張振榮,周一薇
(上海嘉定水務(wù)工程設(shè)計(jì)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(shí)際應(yīng)用
張振榮,周一薇
(上海嘉定水務(wù)工程設(shè)計(jì)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(jì)理念。以光明食品集團(tuán)上海農(nóng)場為實(shí)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(shí)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
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(shí)施意見》要求努力達(dá)到“三個(gè)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(xiàng)目區(qū)內(nèi)豬糞水的無害化處理的實(shí)際問題,為糞水還田工作提供了重要支撐和有利條件,還實(shí)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(shí)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。
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(shí),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(shí),惡臭連連,影響周邊環(huán)境。
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(yàn)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(xiàng)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(jì)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(shí)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。
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(diǎn)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(shí)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(shí)所需要的泵站揚(yáng)程大約在40 m,甚至更大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平常灌溉所需的揚(yáng)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(diǎn),在泡田期水肥一體時(shí)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(gè)灌溉系統(tǒng),此時(shí)只需采用造價(jià)較低的PVC-U給水管。在泡田期以外,若采用同一個(gè)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(shí)的造價(jià)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。
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(xiàng)目為例,介紹種養(yǎng)結(jié)合糞水還田系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
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(jì)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(shí)候水肥混合在一起,本次設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)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(jì),初估計(jì)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(jì)流量:
計(jì)算得:
4.3.2方案設(shè)計(jì)
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(gè)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(gè)給水栓,共設(shè)195個(gè)給水栓。除支管21設(shè)置5個(gè)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(shí)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(shí)間,本次灌溉時(shí)平均每條支管只開啟1個(gè)給水栓,每次開啟3條支管上的給水栓,每組給水栓工作時(shí)間為2 h,每天分8組輪灌,每天工作時(shí)間為16 h,整個(gè)灌區(qū)可在8 d內(nèi)灌完。
4.3.4給水栓的設(shè)計(jì)流量
給水栓最大流量計(jì)算:
則每個(gè)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??紤]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(jì)算
PE管沿程水頭損失按海曾-威廉公式計(jì)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(jì)。支管為短距離輸水,管道局部損失按沿程損失的20%計(jì)。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(jì)算略)。
4.3.6水泵設(shè)計(jì)流量、揚(yáng)程
泵站設(shè)計(jì)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(yáng)程計(jì)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。
(1)減少化肥施用量產(chǎn)生的效益
項(xiàng)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(xiàng)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(gè)項(xiàng)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(xiàng)目區(qū)增產(chǎn)效益分析表。
表1 項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)能節(jié)省180萬元。每噸豬糞水的運(yùn)行處理費(fèi)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(yùn)行費(fèi)用也需3.168萬元。
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(shí)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(jì)應(yīng)用中,應(yīng)著重采集已有工程中的作物施肥量,統(tǒng)計(jì)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(jì)工作。