水土保持工程措施在南方山区坡耕地中的应用

水土保持工程措施在南方山区坡耕地中的应用

山坡上的土地是中国南方山区的重要耕地。该地区山川险峻，河谷开阔，山坡众多。由于西南和东南风的影响，灌溉。以长江上游为例,坡耕地面积约767万hm2,占区内耕地面积的72%。其中,坡度大于15°的陡坡耕地面积435万hm2,占长江上游坡耕地面积的57%,土壤侵蚀量60%以上来自坡耕地。可见,我国南方山区坡耕地量大面广,水土流失严重,水土保持任务艰巨。长江委水土保持局呼吁“长江上游坡耕地水土流失需要国家地方群众齐心治理”。南方山区治理坡耕地水土流失问题从古至今广受关注,长期以来的探索与实践,已经形成许多水土保持效益良好的措施。笔者综述了我国南方山区现有的主要水土保持措施,综合分析了我国南方山区现有水土保持措施存在的问题,并提出解决建议,为进一步加强南方山区坡耕地水土保持措施的研究与实践提供参考。1坡面工程措施我国南方山区水土保持措施主要有3种:1)工程措施,包括以坡改梯为主要形式的坡面工程措施和以坡面水系工程为主要形式的沟道工程措施;2)耕作措施,包括秸秆覆盖、聚土免耕、横坡垄作、等高种植等;3)植被措施,当前主要在长江中上游防护林工程和珠江流域综合治理防护林工程的带动下建设林草立体结构,防治水土流失。1.1项目措施1.1.1坡改梯与植物植物资源开发利用的合作对坡改梯工程的研究主要集中在坡改梯后的水土保持能力、坡改梯工程的布局与设计、坡改梯后的效益分析以及坡改梯的工程量计算等方面。有研究认为,坡耕地改梯田后具有良好的蓄水保土效果,梯壁植草能提高梯田的蓄水保土功能,其蓄水效益达59.7%,保土效益达98.2%。然而对坡改梯的投入与产出比、坡改梯后期工程的维护费用,坡改梯与植物篱土埂的生态、经济效益的优劣等方面研究甚少。坡改梯较高的资金与劳动力投入(资金+劳动力成本为45920.30元/hm2)、易垮塌以及梯化后工程的维护费用高等问题往往被忽视。对贵州坡改梯工程调查表明,因资金、技术以及工程管理等方面的原因,工程质量未得到保证,在暴雨等因素的诱导下,倒塌现象严重,干扰或影响农业生产。对四川三台的研究表明,在坡耕地改造工程中,改条石砌埂为土埂+蓑草经济植物,坡耕地降雨径流减少40%~60%,坡耕地土壤侵蚀减少75%~96%,节省投资1/2以上。“土埂+植物”的措施更适合南方种植习惯与当前农村劳动力减少的情况,投资小,效益高,应该进一步研究并推广。1.1.2保土、保土、排水我国南方山区降水丰富,水系紊乱是导致坡面水土流失的主要原因之一。坡面水系工程是人为引导坡面径流,控制坡耕地水土流失的有效措施。在削弱和转化坡面径流冲刷能量、保护土地资源等方面起到了重要的作用。三沟(截洪沟、蓄水沟、排水沟)和三池(蓄水池、蓄粪池、沉沙池)是坡面水系工程的主体,也是坡面蓄水保土的主要措施和设施,根据高水、高蓄、高用的原则,将这些工程有机结合起来,可使坡面径流按水平台阶迂回下山,截短坡面流水线,分段拦截地面径流,防止坡面冲刷,起到滞洪、沉沙、保护坡面水土资源和土壤肥力的作用。坡面水系工程依据各区域的地形地貌、降雨量以及土地利用等因素,合理设计与配置沟、凼、窖、池、塘、坊、坝、渠等工程,能够有效防止地表径流对坡面的严重冲刷,控制水土流失,提高坡面中上部土壤含水量,减少水库、河道、灌溉沟渠等水利工程的泥沙淤积,在该区域已经得到广泛应用与推广。1.2复合耕作措施保土耕作措施以秸秆覆盖、聚土免耕、横坡垄作、等高种植等形式为主。秸秆覆盖主要通过对降雨的直接拦截、破碎、消能作用,防止雨滴对土壤的直接打击破坏,达到保持水土的目的。聚土免耕、横坡垄作、等高种植等措施则是通过改变坡耕地表层土壤的微地貌形态,阻断地表径流的累积通道、增加降雨入渗、减少径流对土壤的冲刷,达到保持水土的目的。有研究表明,单纯的耕作措施仍不能有效防止水土流失,还应与其他措施配合。复合耕作措施具有较好的水土保持效果。如横坡垄作+秸秆覆盖+揭膜的复合耕作措施对云南省红壤坡耕地的水土流失具有调控作用。三峡库区紫色土坡耕地不同种植模式下的水土保持效益研究表明,粮经果复合垄作水土保持效果最佳,其他各处理均有不同程度防治水土流失的效果。免耕具有保持水土提高作物产量的效果,因为秸秆的覆盖可增加土壤有机质,速效N、P、K等养分含量,具有良好的生态效应。1.3农业水土保持研究在我国南方山区,植被措施治理坡耕地水土流失的实践与应用相对较少,与之相对应的基础研究也相对薄弱。国内外研究表明,农作物与天然植被一样,同样具有良好的水土保持作用,且单一种植制度的径流量大于轮作制度,轮作制度又大于果农间作种植制度。地表覆盖度与径流量呈显著的负相关关系,且不同作物的田间管理措施、结构层次以及覆盖度是影响地表径流量的重要因子。轮作或间作减少地表径流的原因在于轮作或间作增大了地表作物的覆盖度,减小雨滴对土壤的打击压实作用力,使土壤能保持良好的渗透性。此外,土壤上覆盖的叶片对雨滴进行粉碎,增加入渗时间。在国外,农作物覆盖能够有效防治水土流失的观点已经得到广泛认同,且低矮的甚至紧贴地表的作物的水土保持效果更好。农作物的地面以上部分通过叶片、茎对降雨的截流消能作用,能有效地降低雨滴打击作用。众多学者研究报道了利用覆盖农作物防治溅蚀和纹沟侵蚀。紧贴地表的豆科类作物具有保持土壤团聚体结构、影响土壤水文学特征和防治土壤的水蚀等多项功能。此外,农作物的根系在改善土壤强度和增强表层土壤抗侵蚀特性方面具有重要作用。作物种植方式影响地表径流的产生,无覆盖或低覆盖地表导致更加严重的土壤侵蚀、土壤退化以及土壤的生产力的持续性退化。农作物的种植密度影响其水土保持效果,紧密种植情况下减少水土流失77%。不同作物的合理搭配能有效防治土壤侵蚀、营养元素流失、农药快速流失以及减少地表径流。种植方式影响作物的水土保持效益以及作物的产量,种植密度较小则不能发挥作物的水土保持效果,而种植密度过大则容易引起作物吸收阳光、水分、营养元素的不足,导致产量下降。当从水土保持角度考虑,复种、套种、间重等方式比单种效果好,但复种的作物品种、种植密度、物种特性等仍需进一步研究,以达到增产和保持水土的目的。所以,依据区域物候条件及作物生长进度,科学搭配种植作物,探索适合我国南方地区的作物种植制度,才能有效增加南方土石山区主要雨期作物叶片覆盖度,减少甚至避免雨滴对土壤的打击、破坏、分散、压实等作用,能够有效减少地表径流量、增加降雨入渗量、减少土壤流失量,并且在提高单位面积土地资源利用率的同时增加农民收入。2关于水储存措施的问题2.1治理措施单一、影响经济效益治理坡耕地水土流失问题从古至今广受关注。我国南方地区坡面水系工程(沟、渠、塘、堰、凼、窖、池)历史悠久,一直是优良的坡耕地水土保持工程,在四川盆地丘陵区广泛应用。但由于南方地区坡耕地土层薄,坡度大,地块小而分散,并非每一块坡耕地都能建成系统配套的坡面水系工程,通常只限于交通条件较好、耕地集中连片的地段。近些年,受农村劳动力转移的影响,坡面水系工程的应用推广受到制约,甚至原有工程的维护和利用也受到影响。长江中上游防护林工程中推广应用的常规坡耕地治理措施如坡改梯、等高耕作、沟垄耕作等措施,由于受降雨、地形、地块分布等条件的限制,以及建设费用高、维护难,对劳动力的需求较大或不符合群众耕作习惯,同时受农村劳动力减少的影响,实施范围有限。目前南方大部分地区陡坡耕地仍处于非治理状态。2.2生态种植制度与耕作方式的水土保持作用机理植被覆盖能够防治水土流失的观点已经得到广泛的认同。与林草植被一样,农作物同样具有防治水土流失作用。国内外研究表明,农作物叶片、根、茎可有效减弱雨滴对地面的打击和扰动,增加地表入渗,降低地表径流冲刷,尤其是低矮的豆科作物。但这方面的研究主要集中在针对农作物种类、种植方式和耕作方式的水土保持作用机理和效益的单项研究[23,25,30,31,32,33],对特定地区坡耕地种植制度,尤其是雨季高覆盖作物品种选择,种植时间、种植结构(高、矮作物搭配),空间布局,以及种植制度与耕作方式(留茬耕作,少耕或免耕)相互配套的水土保持作用机理和功能研究较少,无法形成一套可供选择和推广的水土保持种植制度与配套耕作措施技术体系。种植制度是指一个地区或生产单位为适应当地自然条件和社会经济条件与科学技术水平而形成作物种植的结构、配置、熟制与种植方式的总称,它是一定历史时期的产物。经过长期的耕作,南方地区各地已经形成符合当地条件的种植制度和耕作习惯,但大多数地区的农作习惯不仅未充分发挥作物水土保持作用,相反造成严重水土流失。其原因在于缺乏保护性耕作的观念和技术,尤其在偏远的山区,在缺乏科学合理的水土保持种植制度和耕作方式条件下,坡耕地农作习惯一般是粗放的。3南方坡耕地细沟侵蚀的主要表现为水土流失问题不只是单纯的径流泥沙的输移问题,我们通常治理的水土流失与整个社会的经济发展有着紧密的联系,水土保持措施只是手段,而最终目的是达到“社会-经济-生态环境”的和谐发展。通过人工模拟降雨对长江上游地区坡耕地7种土壤类型进行了野外试验和野外细沟侵蚀调查。试验与调查结果表明,南方坡耕地土壤侵蚀主要以面蚀为主,雨滴打击作用是面蚀的主要动力来源,消除雨滴打击作用可减少70%以上的土壤侵蚀量。由此,得出以下结论:南方坡耕地水土流失治理对策主要以增加地表覆盖,减少雨滴直接打击作用,同时采用适当的保土耕作措施增加地面抵抗雨滴打击能力和径流冲刷能力。在此基础上辅以合理的坡面水系工程,使地块与边沟、背沟(一般地块均有)、排水沟等工程措施有机结合,达到坡面保土,沟道沉沙疏流的目的。如何在目前农村劳动力大量减少的情况下,提高山区陡坡耕地水土保持措施覆盖率,解决分散地块水土保持措施空缺,研究探索合理的种植制度,推广简易适用的水土保持种植制度与配套耕作措施,辅以合理的坡面水系工程是一条有效途径。4保土耕作措施在我国南方现有的水土保持措施中,坡改梯具有良好的水土保持效果,但其投入成本(资金和劳动力)较高,坡耕地梯田化后工程仍需要一定的费用(材料和劳动力)进行维护,倒塌现象严重等问题往往被忽视。在当前农村劳动力大量向城市转移的背景下,坡改梯并不适宜继续大面积推广。坡面水系工程能够有效防止地表径流对坡面的严重冲刷,控制水土流失,减少水库、河道、灌溉沟渠等水利工程的泥沙淤积,在该区域已经得到广泛应用与推广。保土耕作措施能够有效防治水土流失,但并未得到广泛应用与推广。主要因为南方山区,山高坡陡,机械化程度较低,蓄力仍然是农民维持农业生产的主要动力,而各种秸秆又是牲畜的主要食料。此外,聚土免耕、横坡垄作较顺坡垄作或平作更废时费力,所以保土耕作措施并未得到广大农民