貴州喀斯特山區(qū)水土保持措施探討

馬良瑞，梅再美

(貴州師范大學地理環(huán)境學院，貴州貴陽550001)

貴州喀斯特地區(qū)土壤貧瘠、生態(tài)脆弱、人口負擔重［1－3］，以耕種為主的農業(yè)活動對土壤—植被生態(tài)系統(tǒng)影響較大。受先天環(huán)境限制和后天條件影響，當地水土流失、植被退化與土壤石漠化現象嚴重［4－5］，制約了農業(yè)生產和社會經濟發(fā)展，致使該區(qū)陷入了“越耕越窮、越窮越耕”的惡性循環(huán)［6］。在貴州，只有約25%的土地是平地，適宜耕作與實際需要的耕地面積之間缺口巨大［7］，雖然人們已經采取坡改梯等多種措施加強坡地改造，但受客觀條件限制，喀斯特山區(qū)坡地耕作仍無法避免。如何對現有的坡耕地進行治理，實現生態(tài)可持續(xù)發(fā)展是當地農業(yè)發(fā)展和生態(tài)建設必須解決的重要問題。筆者在已有研究成果的基礎上［8－10］，根據喀斯特地區(qū)的生態(tài)環(huán)境特點，從坡地治理、坡改梯、退耕還林還草三個方面總結喀斯特山區(qū)的水土保持措施和實施要點，以期為當地水土保持工作提供參考和借鑒。

1 水土流失與水土保持理論

1．1 坡度與坡面土壤侵蝕

大量野外觀測資料表明，在一定的范圍和條件下，水蝕區(qū)的土壤侵蝕量與坡面坡度成正比，因此坡耕地治理必須從削弱坡度對坡面侵蝕的影響入手。坡度是影響坡面土壤侵蝕的重要因素［11］，若把水平面承受的雨量平均分配到斜坡上，則單位面積上承受的雨量減少，單位面積的徑流量及沖刷量也相應減小。坡度與沖刷量呈負相關，即坡面土壤侵蝕中存在著一個臨界坡度［11－13］。

國內外研究成果中，通過野外調查得到的坡度臨界值基本都在30°以上，而通過徑流小區(qū)試驗和室內模擬降雨試驗得到的坡度臨界值基本都在30°以下。不同方法得到的坡度臨界值差別較大，原因有:①理論推導無法對自然過程中的各種因素進行綜合模擬;②植被—土壤兩相的穩(wěn)定性在各組試驗中無法統(tǒng)一;③從土壤侵蝕過程理論來看，臨界坡度在20°以下的多出自濺蝕和片蝕試驗，以面蝕為主的臨界坡度多在20°～30°之間，凡是得到臨界坡度超過30°的都是包括了多種侵蝕過程，即是否區(qū)分侵蝕過程/類型會對臨界坡度的計算結果造成較大的影響。分析上述試驗的條件，可以得出如下結論:①坡度＜25°時土壤侵蝕量隨坡度增加而增大;②在土壤—植被系統(tǒng)遭到擾動(如耕作)甚至地表裸露的情況下，土壤抗侵蝕能力減弱，土壤侵蝕的臨界坡度降低，其范圍從未擾動的40°左右降至20°左右。基于地表覆蓋率低、土壤侵蝕以面蝕為主、非火山灰和沙漠土壤界面等特征，結合國內外坡面侵蝕研究成果，筆者認為喀斯特地區(qū)農耕土地的土壤侵蝕臨界坡度應在26°左右。

1．2 坡度分異規(guī)律與耕作措施

坡度與坡面土壤侵蝕的研究表明，合理的耕作措施可通過改變小地形、削減徑流沖刷動能等，起到減弱坡度對坡面土壤侵蝕的影響、在一定程度上控制土壤侵蝕的作用［14－16］。以各地水土保持試驗站的實測數據為證，安塞水保試驗站的觀測資料顯示，水平溝耕作的坡耕地坡度由10°增加到25°時，減沙效益將從78% 降低到27%;吉林楊千徑流場1984—1986年的泥沙觀測資料顯示，等高耕作時坡度9°、15°坡耕地的土壤侵蝕量分別約為6°坡耕地的4．3 和17．1 倍;四川遂寧水保站1985年的實測數據顯示，在年降水量642．5 mm 的情況下，等高耕作的10°、15°、20°、25°坡耕地的土壤侵蝕量分別約為5°坡耕地的1．38、2．36、3．14 和4．29 倍;天水水保站7°30'、14°09'、17°30'坡地的徑流流失量分別約為4°10'坡地的116%、83%、94%，土壤流失量分別約為該坡度的2．60、2．75、4．88 倍。上述結果表明，在坡度小于25°時，耕作措施的減蝕效果隨著坡度的增大而減少，并且減蝕效果遞減與坡度遞增呈非線性關系。據此，筆者認為對于5°～15°坡地宜采取耕作措施，能提高作物產量，減少水土流失;對于15°～25°坡地尤其是已耕作的坡耕地，適宜采取坡改梯措施改良坡耕地。

2 坡改梯措施

2．1 梯田斷面設計

梯田斷面設計中最重要的因子是田面寬度和田坎高度，兩者不僅決定了施工過程中的土石方用量，而且影響梯田的規(guī)模與耕作?！锻恋亻_發(fā)整理項目設計規(guī)范》(TD/T 1012—2000)中關于梯田設計只列出了梯田斷面要素之間的數學關系，對具體的田面寬度、田坎高度等未作明確規(guī)定，因此各地在梯田建設中采用的標準差別很大。目前，農業(yè)工程設計中一般采用經驗數據擬定梯田田面寬度和田坎高度，或從最經濟的角度計算田面寬度與田坎高度，在斷面設計上追求田面寬度盡可能大，同時田坎數量較少，田坎寬度優(yōu)化后的田坎總面積得到控制，從而有利于種植或達到土地資源利用的最大化。但是這種觀點是片面的，因為梯田田面在水平面的投影面積小于等于山坡水平面的總面積，所以田面寬度大小的設計并不能改變一個坡面的有效耕作面積，同時田面寬度的增加使得用工量、土石方運量相應增大，雖然減少了設計和施工的難度，但增加了人力物力的消耗，還給梯田建設質量埋下了隱患。為解決這個問題，要先確定田坎高度。田坎高度受土壤凝聚力、天然容重、內摩擦角和田坎外側坡角等因子影響，也與攔蓄的暴雨徑流深有關。通常在采用土力學公式計算田坎高度和田坎外側坡角時，均有意或無意地將田坎高度或田坎外側坡角視為定值，其值多采用當地慣用的經驗數據或工程指標，而非計算得到的最優(yōu)解。其實，田坎高度受土層厚度、作物根深和莖高限制，其中土層厚度決定梯田的土壤質量和肥力狀況，作物莖高與田坎高度相協調能保證最大程度地利用坡面上光能(輪作耕種情況下以高稈作物的高度為準)，當某地區(qū)土層厚度不滿足作物的根深要求或梯田田坎的建設高度低于作物的莖高時，則需要謹慎考慮能否建設梯田。田坎高度確定后，由土力學公式求得的外側坡角即為最優(yōu)，之后田面寬度的問題也就迎刃而解了。從用工和經濟角度考慮，田面寬度下限的影響因子為是否機修，若機修，則以施工機械的作業(yè)面積作為田面寬度的下限;若人工修筑，則需考慮土石方用量最小，根據坡度求得用工最省的田面寬度。從資源最大化利用的角度考慮，田面寬度為田坎面積占田面總面積最小的優(yōu)化結果。

2．2 田坎結構

常見的田坎形式有土坎、石坎等。在石料充足且土層薄的地區(qū)，石坎梯田較土坎梯田有更好的適用性，表現在一方面節(jié)約土壤資源，就地取材，另一方面增加耕地面積，改善耕地質量。雖然貴州喀斯特地區(qū)具有石料充足和土層薄等特點，但是由于石坎較土坎可以修筑得更高、總質量也更大，且大部分基巖巖性松軟、易風化，因此容易發(fā)生田坎崩塌，坍塌的碎石滑落至低一級的田面，會影響作物產量。還有研究指出由于縮短了水分在自然坡面的停留時間，石坎梯田的石質引水渠道減少了土壤水分入滲，會增加農田生態(tài)系統(tǒng)旱澇災害頻度與程度［17］。因此，在貴州喀斯特山區(qū)梯田建設中應謹慎采用石質田坎結構。反觀土坎梯田，因具有施工強度、難度小，維護費用低廉，環(huán)境風險系數小等優(yōu)勢，加之近年來針對梯田生物埂的研究取得了突破，所以土坎梯田在貴州喀斯特山區(qū)農業(yè)經濟可持續(xù)發(fā)展中具有廣闊的應用前景。

3 退耕還林還草措施

3．1 退耕還林還草決策

退耕還林還草是我國一項重要的水土保持政策，在坡度25°以上、非梯田建設的坡地上，坡地和坡耕地治理的主要手段就是實施退耕還林還草措施。根據貴州喀斯特地區(qū)的實際情況，選取坡度、土壤質量、覆被歷史/周邊自然覆被和裸巖率4項評價因素，建立退耕決策的定量標準(表1)。規(guī)定當4 項評價標準之和≤8 時，原則上應實施退耕還草，反之則采取退耕還林措施。

表1 退耕決策的評價因素與因子分值

3．2 特殊情況下的綜合決策

根據農業(yè)生產的現實需要，在貴州喀斯特山區(qū)還會出現以下3 種具有代表性的情況:由于耕地資源有限，國家劃撥給貴州的基本農田指標與退耕指標有缺口，基本農田建設與退耕涉及地域有所重疊;根據農業(yè)生產的現實需要，對6°～25°的坡地尤其是耕地后備資源實施坡改梯也是符合農業(yè)生產現實需要的;對于地處喀斯特偏遠山區(qū)的居民地，尤其是少數民族聚居地，坡耕地是當地口糧與經濟收入的主要來源，在無法將村寨住戶遷出的情況下，對聚居地的山地耕作系統(tǒng)進行現代化改造是一項現實的任務，它涉及在理論上需要進行退耕的坡地上新修梯地或實施坡改梯。針對上述情況，應根據區(qū)域的具體情況和需要進行特殊分析與綜合決策。在分析與決策中需要注意:要分清楚各項事務的輕重緩急;要充分考慮當地的民情民生，尊重少數民族的歷史傳統(tǒng)和生活習慣;要科學討論各項措施實施的彈性空間;在上述前提下，綜合協調經濟負擔、經濟需要、環(huán)境需要三者的關系，從可持續(xù)發(fā)展角度長遠規(guī)劃。

［1］袁道先．我國西南巖溶石山的環(huán)境地質問題［J］．世界科技研究與發(fā)展，1997(5):93－97．

［2］王世杰．喀斯特石漠化——中國西南最嚴重的生態(tài)地質環(huán)境問題［J］．礦物巖石地球化學通報，2003，22(2):120－126．

［3］王世杰，李陽兵，李瑞玲．喀斯特石漠化的形成背景、演化與治理［J］．第四紀研究，2003，23(6):657－666．

［4］李陽兵，白曉永，周國富，等．中國典型石漠化地區(qū)土地利用與石漠化的關系［J］．地理學報，2006，61(6):624－632．

［5］蘇維詞．貴州喀斯特山區(qū)的土壤侵蝕性退化及其防治［J］．中國巖溶，2001，20(3):217－223．

［6］張殿發(fā)，歐陽自遠，王世杰．中國西南喀斯特地區(qū)人口、資源、環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展［J］．中國人口·資源與環(huán)境，2001，11(1):77－81．

［7］張永濤，王洪剛，李增印，等．坡改梯的水土保持效益研究［J］．水土保持研究，2001，8(3):9－11，21．

［8］項華宗．青山作證——項南與福建水土保持［J］．中國水土保持，2012(6):4－6．

［9］李普，張琚乾．安順市水土保持生態(tài)建設模式及發(fā)展方向研究［J］．中國水土保持，2012(6):20－22．

［10］羅龍皂，范成五，李渝，等．貴州水土保持研究現狀及展望［J］．中國水土保持，2012(6):40－42．

［11］曹文洪．土壤侵蝕的坡度界限研究［J］．水土保持通報，1993，13(4):1－5．

［12］劉松波，莊春蘭，孟琳琳．坡度對坡面侵蝕產沙響應的研究［J］．中國水土保持，2009(5):44－46．

［13］靳長興．坡度在坡面侵蝕中的作用［J］．地理研究，1996，15(3):57－63．

［14］Carson M A，Kirkby M J．Hillslope Form and Process［M］．London:Cambridge University Press，1972:15－30．

［15］林和平．水平溝耕作在不同坡度上的水土保持效應［J］．水土保持學報，1993，7(2):63－69．

［16］袁希平，雷廷武．水土保持措施及其減水減沙效益分析［J］．農業(yè)工程學報，2004，20(2):296－300．

［17］Yoshihisa Kimura，Kenji Matsumori，Hideharu Kurita．Introduction of the land readjustment with a curvilinear element along the geographical features in rice terrace:Analysis of the determinants of intentions paid attention to a factor of scene by Analytic Hierarchy Process［J］．Journal of Rural Planning Association，2006，25:503－508．