石漠化坡耕地治理模式

張信寶，王世杰，孟天友

(1.中國科學(xué)院/水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所山地環(huán)境演變與調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610041;2.中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所環(huán)境地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州貴陽550002;3.畢節(jié)市水土保持辦公室，貴州 畢節(jié)551700)

2006年以來，筆者承擔(dān)了國家“973”項(xiàng)目課題“西南喀斯特山地土壤侵蝕過程與水土流失危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)”和國家科技支撐項(xiàng)目課題“云貴高原巖溶山地石漠化坡耕地整治與高效生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)集成與示范”，參加了長(zhǎng)江水利委員會(huì)水土保持局組織的“長(zhǎng)治”工程20年貴州片的調(diào)研，對(duì)我國西南喀斯特地區(qū)的水土流失特點(diǎn)和坡耕地治理存在的問題有了一定的認(rèn)識(shí)。我們依據(jù)喀斯特坡地巖土組成和水土流失研究的成果，在吸取石漠化坡耕地已有治理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了“以路溝池為核心的石漠化坡耕地治理模式”。本研究旨在闡明石漠化坡地巖土組成與坡耕地水土流失特點(diǎn)，剖析石漠化坡耕地治理存在的問題，并簡(jiǎn)要介紹我們提出的石漠化坡耕地治理模式。

1 石漠化坡地巖土組成與坡耕地水土流失特點(diǎn)

我國西南喀斯特丘陵坡地巖土組成和土地利用的垂直分帶明顯，以黔中高原石灰?guī)r喀斯特丘陵為例，坡上為石質(zhì)坡地，多為次生林或裸地;坡腰為土石質(zhì)坡地，耕地寬松的地區(qū)多為次生林灌、耕地緊張的地區(qū)多為坡耕地，近年來退耕種植果樹比較普遍;坡麓為土質(zhì)或石土質(zhì)坡地，土層相對(duì)較厚，為質(zhì)量較好的農(nóng)田。石質(zhì)和土石質(zhì)坡地，地面土石相間，可以看作為一個(gè)布滿“篩孔”的石頭“篩子”，溶溝、溶槽和洼地為被土壤塞住的形狀不一、大小不等的“篩孔”，坡地地面徑流極易通過“篩孔”滲入表層巖溶帶，進(jìn)入地下暗河系統(tǒng)［1－4］。

就N、P、K和有機(jī)質(zhì)含量等指標(biāo)而言，黔中高原喀斯特丘陵坡地廣泛分布的石灰土，是相當(dāng)肥沃的土壤，其土質(zhì)疏松、易于耕作，但土壤總量太少，土地貧瘠。嚴(yán)東春等采用寬幅樣帶取樣方法，測(cè)定了清鎮(zhèn)市王家寨喀斯特坡地的土壤厚度，調(diào)查坡地長(zhǎng)53 m、平均坡度22°，土壤為黑色石灰土，土壤平均質(zhì)量厚度(單位面積＜2 mm顆粒的干土重)為16.04 kg/m2，以土壤容重1.0 g/cm3計(jì)，相應(yīng)的土壤厚度僅 1.6 cm［5］。喀斯特坡地土壤總量少的主要原因是碳酸鹽巖酸不溶物含量少、成土速率低，連續(xù)性純碳酸鹽巖山地的成土速率低于20 t/(km2·a)［2］。

中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所普定巖溶生態(tài)站陳旗小流域6個(gè)全坡面大型徑流場(chǎng)基本情況和2007—2010年的徑流泥沙監(jiān)測(cè)資料見表1、2。這6個(gè)不同地類(土地利用類型)的徑流場(chǎng)均布設(shè)于石灰?guī)r土石質(zhì)坡地，裸巖率差別不大，介于30%～50%之間;坡度差別也不大，介于30°～37°之間。4年的觀測(cè)結(jié)果表明，不同地類坡地的徑流系數(shù)均很低，遠(yuǎn)低于當(dāng)?shù)氐膮^(qū)域徑流系數(shù)40%，其中:次生林地最低，徑流系數(shù)為0.19%;放牧灌草地最高，為2.18%;坡耕地為0.44%。降雨徑流的觀測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了“石質(zhì)和土石質(zhì)坡地，可以看作為一個(gè)布滿‘篩孔’的石頭‘篩子’，坡地地表徑流極易通過“篩孔”滲入表層巖溶帶，進(jìn)入地下暗河系統(tǒng)”的觀點(diǎn)。這些坡地地表的土壤流失量也很低:草灌植被已恢復(fù)的火燒跡地最低，為0.1 t/(km2·a);放牧灌草地最高，為 31.74 t/(km2·a);坡耕地為 2.16 t/(km2·a)。其余地類的地表侵蝕模數(shù)均低于10 t/(km2·a)，表明包括坡耕地在內(nèi)的大部分土石質(zhì)坡地的土壤侵蝕均很輕微。缺少地表徑流，土壤不但總量少，而且多分布于不易侵蝕的溶溝、溶槽和洼地副地形內(nèi)，這是石漠化坡地土壤流失量低的主要原因［6－7］。

筆者于2009年參加“長(zhǎng)治”工程調(diào)研時(shí)，考察了貴州省水利廳在畢節(jié)石橋小流域和黔西方田小流域布設(shè)的徑流小區(qū)。這2個(gè)小流域非坡耕地徑流小區(qū)均為石灰?guī)r土石質(zhì)坡地，石橋小流域經(jīng)果林、水保林小區(qū)2008年實(shí)測(cè)侵蝕模數(shù)分別為12.75和9.40 t/(km2·a)，方田小流域封禁治理、水保林小區(qū)2008年實(shí)測(cè)侵蝕模數(shù)分別為18.23和20.52 t/(km2·a)。長(zhǎng)沙中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所廣西環(huán)江站2006—2009年徑流小區(qū)實(shí)測(cè)資料表明，薄層含角礫石灰土覆蓋的白云巖坡耕地的土壤侵蝕模數(shù)為14.52 t/(km2·a)，其余的12種地類介于0.69～28.22 t/(km2·a)之間。貴州省水利廳和長(zhǎng)沙中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所的徑流小區(qū)資料與貴陽地球化學(xué)研究所普定陳旗小流域徑流小區(qū)的資料基本吻合，均證實(shí)西南喀斯特土石質(zhì)坡地的土壤流失量很小，一般不超過30 t/(km2·a)。

喀斯特坡地地下流失的土類物質(zhì)有兩種來源，一種是土下巖石化學(xué)溶蝕產(chǎn)生的酸不溶物，另一種是坡地地面溶溝、溶槽、洼地內(nèi)的土壤。這兩種土類物質(zhì)一部分沉積充填孔、裂隙，一部分通過孔、裂隙進(jìn)入地下暗河系統(tǒng)。人類活動(dòng)對(duì)地下流失的影響主要表現(xiàn)是:毀林開荒、破壞植被導(dǎo)致植物根系網(wǎng)固土壤的作用減弱或消失，犁耕擾動(dòng)溶溝、溶槽和洼地內(nèi)的土壤，促進(jìn)土壤充填地下孔、裂隙?？λ固仄碌氐牡叵铝魇Я渴芸赜诘叵驴住⒘严兜陌l(fā)育程度，絕對(duì)流失量一般低于20 t/(km2·a)，連續(xù)性純碳酸鹽巖地區(qū)的相對(duì)流失量可高達(dá)70%～90%，不純碳酸鹽巖區(qū)多低于 70%［2，4］。

表1 普定陳旗小流域6種地類徑流場(chǎng)基本情況

表2 普定陳旗小流域6種地類徑流場(chǎng)2007—2010年的徑流系數(shù)和土壤流失量

2 現(xiàn)行石漠化坡耕地治理措施存在的問題

筆者一直關(guān)注水土保持和石漠化治理中的坡耕地治理，發(fā)現(xiàn)西南喀斯特坡耕地治理措施的配置和非喀斯特地區(qū)差別不大，主要措施是坡改梯，部分坡改梯工程配套有田間道路和微集水工程。雖然治理取得了一定的成效，但也存在坡改梯工程沒有很好地針對(duì)喀斯特坡地巖土組成和坡耕地水土流失特點(diǎn)的問題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 石質(zhì)和土石質(zhì)坡耕地改梯，往往無土面田，成了砌“長(zhǎng)城”

一些石質(zhì)和土石質(zhì)坡耕地的坡改梯工程，石坎高大，宛如“長(zhǎng)城”，但石坎之間的田面基本如前，仍然是原來的坡地。詢問群眾得知，坡改梯取走了部分田中石塊修建石坎，但土層太薄，無土面田，只能保持原先的田面。石漠化坡耕地土壤總量太少的研究結(jié)果和群眾對(duì)土壤的樸素認(rèn)識(shí)完全吻合。

2.2 不解決灌溉問題，坡改梯就無明顯的增產(chǎn)效益

據(jù)群眾反映，石漠化坡耕地單純坡改梯增產(chǎn)效益不明顯，灌溉有保證的梯田增產(chǎn)才明顯。土石質(zhì)坡地新修梯田的土層厚度一般不足20 cm，抗御季節(jié)性干旱的能力非常有限，無灌溉保證的梯田就不可能有明顯的增產(chǎn)效益。據(jù)中科院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所鹽亭農(nóng)業(yè)生態(tài)站研究，土層厚度60 cm的紫色土，可抗御20天左右的干旱，基本解決常年的農(nóng)田季節(jié)性干旱。黃土高原黃土深厚，川中丘陵區(qū)紫色土下伏的中生代砂泥巖易于快速風(fēng)化成土，坡地改造為梯田易于增厚土層，活土層厚度多＞40 cm，土壤的持水抗旱能力增強(qiáng)，增產(chǎn)效益明顯。碳酸鹽巖巖石不可能快速風(fēng)化成土，土石質(zhì)坡地改梯后土壤總量難以增加，土地的抗旱能力也不可能有明顯改善，無灌溉保證的梯田顯然不可能有明顯的增產(chǎn)效益。還須指出的是，石漠化坡地不但土層薄，粒度也粗。清鎮(zhèn)市王家寨坡地土壤的沙粒、黏粒含量(＜2 mm)約占50%，其余為碳酸鹽巖巖屑角礫，保水性能不如黃土和紫色土。

2.3 部分蓄水工程來水不足，利用效率不高

我們考察了西南喀斯特地區(qū)水土保持和石漠化治理的一些試點(diǎn)工程，有水可蓄的水窖、水柜和蓄水池等蓄水工程利用效率高，灌溉增產(chǎn)作用大，受到群眾的歡迎;但不少蓄水工程來水不足，利用效率不高，灌溉增產(chǎn)效果不好，群眾很不滿意。絕大部分地區(qū)的蓄水工程沒有配套集水面，這與對(duì)喀斯特坡地產(chǎn)流特性認(rèn)識(shí)不足從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)來水量偏大有關(guān)。貴州畢節(jié)和大方等地的部分坡改梯工程，為了解決蓄水工程的來水問題，修建了集水面或利用硬化路面集水，收到了好的效果。

2.4 石坎壯觀、顯示度好、領(lǐng)導(dǎo)滿意，但不少石坎梯地是花架子工程，群眾不滿意

黔西北畢節(jié)、威寧等地的大部分丘陵坡地和黔中高原丘陵坡麓地，地勢(shì)平緩，為土層較厚的土質(zhì)或石土質(zhì)坡地，坡耕地多修成土埂坡梯地。由于植物根系的固結(jié)，土質(zhì)埂坎比較穩(wěn)固，所以群眾在地埂上種植胡豆和黃豆等經(jīng)濟(jì)作物。這種坡梯地存在一定程度的水土流失，田塊也不整齊，將此類坡梯地改造成高標(biāo)準(zhǔn)的梯田是完全有必要的，一些土石質(zhì)坡地，用炸除田中臥牛石的石塊修建梯田石坎也是無可非議的。但考察中發(fā)現(xiàn)，近年來許多土質(zhì)坡地的坡改梯工程，梯田都用外來的石塊砌了石坎，鑲了“銀邊”，非常壯觀!更有甚者，坡改梯田面沒有改造僅僅是砌了石坎，鑲了“銀邊”，成了應(yīng)付領(lǐng)導(dǎo)參觀的“景觀”工程。筆者對(duì)這種做法堅(jiān)決反對(duì)，其理由是:①與土埂梯地相比，水土保持效益差不多，大量的投資沒有價(jià)值;②石埂上不能種地埂經(jīng)濟(jì)植物，群眾的收益降低;③用異地的石材修建梯地石坎，增加了農(nóng)田改造的難度和成本，違反生態(tài)學(xué)基本常識(shí)。

3 以路溝池為核心的石漠化坡耕地治理模式

西南喀斯特山區(qū)石漠化坡耕地自然條件的特點(diǎn)是:石多土少，土壤肥沃，土地貧瘠，降水不少，入滲強(qiáng)烈，干旱嚴(yán)重;水土流失及其危害的特點(diǎn)是:地面與地下流失的二元水土流失方式并存，土壤流失量小，異地危害不大，成土速率低，當(dāng)?shù)匚：Υ?。鑒于此，石漠化坡耕地治理的措施配置，不但要考慮自然條件和水土流失及其危害的特點(diǎn)，還要得到群眾的認(rèn)可。我們開展了石漠化坡耕地不同治理措施迫切程度的排序調(diào)查，群眾要求最迫切的是田間道路，其次是有來水保證的蓄水池;群眾對(duì)坡改梯興趣不大，對(duì)土埂梯地砌石坎、鑲“銀邊”的做法非常反感。群眾的意愿是有道理的，“要致富，先修路”，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，群眾的算盤是“一個(gè)工能掙多少錢”，道路提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的效益最明顯。貴州普定縣陳家寨的群眾說:“過去要背幾天的，現(xiàn)在有了路，一車就拉完了”?！坝惺諢o收在于水”，蓄水池對(duì)增加作物產(chǎn)量、提高抗御干旱能力發(fā)揮了巨大的作用，但群眾對(duì)一些蓄水池來水不足、利用效率不高頗有怨言。

根據(jù)石漠化坡耕地的自然條件和水土流失特點(diǎn)，結(jié)合群眾意愿，我們提出了如下石漠化坡耕地的治理思路:構(gòu)建比較完善的路溝池配套的道路灌溉系統(tǒng)，因土制宜，宜梯則梯，改善生產(chǎn)條件，提高抗旱能力，夯實(shí)提高土地生產(chǎn)力和勞動(dòng)生產(chǎn)率的基礎(chǔ)。具體做法是:在坡耕地內(nèi)，沿橫坡方向修建路面硬化的機(jī)耕路(寬3～4 m)，路的一側(cè)布設(shè)集水溝，路面略向集水溝一側(cè)傾斜，蓄水池修建于道路下方，有引水溝+沉沙凼和集水溝相連，集水溝和路面按蓄水池分段隔擋截流。在機(jī)耕道上、下方的坡耕地內(nèi)，修建路面硬化的人行路(寬0.6～1.0 m)，人行路多利用現(xiàn)有田間小路改造而成，可保留梯階，路面中央微凹，以便集水，蓄水池修建于小路兩側(cè)，有引水溝(+沉沙凼)和集水溝相連，路面按蓄水池分段隔擋截流。蓄水池有兩種類型，一種是傳統(tǒng)的永久性漿砌塊石或混凝土蓄水池;另一種是半永久性的水工布蓄水池，即對(duì)喀斯特坡地的天然溶溝、溶槽、洼地稍加改造，鋪設(shè)水工布而成。后者的造價(jià)低廉，約為前者的1/2。我們粗略計(jì)算，以年降水量1200 mm計(jì)，取硬化路面的徑流系數(shù)R=0.8，利用5%的耕地面積修建田間道路，1 hm2地道路年產(chǎn)徑流480 m3，以年利用3次計(jì)算，1 hm2地修建容積150 m3的蓄水池，可以基本解決正常年景的灌溉問題。當(dāng)然，各地可根據(jù)降水量、作物需水量調(diào)整田間道路面積和蓄水池容積。路溝系統(tǒng)內(nèi)坡耕地的整理和利用，石質(zhì)和土石質(zhì)坡耕地一般不修建梯田，建議營造經(jīng)果林，避免土壤擾動(dòng)，減少土壤地下流失;土質(zhì)和石土質(zhì)坡耕地修建梯田，梯埂結(jié)構(gòu)因土制宜，石埂、土埂、土石混合埂不必做硬性規(guī)定，梯田田塊大小、梯埂結(jié)構(gòu)類型和作物種植一定要尊重土地使用者的意愿。我們提出的路溝池配套的道路灌溉系統(tǒng)如圖1。2010年4月，我們根據(jù)這一思路撰寫的《關(guān)于解決我國喀斯特石漠化地區(qū)農(nóng)田干旱缺水問題》的建議，上報(bào)中央，回良玉副總理給予了批示。

圖1 路溝池配套的道路灌溉系統(tǒng)

我們?cè)谫F州普定縣陳家寨洼地小流域、晴隆縣馬廠鄉(xiāng)馬廠村和四川敘永縣落卜小流域的石漠化治理試點(diǎn)中，貫徹了以上的石漠化坡耕地治理思路，取得了一定的成效，受到了群眾的歡迎。陳家寨小流域已修建寬4 m的機(jī)耕路3 km，寬0.8 m的人行路2.1 km，修漿砌塊石蓄水池6口容積360 m3、水工布蓄水池178口容積2882 m3，基本解決了20多hm2農(nóng)田和林果地的灌溉問題。由于解決了交通和灌溉問題，坡麓和洼地內(nèi)的部分農(nóng)田種植了辣椒和四季豆等蔬菜，增加了群眾收入。坡腰的土石質(zhì)坡耕地，種植了櫻桃和冰脆李等經(jīng)濟(jì)林果，由于灌溉有保證，長(zhǎng)勢(shì)很好。晴隆縣馬廠村石漠化坡耕地整治，已修建寬4 m的機(jī)耕路3 km，寬0.8 m的人行路3.2 km，修漿砌塊石蓄水池9口容積430 m3，利用天然洼地修建水工布蓄水塘1口容積1200 m3、水工布蓄水池120余口容積2500 m3，使20 hm2坡耕地全部退耕還林種植核桃。敘永縣新華村石漠化坡耕地整治，已修建寬3 m的機(jī)耕路0.8 km，容積10 m3的漿砌石蓄水池20口，1戶1口，資金到戶，分戶修建管理，群眾非常滿意。

4 結(jié)語

我國西南喀斯特山地的坡地巖土組構(gòu)和石漠化坡耕地的水土流失及危害的特點(diǎn)不同于非喀斯特山丘區(qū)的坡耕地，現(xiàn)行的坡耕地治理措施配置基本沿用非喀斯特地區(qū)，存在不少問題。我們根據(jù)石漠化坡耕地的自然條件和水土流失特點(diǎn)，結(jié)合群眾意愿，提出了“構(gòu)建比較完善的路溝池配套的道路灌溉系統(tǒng)，因土制宜，宜梯則梯，改善生產(chǎn)條件，提高抗旱能力，夯實(shí)提高土地生產(chǎn)力和勞動(dòng)生產(chǎn)率的基礎(chǔ)”的石漠化坡耕地治理思路和具體做法，并在幾個(gè)治理試點(diǎn)予以實(shí)施，受到了群眾歡迎。由于視野的局限和經(jīng)驗(yàn)的不足，我們提出的石漠化坡耕地治理思路和具體做法肯定還存在不足之處，希望同仁批評(píng)指正，更希望業(yè)務(wù)部門和科研單位進(jìn)一步加強(qiáng)合作，提高石漠化坡耕地治理水平，為西南喀斯特山區(qū)群眾脫貧致富、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)屏障建設(shè)作出更大的貢獻(xiàn)。

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