長江流域坡耕地“坡式梯田+坡面水系”治理模式及綜合效益探討

鄧嘉農(nóng),徐 航,郭 甜,黃 巍,何丙輝

(1.長江流域水土保持監(jiān)測(cè)中心站,湖北武漢430010;2.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶400715)

1 “坡式梯田 +坡面水系”治理模式

坡改梯是改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件、增強(qiáng)農(nóng)業(yè)發(fā)展后勁的重要手段,它的實(shí)施對(duì)于發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟(jì)和促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收具有重要意義[1]。但是,目前在許多山區(qū)坡耕地實(shí)施坡改梯的過程中還存在一些問題,例如:隨著宜修坡耕地?cái)?shù)量的減少,坡改梯需要投入更多的資金和勞力;坡改梯實(shí)施后往往以種植糧食作物為主,投入產(chǎn)出比較低;由于缺乏技術(shù)支撐和建設(shè)監(jiān)理,部分梯田整體穩(wěn)定性差,水土保持效益不明顯,甚至減少了可利用土地面積,進(jìn)而影響了作物產(chǎn)量。坡面水系工程是在綜合治理過程中以控制水土流失和改善生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件為目的的,在一定范圍的坡體上建立起來的池、渠、凼配套,蓄、排、灌結(jié)合的微型水利工程組合體[2-3],是山區(qū)農(nóng)業(yè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。針對(duì)目前山區(qū)坡改梯實(shí)施過程中存在的造價(jià)高、效益低等問題,結(jié)合坡面水系工程的優(yōu)勢(shì),在長江流域推廣應(yīng)用坡耕地“坡式梯田 +坡面水系”治理模式,并研究其結(jié)構(gòu)、造價(jià)和效益。

2 調(diào)研范圍和研究目的

調(diào)研范圍為長江流域?qū)嵤┢赂亍捌率教萏?+水系配套”治理模式的5大典型區(qū)域,即三峽庫區(qū)、川中丘陵區(qū)、云貴高原區(qū)、橫斷山區(qū)、秦巴山區(qū),涉及四川、重慶、貴州、云南、甘肅的多個(gè)縣(市)。調(diào)研期間,研究人員與各縣(市)水土保持部門負(fù)責(zé)人座談,收集相關(guān)資料,了解坡耕地分布及治理情況(治理時(shí)間、規(guī)模、地點(diǎn)、效益等);深入已實(shí)施“坡式梯田 +水系配套”治理模式的小流域,走訪農(nóng)戶,使用手持GPS儀定位,輔以測(cè)距儀測(cè)量面積,用羅盤測(cè)量坡度,重點(diǎn)調(diào)查單位面積需水量、春冬農(nóng)作物品種、單位面積土地所需蓄水池的容積、坡式梯田的設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及梯田的結(jié)構(gòu)、功能、造價(jià)及效益等。

3 不同坡改梯方式工程造價(jià)分析

3.1 不同坡改梯方式工程量比較

圖1 水平梯田示意圖

圖1為水平梯田設(shè)計(jì)示意圖。對(duì)于水平梯田,略去埂坎部分工程量,以梯田田面主體挖填方總工程量為考察對(duì)象,根據(jù)《水土保持學(xué)》[4]計(jì)算水平梯田的總工程量。首先,令改造后的坡面寬度為B,水平梯田工程量用截面積S水平表示,計(jì)算公式為

式中:H為坎高;θ為原地面坡度。

對(duì)于坡式梯田,略去埂坎部分工程量,以梯田田面主體挖填方總工程量為考察對(duì)象,坡式梯田工程量用截面積S坡式表示,推導(dǎo)其計(jì)算公式為

式中:H為原地面高度,H=Bcosα tanθ;h為坡改梯后的地面高度,h=Bsinα;A為底邊水平寬度,A=Bcosα;α為坡改梯后地面坡度;其余符號(hào)意義同上。

式(1)減去式(2),得出式(3)為

由式(3)知,2α＞θ時(shí),S水平＞S坡式。從上述工程量分析結(jié)果知,修筑單位寬度的梯田,坡式梯田工程量明顯小于水平梯田,說明修建坡式梯田能夠有效節(jié)省成本,并且在相同條件下,坡式梯田有較寬的田面可供耕作。

3.2 不同坡改梯方式造價(jià)分析

以小流域?yàn)閱卧?長江流域各典型區(qū)域均實(shí)施了以坡耕地改造和坡面水系建設(shè)為重點(diǎn)的綜合治理,各典型區(qū)域重點(diǎn)小流域基本情況和“坡式梯田+坡面水系”治理模式實(shí)施情況見表1和表2。坡改梯工程實(shí)施后,耕翻、淤積等使得梯田坡度逐漸變緩、土層變厚、可種植面積增加;梯坎多為就地取材建設(shè)的石坎,坎高1.2～2.0 m,田面寬度4.8～9.0 m;配套設(shè)施包括蓄水池、沉沙凼、截排水溝、道路、閘閥井等。根據(jù)各地情況的不同,配套措施不僅規(guī)格、數(shù)量不同,而且造價(jià)方面也存在差異。表3為各典型區(qū)域重點(diǎn)小流域坡耕地“坡式梯田+坡面水系”治理模式工程造價(jià)情況調(diào)查表。由表3知,橫斷山區(qū)和川中丘陵區(qū)坡耕地“坡式梯田 +坡面水系”治理模式單位面積的投資量更節(jié)省;在單位面積投資量中,梯坎投資所占比例最大,其次是配套設(shè)施投資,可見在坡耕地綜合治理過程中配套設(shè)施的優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅能起到合理布局、提高使用效益的效果,而且能夠有效減少整體資金投入。

表1 各典型區(qū)域重點(diǎn)小流域基本情況

表2 各典型區(qū)域重點(diǎn)小流域坡耕地“坡式梯田+坡面水系”治理模式實(shí)施情況

表3 重點(diǎn)小流域坡耕地“坡式梯田+坡面水系”治理模式工程造價(jià)情況

4 效益分析

采用“坡面梯田+坡面水系”治理模式對(duì)坡耕地進(jìn)行治理后,一方面長江流域各典型區(qū)域重點(diǎn)小流域坡耕地?cái)?shù)量明顯減少,水土流失得到了有效控制。據(jù)統(tǒng)計(jì),實(shí)施該治理模式后,嘉陵江流域688條、金沙江流域303條小流域水土流失面積減少了13 158.93 km2,比治理前減少了65%以上,平均土壤侵蝕模數(shù)由治理前的5 279 t/(km2?a)下降到3 565 t/(km2?a);貴州大方的洗線溝小流域年均侵蝕量由2 093 t降至1 700 t,降幅達(dá)18.78%;云南宣威的發(fā)圖小流域年均侵蝕量由470 t降至110 t,降幅達(dá)76.60%。另一方面,各小流域基本農(nóng)田、林草地面積和小型水利水保設(shè)施數(shù)量增加,以玉米種植為主,烤煙、大豆種植為輔,并積極發(fā)展特色農(nóng)業(yè),讓農(nóng)民真正得到了實(shí)惠。表4為長江上游各典型區(qū)域重點(diǎn)小流域陡坡耕地實(shí)施“坡式梯田+坡面水系”治理模式前后的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益調(diào)查。由表4知:第一,經(jīng)過治理,各小流域農(nóng)作物產(chǎn)量均有不同程度的增加。例如,秦巴山區(qū)的大地溝小流域種植的玉米、大豆產(chǎn)量由治理前的1 500 kg/hm2增加到2 700 kg/hm2,增幅明顯。第二,小流域治理后培育的水果、蠶桑、茶葉、藥材、加工等產(chǎn)業(yè),改變了農(nóng)村單一的種養(yǎng)業(yè)結(jié)構(gòu),初步實(shí)現(xiàn)了種、養(yǎng)、加各業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展,出現(xiàn)了大批專業(yè)大戶和各種治理典型,促進(jìn)了農(nóng)民脫貧致富和集體經(jīng)濟(jì)的壯大。例如,云南沾益的響壩河小流域發(fā)展特色產(chǎn)業(yè)萬壽菊,產(chǎn)量由2.55萬kg/hm2增至3.75萬 kg/hm2,增幅達(dá)47.06%。第三,治理模式的實(shí)施減輕了土壤侵蝕,改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件,保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。例如,云貴高原區(qū)的松樹小流域平均坡度由24°減少到5°～8°;三峽庫區(qū)沿江溪小流域年均土壤侵蝕量由3 120 t減少到410 t,減少了 86.86%;四川安居的白安河小流域耐干旱時(shí)間由15 d增至33 d。上述分析結(jié)果表明,實(shí)施“坡式梯田+水系配套”治理模式既可攔泥蓄水、減少水土流失,又可改變地形條件、增厚土層,有利于培肥地力,提高作物單產(chǎn),實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收,是適合長江上游陡坡耕地治理的有效模式。

表4 長江上游各典型區(qū)域重點(diǎn)小流域陡坡耕地生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益調(diào)查

5 結(jié) 語

“坡式梯田+水系配套”治理模式是適用于長江上游坡耕地治理的有效模式。一方面,相比水平梯田,坡式梯田在節(jié)約工程量和造價(jià)方面具有一定優(yōu)勢(shì),又可以充分利用田面有效使用面積,適宜在山多地少的地區(qū)采用。通過淤積、耕翻,能使梯田的坡度逐漸變緩,最后逐步形成水平梯田,在坡耕地面積大、坡度較緩、施工季節(jié)短的情況下,坡式梯田是大面積控制水土流失、提高治理速度、降低工程投入的有效措施,并有顯著的增產(chǎn)作用。另一方面,坡式梯田離不開池、渠、凼配套和蓄、排、灌結(jié)合的坡面水系措施,尤其是在降雨量充足、季節(jié)性干旱的長江流域,合理布設(shè)坡面水系是發(fā)揮梯田蓄水保土效益的重要保證。

針對(duì)本次調(diào)研中發(fā)現(xiàn)的問題,建議在今后的坡耕地綜合治理過程中應(yīng)注重合理規(guī)劃、規(guī)范技術(shù),加強(qiáng)技術(shù)指導(dǎo)培訓(xùn)工作,搞好技術(shù)示范的社會(huì)化服務(wù),加強(qiáng)監(jiān)理,形成完善的管護(hù)體系,讓“坡式梯田+水系配套”坡耕地治理模式發(fā)揮應(yīng)有的功效,構(gòu)建完善的水土流失綜合防治體系。

[1]李小燕,楊永利.淺談坡改梯工程在流域治理中的地位和作用[J].陜西水利,2008(z2):139-140.

[2]胡甲均.對(duì)當(dāng)前有關(guān)水土保持幾個(gè)關(guān)系問題的認(rèn)識(shí)[J].中國水土保持,1999(12):15-16.

[3]葉紅,周蕓.四川坡面水系水土保持成套技術(shù)應(yīng)用簡(jiǎn)介[J].四川水利,2005,26(1):30.

[4]王禮先,朱金兆.水土保持學(xué)(第2版)[M].北京:中國林業(yè)出版社,2005:154-155.