黃土高原坡耕地水土流失綜合治理中循環(huán)利用及模式分析

黨維勤

（黃河水利委員會(huì)綏德水土保持科學(xué)試驗(yàn)站，718000，綏德）

水土流失是造成生態(tài)環(huán)境惡化、土地退化和土壤貧瘠的主要因素。水土流失使每年流經(jīng)黃河三門峽站的泥沙有16億t之多，若按50%來(lái)自坡耕地、耕作層深度以20 cm計(jì)，僅黃土高原地區(qū)相當(dāng)于每年損失可耕地33.33萬(wàn)余hm2。多年來(lái)的試驗(yàn)研究表明，黃土高原地區(qū)的水土流失以坡耕地最為嚴(yán)重，面積也較大，黃土高原現(xiàn)有耕地面積834萬(wàn)hm2，坡耕地約占65%，其中近1/3坡面角大于15°，近10%大于25°；60%的坡耕地耕層淺薄，保水、保土、保肥能力差，主要分布于陜北、晉西丘陵溝壑區(qū)梁峁坡面的中上部。這些類型的坡耕地極易發(fā)生水土流失，大部分地區(qū)的土壤侵蝕模數(shù)高達(dá) 20 000～30 000 t/(km2·a)。坡耕地的水土流失比一般的荒坡地還嚴(yán)重。因此，研究黃土高原坡耕地綜合治理問(wèn)題，對(duì)減少水土流失危害、保護(hù)國(guó)家生態(tài)安全有重大意義。

一、黃土高原坡耕地的水土流失

坡耕地是山丘區(qū)水土流失最為嚴(yán)重的區(qū)域之一。隨著人口的增長(zhǎng)，耕墾由平原地區(qū)向山區(qū)丘陵區(qū)擴(kuò)展，坡度愈來(lái)愈陡，加之生產(chǎn)方式落后，激發(fā)和加劇了溝道侵蝕和重力侵蝕，坡耕地水土流失日益嚴(yán)重。陜西省每年流入黃河泥沙的40%～60%來(lái)自坡耕地。黃河中游地區(qū)土壤侵蝕模數(shù)一般在 5000t/（km2·a）以上， 局部地區(qū)高達(dá) 25000t/（km2·a）。坡耕地是水土流失主要的發(fā)生區(qū)域，也是黃河泥沙危害的主要根源。

1.坡耕地水土流失特點(diǎn)

（1）坡度越陡，流失越重

坡耕地水土流失隨著坡度的增大而加劇。根據(jù)對(duì)黃土高原地區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度的調(diào)查分析，坡耕地土壤侵蝕一般都為中度以上的侵蝕，8°以下、8°～15°、15°～20°、20°～25°和 25°以上坡耕地的侵蝕模數(shù)分別為1 000～2 500 t/（km2·a）、2 000～5 000 t/（km2·a）、3 000～8 000 t/（km2·a）、5 000～10 000 t/（km2·a）和 10 000～25 000 t/（km2·a）。

（2）水蝕為主，兼有其他

黃土高原坡耕地主要分布于水力侵蝕地區(qū)，坡耕地侵蝕類型多以水力侵蝕為主，同時(shí)也有水力、風(fēng)力、重力等兩種或兩種以上侵蝕動(dòng)力綜合作用的復(fù)合或復(fù)雜侵蝕類型。

（3）土壤疏松，侵蝕加劇

黃土高原地區(qū)出露地面的組成物質(zhì)主要有厚層黃土沉積物及其發(fā)育的黑壚土、黃棉土等。這類土壤和地面組成物質(zhì)在地表植被遭到破壞的情況下，土壤抗侵蝕特性很差，極易受水力、風(fēng)力等外營(yíng)力的侵蝕而被搬運(yùn)。這些地區(qū)坡耕地分布廣，面積大，不合理墾殖嚴(yán)重，土壤疏松，易崩解，可蝕性大。

（4）表土流失，肥力衰減

坡耕地土壤侵蝕造成土壤中養(yǎng)分急劇衰減。通過(guò)在黃土高原南部淳化縣設(shè)置的徑流小區(qū)研究比較了泥沙和坡耕地耕作層土壤中養(yǎng)分含量的變化。坡耕地流失泥沙中有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮的比值顯然大于1，依次 為 1.43、1.67 和 1.2。1987—1993年，泥沙中有機(jī)質(zhì)和全氮年均下降分別為0.083%和0.006%，坡耕地土壤養(yǎng)分隨侵蝕時(shí)間的延續(xù)呈衰減趨勢(shì)。綜合觀測(cè)結(jié)果，土壤養(yǎng)分流失量隨坡度增大呈冪函數(shù)增大。徑流中養(yǎng)分含量極微，因此泥沙流失是養(yǎng)分衰減的主要途徑，以有機(jī)質(zhì)和氮素的衰減最為明顯。

2.水土流失的危害

（1）耕地破壞，威脅生存

坡耕地水土流失使有限的耕地資源遭受嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致耕地面積減少，土層變薄，肥力和保墑能力下降，糧食產(chǎn)量低而不穩(wěn)，對(duì)我國(guó)糧食和生態(tài)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。據(jù)水土保持科考成果，黃土高原坡耕地生產(chǎn)1 kg糧食，要流失40～60 kg表層土壤。

（2）貧困加劇，制約發(fā)展

目前，坡耕地集中的地區(qū)多為“老、少、邊、窮”地區(qū)。農(nóng)村貧困人口90%以上都生活在山丘區(qū)，黃土高原區(qū)320個(gè)縣中，有207個(gè)是國(guó)定和省定扶貧重點(diǎn)縣，占總縣數(shù)的67%。實(shí)踐證明，坡耕地水土流失加劇了干旱、大風(fēng)和洪澇等自然災(zāi)害，嚴(yán)重阻礙了黃土高原地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，是其貧困落后的根源。

（3）河道淤積，降低效益

坡耕地嚴(yán)重的水土流失使大量泥沙淤積在江河干支流水庫(kù)等水利設(shè)施和下游河道，不僅降低了水利設(shè)施的調(diào)蓄功能和天然河道的泄洪能力，加劇了洪澇災(zāi)害的發(fā)生，而且降低水利設(shè)施效益，導(dǎo)致大量水資源浪費(fèi)，加劇面源污染和富營(yíng)養(yǎng)化程度，對(duì)區(qū)域飲水和人民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成巨大威脅。據(jù)科考，黃河年均約4億t泥沙淤積在下游河床，導(dǎo)致河床每年抬高8～10 cm，大大增加了防洪壓力。

（4）面源污染，影響水質(zhì)

坡耕地水土流失使大量的泥沙進(jìn)入下游水體，往往還攜帶著化肥、農(nóng)藥等有毒有害的殘留物。坡耕地水土流失，將大量的氮磷鉀元素、化肥、農(nóng)藥、有機(jī)質(zhì)等帶入江河湖庫(kù)，引起湖泊富營(yíng)養(yǎng)化，加劇了水環(huán)境污染，加重了水資源短缺程度，對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水及城市居民生活用水構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

（5）環(huán)境惡化，威脅安全

坡耕地水土流失，一方面造成土地“沙化、石化”，基巖裸露。另一方面，耕地面積減少，土地肥力下降，人地矛盾突出，農(nóng)作物產(chǎn)量降低，迫使當(dāng)?shù)厝罕姴粩嚅_墾新的坡地、林地，破壞了原有地表植被。

二、黃土高原坡耕地綜合治理的主要措施

1.工程措施

①梯田。梯田是黃土高原地區(qū)常見的一種基本農(nóng)田，修建梯田是改造坡耕地，保持水土，全面發(fā)展山區(qū)、丘陵區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一項(xiàng)措施。

②水保集水工程。主要包括水窖(旱井)、澇池(蓄水池)、截水溝、蓄水溝、引水渠、排水溝、魚鱗坑、水平溝、水平階等。

2.植物措施

因地制宜采取多種植物措施。如黃土高原生態(tài)防護(hù)林，主要包括梁峁頂水保防護(hù)林、梁峁坡水保防護(hù)林、溝沿水保防護(hù)林、溝坡水保防護(hù)林等；坡面經(jīng)濟(jì)林包括蘋果、葡萄、梨、杏、桃、核桃、紅棗等；坡面薪炭林主要樹種有刺槐、檸條、沙棘、柳等。此外，在禁止耕種的25°以上坡角的退耕地上種草，選擇抗旱力強(qiáng)、多年生、青草期長(zhǎng)、優(yōu)等蜜源植物、具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的優(yōu)質(zhì)牧草，如紫花苜蓿、沙打旺、多年生黑麥草、紅豆草等。

3.農(nóng)業(yè)耕作措施

①微地形改變措施。包括等高耕作、溝壟種植、坑田耕作等。

②地面覆蓋措施。包括留茬覆蓋、秸稈覆蓋、青草覆蓋、地膜覆蓋等。

③土壤物理性狀改變措施。包括深松少耕、硬茬播種、壟作深松耙茬、輪耕、免耕等。

三、循環(huán)利用在坡耕地綜合治理中的應(yīng)用

水土流失綜合治理是一種復(fù)雜的生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，其水土流失過(guò)程是一個(gè)周而復(fù)始的循環(huán)往復(fù)過(guò)程。循環(huán)利用為水土保持提供了一種既能減少損壞環(huán)境，又能節(jié)約自然資源的方式，對(duì)這種以土壤和水資源循環(huán)為基礎(chǔ)的周期性的水土保持循環(huán)，姑且稱為水土保持循環(huán)利用。

從黃土高原坡耕地綜合治理來(lái)看，水土保持工作中發(fā)展以循環(huán)利用為核心的生態(tài)工程，是防治水土流失、發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的重要舉措。這在黃土高原坡耕地綜合治理中已經(jīng)有很多成功的范例。

1.黃土高原坡面徑流泥沙循環(huán)利用

黃土高原在坡面上常見的基本農(nóng)田就是梯田。梯田可以改變地形坡度，攔蓄雨水，增加土壤水分，防治水土流失，達(dá)到保水、保土、保肥目的，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)徑流泥沙的循環(huán)利用。

坡面集雨措施水平溝、水平階、魚鱗坑等，通過(guò)切斷和攔截坡面徑流，有效地?cái)r蓄了徑流泥沙和土壤養(yǎng)分，使這些對(duì)于下游有害的徑流、泥沙回歸到這些工程措施中，進(jìn)而為生物所利用，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)利用。

水土保持林草措施，是利用植物的根、莖、葉以及枯枝落葉攔截暴雨和徑流，使徑流減緩沖刷，泥沙逐步沉降，減少水土流失，保護(hù)水土資源，實(shí)現(xiàn)徑流泥沙的循環(huán)利用。這樣的模式在黃土高原治理的流域中隨處可見。

2.黃土高原坡面水資源利用

（1）坡面集雨灌溉循環(huán)利用

集水技術(shù)是在干旱地區(qū)充分利用降水資源為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用水服務(wù)的一種技術(shù)措施。在山頂修筑集雨設(shè)施，就近修建沉沙池和水窖，提供農(nóng)村飲水和旱地灌溉的水源，減輕水土流失，實(shí)現(xiàn)雨水資源在坡面上就地利用，小旱不減產(chǎn)、大旱少減產(chǎn)。如黃委綏德水土保持科學(xué)站試驗(yàn)場(chǎng)的辛店溝小流域內(nèi)就有這類模式。

（2）坡面水工程循環(huán)利用

利用溝道已有水源，采用提灌工程把溝道中的水提到山上制高點(diǎn)興建的蓄水池內(nèi)，利用輸水管線將水資源送入農(nóng)田、經(jīng)濟(jì)林，變溝道水為坡面水利用的循環(huán)形式。陜西省綏德縣韭園溝小流域內(nèi)有這類模式。

3.坡面面源污染物的再利用

在黃土高原坡面上采取水土保持措施后，面源污染物在降雨和徑流的作用下，重新流入了農(nóng)地、林地和草地，在遷移過(guò)程中，通過(guò)沉淀、過(guò)濾、吸附、離子交換、植物吸收和微生物分解來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)這些污染物的攔蓄，這樣不僅有利于減少下游污染，而且利于坡面作物和植物增加肥力，使這些廢棄物起到循環(huán)利用的作用。

當(dāng)徑流泥沙、面源污染物等成為黃土高原坡耕地循環(huán)過(guò)程中的一個(gè)鏈條時(shí)，從循環(huán)理論的角度看，需要最大限度地利用這些廢棄物作為植物和作物的原料，最大限度地加強(qiáng)廢棄物再生利用的改造，盡力將水土流失中攜帶的徑流、泥沙、化肥、農(nóng)藥等污染物都保持在坡面上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)坡耕地保持水土，改善生態(tài)環(huán)境。當(dāng)然，循環(huán)利用還需要相應(yīng)的技術(shù)手段給予支持，需要開展研究，不僅要研究坡面自身再利用的可能性，還要考慮其流失的數(shù)量、存在的結(jié)構(gòu)和形式，以及通過(guò)循環(huán)的高效利用能力。

四、黃土高原坡耕地主要治理模式

1.梯田工程為主的坡耕地綜合治理模式

梯田是黃土高原地區(qū)的基本農(nóng)田，其糧食產(chǎn)量一般為2 500 kg/hm2，是坡耕地產(chǎn)量的2～3倍。因此，實(shí)施坡改梯工程，建設(shè)高質(zhì)量旱澇保收基本農(nóng)田，是合理利用水土資源、提高糧食產(chǎn)量、解決當(dāng)?shù)厝罕姵燥垎?wèn)題、確保山丘區(qū)糧食安全的一項(xiàng)重大舉措。這種典型有甘肅省莊浪縣榆林溝、甘肅省定西縣官興岔流域、陜西省清澗縣老舍古小流域等。

2.經(jīng)濟(jì)林為主的坡耕地綜合治理模式

在黃土高原地區(qū)不少流域由于其特殊的地理位置適宜于經(jīng)濟(jì)樹種生長(zhǎng)，如在黃土高原地區(qū)大部分地區(qū)適宜于生長(zhǎng)杏、桃，在黃河兩岸的陜北和晉西地區(qū)適宜于生長(zhǎng)紅棗，黃河兩岸的韓城、芮城等地適宜于生長(zhǎng)花椒，在渭北高原和黃土高原溝壑區(qū)部分地區(qū)非常適宜于發(fā)展蘋果和梨等。因此在搞好水土流失防治的前提下，坡耕地上應(yīng)多發(fā)展經(jīng)濟(jì)林。這種典型有陜西省綏德縣三十里鋪小流域以紅棗為特色、甘肅省崇信縣劉家溝小流域以梨為特色等。

3.集雨耕地為主的坡耕地綜合治理模式

黃土高原農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最主要限制因子就是水分。因此將黃土高原地區(qū)有限的、季節(jié)分布不均的降水，盡可能地保留和集中在農(nóng)田和經(jīng)濟(jì)林地中，供農(nóng)作物和植物生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)使用，從而獲得穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。因此，要在集水、蓄水、用水方面下工夫，在坡面上建設(shè)集雨場(chǎng)進(jìn)行集水，建設(shè)旱井、澇池、蓄水池等蓄水，采用節(jié)水灌溉方式用水。這種典型如陜西省榆陽(yáng)區(qū)趙家峁流域、甘肅省定西縣關(guān)川河流域等。

4.封禁舍飼為主的坡耕地綜合治理模式

放牧式的畜牧業(yè)一定程度上是造成水土流失和生態(tài)環(huán)境惡化的主要原因之一，解決這種矛盾的辦法是采用封禁舍飼措施，即封山輪牧禁牧，改良天然牧草，種植優(yōu)良牧草，建設(shè)牲畜棚舍，推廣舍飼技術(shù)，發(fā)展舍飼養(yǎng)殖。如陜西省安塞縣武家灣小流域退耕還林還草，將傳統(tǒng)為主的養(yǎng)殖方式改為舍飼養(yǎng)殖，進(jìn)行小尾寒羊改良試驗(yàn)，充分利用作物秸稈，同時(shí)加強(qiáng)水源涵養(yǎng)林、天然次生林的封育與保護(hù)。

5.高效設(shè)施型為主的坡耕地綜合治理模式

在黃土高原地區(qū)開展坡耕地綜合治理同時(shí)，可以適當(dāng)發(fā)展一些溫室大棚、節(jié)水灌溉、沼氣池等高效設(shè)施項(xiàng)目，通過(guò)溫室大棚提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，通過(guò)節(jié)水灌溉提高水的利用效率，通過(guò)沼氣可以將生活垃圾、秸稈及糞便廢棄物深層利用，循環(huán)再生，為農(nóng)村提供清潔型的燃料、肥料，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益的高度統(tǒng)一。陜西省寶塔區(qū)燕溝小流域建立了高效設(shè)施坡耕地綜合治理模式，在坡耕地改造的水平梯田上新建溫室大棚15座，同時(shí)從溝道引水上山，建立大棚內(nèi)滴灌節(jié)水工程，使大棚內(nèi)的蔬菜當(dāng)年投資當(dāng)年受益。陜西省安塞縣史川流域農(nóng)民武志尚在水平梯田上種植大棚蔬菜的同時(shí)，進(jìn)行大棚養(yǎng)豬，并修建沼氣池，第二年就實(shí)現(xiàn)人均純收入7 000元。

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