里下河地区生态型农业科技园设计探索
作者: 解大伟
[摘 要] 里下河地区是江苏省乃至华东地区重要的农业生产基地。该地区在收获高产的同时,因长期大量使用农药、化肥及大规模动物养殖所产生的污染对生态环境构成的威胁不容忽视。在乡村振兴背景下,建设具有展示和示范引领作用的生态型农业科技园,成为创建新型、高效、无公害、可复制推广的农业生产方式的重要抓手,对进一步提高农民收入水平,消除区域内的农业生产弊端具有重要意义。2016年,扬州大学与扬州市人民政府、高邮市人民政府合作,决定在里下河地区暨高邮市打造一处国内一流、国际先进的农业科教示范园区,促进区域内实现可持续的无公害农业发展。
[关键词] 里下河地区;农业科技园;生态型农业科技园
[中图分类号] F324.3 [文献标志码] A [文章编号] 1674-7909(2022)10--5
0 引言
里下河地区属江苏省沿海江滩湖洼平原的一部分,由里运河、通扬运河、串场河和苏北灌溉总渠围合而成。里下河地区涉及江苏省扬州市、泰州市、南通市、淮安市、盐城市等主要城市。里下河地区四周高,中间低,是历史上水患最严重的地区之一。面对洪水威胁,生活在此的先民开挖河道、修建圩田,形成了自然河道和人工河道水网稠密的农业生态区域,并成为江苏省乃至华东地区重要的农业生产基地。但长期以来,当地存在片面追求高产而大量使用农药、化肥并建设大规模动物养殖场的现象,由此产生的面源污染对区域生态安全构成了一定威胁。
目前,关于生态型农业科技园并无统一定义。根据《农业科技园区建设规范》(NY/T 2365—2013),农业科技园区(Agricultural Science and Technology Park)是以现代科技为支撑,立足于区域农业开发和主导产业发展,按照现代农业生产和经营管理的要求,以科技研发、技术示范、辐射推广为主要内容,在特定区域建立的对区域农业与农村经济具有较强示范带动作用的现代农业科技示范基地[1]。生态型农业科技园可在上述概念基础上延伸定义为:引入生态科学、经济学和系统工程理论作为指导,运用生态系统的原理和系统科学的方法,按碳氮循环和其他生态关系组织农业生产活动,在持续获取最优/最大生产力和经济效益的同时,形成稳定、协调的生态环境的农业科技园区,是在一定区域内构建高效、无公害、可复制推广的新型农业生产方式的重要支撑之一。
面对农业增产增收的现实需要,以及里下河地区河港密布,残留农药、化肥的农田尾水和养殖(污)废水容易通过河道水网扩散的环境状况,扬州大学结合当地实际,开展生态型现代农业科技园规划设计研究,提升农民生活水平,引领区域无公害农业发展,推动实施绿色乡村振兴。
1 项目背景
2016年1月16日,扬州大学与扬州市人民政府、高邮市人民政府共同签署《关于扬州大学现代农业科教示范园合作共建的协议书》,决定在里下河地区暨高邮市打造一处国内一流、国际先进的农业科教示范园区,承担在里下河地区乃至更大区域范围内研发、教学及示范推广现代农业科技的重要使命。项目基地选址在江苏省扬州市国家农业科技园核心区内,隶属里下河地区高邮市卸甲镇,地理坐标为北纬32°47′、东经119°25′。规划用地范围:东至区域河道(小泾沟),西至区域灌渠(十一支渠),南至规划支路,北至现状农田区。规划用地红线内面积为156.07 hm2。在项目规划过程中,设计团队引入不同专业领域的专家作为咨询顾问,试图综合应用多种途径和技术手段,创建生态型农业科技园,为解决区域内的农业生产弊端,应对现实经济与生态挑战探索可行的路径。规划园区整体鸟瞰效果与总平面布置见图1和图2。
2 基于实现生态内涵的规划设计
针对里下河地区发展生态绿色农业所面临的突出问题与挑战,规划从扬州大学(高邮)现代农业科教示范园建设的现实需求出发,着力探索生态型农业科技园建设的可行路径,重点围绕以下3方面营造园区的生态环境。
2.1 优化农业产业结构,提升综合效益
农业面源污染问题产生的根本原因是对提升生产价值的渴求,生态型农业科技园建设必须对此予以重视和回应。规划结合基地现状,发掘用地潜力,通过采取多项措施,以提高单位土地产出,进一步提升农业生产效益。
第一,协调对接基地周边的产业分布,合理安排基地内的主要农作物项目,突出产业链延伸与互补。规划北向发展生态养殖,构建生态轴,与北侧的优质稻麦轮作区形成耦合发展;西向发展作物种植,构建生产轴,与西侧的改良农田推广区形成协调联动;南向安排综合服务设施和园艺种植,构建生活轴,与优质苗木花卉培育区形成融合发展。
第二,调整并优化基地内的农业生产布局。根据地形和区域光、热、水环境条件,实施稻麦轮作,提高主要农作物的全年产量;通过组织园艺栽培,增加经济作物种植;改造现状鱼塘,实施水禽与水产健康养殖;引进规模适当的养殖场。农业生产布局现状与规划比较见图3。
第三,依托多样化的农业生产内容和特色鲜明的农业景观,开展自然教育和农业旅游。
综上,对基地内产业结构调整前后预期收益进行比较,结果发现,调整后基地内单位土地产生的价值约增加了8.52倍(见表1)。
2.2 构建循环农业体系
基于资源循环利用与保障资源环境安全的需要,并参考区域循环农业发展水平[2],规划在配置不同形式的农业生产项目基础上,融合雨水收集与利用,研究确定不同类型农作暨种植+养殖的适宜规模,种养结合,对种植(养殖)废(水)弃物进行多元化处理、分步处理与分级利用,通过生态还田与达标排放实现减排目的,从而建立体现碳氮循环内涵的生态农业模式(见图4),推进园区实现“清洁化生产、减量化投入、资源化利用”。同时,规划一方面在园区内部以及对相邻或相近规模化种植/养殖实行耦合发展,推行立体生态农业;另一方面对接园区所在的扬州国家农业科技园区(八桥核心区)有机肥处理中心和资源再利用中心(污水粪便、秸秆处理、沼气站),令基地内科研、生产与之衔接,构建循环农业闭环,引导场地内外生态系统进入良性自循环。
为支撑并保障园区生态循环农业模式的持续有效运转,规划梳理了有机固废种类、产量,核定生态还田所需配套土地(见表2),并为其提供保障。其中,固体废弃物的处置严格执行国家相关法律法规和技术标准,鼓励固体废弃物综合利用,减少废物产生量。同时,基于不同的无害化处理路径,规划为有机固体废物处理建立包括蚯蚓生物工程床和好氧堆肥场在内的配套设施(见表3)。
在科技园设计过程中,充分考虑里下河地区河港密布,容易造成残留农药、化肥的农田尾水和养殖(污)废水通过河道水网扩散的环境特征,针对潜在的生态安全隐患,规划环境保护及污染防治以种植(养殖)废弃物综合利用为主导,以污染物工程治理为保障,以非工程措施为补充。园区在设置以人工湿地系统为主体生态水处理设施基础上,规划建设污水处理工程,并完善配套管网,提高污水收集和处理率,保障水生态环境安全具有一定的冗余度。园区内实施雨污分流:雨水、农田与绿化排水进入自然水体与生态蓄水设施(人工湿地)后再进行循环利用;一般污水(含生活污水与非养殖区冲洗污水)实行纳管排放;养殖区内的冲洗污水和养殖废水(含尿污)经相应的污水处理工艺处理,达到国家相关技术标准[含《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596—2001)、《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)三级标准和《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962—2015)]规定的排放要求后进入市政管网,再经区域片区污水处理厂处理后排放。规划根据自然场地高差,结合畜禽养殖区建设1座污水处理站。污水处理站采用HUBF厌氧高塔反应器进行高效厌氧水解,采用好氧生物反应塔进行好氧处理,污水经厌氧/好氧处理后进入沼液池进行深度处理。沼液池除用于污水深度处理外,还在市政管网维护时作为备用排水和缓冲设施,保证农业持续稳定生产。
经预评估,通过多项处理措施的综合应用,园区内种植(养殖)废(水)弃物排放达标率为100%(见表4)。
2.3 围绕水资源利用塑造韧性的生态农业基底
在优化园区内农业产业布局并构建与之相适应的循环农业体系基础上,规划还立足区域环境特征,紧扣“水”这一影响农业生产和生态环境的关键要素,从满足农业生产需要的水循环路径出发,梳理规划园区水系(见图5),围绕水资源利用塑造韧性的生态农业基底。
从水环境现状来看,基地西侧为区域灌渠十一支渠,南向中部有十二支渠接入,东侧为小泾沟。其中,小泾沟(盐邵河—北澄子河段)为高邮市里下河地区现有圩外骨干排水河道。规划基地内现状地表水体分为自然河道与灌排渠。现状灌溉水源主要依靠区域灌渠十一支渠和十二支渠。规划水系统主要集中在用水安全(供水保障与防洪除涝)和水生态利用(水生态净化与循环利用)两大领域。
2.3.1 供水保障与防洪除涝。里下河地区属亚热带湿润季风气候区,虽然水资源丰富(年平均降雨量为1 030 mm),但由于受季风影响,地区水资源量年际变化相对较大且年内分配不均,易旱易涝。其中,汛期(6—9月)水资源量超过全年水资源量的65%左右,对农业生产造成一定影响。规划通过沟通、疏浚、整合基地内外的现有河道与水利设施,构建了一个具有功能性的水生态系统。通过净化、过滤渠道引水与自然降水,支持高标准农业灌溉用水和绿色健康养殖用水,同时应对汛期极端降水带来的风险。在充分考虑外部引水条件和土地利用效率的基础上,园区内安排建设适量的生态雨水(积蓄)设施,并通过河/沟、人工湿地和人工湖(蓄水塘)实现雨水集蓄。其中,规划在园区中部河道交汇处开挖的人工湿地与人工湖构成雨水集蓄设施的主体,园区内自然降水、农田/绿化排水、玻璃温室与建筑屋面收集的雨水经沟渠、雨水管网汇聚其中,作为农业灌溉、绿化浇洒养护、非养殖区内冲洗、水产/养殖区内冲洗用水的主要水源。在集中汛期,规划园区水系可以发挥调蓄雨水的积极作用,以应对洪水和内涝。通过合理设置排涝/调水泵站、水闸等设施,控制园区内河(湖)水位:当园区内河水位上升到安全水位时,启动雨水排洪泵站,将园区内雨水排至区域排水河道(小泾沟),直至水位跌至控制水位时关闭泵站;农田降渍期间,控制关闭雨水集蓄区与内河连通口处的闸门,打开大田区闸门并启动排涝泵站,在不影响雨水集蓄区(绿化、灌溉与冲洗水源)存水的情况下,使园区内部河道水位保持在满足作物降渍标准所需要的控制地下水埋深以下,从而实现排涝降渍。
2.3.2 水生态净化与循环利用。人工湿地技术在水处理中的应用研究和连续跟踪检测表明,表面流人工湿地处理直排雨水与潜流人工湿地处理循环水体的结合应用,可保证一般出水/蓄水水质达到现行国家标准《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中规定的Ⅳ类标准,且在夏季不暴发藻类[3]。规划依据水系现状,在园区内构建人工湿地系统(见图6),沿地势低洼处选取适当区域进行湿地化处理[4],充分发挥人工湿地在调蓄雨洪、净化水质和维持区域水生态平衡中的重要作用,避免水旱灾害,哺育农业农作,为稳定农业生产提供基础保障。规划水生态净化设施时,考虑充分利用田间灌排设施和雨水集蓄工程设施,以节约造价和土地。结合园区生产空间布局,其净化工艺流程如下。
生态沟渠——沉淀过滤:自区域河道与灌渠引水入园以后,进行物理沉降与过滤,使水中大颗粒沉淀,去除物理杂质。
一级生态净化区——初级净化:运用水底敷料进行初步吸附净化,利用湿生植物(如沉水植物)净化水质,以提高其透明度。
二级生态净化区——吸附重金属,降解有机物:针对水质情况,相应配置动/植物以丰富生态系统。
水质稳定调节区——水体复氧:运用底栖动物、水生植物、陆生植物与湿生植物,完善湿地生态系统,使湿地具备自我修复与净化的功能。
景观水展示区:净化后水体的水质达到现行国家标准《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中规定的Ⅳ类标准。
相关研究表明,构建科学、运行良好的人工湿地对生化需氧量(Biochemical Oxygen Demand,BOD)、化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)、悬浮物(Suspended Solids)、氮和磷均具有较高的去除效率[5]。园区规划水功能带中湿地面积约为6.2万m2,最大日处理净水量为0.52万m3。生态净化后的水可作为农业生产用水、绿地浇灌用水、景观用水,或者汇流入区域河道,改善环境水质,夯实生态型农业科技园建设与运营的基础。
3 结语
项目规划于2017年5月通过高邮市人民政府审批并进入实施阶段,其中生态智慧牧场已于2019年12月建成并投入生产运营。由于受到建设用地获取程序等因素的影响,园区其他部分建设预计推迟到2024年完成。鉴于乡村振兴背景下统筹农业生产、农民增收和生态保护的重要性,希望通过该项目的实践,发挥其在里下河地区的示范作用,鼓励和引导当地农民更新农业生产方式,并从中获益。同时,推动生态型农业科技园建设,促进区域内实现可持续的无公害农业发展。
参考文献:
[1]中华人民共和国农业部.农业科技园区建设规范:NY/T 2365—2013[S].北京:中国农业出版社,2013.
[2]吴曼,邓贺囡,王维红,等.江苏省循环农业模式运作水平评价与发展建议[J].江苏农业科学,2015(10):547-550.
[3]蒋卫刚.人工湿地技术在景观水处理中的应用案例研究[J].环境污染与防治,2011(7):87-89.
[4]解大伟.农业科技园区规划中引入湿地系统的初步探索:以扬州大学现代农业科教示范园项目为例[J].《规划师》论丛,2018(0):212-218.
[5]梁继东,周启星,孙铁珩.人工湿地污水处理系统研究及性能改进分析[J].生态学杂志,2003(2):49-55.
作者简介:解大伟(1974—),男,硕士,规划师,研究方向:城乡规划与建筑设计。