因之一是水田與排水路之間的落差。落差對提高水田排水有很大作用，卻阻礙魚類在水田與渠道之間移動。因此提出了在整修水田中確保魚類移動路徑的水田魚道[9]。為了恢復(fù)在日本新潟縣佐渡市野生朱鹮的生存環(huán)境，要確保作為其主要飼料資源的泥鰍的生存量，為了使泥鰍能夠雙向移動，進行了水田魚道的模型施工。由于泥鰍利用稻田和小水道作為其臨時水域產(chǎn)卵和幼魚生長的場所，建立稻田-小水道(臨時水域)和河流(永久水域)的水域網(wǎng)絡(luò)，對于完成其生活史至關(guān)重要[10]。通過帶浪管稻田魚道的溯上性能的實地試驗，在新澙縣佐渡市的田野澤、正明寺、長畝地區(qū)的水田中設(shè)置了帶浪管稻田魚道，驗證了當(dāng)?shù)氐倪m用性，目標(biāo)是在2015年之前，在新潟縣佐渡市將60只朱鹮保護起來，期待利用帶波浪管稻田魚道擴大朱鹮的食餌場[9]。

3 水田魚道布置條件

布置水田魚道應(yīng)具備以下幾種條件： ①應(yīng)具有較高的可追溯性。 ②不應(yīng)妨礙水田的生產(chǎn)經(jīng)營。 ③廉 價且易于施工維護及管理。

具備條件①表示滿足水田魚道上溯性能，但是為了廣泛普及，有必要同時滿足條件②及條件③。水田的主要功能是水稻種植，水田魚道的布置首先要保障不能妨礙稻田正常生長，特別是在水稻生長需水量較高的時期，更要優(yōu)先供給水稻生長用水，所以不能普及影響水稻產(chǎn)量的水田魚道。也就是說，水田魚道必須在稻田種植沒有障礙的范圍內(nèi)發(fā)揮魚道功能。必要條件③也對水田魚道的普及起到了很大的作用。為了改善生態(tài)環(huán)境，需要建立表面網(wǎng)絡(luò)，所以最好在盡可能多的水田里設(shè)置魚道。因此，水田魚道易于施工、易于日常管理維護也很重要。

在水田設(shè)置魚道還需要注意以下幾點。首先，過魚對象的魚種是泥鰍、鯽魚類等體長在150 mm以下的體型較小的水田常見魚類。水田魚道設(shè)置在水路和排水渠上，所以魚道內(nèi)的水量很少，其規(guī)模很小。由于水田地帶這一特殊環(huán)境，水田魚道的管理者是稻農(nóng)，考慮到稻農(nóng)們希望水田魚道只設(shè)置在魚類移動的灌溉期，在非灌溉期能夠?qū)Ⅳ~道移除。因此水田魚道的結(jié)構(gòu)簡單，材料容易得到，且價格低廉，是不可缺少的條件。

4 總 結(jié)

黑龍江省是全國最大優(yōu)質(zhì)粳稻主產(chǎn)區(qū)，國家糧食安全的“壓艙石”。據(jù)統(tǒng)計，黑龍江省200萬hm2水稻面積，平均畝產(chǎn)達到470多公斤，相對于世界先進國家日本的平均產(chǎn)量450公斤還要高。“雜交水稻之父”袁隆平曾說過，“黑龍江水稻產(chǎn)量超過號稱水稻王國的發(fā)達國家日本，可以說黑龍江的水稻研究走在了世界前面?！被谖沂∷痉N植的優(yōu)越基礎(chǔ)條件，針對水田田間配套的相關(guān)研究也亟須開展。黨的十八大報告中提出：“面對資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴重、生態(tài)系統(tǒng)退化的嚴峻形勢，必須樹立尊重自然、順應(yīng)自然、保護自然的生態(tài)文明理念，把生態(tài)文明建設(shè)放在突出地位，融入經(jīng)濟建設(shè)、政治建設(shè)、文化建設(shè)、社會建設(shè)各方面和全過程，努力建設(shè)美麗中國，實現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展?！痹谠絹碓阶⒅厣鷳B(tài)的大背景大環(huán)境下，水田魚道作為保障水田田間生態(tài)系統(tǒng)的重要設(shè)施，其研究價值高、研究前景廣闊，且國內(nèi)尚未有人提出過“水田魚道”的概念。下一步將針對我省乃至我國水田灌區(qū)的主要特點，如供水條件、排水條件、生態(tài)情況等，開展水田魚道體型結(jié)構(gòu)、布置方式、適用條件、生態(tài)性及魚類適應(yīng)性等方面的深入研究。