豫西南坡改梯綜合治理技術(shù)及效益評價研究

□趙勝朝 □徐建昭 □張 茹（河南省水土保持監(jiān)督監(jiān)測總站）

1 項目研究意義

河南省是我國第一糧食生產(chǎn)大省，糧食總產(chǎn)量占我國總產(chǎn)量的1/10，全省土地總面積16.70萬km2，其中山丘區(qū)占到47.40%，全省水土流失面積達(dá)6.06萬km2，河南省耕地面積720.22萬hm2（人均耕地面積7.26×10-2hm2（1.20畝）），坡耕地是耕地的重要組成部分，坡耕地水土流失面積占水土流失總面積的30%以上，坡耕地年均水土流失強度則達(dá)到4500 t/(km2.a)，坡耕地在發(fā)揮經(jīng)濟(jì)社會效益的同時，其產(chǎn)生的生態(tài)問題不容忽視，這勢必制約山區(qū)經(jīng)濟(jì)社會的持續(xù)發(fā)展。

豫西南坡耕地面臨著糧食增產(chǎn)，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保障生態(tài)安全等多重壓力，開展豫西南坡耕地水土流失綜合治理，在有效防治坡耕地水土流失的同時，可以提高坡耕地的綜合生產(chǎn)能力，與此同時，對提高河南省糧食增產(chǎn)能力、保證國家糧食安全具有重大意義。

2 豫西南坡耕地利用現(xiàn)狀及存在問題

2.1 坡耕地數(shù)量問題

多年來，河南省坡耕地數(shù)量一直沒有一個公開的數(shù)據(jù)，特別是近年來隨著河南省坡耕地退耕還林還草政策的實施，豫西南坡耕地數(shù)量更是難以確定。坡耕地?zé)o疑是糧食進(jìn)一步增產(chǎn)的重要戰(zhàn)略資源，通過該課題的調(diào)查，準(zhǔn)確掌握坡耕地的數(shù)量、質(zhì)量及其空間分布等利用狀況,分析研究坡耕地資源開發(fā)利用的可行性,為坡耕地合理開發(fā)利用提出科學(xué)的措施。

2.2 坡耕地坡改梯綜合治理問題

對坡耕地實施梯田化改造是坡耕地水土流失治理的主要措施。目前，豫西南坡耕地治理面臨的主要問題是坡改梯及相關(guān)配套措施問題。根據(jù)調(diào)查，許多農(nóng)戶對坡改梯并沒有很大的熱情，主要原因是坡改梯并沒有在短時間內(nèi)提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，甚至還會導(dǎo)致糧食的減產(chǎn)，因為坡改梯使耕地凈面積減少，但單位面積產(chǎn)量因土壤熟化問題又難以在短時間內(nèi)得到較大幅度的提高，所以坡改梯糧食生產(chǎn)效益不顯著，導(dǎo)致農(nóng)戶積極性不高。另外，在已往梯田的建設(shè)過程中，部分地區(qū)梯田田坎往往因沒有設(shè)計排水溝或排水溝設(shè)計不達(dá)標(biāo)而導(dǎo)致被雨水沖垮，這給農(nóng)戶帶來的負(fù)面的影響，坡改梯項目在有些地方很難實施下去，糾其原因是坡改梯效益不顯著，農(nóng)戶沒有熱情參與到這項工作當(dāng)中去。

3 研究方案

3.1 研究技術(shù)路線

3.1.1 “3S”技術(shù)方法

通過“3S“技術(shù)獲得研究區(qū)域坡耕地的相關(guān)圖件，收集研究區(qū)域土地利用現(xiàn)狀圖及地形圖，結(jié)合實地調(diào)查，把圖件數(shù)字化，建立屬性數(shù)據(jù)庫，獲得研究區(qū)域坡耕地空間分布及坡度情況。

3.1.2 實地調(diào)查方法

實地調(diào)查項目研究區(qū)域坡耕地的分布情況及坡耕地水土流失情況，對坡耕地農(nóng)戶進(jìn)行走訪，訪談、收集與坡耕地利用相關(guān)資料，以及通過使用照相機(jī)和錄像等工具記錄坡耕地治理前后對比情況。

3.2 研究內(nèi)容

3.2.1 豫西南坡耕地調(diào)查與分析

采用專項調(diào)查研究方法，經(jīng)過多次調(diào)查與核實，以縣區(qū)為最小單元，確定豫西南各縣(區(qū))坡耕地的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、坡耕地特征以及坡耕地水土流失治理情況，根據(jù)不同縣(區(qū))人均坡耕地占有量，研究不同縣(區(qū))坡耕地治理的緊迫性及難度。

3.2.2 豫西南坡耕地水土流失分區(qū)研究

根據(jù)豫西南坡耕地空間分布的特征、地形地貌特征及地理位置將豫西南坡耕地進(jìn)行一級類型區(qū)劃，再根據(jù)各一級分區(qū)坡耕地的土壤類型對一級區(qū)域進(jìn)行坡耕地的二級區(qū)劃，在二級區(qū)劃的基礎(chǔ)上，根據(jù)土類及微地貌類型進(jìn)行三級區(qū)劃，以縣(區(qū))為最后單元。劃分豫西南坡耕地不同類型區(qū)。

3.2.3 豫西南坡耕地水土流失分區(qū)土壤熟化措施研究

根據(jù)豫西南坡耕地不同類型區(qū)土壤的理化性質(zhì)，不同類型區(qū)水熱條件，成土母質(zhì)及特征，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的不利因素，提出不同類型區(qū)土壤改良措施。

3.2.4 豫西南不同區(qū)域坡改梯土坎梯田優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)豫西南坡耕地不同類型區(qū)土壤質(zhì)地條件，土壤的抗剪強度指標(biāo)，降雨特征(次最大暴雨量)，通過邊坡穩(wěn)定性分析，采用理正軟件相關(guān)模塊，對豫西南不同區(qū)域梯田進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析，提出適合不同類型區(qū)的土坎及石坎梯田斷面優(yōu)化設(shè)計方案。

3.2.5 豫西南不同區(qū)域坡改梯效益增進(jìn)研究

根據(jù)豫西南坡耕地不同類型區(qū)土壤的穩(wěn)滲率，暴雨強度，地形條件，排水要求，提出不同類型區(qū)梯田排水溝設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)不同區(qū)域經(jīng)濟(jì)作物的適宜性，提出不同區(qū)域地埂田坎的利用方式，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮。

3.2.6 豫西南坡耕地水土流失綜合治理效益評價研究

根據(jù)分區(qū)坡耕地坡改梯水土流失相應(yīng)治理措施，從生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會效益及綜合效益多角度，選擇相應(yīng)的評價指標(biāo)，進(jìn)行坡改梯效益評價。

4 研究結(jié)論

4.1 河南省坡耕地綜合調(diào)查研究

制定豫西南坡耕地專題調(diào)查表，開展對豫西南坡耕地專項調(diào)查，經(jīng)過多輪復(fù)核，明確了豫西南坡耕地數(shù)量、坡度特征及空間分布情況，與此同時，專題調(diào)查也明確了項目區(qū)坡耕地分布區(qū)坡耕地綜合治理現(xiàn)狀、水土流失及社會經(jīng)濟(jì)狀況，為豫西南地區(qū)坡耕地綜合治理規(guī)劃提供了第一手材料。

4.2 基于“3S”技術(shù)的縣域坡耕地調(diào)查研究

本項目充分利用Google Earth上高空間分辨率的影像資源，利用其清晰的紋理特征和色彩，結(jié)合原有土地利用類型圖，通過人機(jī)交互準(zhǔn)確地判讀了研究區(qū)梯田和坡耕地的分布情況。通過獲取研究區(qū)地形數(shù)據(jù)，再利用ArcGIS豐富的空間分析功能完成數(shù)據(jù)疊加，從而獲得坡耕地坡度特征數(shù)據(jù)，該方法能夠方便、快速而準(zhǔn)確地掌握研究區(qū)坡耕地變化情況，具有較強的客觀性和可靠性，為獲取區(qū)域坡耕地數(shù)據(jù)、分布特征提供了有效途徑。

4.3 豫西南坡耕地類型區(qū)劃

根據(jù)坡耕地水土流失成因，選取坡耕地水土流失影響因素，從不同層面劃分豫西南坡耕地治理區(qū)域，根據(jù)地理位置和大的地貌特征劃分坡耕地治理一級區(qū)域，結(jié)合地貌和土壤類型劃分二級區(qū)域，根據(jù)微地形地貌和土壤亞類劃分三級區(qū)域，通過區(qū)劃，為對豫西南坡耕地采取有針對性的治理方法提供了科學(xué)依據(jù)。

4.4 豫西南坡耕地坡改梯綜合治理措施及技術(shù)研究

根據(jù)豫西南坡耕地不同類型區(qū)土壤母質(zhì)、形成過程及理化性狀，結(jié)合不同類型區(qū)土壤改良措施典型調(diào)查，提出了豫西南坡耕地不同類型區(qū)坡改梯土壤熟化措施；通過對豫西南坡耕地不同類型區(qū)土壤抗剪性試驗，得到了不同類型區(qū)土壤邊坡穩(wěn)定性參數(shù)，采用理正邊坡穩(wěn)定軟件，對豫西南坡改梯土坎梯田邊坡進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，提出了不同類型區(qū)土坎梯田優(yōu)化設(shè)計方案；結(jié)合不同類型區(qū)降雨特征、土壤入滲條件及坡改梯經(jīng)驗，提出了豫西南不同類型區(qū)坡改梯配套措施，為豫西南坡耕地綜合治理提供了科學(xué)依據(jù)。

4.5 豫西南坡耕地綜合治理效益評價

根據(jù)豫西南部分站點的觀測數(shù)據(jù)，對坡耕地及坡改梯水土流失狀況進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，坡改梯能有效降低水土流失量，提高土壤保水保肥能力，在糧食增產(chǎn)方面，豫西南不同類型區(qū)坡改梯糧食增產(chǎn)顯著，普遍增產(chǎn)0.40倍，部分地區(qū)糧食增產(chǎn)可達(dá)2倍。

5 成果推廣應(yīng)用

本項目堅持“邊試驗—邊總結(jié)—邊推廣應(yīng)用”原則，在項目試驗階段，部分研究結(jié)果即在魯山縣、嵩縣、伊川縣及宜陽縣坡耕地綜合治理中進(jìn)行推廣應(yīng)用，推廣應(yīng)用面積2989.60 hm2，年糧食平均增產(chǎn)3082 kg/hm2，平均增加產(chǎn)值8148元/hm2。在2012-2014年推廣過程中累計增加糧食產(chǎn)量9213 t，增加產(chǎn)值2436萬元。在項目實施過程中，通過將坡耕地改造為水平梯田，配套建設(shè)蓄排水措施和植物護(hù)埂措施，梯田田坎更加穩(wěn)定，糧食增產(chǎn)效果明顯。目前項目區(qū)的各項水土保持措施形成了完整的防護(hù)體系，有效控制了水土流失的發(fā)生、發(fā)展，增加了蓄水保土效益，取得了明顯的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會效益，實現(xiàn)了水土保持工程的良性循環(huán)，促進(jìn)了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。通過監(jiān)測，項目區(qū)土壤侵蝕強度明顯得到改善。

6 結(jié)語

豫西南是河南省水土流失最嚴(yán)重的區(qū)域，水土流失造成生態(tài)環(huán)境惡化，嚴(yán)重地制約著區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。本研究以豫西、豫南坡耕地水土保持生態(tài)建設(shè)項目為試驗研究區(qū)，從試驗研究項目區(qū)獨特的自然地理條件和當(dāng)前坡耕地水土流失綜合治理存在的主要問題入手，分析研究了項目區(qū)特殊的地理環(huán)境特征和水土流失特點，以項目區(qū)坡耕地梯田化改造急待解決的關(guān)鍵技術(shù)為切入點，結(jié)合項目區(qū)土壤分布特征及其理化性狀，指出了坡改梯土壤熟化措施，根據(jù)土壤物理機(jī)械組成特征，結(jié)合邊坡穩(wěn)定性分析，提出了項目區(qū)土坎梯田斷面優(yōu)化設(shè)計方案，在此基礎(chǔ)上，對項目區(qū)坡改梯配套措施進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，項目研究成果的推廣應(yīng)用有效遏制了項目區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化的趨勢，為河南省糧食增產(chǎn)提供了土地保障，促進(jìn)了項目區(qū)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。