種養結合在高水平糧田水利設施建設中的實際應用

張振榮，周一薇

（上海嘉定水務工程設計有限公司，上海市 210800）

種養結合在高水平糧田水利設施建設中的實際應用

張振榮，周一薇

（上海嘉定水務工程設計有限公司，上海市 210800）

介紹了種養結合生態農業模式和糞水還田系統設計理念。以光明食品集團上海農場為實例，介紹了種養結合在高水平糧田水利設施建設中的實際應用，并對其產生的效益進行了分析。

種養結合；糞水還田系統；管道灌溉；排放口間隔布置

0　引言

為了穩定糧食生產，發展集約優質高效的現代農業，上海市政府發布了滬府辦〔2010〕59號《關于本市高水平糧田設施建設的實施意見》要求努力達到“三個全國領先高水平”，即全國領先的高水平的農業設施、全國領先的高水平的農業組織、全國領先的高水平的農業科技。要以科學發展觀為統領，圍繞上海高水平設施農業發展綱要，著力提升糧田設施，為糧食生產提供更有力的設施保障，完善及提高糧田輔助設施，確保糧田設施配套、旱澇保收、穩產高產和高效生態。

隨著高水平糧田的建設，種養結合模式已在光明集團下各大農場普遍應用。通過種養結合，既解決了高水平糧田項目區內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，還實現了糞水統一安排、精細管理、按需排放，提高了豬糞水還田的質量和效率。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，促進了種養循環農業的發展。

1　農田常規施肥方式

目前，上海市的大部分農田周邊沒有養豬場，農田施肥以化肥為主。少部分農田附近設養豬場，農田施肥以豬糞水和化肥結合方式為主。

由于目前的田間灌溉方式都是以土渠或混凝土預制板襯砌明渠為主，因此，附近有養豬場的農田施肥時，豬糞水也是通過明渠進入農田。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，影響周邊環境。

2　管道灌溉的優點

由于常規的明渠灌溉易淤積、易滲漏，經過幾年的高水平糧田建設的經驗積累，上海市高水平糧田建設技術標準及相關文件指出：高水平糧田設施建設項目采用灌排分開模式，以提高灌溉水利用系數，灌溉設計保證率達95%以上；排水采用明溝，為使灌排分開，增加水利用系數，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　糞水還田系統設計理念

種養結合是一種結合種植業和養殖業的生態農業模式[1]。糞水還田，顧名思義，就是利用養豬場產生的糞水，經發酵后灌溉農田，以保證農田作物生長所需的養分。上海地區的糧田以種植水稻和小麥為主，為了合理利用養豬場的糞水，體現種養結合的綠色農業，就需要建立一套完善、安全、可控的糞水還田系統。

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，由于肥料均勻分布于耕層，可促進水稻根系深扎，擴大吸收面積，增加養分吸收量。

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，遠遠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。經過比選，PE管道較適合用于糞水灌溉。

鑒于農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合在一起進行灌溉，即可以使用同一個灌溉系統，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，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，農田灌溉采用清水灌溉和糞水還田灌溉兩套系統是比較經濟合理的。

4　糞水還田系統應用實例

以光明食品集團上海農場2013年高水平糧田建設水利設施配套項目為例，介紹種養結合糞水還田系統的設計。

4.1水源

糞水經過收集后，用泵抽入發酵池進行沉淀、發酵、氧化，經過二級發酵檢測合格后用于施肥的灌溉水源。

4.2設計思路

糞水還田系統與灌溉系統分開布置，灌區設1臺糞水提升泵，將發酵后的糞水直接通過管道接入農田內的排放口，通過消防軟管在農田內施肥。為了使水稻在泡田的時候水肥混合在一起，本次設計成兩種排放口，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

灌區農田有效面積1 586畝 (1 hm2=15畝)，養豬場現有1.2萬頭豬，據管養豬場理員提供的數據，養豬場的年糞量為1.584萬m3。

農場現有糞水收集池容積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。

糞水利用系數取0.95，則灌溉設計流量：

計算得：

4.3.2方案設計

糞水還田泵站控制地塊灌溉管網布置示意如圖1所示。

圖1　糞水灌溉管網布置示意圖

灌區布置1條干管，27條支管。根據現狀格田布置要求，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設置一個給水栓，共設195個給水栓。除支管21設置5個單向給水口的給水栓之外，其余給水栓均設置雙向給水口。

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，整個灌區可在8 d內灌完。

4.3.4給水栓的設計流量

給水栓最大流量計算:

則每個給水栓流量：

根據給水栓最大流量Q=29.1 m3/h,為統一配套，給水栓全部采用規格為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，全區糞水灌溉水頭損失如下（具體計算略）。

4.3.6水泵設計流量、揚程

泵站設計流量：

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　糞水還田系統產生的效益與分析

（1）減少化肥施用量產生的效益

項目區通過肥水灌溉系統的建設，將豬場產生的糞水經厭氧發酵等無害化處理后作為有機肥與一般灌溉用水混合后還田，為農作物提供豐富的N、P、K等營養元素，增加土壤有機質含量，改善土壤團粒結構，提高理化性能，提升土地等級。采用糞水還田灌溉技術可替代40%氮肥和60%磷肥的施用量，每畝可節約成本約90元，項目區內每年可節約14.274萬元。

（2）改良土壤產生的效益

通過肥水還田增加土壤有機質含量，為穩產、高產創造了良好的基礎，土壤肥力提高后整個項目區可增產1.586萬kg水稻和1.586萬kg的二麥，增加效益8.247萬元。表1為項目區增產效益分析表。

表1　項目區增產效益分析表

（3）降低豬糞水工業化處理的效益

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

6　結　語

種養結合將豬糞水變廢為寶，是發展綠色農業的體現。糞水還田系統的實現，使種養結合模式能夠得以推廣應用。在接下來的設計應用中，應著重采集已有工程中的作物施肥量，統計出每頭豬產生的糞水能灌溉多少畝農田以精確養豬的數量。

[1]錢明，黃國楨.種養結合家庭農場的基本模式及發展意義[J].，現代農業科技，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，從事水利工程設計工作。