東北黑土區(qū)農(nóng)田侵蝕溝填埋復(fù)墾工程技術(shù)

張興義, 祁 志， 張晟旻， 李 浩， 杜書立， 胡 偉， 丁 超， 韓 興?

(1.中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，150081，哈爾濱；2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，130118，長春； 3.中國科學(xué)院大學(xué)，100049，北京)

溝道侵蝕是土地退化的最嚴(yán)重的表現(xiàn)[1]，其危害表現(xiàn)在損毀土地，造成土地支離破碎，阻礙機(jī)械行走，降低機(jī)械作業(yè)效率，致使區(qū)域生態(tài)惡化，人們生產(chǎn)、生活甚至生命受到傷害[2]。據(jù)全國第1次水利普查侵蝕溝專項(xiàng)調(diào)查，東北黑土區(qū)是我國除黃土高原外溝道侵蝕最為嚴(yán)重的區(qū)域，現(xiàn)有>100 m侵蝕溝數(shù)量為29.6萬條[3]。另據(jù)調(diào)查，尚有相近數(shù)量<100 m的侵蝕溝，侵蝕溝總數(shù)量高達(dá)60萬條，僅侵蝕溝道自身就損毀土地5 000 km2以上[4-5]。東北黑土區(qū)溝道侵蝕的顯著特征是多為近代新成溝、發(fā)展溝、耕地中溝，呈發(fā)展危害加劇的態(tài)勢[6-7]，嚴(yán)重削減了作為我國最大商品糧生產(chǎn)基地的東北黑土區(qū)糧食可持續(xù)生產(chǎn)和生態(tài)安全能力[8]。東北黑土區(qū)侵蝕溝的治理得到了國家的充分重視，2017年國家啟動(dòng)了東北黑土區(qū)侵蝕溝治理專項(xiàng)工程，使侵蝕溝得以規(guī)?；卫?。

溝道侵蝕最佳途徑是預(yù)防，其次是生態(tài)防治，均需將部分耕地轉(zhuǎn)換為林草地[9-10]；然而，我國由于人口眾多，不能單純走生態(tài)治理的道路，需利用與保護(hù)、糧食生產(chǎn)與生態(tài)保護(hù)等協(xié)調(diào)發(fā)展。形成于耕地中的侵蝕溝，如采取傳統(tǒng)的修筑溝頭跌水、溝底谷坊、栽植水保林的生態(tài)修復(fù)模式，雖實(shí)現(xiàn)了溝道穩(wěn)固、植被恢復(fù)、功能提升的生態(tài)治理目標(biāo)，但溝道侵蝕造成田塊破碎、機(jī)械不能通過、損毀耕地等弊端未能解決，對東北黑土侵蝕區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、維持糧食產(chǎn)能、保障糧食安全未能發(fā)揮應(yīng)有的作用[11]。鑒于多發(fā)育于耕地中的侵蝕溝形成時(shí)間短、小，易于治理[12]，充分利用作物秸稈資源豐富和機(jī)械化的優(yōu)勢，在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的支持下，探索建立通過秸稈填埋實(shí)現(xiàn)溝毀耕地再造，恢復(fù)墾殖，變溝道地表匯流為地下暗管導(dǎo)排，填埋后不再重新成溝，創(chuàng)新研發(fā)的獨(dú)具東北特色的侵蝕溝復(fù)墾新技術(shù)，已獲得了國家授權(quán)發(fā)明專利，編制了地方技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，正在東北黑土區(qū)水土保持生態(tài)治理工程中應(yīng)用，深受農(nóng)民歡迎[4]，是實(shí)現(xiàn)秸稈資源利用、黑土地保護(hù)、國土整治、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)保障措施，還可被我國其他生態(tài)類型區(qū)侵蝕溝治理所借鑒。

1 工程原理

東北農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有地塊大、大機(jī)械作業(yè)、集約化種植等特點(diǎn)。為了滿足大機(jī)械化作業(yè)，以往對形成于耕地中的侵蝕溝多就地取土填埋，但溝線仍為匯水線，夏季暴雨新成的股流沖刷，單純用土填埋的再次成溝，周而反復(fù)，耕地中侵蝕溝治理成為困擾當(dāng)?shù)赝恋毓芾碚叩闹饕y題，也是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展必須破解的問題。通過填埋消除耕地的侵蝕溝，恢復(fù)墾殖，保障機(jī)械行走，必須解決2個(gè)問題：一是填埋材料，二是填埋后穩(wěn)固不再成溝。

東北黑土區(qū)是我國最大的玉米產(chǎn)區(qū)，在禁燒的形勢下秸稈如何利用成為當(dāng)前的熱點(diǎn)。嘗試著將秸稈直接填入侵蝕溝，再利用機(jī)械上層覆土，但發(fā)現(xiàn)填埋后的侵蝕溝表土極易塌陷，再次成溝。發(fā)現(xiàn)問題主要源于秸稈過于疏松，在上層覆土的重力作用下壓塌，加之降雨時(shí)泥水極易進(jìn)入秸稈空隙，穩(wěn)定性差。隨著秸稈打捆機(jī)的出現(xiàn)和普及，利用打捆機(jī)將秸稈擠壓成緊實(shí)的方塊，擺放到侵蝕溝后，實(shí)施的效果顯著改善，滿足了填埋后機(jī)械通行的功能。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)填埋后的侵蝕溝位在第2年雨季多打出淺溝，原溝道處種植的作物沖毀，需秋耕時(shí)填土恢復(fù)；秸稈只在溝道區(qū)填埋，未與下游排水溝連通，秸稈層水過飽和，在下游溢出地表；對于大中型侵蝕溝，再次成溝，復(fù)墾效果較差。分析得出，原溝道之所以發(fā)育形成侵蝕溝，是由于超出了侵蝕溝發(fā)生臨界條件，匯水形成股流在填埋處只有很少部分滲入秸稈層，仍是侵蝕溝形成的外營力。削減地表徑流，減小地表沖刷，阻止溝道形成，是侵蝕溝復(fù)墾成功與否的關(guān)鍵。借鑒東北黑土區(qū)“魚眼泡”滲井和暗管排水的原理，增設(shè)暗管導(dǎo)排水系統(tǒng)，多點(diǎn)試驗(yàn)示范結(jié)果顯示，除極少數(shù)比降較大的區(qū)段有少許淺溝出現(xiàn)外，復(fù)墾后的溝道位土體穩(wěn)定，作物能夠很好地生長，達(dá)到復(fù)墾目標(biāo)。

本侵蝕溝復(fù)墾工程原理為利用侵蝕溝道附近作物收獲后的秸稈，打包后填充到溝道內(nèi)，上層覆土，覆土厚度要兼顧有利于徑流垂直入滲和作物種植的需求；將原溝道位匯集的地表徑流通過表土入滲和滲井垂直導(dǎo)入地下暗管，由暗管將匯流導(dǎo)出到下游排水溝中，消除或削減地表徑流沖刷，復(fù)墾后不再形成新的侵蝕溝，以此實(shí)現(xiàn)溝毀耕地再造，恢復(fù)墾殖。核心關(guān)鍵技術(shù)為變地表徑流為地下暗管排水，地表徑流匯集和沖刷是侵蝕溝形成的主要外營力，在填埋的同時(shí)構(gòu)建地下導(dǎo)排水系，削減沖刷，阻止再次形成侵蝕溝。

2 侵蝕溝填埋復(fù)墾工程的組成與主要工序

2.1 工程組成

侵蝕溝填埋復(fù)墾工程主要包含溝道整形、暗管布設(shè)、秸稈打捆、秸稈鋪設(shè)、表層覆土、截流埂修筑、滲井修筑和出口防護(hù)8項(xiàng)工程措施組成。

溝道整形：將侵蝕溝形狀修整成規(guī)整的長方體，其作用一是為秸稈捆緊實(shí)鋪設(shè)創(chuàng)造條件，二是為表層覆土準(zhǔn)備土壤。

暗管布設(shè)：在整形后的溝底鋪設(shè)暗管，溝底需有一定的比降，以利于排水。

秸稈打捆；利用秸稈打捆機(jī)，將收獲后的作物秸稈打成緊實(shí)的方形捆。

秸稈鋪設(shè)：將秸稈作為主要填埋物鋪設(shè)于整形后的侵蝕溝中。

表層覆土：將溝道整形堆放在溝道兩側(cè)的土覆于秸稈捆上方，消除侵蝕溝。

截流埂修筑：在溝線中部，間隔橫向修筑的緩弧形土埂，起到攔截匯流的作用，機(jī)械可行走并耕種。

滲井修筑：在截流埂迎水面修筑方形井，下部與暗管相連，內(nèi)部用碎石填充，表層用粗砂填充。

出口防護(hù)：暗管末端延伸到排水溝，秸稈鋪設(shè)到出口近處，溝道出口處修建寬度不少于2 m的土擋墻或進(jìn)行漿砌石壩體護(hù)坡。

2.2 主要工序

2.2.1 施工要點(diǎn)

1)暗管鋪設(shè)于整形后溝底中部，秸稈層下，暗管直徑應(yīng)依據(jù)洪峰流量確定。

2)秸稈填埋后上層留出覆土空間。

3)表層覆土來自于溝道整形從溝道中開挖的土。

4)溝道整形寬度依據(jù)侵蝕溝的自然寬度可分成若干寬度區(qū)段。

5)整形后的溝道深度和寬度應(yīng)滿足覆土量需求。

6)截流埂和滲井的布設(shè)應(yīng)依據(jù)復(fù)墾溝洪峰流量和復(fù)墾后溝道區(qū)域入滲能力設(shè)計(jì)。

2.2.2 主要工序

1)侵蝕溝測量。

對欲復(fù)墾的侵蝕溝進(jìn)行勘測，是設(shè)計(jì)的重要前提?，F(xiàn)代科技的發(fā)展為侵蝕溝勘測提供快速、便捷、高精度測量手段。有條件的建議采用無人機(jī)和差分RTK組合的天地一體化測量。具體為2 000萬像素以上的無人機(jī)航拍，飛行高度100 m，照片重疊率控制在60%以上，地面控制點(diǎn)5個(gè)，采用差分RTK地面控制點(diǎn)精準(zhǔn)測量，航測精度可達(dá)30 cm以內(nèi)，繪制比例1∶2 000以上的地形圖。由于侵蝕溝易受植被覆蓋影響，野外調(diào)查時(shí)間選在4—6月；此外無人機(jī)航測易受春季大風(fēng)影響，無人機(jī)航拍時(shí)間選在每天早晨05：00—08：00。無人機(jī)航測獲取的是帶有空間信息的照片，應(yīng)用無人機(jī)和RTK獲取調(diào)查侵蝕溝航拍影像及全貌圖，并應(yīng)用立體攝影測量軟件PIX4D，結(jié)合RTK控制點(diǎn)高精度數(shù)據(jù)的校對和配準(zhǔn)，生成匯水區(qū)及溝道的面積、坡度、土地利用等信息。應(yīng)用無人機(jī)和RTK測量數(shù)據(jù)，建立調(diào)查侵蝕溝及匯水區(qū)的三維模型，后期在室內(nèi)應(yīng)用ArcGIS等地理信息系統(tǒng)軟件，從三維模型上獲取侵蝕溝的三維信息，開展治理措施的大小尺寸及空間分布等設(shè)計(jì)，繪制三維數(shù)字化侵蝕溝治理模式圖。無法直接測量的，需采用1∶1萬地形圖計(jì)算。溝道形狀采用沿溝道每隔20 m直接測量溝道橫斷面寬和深，繪制溝道橫斷面圖。

2)排水量測算。

計(jì)算溝道線洪峰流量，作為排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)，采用10年一遇6 h最大降水強(qiáng)度公式(1)計(jì)算：

Qm=16.67φqA。

(1)

式中：Qm為設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；φ為徑流系數(shù)，復(fù)墾溝集水區(qū)均為坡耕地單一土地利用方式時(shí)，取值0.4～0.6；有2種或2種以上不同地表種類時(shí)，應(yīng)按不同地表種類面積加權(quán)求得平均徑流系數(shù)，具體取值見GB 51018—2014《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中表A.4.1-1；q為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期和降雨歷時(shí)內(nèi)的平均降雨強(qiáng)度，mm/min；有10年以上自記雨量計(jì)資料時(shí)，應(yīng)利用實(shí)測資料整理分析得到設(shè)計(jì)重現(xiàn)期的降雨強(qiáng)度。當(dāng)缺乏自記雨量計(jì)資料時(shí)，依據(jù)當(dāng)?shù)亟涤陱?qiáng)度等值線圖取值，取值范圍為1.5～2.0；A為集水面積，km2。

3)溝道整形。

將侵蝕溝修整成利于暗管和秸稈捆鋪設(shè)的形狀，整形溝道線基于大彎就勢小彎取直的原則，應(yīng)沿復(fù)墾前的溝道自然線確定整形溝道線，依據(jù)表層覆土50 cm所需土量和溝道截面設(shè)計(jì)特征，分段確定整形后的溝深和溝寬，溝線設(shè)置見圖1。

①壟及壟向Ridge and its direction； ②等高線Contour line； ③原溝岸線 Original line of gully bank；④整形后溝岸線Reformed line of gully bank；⑤水流方向Direction of water flow. 圖1 整形溝岸線設(shè)置示意圖Fig.1 Schematic of the reformed gully line

整形挖土采用機(jī)械沿線并按標(biāo)志樁設(shè)定深度和寬度將侵蝕溝道修整成長方體溝道，溝壁筆直；挖掘出的土壤應(yīng)分層次堆放溝岸處，表土在下，底土在上，溝道整形見圖2。

①整形前溝坡土體Soil body before gully reformed； ②挖出土體堆放位置Stowed location of dug soil；③原溝坡表土線Original line of gully slope；④整形后溝壁線Reformed line of gully slope；K整形后溝寬Gully width after gully reformed；H 整形后溝深Gully depth after gully reformed.圖2 溝道整形橫斷面示意圖Fig.2 Cross-sectional schematic of the reformed gully

4)暗管布設(shè)。作為地下排水通道的暗管鋪設(shè)于整形后溝道底部中央位置，溝底比降不應(yīng)<2%；暗管應(yīng)選取塑料材質(zhì)抗壓耐腐的螺紋管或盲管；暗管上開有水分進(jìn)入的空隙，對于無孔螺紋管，應(yīng)在螺紋管中上部縱橫間隔5 cm鉆直徑為0.5～1.0 cm孔；暗管管徑應(yīng)滿足設(shè)計(jì)洪峰流量Qm排漬流量要求，宜取200 mm，排漬流量要求不能滿足時(shí)，增加管徑；鋪設(shè)前應(yīng)包透水阻土等雜質(zhì)進(jìn)入的土工布；暗管連接處用防腐的金屬線連接，并用土工布包封。

5)秸稈打捆。是利用秸稈打包機(jī)打成符合設(shè)計(jì)要求的秸稈捆。秸稈宜選麥秸和玉米秸稈，也可用水稻和大豆秸稈；打捆前需先經(jīng)機(jī)械破碎；秸稈需打成緊實(shí)的方形捆，單秸稈捆應(yīng)控制在總重量不>50 kg，便于人工搬運(yùn)碼放，密度不<230 kg/m3；捆綁繩應(yīng)采用耐腐爛抗拉能力不<50 kg的材質(zhì)繩。

6)秸稈鋪設(shè)。是將秸稈捆均勻緊實(shí)碼放于整形后侵蝕溝體中下部。秸稈捆沿侵蝕溝道的一端開始鋪設(shè)，最底層先橫向緊挨暗管鋪設(shè)，第2層先在暗管正上方橫向鋪設(shè)一個(gè)秸稈捆，此后依次鋪設(shè)，應(yīng)遵循同層秸稈捆橫豎兼顧，不同層秸稈錯(cuò)位布設(shè)，碼放緊湊，秸稈層厚度應(yīng)為整形后溝道深度減去0.5 m土層厚度，且應(yīng)為秸稈捆高度的倍數(shù)，暗管布設(shè)和秸稈鋪設(shè)見圖3。

①秸稈捆Straw bundle；②暗管Conceal conduit.圖3 暗管布設(shè)和秸稈鋪設(shè)示意圖Fig.3 Schematic of conceal conduit and straw bundle laying

7)表層覆土。將溝道整形挖掘堆放在溝道兩側(cè)的土回填到秸稈層上，消除侵蝕溝。逐層回填，先回填下層生土，最后回填原表土；填埋處機(jī)械壓實(shí)后表土應(yīng)高出地面10 cm～20 cm，為自然沉降留出空間，表層覆土見圖4。

①秸稈捆Straw bundle；②暗管Conceal conduit；③回填土Refilled soil.圖4 回填土鋪設(shè)示意圖Fig.4 Schematic of soil refilled

8)截流埂和滲井布設(shè)。復(fù)墾后溝道區(qū)仍為田塊的匯流區(qū)，易發(fā)生超滲產(chǎn)流，需設(shè)計(jì)修筑截流埂和滲井，截流埂和滲井為一組合攔導(dǎo)水設(shè)施，截流埂橫向修筑于溝道位，攔截匯流，其迎水面布設(shè)滲井，垂直向下導(dǎo)水。依據(jù)設(shè)計(jì)洪峰流量的導(dǎo)排水能力設(shè)定修筑截流埂和滲井的數(shù)量，數(shù)量以能夠?qū)R流及時(shí)導(dǎo)入溝中為準(zhǔn)。依據(jù)設(shè)計(jì)的位置，應(yīng)先行在下端修筑高50～100 cm寬不<2 m的橫向弧形土埂，起攔截徑流作用的同時(shí)便于機(jī)械通過和作物種植；在截流埂的迎水側(cè)暗管上方利用秸稈捆疊成中空的方井，滲井橫向?qū)挷灰顺^溝寬，縱向長不宜超過1 m；內(nèi)填碎石，上鋪設(shè)約 20 cm左右厚的沙層，過濾泥沙。截流埂和滲井組合系統(tǒng)布設(shè)見圖5。

①秸稈捆Straw bundle；②暗管Conceal conduit；③回填土Refilled soil；④沙層 Sandy layer；⑤碎石層 Breadstone layer；⑥截留埂 Earth bund.圖5 截留埂和滲井組合系統(tǒng)布設(shè)示意圖Fig.5 Schematic of the earth bund and seepage pit system

9)出口防護(hù)。暗管需一直延伸到農(nóng)田排水溝渠或自然溝道處，保證排水暢通，需對暗管出口加固。溝口端需填埋至少橫向1 m厚的壓實(shí)土體，也可修筑漿砌石護(hù)坡墻體防護(hù)。

3 案例分析與工程應(yīng)用前景

3.1 應(yīng)用效果

1) 應(yīng)用案例。

為了驗(yàn)證完善后的工程效果，在典型黑土帶的中部，漫川漫崗黑土區(qū)核心地帶，松嫩平原糧食核心產(chǎn)區(qū)，也是溝道侵蝕嚴(yán)重區(qū)域的黑龍江省海倫市前進(jìn)鄉(xiāng)光榮村(E 126°49′56.71″，N 47°21′22.52″)，建設(shè)一條秸稈填埋復(fù)墾試驗(yàn)示范溝。侵蝕溝為發(fā)育于耕地中的小型溝，溝下端與橫向交叉的一條大型溝連接，切溝長280 m，寬約3 m，深1.5 m，上端與2條分叉的淺溝相連，淺溝長各約100 m，達(dá)分水嶺處。土壤屬典型黑土，黑土層厚度約30 cm，過渡層40 cm，下為母質(zhì)層，深約8 m。橫坡壟作，種植作物為玉米和大豆。

秸稈打捆：秸稈來源于溝周圍2 km內(nèi)的玉米地，聯(lián)合收割機(jī)收獲后，玉米秸稈被粉碎后均勻拋撒于地表，利用秸稈打捆機(jī)收集打捆，打捆繩采用耐腐爛的塑料繩，盡量打成最為緊實(shí)，秸稈捆規(guī)格隨打捆機(jī)定，設(shè)為40 cm×50 cm×60 cm，緊實(shí)度控制在不<230 kg/m3。

溝道整形：依據(jù)溝道自然形狀，將整形后的溝寬設(shè)定為3.5 m和2 m兩個(gè)寬度，采用日立120挖掘機(jī)，將前者挖成長120 m深2.0 m和后者長160 m深1.5 m 2個(gè)矩形斷面溝段。

暗管布設(shè)：暗管選取塑料排水盲管，管壁是由塑料絲編織而成，透水性極佳，外部土工布包裹，單管長2 m，管間用帶皮金屬線連接，直至溝底出水口，溝底比降3%～5%。

秸稈填埋：下端寬體段秸稈捆鋪設(shè)3層，上端窄體段秸稈捆鋪設(shè)2層。

攔截埂和豎井：共布設(shè)2道，分別位于距溝尾120 m和200 m處，單井規(guī)格2 m×1 m，內(nèi)填直徑2 cm左右的碎毛石，上覆約20 cm厚的粗沙。

出口防護(hù)：以暗管出口為中心，修筑磚混擋墻。

修復(fù)溝毀耕地再造面積740 m2，工程投資2.53萬元，每再造1 m2耕地35元。工程量見表1，復(fù)墾后效果見圖6。

填埋后的原侵蝕溝位田面全部恢復(fù)了作物種植，保證了農(nóng)業(yè)機(jī)械通行。除封凍外，暗管連續(xù)排水，降雨期增大。在2018年的豐水年，也未重新成溝，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，取得了預(yù)期效果，實(shí)現(xiàn)了溝毀耕地再造。

表1 示范溝復(fù)墾工程量Tab.1 Rehabilitation engineering amount of demonstration gully

圖6 侵蝕溝填埋后的耕地Fig.6 Farmland after gully refilled by straw and soil

2) 區(qū)域應(yīng)用。

東北黑土區(qū)當(dāng)前已成為國家重大的商品糧基地，成為保障國家糧食安全的“壓艙石”，鑒于長期高強(qiáng)度掠奪式經(jīng)營，導(dǎo)致的黑土退化，尤其是水土流失導(dǎo)致的黑土層變薄，溝毀耕地，嚴(yán)重威脅著東北糧食產(chǎn)能，近幾年，國家相繼啟動(dòng)了黑土地保護(hù)試點(diǎn)工程、東北黑土區(qū)侵蝕溝治理專項(xiàng)工程、黑土地整治工程、秸稈綜合利用工程等，以實(shí)現(xiàn)東北農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。侵蝕溝填埋復(fù)墾技術(shù)已被納入上述工程，在黑龍江省寧安黑土地保護(hù)試點(diǎn)、遼寧省開原市侵蝕溝治理專項(xiàng)、黑龍江省紅光農(nóng)場黑土地整治工程中得以規(guī)模化應(yīng)用，深受所在地農(nóng)民的歡迎，截至目前，已在東北累計(jì)修復(fù)耕地中的侵蝕溝300余條，再造耕地近1.33 km2[4]。

圖7 黑龍江省引龍河農(nóng)場耕地中侵蝕溝及可復(fù)墾侵蝕溝Fig.7 Gullies and rehabilitated gullies in the farmland of Yinlonghe State Farm, Heilognjiang province

3.2 應(yīng)用前景

1) 適用范圍。

侵蝕溝的發(fā)育取決于其臨界條件，由其匯水面積和坡度決定[13-14]。填埋復(fù)墾后的侵蝕溝臨界條件沒有改變，在未采取坡面水土流失防治措施的前提下，溝道匯流量并未改變，仍存在重新發(fā)育侵蝕溝的可能，因此減弱或消除地表徑流沖刷是復(fù)墾成功與否的關(guān)鍵。本侵蝕溝復(fù)墾工程技術(shù)采取的解決途徑一是通過控制表土覆蓋厚度增加修復(fù)溝道區(qū)滲水速率，二是修筑滲井和布設(shè)暗管導(dǎo)排水系統(tǒng)，變地表徑流為地下暗管排水，以此實(shí)現(xiàn)減弱或消除地表沖刷，阻止再次成溝，達(dá)到修復(fù)溝毀耕地，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)墾的目的。然而該導(dǎo)排水能力不可能無限大，首先表層覆土不能過厚或過薄，厚度愈薄，土壤水入滲能力愈強(qiáng)，但不利于作物種植，也不抗機(jī)械碾壓；覆土過厚，雖有利于作物種植和機(jī)械行走，但降低了水入滲能力。通過廣泛調(diào)研和田間實(shí)測，最后將表層厚度確定為50 cm為佳。滲井和布設(shè)暗管導(dǎo)排水能力也受滲井?dāng)?shù)量、暗管直徑、暗管比降等限制。

溝道匯水量是本工程是否適用的關(guān)鍵衡量指標(biāo)。自然形成的侵蝕溝大小與侵蝕溝匯流量極其相關(guān)，即侵蝕溝的大小可直觀反映匯流量?；诮斩捥盥窈笮Ч恼{(diào)查，小型溝能夠滿足排水量要求，同時(shí)為了便于實(shí)施者的選取，以溝道大小和溝深作為適用判定指標(biāo)，適用復(fù)墾的侵蝕溝需滿足：①水土流失嚴(yán)重地區(qū)的淺溝和中小型切溝，包括坡耕地中、耕地邊、道路邊等股流較小的侵蝕溝或支溝，不宜在大型溝應(yīng)用；②侵蝕溝深度不超過2 m；③侵蝕溝所在地土層厚度不<1 m。

2)應(yīng)用前景。

東北黑土區(qū)侵蝕溝以中小型為主，且多形成于耕地中，為本工程的應(yīng)用提供了廣闊空間。以技術(shù)發(fā)源地黑龍江省引龍河農(nóng)場為例，耕地面積2.3萬hm2，實(shí)測侵蝕溝447條，溝毀耕地面積92 hm2，占總耕地的0.4%。依照工程適用條件，396條可復(fù)墾，占侵蝕溝總數(shù)量的88.6%；可再造耕地77.2 hm2，占總溝毀耕地面積的83.9%(圖7)。以每m2工程造價(jià)50元計(jì)，需投入資金3 860萬元。以每hm2年種植糧食收益1.2萬元計(jì)，需41年收回成本。雖單純經(jīng)濟(jì)回報(bào)期較長，但每年可增收糧食69.5萬kg，實(shí)現(xiàn)秸稈還田70萬t，尤其是解決了侵蝕溝阻礙大機(jī)械作業(yè)的問題，對保障現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)保護(hù)工作有效推進(jìn)乃至化解社會(huì)糾紛起到積極的作用。

侵蝕溝填埋復(fù)墾工程是一項(xiàng)東北黑土區(qū)獨(dú)具特色的涵蓋水土保持、農(nóng)田生態(tài)修復(fù)、土地整理、糧食產(chǎn)能建設(shè)、資源高效利用及鄉(xiāng)村振興的創(chuàng)新技術(shù)體系，可應(yīng)用性強(qiáng)。通過侵蝕溝復(fù)墾，有如下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了耕地整理，增加了耕地面積提高糧食產(chǎn)量；平整了土地，解決了農(nóng)機(jī)行走問題，提高了農(nóng)機(jī)效率；創(chuàng)建了秸稈還田新模式，保護(hù)了環(huán)境，減少碳排放和霧霾的形成；修復(fù)了耕地，避免了用地矛盾，有利于社會(huì)和諧；實(shí)現(xiàn)了坡耕地水保高效種植，保障了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。被地方管理者和農(nóng)民接受，應(yīng)用前景廣。

國家給東北的首要任務(wù)是保證國家糧食安全，要求面積不能少，黑土不退化。東北黑土區(qū)勢必面臨糧食生產(chǎn)的長期高壓態(tài)勢，所以只能走保護(hù)性利用的可持續(xù)發(fā)展道路，修復(fù)受損耕地。退化黑土保育是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要途徑。據(jù)測算，東北黑土區(qū)60萬條侵蝕溝中，20萬條上的侵蝕溝可通過本工程措施修復(fù)，可再造并恢復(fù)耕地1 333 km2，增糧6億kg/a，對保障國家糧食需求起到應(yīng)有的作用。此外，本工程還可適用于我國其他生態(tài)類型區(qū)，可供溝毀耕地修復(fù)工程所借鑒。

4 結(jié)論

1)變地表徑流為地下導(dǎo)排水系統(tǒng)是溝毀耕地再造的關(guān)鍵。將草地和森林開墾為農(nóng)田，導(dǎo)致匯流量增大、匯流時(shí)間短、沖刷力增強(qiáng)是侵蝕溝形成的根本原因。在土地利用不改變的前提下，填埋消除侵蝕溝，并未消除侵蝕溝發(fā)生的流水動(dòng)能，溝道仍會(huì)重新發(fā)育。通過工程措施，削弱徑流動(dòng)能，是阻止侵蝕溝形成的根本途徑。筆者所構(gòu)建的秸稈填埋侵蝕溝復(fù)墾工程，組建了地表垂直入滲、滲井+暗管導(dǎo)排水體系，極大地削弱了地表沖刷，不再形成沖刷溝，使得填埋復(fù)墾得以實(shí)現(xiàn)。

2)耕地中的侵蝕溝可通過秸稈填埋實(shí)現(xiàn)溝毀耕地再造復(fù)墾。侵蝕溝不但損毀耕地，減少種植面積，還造成耕地支離破碎，降低農(nóng)機(jī)作業(yè)效率。土地使用者治理需求迫切，每年秋整地時(shí)常以表土回填，多第二年再次沖刷成溝，耕地中的侵蝕溝成為困擾著農(nóng)民的難題。就近利用豐富的秸稈資源，打捆壓實(shí)后緊實(shí)碼放于侵蝕溝，具有不坍塌且有良好的導(dǎo)排水功能。通過表層覆土，消除侵蝕溝，恢復(fù)種植的同時(shí)，保證了機(jī)械行走；因此，秸稈填埋復(fù)墾技術(shù)是一項(xiàng)操作簡單、可復(fù)制、可規(guī)模化應(yīng)用的實(shí)用技術(shù)，已被國家黑土地保護(hù)、侵蝕溝治理、土地整治等重大工程所采納，將成為東北糧食產(chǎn)能和生態(tài)安全建設(shè)的重要措施。