大別山南麓坡耕地水土保持治理模式研究

歐陽曙光，鄭　勇，朱新武，王小群

(1.黃岡市水土保持與農(nóng)田水利科學(xué)研究所，湖北 黃岡 438000；2.黃岡市水利局，湖北 黃岡 438000； 3.羅田縣水土保持局，湖北 羅田 438600；4.英山縣水土保持局，湖北 英山 438700)

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大別山南麓坡耕地水土保持治理模式研究

歐陽曙光1，鄭勇2，朱新武3，王小群4

(1.黃岡市水土保持與農(nóng)田水利科學(xué)研究所，湖北 黃岡 438000；2.黃岡市水利局，湖北 黃岡 438000； 3.羅田縣水土保持局，湖北 羅田 438600；4.英山縣水土保持局，湖北 英山 438700)

水土保持；坡改梯；模式；大別山南麓

在大別山南麓花崗片麻巖黃棕壤地區(qū)，設(shè)置石坎、半石坎、PP織物袋、土坎、土坎+香根草籬和自然坡面等坡改梯模式的標(biāo)準(zhǔn)徑流試驗(yàn)小區(qū)，觀測(cè)降雨量、植被蓋度、土壤侵蝕量等參數(shù)，并對(duì)不同坡改梯模式的投資成本進(jìn)行分析，結(jié)果表明：幾種模式按泥沙攔截效果排序?yàn)槭?PP織物袋坎>半石坎>土坎+香根草籬>土坎>自然坡面。結(jié)合投資成本及田坎穩(wěn)定性分析，建議大力推廣應(yīng)用PP織物袋和土坎+香根草籬兩種坡改梯模式。

近年來，隨著國家水土保持生態(tài)建設(shè)力度的加大，在大別山南麓花崗片麻巖黃棕壤地區(qū)，小流域綜合治理進(jìn)程加快[1]，治理面積每年遞增13%，水土流失治理成效顯著[2]。在各項(xiàng)治理措施投入中，坡改梯占相當(dāng)大的比例[3]，約占項(xiàng)目投資額度的33%，且有相當(dāng)部分是石坎坡改梯。多年的實(shí)踐證明，石坎坡改梯效果確實(shí)好，但因其投入費(fèi)用太大，在治理經(jīng)費(fèi)有限的情況下會(huì)嚴(yán)重地制約治理規(guī)模和治理進(jìn)度。在大別山南麓，按目前石坎坡改梯的治理速度，要完成所有坡耕地改造，還需要35年[4]，這樣的進(jìn)度顯然是不符合新形勢(shì)下水土保持生態(tài)文明建設(shè)要求的。

為尋找更好的費(fèi)省效宏的坡改梯治理模式，我們借鑒國內(nèi)外較成功的坡耕地治理經(jīng)驗(yàn)[5-7]，結(jié)合“革命老區(qū)”水土流失重點(diǎn)治理工程項(xiàng)目，于2014年在羅田縣九房沖村項(xiàng)目區(qū)和英山縣金盆村項(xiàng)目區(qū)，分別在石坎、半石坎、土坎、PP織物袋坎、土坎+香根草等高綠籬模式的坡耕地上布設(shè)了徑流泥沙觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)，并于2015年以自然坡耕地為對(duì)照，試驗(yàn)觀測(cè)了各種坡改梯模式的年度徑流泥沙攔截量及作物生長(zhǎng)量，以此評(píng)價(jià)各措施的治理效果。

1　項(xiàng)目區(qū)概況

九房沖村項(xiàng)目區(qū)位于羅田縣東南部山丘地帶的匡河鎮(zhèn)黃絲鋪小流域。該流域?qū)黉凰蛋咨徍又Я?；植被類型為北亞熱帶常綠闊葉落葉混交林，林草覆蓋率達(dá)到60%以上；氣候類型為亞熱帶季風(fēng)氣候，熱量充足，雨量充沛，多年平均降水量1 355.9 mm，時(shí)空分布不均，年平均氣溫16.7 ℃；土壤類型以黃棕壤為主，水稻土主要分布在河流沿岸及低山丘陵河谷小平畈上；以水力侵蝕為主，水土流失主要發(fā)生在陡坡耕地上。

金盆村項(xiàng)目區(qū)位于英山縣紅山鎮(zhèn)東河小流域，地處大別山南麓腹地，是白蓮河水庫的水源地，地勢(shì)東高西低，有低山、丘陵崗地、河畈等地貌單元。屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均降水量1 447.7 mm，年平均氣溫17 ℃。項(xiàng)目區(qū)天然植被與人工植被共存，以水力侵蝕為主，平均土壤侵蝕模數(shù)3 240 t/(km2·a),順坡耕種等生產(chǎn)活動(dòng)是水土流失加劇的主要原因。

2　坡耕地治理技術(shù)和模式

兩項(xiàng)目區(qū)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)小區(qū)均布設(shè)在23°的坡耕地坡面上，小區(qū)垂直投影面積為5 m×20 m,除了以下5種模式小區(qū)，還設(shè)置了1個(gè)自然坡耕地對(duì)照小區(qū)。

2.1石坎坡改梯

干砌塊石筑坎，坎高1.5 m，田坎坡度85°，田面寬2.78 m。詳見圖1。

圖1　石坎坡改梯斷面圖(單位：cm)

施工放線時(shí)，確定好石坎槽腳位置后，將槽腳以下挖方部分挖至設(shè)計(jì)田面高度，同時(shí)削坡修整保留土坎部分，使其傾角為85°，然后緊挨保留土坎碼砌塊石，當(dāng)塊石砌筑高度超過保留土坎高度后，再邊碼砌邊在石坎內(nèi)膛回填坡面上部挖下來的余土，并筑實(shí)，如此直至設(shè)計(jì)坎高。田面修整后向內(nèi)側(cè)保留1%的反坡，同時(shí)內(nèi)側(cè)設(shè)置深15 cm的排水溝，并順接至小區(qū)邊埂外側(cè)排水溝，便于小區(qū)徑流泥沙能統(tǒng)一收集到設(shè)在小區(qū)下部的沉沙池中。

2.2半石坎坡改梯

半石坎坡改梯設(shè)計(jì)施工與石坎坡改梯大同小異，不同的是：當(dāng)塊石砌筑高度超過保留土坎高度后，不再繼續(xù)加高石坎，而是采用擋板按65°的傾角填筑土坎，土坎筑至設(shè)計(jì)高度后，坎面播撒狗尾草草籽。田面處理及排水溝設(shè)置同石坎坡改梯。詳見圖2。

圖2　半石坎坡改梯斷面圖(單位：cm)

2.3PP織物袋坡改梯

用PP織物袋裝土碼放筑坎，坎高1.5 m，田坎坡度70°。詳見圖3。

圖3　PP織物袋坡改梯斷面圖(單位：cm)

施工與石坎坡改梯類似，不同的是將塊石換成袋裝土，同時(shí)田坎傾角放緩至70°。其他的田面處理及排水溝設(shè)置類同石坎坡改梯。

2.4土坎坡改梯

土坎高度1.5 m，田坎坡度65°。詳見圖4。

圖4　土坎坡改梯斷面圖(單位：cm)

土坎施工與半石坎類似，所不同的是：開挖削坡修整后，不用砌筑塊石，控制坡度為65°即可。上部填土筑坎、田面處理、排水溝設(shè)置及播撒草籽類同半石坎坡改梯。

2.5土坎+香根草等高綠籬帶坡改梯

該模式設(shè)計(jì)見圖5。

圖5　土坎+香根草等高綠籬帶坡改梯斷面圖(單位：cm)

土坎施工、田面處理、排水溝設(shè)置及播撒草籽等，完全同土坎坡改梯，不同的是香根草等高綠籬帶的栽植。

國內(nèi)外研究表明，香根草是一種品質(zhì)非常優(yōu)良的水土保持物種，具有根系致密極長(zhǎng)且垂直下扎、莖稈挺拔、種子不育、分蘗但不蔓延、耐旱、耐澇、耐鹽堿、易移栽、易鏟除、不與帶間作物競(jìng)爭(zhēng)等特性[7]。2002年，與中科院南京土壤研究所合作，我們已成功將香根草等高綠籬防治水土流失技術(shù)引入大別山南麓地區(qū)。

香根草栽培采用分蔸移植法。先沿整理好的田面外邊緣、土坎頂部按深35 cm、寬15 cm的規(guī)格抽槽，再將已截除莖葉只留20 cm長(zhǎng)的草蔸按5～8根為一叢進(jìn)行分蔸，然后將每叢按10 cm的間距栽植，最后澆足定根水。2014年5月下旬栽種，當(dāng)年7月即形成了根部致密的草籬。為避免草籬生長(zhǎng)過高而對(duì)田面作物產(chǎn)生影響，可視生長(zhǎng)情況對(duì)其進(jìn)行多次刈割，每次只需保留草籬高度20～30 cm即可。

3　觀測(cè)結(jié)果

試驗(yàn)觀測(cè)在九房沖村和金盆村兩個(gè)項(xiàng)目區(qū)同時(shí)展開，試驗(yàn)小區(qū)坡改梯工程完工后田面按當(dāng)?shù)馗髁?xí)慣種植花生；觀測(cè)項(xiàng)目有侵蝕性降雨量、最大30 min降雨強(qiáng)度(I30)、土壤侵蝕量、植被蓋度等幾項(xiàng)參數(shù)。其中：降雨量采用自記雨量計(jì)觀測(cè)；I30采用Rainrecord軟件計(jì)算；侵蝕量采用稱重法和體積測(cè)算法；植被蓋度采用拉線投影法和目估法。各坡改梯徑流試驗(yàn)小區(qū)土壤侵蝕量觀測(cè)結(jié)果見表1。

表1　各種坡改梯試驗(yàn)小區(qū)土壤侵蝕量　kg

從表1可以看出：①綜合九房沖和金盆兩個(gè)項(xiàng)目區(qū)的情況，石坎、半石坎、PP織物袋坎、土坎、土坎+香根草籬等坡改梯模式和自然坡耕地的年土壤侵蝕模數(shù)分別為629、1 004、661、1 501、1 080和4 903 t/km2；②與自然坡耕地相比，無論哪種坡改梯模式都能明顯減少水土流失量；③各坡改梯措施降低土壤流失量的效果為石坎>PP織物袋坎>半石坎>土坎+香根草籬>土坎坡改梯。

另據(jù)試驗(yàn)小區(qū)觀測(cè)資料分析：土壤侵蝕量與降雨量、30分鐘雨強(qiáng)存在著顯著正相關(guān)；土壤侵蝕量與植被蓋度呈負(fù)相關(guān)，即蓋度越高侵蝕量越低。

4　坡改梯投資成本分析

不同坡改梯模式的投資額見表2。

表2　不同坡改梯模式投資比較　萬元/hm2

5　結(jié)　論

(1)坡改梯后當(dāng)年即可顯著減輕坡耕地水土流失量，因此在小流域綜合治理項(xiàng)目中，坡改梯措施是一項(xiàng)極其重要的首選措施。

(2)在幾種坡改梯模式中，石坎坡改梯防治水土流失效果雖然最好，但其投資成本太高，在資金投入有限的情況下，往往會(huì)受到限制。這一模式適用于重點(diǎn)工程、高標(biāo)準(zhǔn)示范工程及土壤地質(zhì)條件極不穩(wěn)定區(qū)域的治理活動(dòng)。

(3)半石坎坡改梯防治效果比較好，適用于投資有限、坡面土體松散、基礎(chǔ)不穩(wěn)的坡耕地治理項(xiàng)目。

(4)PP織物袋坎坡改梯投資少，防治效果也很好，就短期來看極具應(yīng)用推廣價(jià)值。但由于試驗(yàn)觀測(cè)時(shí)間太短，PP織物袋的抗風(fēng)化性及其擋墻的穩(wěn)定性還有待時(shí)間的檢驗(yàn)。

(5)土坎坡改梯雖然防治效果較差，但與自然坡耕地相較防治效果還是很明顯的，并且投資成本較低，對(duì)于低山丘陵區(qū)坡耕地大規(guī)模的治理活動(dòng)，尤其是在財(cái)力資金不充足的情況下，仍不失為一種值得大力推廣的治理模式[9]。

(6)土坎+香根草籬坡改梯的投資成本較低，其防治效果比較好。就本試驗(yàn)而言，其后續(xù)防治效果還沒有完全顯現(xiàn)出來，根據(jù)黃欠如、程洪等[10-11]研究，香根草致密極長(zhǎng)的垂直根系對(duì)提高土坡的穩(wěn)定性有顯著效果，建議大力推廣應(yīng)用該模式。

[1] 白人樸，徐榮安，馮勇，等.大別山區(qū)綜合發(fā)展戰(zhàn)略研究[R].北京：北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)，1990:95-96.

[2] 趙愛軍.小流域綜合治理模式研究[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005：58-59.

[3] 張新玉，楊元輝.我國水土保持小流域綜合治理模式研究[J].中國水利：水土保持特刊，2011(12):58-61.

[4] 王漢相，張曙光，歐陽曙光，等.大別山南麓水土保持綜合治理可行性研究報(bào)告[R].黃岡：黃岡市水土保持與農(nóng)田水利科學(xué)研究所，1999：6-7.

[5] 李瑯環(huán)，劉建華.“梯-畜-沼-果”立體種養(yǎng)模式在紅安縣水土保持世行貸款項(xiàng)目中的應(yīng)用[J].中國水土保持，2014(3):16-18.

[6] 王寶林.隆回縣坡耕地治理技術(shù)[J].中國水土保持，2013(3):37-38.

[7] 李光錄，柳詩眾，鄧民興，等.PP織物袋梯田筑坎技術(shù)在陜南秦巴山區(qū)的應(yīng)用[J].中國水土保持，2011(11):29-30.

[8] 蔣冬榮，張新生，漆光成,等.香根草的引種與應(yīng)用[J].廣西園藝,2008， 19(1):30-31.

[9] 鄭曉風(fēng).秦州區(qū)梯田土坎穩(wěn)定性及保護(hù)利用研究[J].甘肅水利水電技術(shù)，2009,45(11):62-63.

[10] 黃欠如，章新亮，李清平,等.香根草籬防治紅壤坡耕地侵蝕效果的研究[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2000，13(2):40-44.

[11] 程洪，蔡儒珍. 公路工程中的香根草等高植物籬護(hù)坡技術(shù)[J].華東公路，2003,140(1)：45-47.

(責(zé)任編輯張培虎)

S157.2

A

1000-0941(2016)08-0013-03

歐陽曙光(1964—)，男，湖北浠水縣人，教授級(jí)高級(jí)農(nóng)藝師，學(xué)士，主要從事水土保持、生態(tài)環(huán)境修復(fù)等方面的研究工作。

2015-12-24