中国传统农业的生态工程——以北塘为例

农业生态工程是应用农业生态系统中物种共生与物质再生产的原理，多种成份相互协调和促进的功能原理，以及物质和能量多层次、多途径利用和转化的原理，采用系统工程的最优化方法而设计的分层次多级别物质的农业生态系统。

中国传统农业的生态工程——以北塘为例

• 概念
  • 北塘是以人类活动为主的生态工程人工湿地，由稻田、池塘、沟渠、庭院等相关生态基础设施组成，具有农业生产、水文调节、环境清理和生态农业调节等功能
• 现状
  • 问题
    • 北塘：滞留特性、减少流域非点源污染物的 输出
    • 江河湖泊水污染
    • 北塘作用被忽视，地区被农田占据
    • 降水不均、一定的水资源短缺、农业用水需求大
  • 概况
    • 人类活动为主
    • 由农田、池塘、沟渠、庭院 和其他相关生态基础设施组成
    • 有农业生产、水文调节、环境清理和生 态农业调节的功能
• 历史
  • 兴衰
    • 商鞅变法“重农抑商”
      • 灌溉技术up
    • 《秦时国论》中记载“北塘能存大量水” 主要目的是蓄水和蓄水， 也提供了防洪防涝、生产、生活、生态、景观和其他好处
    • 西晋到隋唐，由于政治原因和战乱，北唐逐渐开始衰落
    • 清 记载北塘改善广州山区农业环境，提高土地价值
    • 新中国 小型水利工程
  • 扩展
    • 战国秦汉时期，北塘工程大多位于淮河、汉江流域、长江中下游等 地
    • 随着农耕的南向发展，北塘的建设迅速从汉 中、南阳、汝南等地延伸到长江中下游和江南地区到达云南边境地区
• 北塘构造
  • 整体结构
    • 问题：水资源的时空分布与粮食作物的需求相匹配
    • 北塘是由人工修建的防波堤、水闸、取水口组成的 塘-沟-院-田生态工程体系；庭院；具有集水、 蓄水和输水功能的农田和灌溉沟渠
      • ①是早年修建的平原北塘， （如淮南邵北、汝南洪溪北、 南阳柳门北、绍兴鉴湖、丹阳莲湖）
        • 在坝岸线较长、库容较大、农田面积较大的平坦地区， 北塘可以服务更多农村地区
      • ②是丘陵地区的北塘， 如河南泌阳的麻仁北、 扬州的陈宫塘和江苏句容的赤山湖。
        • 丘陵地区的北塘容 量和灌溉面积相对较小
      • 沟渠
  • 配套设施
    • 闸门
      • 控制水位，具有挡水和排水功能
    • 沟渠
      • 输水设施，通过连接北塘来增加灌溉面积
    • 水车
      • 提高了集水效率（水网密集的低洼地区）
    • 堤坝
      • 挡水建筑物（坡度1:1.5才能稳定）
        • 土坝
        • 岩坝
        • 混合坝
  • 关键参数
• 生态过程
  • 社会-经济-自然生态系统
    • 生物共生、能量多级传递和物质循环再生的生态学原理
  • 水文过程
    • 降雨时，由于庭院和农田的滞留、洼地的填充、入渗、蒸发等过程，损失后产 生的净降雨量，在流入池塘的地面上形成地表径流。这种径流的地下 部分将补充土壤中的缺水，其中一部分成为地下径流。当径流量小于 池塘剩余容量时，径流将被池塘完全截留；如果大于剩余容量，径流 将流入下游河道。（自然调节和蓄水能力）
  • 营养循环过程
    • 降雨径流过程中，养分随水从庭院和农田通过沟渠进入北塘，然后从水中沉淀。北塘通过植物、动物和微生物的吸收降解部分养分，并通过灌溉和底泥施肥将部分养 分输送回农田。（迁移和相互转化）
  • 生物过程
    • 在生态庭院里，养鱼场生产的鱼被扔进北塘喂鱼；一部分粪便可以 被鱼类直接食用，而一部分被水生生物分解产生营养物质，通过光合 作用促进浮游植物生长并产生氧气，增加浮游动物的繁殖，从而满足 各种鱼类的食物需求。在农田里，作物是通过用池塘淤泥给土壤施肥 来生产的。收获后，部分秸秆还田，改善土壤结构，培肥地力，增加 作物产量；一些秸秆还可以用作牲畜的饲料，然后成为农田的肥料， 从而减少牲畜对食物的需求，也提高了土壤肥力（物质和能量循环）
• 北塘生态服务
  • 水文调节
  • 生态清理
    • 独特的土壤-植物-微生物-动物生态系统（综合 物理-化学-生物效应）
    • 植物吸收和拦截
      • 制造有氧环境降解+物理作用保留污染物
    • 微生物降解
    • 沉积物吸附
  • 水土保持
  • 生物多样性保护
  • 生产功能
    • 灌溉季节，水和沉积物中的水和养分通过 沟渠从北塘流入农田
      • 作物需求
      • 增产减化肥
      • 提高肥力生产力
• 前景
  • 生态工程结构
  • 水利工程结构
  • 退化的原因
    • ①追求更高的粮食产量，北塘逐渐被填满作为农田。人口增长 导致对食物的需求增加
    • ②随着大量水库的建设，以水库为基础的集 中灌溉逐渐受到越来越多的关注，而分散灌溉的塘-沟-院-田模式逐渐 被忽视。62%的池塘由于忽视管理而被废弃
    • ③中国没有专门的部门来管理北塘
    • ④农业非点源污染
  • 如何做
    • 指导水利部与环境保护部合作，管理、监督和规范北塘的建设、运 行、维护和危险北塘的及时处理
    • 建立北塘综合监测体系，包括气象、水文、水质、水生生物和土壤 指标