東北黑土區(qū)坡耕地治理過程中的水土保持效應(yīng)

張曉衛(wèi)

【摘要】東北地區(qū)的黑土地所占面積較大，為了對東北黑土區(qū)坡耕地的水土保持效應(yīng)進(jìn)行分析和研究，將橫壟、地埂植物帶、水平梯田措施和傳統(tǒng)的順壟耕地的水土保持效應(yīng)作為參照物。研究結(jié)果：經(jīng)過研究和分析可以得出，對于坡耕地，無論是保水還是保土方面都以水平梯田的效果最為明顯。其中保水效應(yīng)占據(jù)70.6%左右，保土效應(yīng)則為77.6%。從水土保持的整體效應(yīng)上看，順序從大到小分別為水平梯田、地埂植物帶，最后是橫壟和對照的順壟。就保土效應(yīng)和保水效應(yīng)兩個方面來說，前者要優(yōu)于后者。

【關(guān)鍵詞】東北黑土區(qū)；坡耕地治理；水土保持效應(yīng)

東北黑土區(qū)是我國重要的商品糧基地，主要是由于東北地區(qū)土地面積較大，人口較少。在耕地開發(fā)和治理的過程中很容易產(chǎn)生水土流失。黑土區(qū)的坡耕地占據(jù)總耕地面積的60%左右，水土流失的現(xiàn)象明顯。主要原因是雨季降水集中、降雨強度大和地面土壤較為疏松，土壤侵蝕程度強。不僅如此，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民比較習(xí)慣采用傳統(tǒng)的順坡耕作的方法，使得徑流范圍相對集中，加劇了土壤的侵蝕和退化程度。所以說，黑土區(qū)坡耕地的治理不僅可以提升當(dāng)?shù)氐耐恋厣a(chǎn)力，還可以促進(jìn)生態(tài)的發(fā)展。本文就這一方面進(jìn)行研究，以供借鑒和參考。

1、黑土區(qū)自然概況

為了提升所研究地區(qū)的整體代表性，主要選擇的是丘陵區(qū)。這一地區(qū)的土石質(zhì)相對較低，是東北黑土區(qū)的試點監(jiān)測地區(qū)。土壤主要包括黑土、黑鈣土以及草甸土、白漿土等類型。研究地區(qū)的土壤具有一定的典型性。同時，研究區(qū)地處二道嶺流域，流域面積達(dá)到22km2，氣候類型為干旱大陸性季風(fēng)氣候，不僅光照充分，而且四季分明。全年的無霜期可以達(dá)到150天左右，日照時間在2900h左右。年平均氣溫7.3℃，年平均降水量為400mm，而且多數(shù)的降水都集中在夏季，蒸發(fā)量在1900mm左右。由于這一地區(qū)的土層相對較薄，而且礫石含量較多，坡耕地面積比重大，近年來水土流失現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。另外，由于土地的使用率逐漸增加，耕作方式的科學(xué)性欠佳，水土流失面積近半，溝蝕嚴(yán)重，溝壑發(fā)育。

2、研究方法分析

2.1徑流小區(qū)布設(shè)

為了提升實驗的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，需要設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的徑流小區(qū)。通過總結(jié)和規(guī)劃，徑流小區(qū)設(shè)置在二道嶺的主河道附近。這一地區(qū)的海拔達(dá)到250m左右，小區(qū)的間距為0.5m，而且土層厚度主要可以達(dá)到50-80cm左右。實驗所應(yīng)用的設(shè)備能夠?qū)涤炅亢蛷搅髁窟M(jìn)行全面精準(zhǔn)地監(jiān)測。在降雨之后，研究人員需要及時地對徑流的深度進(jìn)行記錄，并且做好采樣工作。對于泥沙樣本來說，采樣之后需要將其烘干，然后，對泥沙的含量進(jìn)行測量。實驗區(qū)域的總體情況可以從表1中獲得：

2.2指標(biāo)測定與計算方法

（1）保水效應(yīng)和保土效應(yīng)的計算

在實際的保土和保水效應(yīng)計算的過程中，需要對徑流量以及產(chǎn)沙量等因素充分考慮進(jìn)去，而且還需要和當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況進(jìn)行對照分析。一般來說，保水效應(yīng)可以用Cw來表示，保土效應(yīng)主要用CS表示。Wck和Sck為凈流量和含沙量。經(jīng)過計算，保水效應(yīng)為：Cw=（1-W/Wck）×100%；同樣，保土效應(yīng)為：Cs=（1-S/Sck）×100%。

（2）土壤水分物理性質(zhì)的測定

在具體的測量工作中，主要采用的是環(huán)刀法來進(jìn)行測量。采用環(huán)刀法主要是對土壤中的物理成分進(jìn)行測量。含水量的測量方式主要是以烘干法為主。做好水分物理量的測量工作不僅可以為水土流失的整治提供借鑒和參考，還可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高效性。

表1 實驗小區(qū)基本情況

（3）土壤水源涵養(yǎng)效應(yīng)計算

土壤的水源涵養(yǎng)主要包括蓄水容量和有效蓄容兩個方面。對于前者來說，其主要的影響因素是孔隙度和土層的厚度。后者則需要結(jié)合土層厚度以及水體的比重來進(jìn)行計算?？梢?，做好土壤水源各個因素的測定至關(guān)重要。

3、結(jié)果與分析

3.1坡耕地治理措施的保水效應(yīng)

土壤出現(xiàn)水土流失現(xiàn)象的主要因素就是地表徑流，但是由于耕作方式的不科學(xué)以及雨水的沖刷，使得地表徑流不斷出現(xiàn)。土壤和養(yǎng)分不斷流失。因此，在治理的過程中，遵循因地制宜的原則極其重要。采用坡耕地治理的方法不僅可以大大減少地表徑流的數(shù)量，還可以提升土壤總體肥力和營養(yǎng)成分含量。

一般情況下，地表的徑流量和降雨量之間存在著正比例關(guān)系，經(jīng)過治理之后，坡耕地的水土流失程度較之前相比大大降低。由于徑流系數(shù)可以直接反應(yīng)坡面耕地地表的徑流強度，因此，可以直接對徑流系數(shù)和相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行計量。由于研究工作中選擇了四種不同類型的耕地形態(tài)，經(jīng)過測量可以得到以下結(jié)果：地表徑流由強到弱依次為對照、橫壟、地埂植物帶以及水平梯田。從這一排序中可以得出水平梯田的保水作用效果顯著，主要原因是在農(nóng)田修建的時候，沿著等高線進(jìn)行。不僅降低了坡度，還可以降低水體出現(xiàn)徑流的動力，可以充分地保持水土。另外，地埂植物帶主要是以土埂的形式出現(xiàn)，不僅可以攔截徑流，還可以降低坡度。這種方式的應(yīng)用范圍相對較廣。橫壟是一種比較傳統(tǒng)的方式，將其設(shè)置為等高耕種形式是最基本的治理方法。雖然方法比較簡單，沒有多余的輔助工作，但這種方法和坡面的徑流方向相垂直，可以從某種程度上起到攔蓄徑流的作用。

3.2坡耕地治理措施的保土效應(yīng)

土壤流失強弱程度可以根據(jù)產(chǎn)沙量來判定。的實驗過程中，不同形式的產(chǎn)沙量也存在著一定的差異，其中產(chǎn)沙量從高到低依次為對照、橫壟、地埂植物帶、水平梯田。針對不同的耕地形式，采用不同的治理措施之后，產(chǎn)沙量都下降。經(jīng)過測定，保土效應(yīng)和保水效應(yīng)的順序一致，而且保土效應(yīng)的優(yōu)越性更加明顯，直接控制了土壤的侵蝕力度。通過具體的測量，可以得知，根據(jù)國家相關(guān)的土壤侵蝕等級標(biāo)準(zhǔn)，對照和橫壟被定為輕度侵蝕，地埂植物帶和水平梯田是微度侵蝕。但是，在降雨量較大的年份，等級系數(shù)出現(xiàn)了變化。侵蝕程度在提升，產(chǎn)沙量也比較大?？梢姡涤炅刻嵘似赂孛娴那治g程度。

3.3坡耕地治理措施應(yīng)用之后的土壤水源涵養(yǎng)效應(yīng)

土壤水源涵養(yǎng)效應(yīng)是一種綜合指數(shù)的反應(yīng)，包括土壤的整體容重，蓄水程度以及土壤的水土流失程度以及保土保水效應(yīng)等方面。通過治理之后，各項指標(biāo)都得到提升。在進(jìn)行綜合治理之后，土壤中水分物理性質(zhì)得到了質(zhì)的改變，直接影響到土壤的容重。所謂的土壤容重就是指土壤排列的松緊程度，也就是空隙和間隙的大小。對于土壤的透氣性以及持水能力等各種特征都有影響。土壤容重越大，土壤就越緊密，蓄水量就明顯降低。從具體的測定數(shù)據(jù)中可以看出，土壤容重從地埂植物帶到水平梯田再到橫壟，之后到對照，依次排列，地埂植物帶的土壤容重最低。土壤容重較低的土質(zhì)相對比較疏松。但是，經(jīng)過治理之后，不同類型的耕地形式在土壤容重上表現(xiàn)出的差異不是非常明顯。因為，無論是土壤的間隙大小，物理性質(zhì)等都是土壤本身的性質(zhì)，客觀性較強，可改變性就比較小。土壤本身的孔隙情況以及蓄水能力和土壤的蓄水容量以及孔隙之間存在著密切的關(guān)系。而且，采用的治理措施不同蓄水容量也有所差別。從有效的數(shù)據(jù)中可以得到結(jié)論。（見表2）

表2 坡耕地不同治理措施下土壤水源涵養(yǎng)效應(yīng)對比分析

不同治理措施的蓄水容量和有效蓄容均高于對照，其中蓄水容量位于987.4～999.2t/hm2之間，平均值為990.45t/hm2，僅為對照的1.003倍，相差很小，大小排序為地埂植物帶>水平梯田>橫壟>對照，有效蓄容位于504.2～532.0t/hm2之間，平均值為521.8t/hm2，僅為對照的1.035倍，大小排序為地埂植物帶>水平梯田>橫壟>對照。

4、結(jié)論

（1）觀測期間內(nèi)以對照的徑流系數(shù)最大，地表徑流強弱順序為對照>橫壟>地埂植物帶>水平梯田。對照的徑流量為1 164.867m3/hm2，為橫壟的1.14倍，為地埂植物帶的2.86倍，為水平梯田的3.41倍。橫壟的保水效應(yīng)為12.16%，地埂植物帶的保水效應(yīng)為64.98%，水平梯田的保水效應(yīng)為70.6%，不同治理措施的保水效應(yīng)強弱順序為水平梯田>地埂植物地>橫壟>對照。（2）觀測期間內(nèi)，對照的產(chǎn)沙量為40.671t/hm2，為橫壟的1.418倍，為地埂植物帶的2.612倍，為水平梯田的4.467倍。橫壟的保土效應(yīng)為29.46%，地埂植物帶的保土效應(yīng)為61.72%，水平梯田的保土效應(yīng)為77.613%，不同治理措施的保土效應(yīng)強弱順序與保水效應(yīng)得出的結(jié)論相一致，但保土效應(yīng)要優(yōu)于保水效應(yīng)。（3）坡耕地治理措施的土壤水源涵養(yǎng)效應(yīng)與保水保土效應(yīng)得到的結(jié)論并不一致，表現(xiàn)為地埂植物帶優(yōu)于水平梯田，這說明地埂植物帶上種植的檸條更利于土壤結(jié)構(gòu)和孔隙的的改善，因此地埂植物帶的水源涵養(yǎng)效應(yīng)要強于水平梯田。

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