東北黑土區(qū)溝道侵蝕現(xiàn)狀及其防治對策

張興義，劉曉冰

（中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所黑土區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)重點實驗室，哈爾濱 150081）

0 引 言

黑土以富含有機質(zhì)潛在肥力高而著稱，是地帶性土壤，主要發(fā)育形成于溫帶大陸性草原。全球共有集中分布的四大片黑土，總面積916萬km2。北半球的三大片黑土，主要位于40°～54°N間，其中，北美290萬km2，東歐182萬km2，中國東北35萬km2；南半球的一大片黑土位于27°～40°S間，主要分布于阿根廷潘帕斯大草原，面積106萬km2[1]。黑土分布區(qū)氣候溫暖潮濕，夏季雨熱同季，地勢起伏較小，適于連片種植。目前四大片黑土地均以糧食生產(chǎn)為主，對世界糧食安全起著重要的保障作用[2]。中國東北黑土主要分布于松嫩平原，開墾前表層0～20 cm土壤有機質(zhì)含量北部高達80～100 g/kg，南部50～60 g/kg[3]，是中國農(nóng)田土壤有機質(zhì)含量最高的土壤，開墾歷史僅有百余年，墾殖率高達70%以上[4]。東北耕地面積和糧食產(chǎn)量各占全國總量的1/4，由于地廣人稀，商品糧占全國總量的1/3，是中國最大的商品糧基地，被譽為“耕地中的大熊貓”，承擔著國家糧食安全“壓艙石”的重任[5]。

東北黑土區(qū)典型的地形地貌為漫川漫崗，坡緩坡長，匯水區(qū)面積大[2]，農(nóng)耕的區(qū)域特點是采用壟作，且多為順坡/斜坡壟作，夏季集中降雨，降雨匯集到壟溝后，徑流沿壟向沖刷表土，易發(fā)生水土流失[6]，具體表現(xiàn)為坡面侵蝕和溝道侵蝕，嚴重損傷黑土坡耕地糧食生產(chǎn)能力，已成為當前區(qū)域糧食生產(chǎn)的最主要危害[7]。

Zhang等[8]遙感解譯得出，東北黑土區(qū)旱作耕地占總耕地面積的80%，其中86%的坡度＞0.5°，存在不同程度的水土流失。通過對坡耕地長期監(jiān)測結(jié)果顯示，黑土層因水力侵蝕年變薄速率為2～3 mm，黑土層厚度已由墾前的50～60 cm變薄為30 cm，已有10%的耕地黑土層侵蝕殆盡[2,9]。且漫川漫崗黑土區(qū)侵蝕嚴重的坡耕地耕層土壤有機質(zhì)含量下降速率高達13.5‰，遠高于區(qū)域平均5‰的下降速率[7]，因此，坡耕地水土流失已成為黑土退化的最主要驅(qū)動因素。黑土質(zhì)量的快速下降，加之坡耕地平均10%的地表徑流損失所導致的水分脅迫作用，導致糧食產(chǎn)能喪失10%以上[2]。

作為水土流失的另一表現(xiàn)形式的溝道侵蝕在東北黑土區(qū)同樣嚴重，據(jù)2013年水利部利用全國第一次水利普查的蝕溝專項調(diào)查結(jié)果，東北黑土區(qū)是中國除黃土高原外溝道侵蝕最為嚴重的區(qū)域[10]，主要發(fā)生于已墾坡耕地中，除損毀耕地減少耕地面積外，其最主要的危害是造成耕地支離破碎，阻礙機耕作業(yè)，不利于機械化集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)程度相對較高的黑土農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，嚴重阻礙了區(qū)域農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展[11-12]。

東北黑土區(qū)無論是研究還是治理起步均較晚，但明顯有別與其他區(qū)域的侵蝕溝，受水力、凍融、融雪、重力等多外引力耦合疊加驅(qū)動[6]，88.7%的侵蝕溝為發(fā)展溝，呈發(fā)展危害加劇的態(tài)勢[10]，關(guān)注黑土區(qū)溝道侵蝕過程及機理較多，防治措施與效果評價少[13]。東北黑土區(qū)嚴重的水土流失尤其是溝道侵蝕得到了國家充分重視，“十三五”同步啟動國家重點研發(fā)計劃“東北黑土區(qū)侵蝕溝生態(tài)修復關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與集成示范”科技項目和“東北黑土區(qū)侵蝕溝治理專項”重大工程[12]。本文對東北黑土區(qū)侵蝕溝現(xiàn)狀、特征、發(fā)展趨勢、危害，以及侵蝕溝治理進行了系統(tǒng)總結(jié)，在分析已有的研究進展基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)了已有侵蝕溝治理成功經(jīng)驗和存在的問題，凝練了區(qū)域侵蝕溝防治目標及主要侵蝕溝治理模式，并提出了侵蝕溝治理的對策建議，旨在為黑土地保護、黑土區(qū)糧食可持續(xù)生產(chǎn)和生態(tài)安全提供科技支撐。

1 溝道侵蝕現(xiàn)狀及其危害

1.1 溝道侵蝕現(xiàn)狀

1）侵蝕溝數(shù)量

目前東北黑土區(qū)溝道侵蝕唯一權(quán)威數(shù)據(jù)為2013年水利部利用全國第一次水利普查的侵蝕溝專項調(diào)查公告，共有侵蝕溝29.566 3萬條，采用的是2.5 m分辨率遙感影像，對長度大于100 m小于5 000 m的侵蝕溝進行矢量化提取，并通過野外核查驗證獲得[10]。由于所采用的調(diào)查方法及設(shè)定的條件，公告的侵蝕溝數(shù)量要較實際數(shù)量偏低，主要表現(xiàn)在：其一是采用遙感解譯的方法，由于植被覆蓋，難以將林下或林邊侵蝕溝提取出來；其二是2.5 m分辨率遙感影像，難以將伴隨道路的侵蝕溝全部解譯出來[14]；其三，也是最主要的，東北黑土區(qū)地形地貌變化較緩，開墾歷史較短，侵蝕溝為近幾十年的新成溝，長度＜100 m的侵蝕溝較多，是造成侵蝕溝數(shù)量偏低的主要原因[13]。

為了明確侵蝕溝貼近實際的數(shù)量，依照侵蝕溝的定義[15]，我們對三個實測結(jié)果進行了詳細分析對比，發(fā)現(xiàn)公告的侵蝕溝數(shù)量明顯少于實際數(shù)量。

2012年在東北黑土區(qū)內(nèi)蒙古自治區(qū)、遼寧、吉林和黑龍江省選取10個典型縣，面積1%取樣調(diào)查[8]，對272小流域為單元開展了野外侵蝕溝實測，共獲取1 141條侵蝕溝信息，為了與第一次全國水利普查東北黑土區(qū)侵蝕溝普查數(shù)據(jù)對應(yīng)，剔除長度小于100 m的侵蝕溝，符合條件侵蝕溝509條。該數(shù)據(jù)說明在東北小型切溝所占比例高，約有55.4%的侵蝕溝未能列入第一次全國水利普查東北黑土區(qū)侵蝕溝普查數(shù)量之中。

2013年對黑龍江省農(nóng)墾系統(tǒng)的引龍河、共青和八五五3個農(nóng)場的侵蝕溝進行了實測。引龍河農(nóng)場坐落于典型漫川漫崗黑土區(qū)北部，共有侵蝕溝447條；共青農(nóng)場地處小興安嶺山前臺地向平原過渡區(qū)，共有侵蝕溝105條；八五五農(nóng)場地處完達山脈低山丘陵區(qū)，共有侵蝕溝368條。3個農(nóng)場侵蝕溝合計920條，其中長度＜100 m的侵蝕溝占48%，這些侵蝕溝同樣未能納入列入第一次全國水利普查東北黑土區(qū)侵蝕溝普查數(shù)量之中[16]。

2018年對坐落于漫川漫崗核心區(qū)黑龍江省海倫市3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)450 km2的區(qū)域侵蝕溝進行了現(xiàn)場人工測量，實測獲得的侵蝕溝1 049條，普查公布的該區(qū)域的侵蝕溝574條，普查結(jié)果較實測低估了45.3%。普查與實測結(jié)果比較，路邊溝少了233條，林地少了68條。不計類型，長度＜100 m的侵蝕溝233條，未納入普查數(shù)量之中[14]。

上述3個區(qū)域的普查結(jié)果較實測分別低估了55.4%、48%和45.3%，即實際侵蝕溝數(shù)量應(yīng)是普查結(jié)果的2倍，以此推斷東北黑土區(qū)侵蝕溝數(shù)量應(yīng)為60萬條左右，即長度＜100 m的侵蝕溝較為普遍，數(shù)量不應(yīng)忽視[14]。

2）侵蝕溝特征

東北黑土區(qū)墾殖歷史僅有百余年，墾前以草地為主，草地轉(zhuǎn)變?yōu)楦?，是加劇水土流失的根本原因，也是侵蝕溝發(fā)育的誘因[17]。由于其獨特的氣候、地形地貌、土壤乃至耕作，黑土區(qū)侵蝕溝明顯有別于中國其他區(qū)域，具有獨特的區(qū)域特征[18]。具體特征為：①為近代新成溝，當前侵蝕溝絕大多數(shù)發(fā)育形成于20世紀50～60年代，侵蝕溝道和坡面界面清晰；②多發(fā)育形成于已墾坡耕地上，全區(qū)域有60.2%的侵蝕溝發(fā)育形成于耕地中，其中黑龍江省有95%；③多為活躍發(fā)展溝，有88.7%的侵蝕溝仍處于活躍發(fā)展階段，溝頭溯源挺近，溝岸擴張，溝底下切；④以中小型侵蝕溝為主，平均長度為661.3 m，平均面積1.23 hm2，易于治理。其中，10%的侵蝕溝長小于153.3 m，面積小于0.12 hm2；50%的侵蝕溝長小于329.1 m，面積小于0.42 hm2；80%的侵蝕溝長小于685.3 m，面積小于1.15 hm2[10,19]；⑤受多種外引力驅(qū)動，除受水力侵蝕驅(qū)動外，還受融雪、凍融、重力、風力和耕作等多種外引力耦合、互作、疊加共同驅(qū)動，具有融雪和凍融外引力驅(qū)動的顯著區(qū)域特征[6]。

1.2 溝道侵蝕演變發(fā)展趨勢

東北黑土區(qū)侵蝕溝總體發(fā)育形成近幾十年，約90%仍處于發(fā)展階段[10]。目前尚無全東北黑土區(qū)侵蝕溝演變的研究結(jié)果，但省級尺度47.3萬km2的黑龍江省，60年的侵蝕溝變化動態(tài)結(jié)果顯示，無論是侵蝕溝條數(shù)，還是溝道面積和溝壑密度都在顯著增加（表1）[17]。

表1 黑龍江省侵蝕溝發(fā)展動態(tài)Table 1 Gully evolvement in Heilognjiang province

在流域尺度，王文娟等[20]研究了1.45萬km2烏裕爾河流域1965－2005年40年侵蝕溝動態(tài)，侵蝕溝密度顯著增加，各等級侵蝕溝密度都向更高等級演變。在中等流域尺度，閆業(yè)超等[21]利用1965年美國高分辨率偵查衛(wèi)星Corona和2005年的Spot-5衛(wèi)星影像，研究了克拜黑土區(qū)1 843 km2侵蝕溝的演變，得出40年侵蝕溝數(shù)量由1682條增加到2561條，密度高值區(qū)不斷擴大，且呈集中連片分布趨勢。在小流域尺度，Li等[22]利用歷史航片（1968年）和2009年遙感影像對黑龍江省海倫市光榮村24.2 km2的69條侵蝕溝演變開展了研究，41年間，溝壑密度由3.33 km/km2發(fā)展到4.96 km/km2，侵蝕溝道面積由0.86 km2增加到2.22 km2，溝毀地面積由3.5%增加到9.1%。從24.2 km2到47.3萬km2不同尺度黑土區(qū)40～60年侵蝕溝演變結(jié)果均顯示侵蝕溝的數(shù)量和密度等均在增加，同時驗證了2013年普查結(jié)果約90%的侵蝕溝為發(fā)展溝，表明東北黑土區(qū)不但溝道侵蝕嚴重，仍處于活躍發(fā)展階段，呈危害加劇的發(fā)展態(tài)勢。

1.3 溝道侵蝕危害

溝道侵蝕是土地退化最為嚴重的表現(xiàn)形式[23]，發(fā)生嚴重溝道侵蝕的區(qū)域，土地被侵蝕溝切割破碎，生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴重破壞。東北黑土區(qū)溝道侵蝕對區(qū)域糧食生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的損傷，主要危害表現(xiàn)在以下三個方面。

1）損毀土地。東北黑土區(qū)侵蝕溝由于多為發(fā)展溝，溝頭、溝岸、溝底活躍，表土裸露，林木由于溝岸坍塌跌落溝底，沖毀道路，危害村屯時有發(fā)生，生態(tài)極其脆弱，被列為“四荒”土地。2013年東北黑土區(qū)侵蝕溝專項普查結(jié)果，侵蝕溝總長度19.55萬km，溝道面積3 648.4 km2，占普查區(qū)面積的0.4%，溝道侵蝕損毀耕地已達22萬 hm2以上，相當于中等面積縣耕地面積[10]。在450 km2典型實測區(qū)，侵蝕溝面積為7.10 km2，損毀土地面積占比為1.6%，溝毀耕地面積占比高達2.8%。坐落于漫川漫崗黑土區(qū)的核心地帶的黑龍江省海倫市光榮村，是溝道侵蝕極端嚴重區(qū)，侵蝕溝主要發(fā)育形成于20世紀50年代，1968年后的41年間，溝道面積增加了2.6倍，損毀土地高達9%[22]。因此，溝道侵蝕對黑土地的嚴重毀損不容忽視。

2）耕地支離破碎。黑土坡耕地雖88%坡度小于5°，但地勢不規(guī)整，微起伏較大，地表徑流沿壟向遇凹陷處易形成匯流，沖刷發(fā)育成溝，溝道不斷溯源延伸并下切，由淺溝發(fā)育演變成切溝。溝道兩側(cè)匯流再形成支溝，發(fā)育成“雞爪形”溝系，造成耕地支離破碎，將耕地切分為小的地塊，只能在溝道兩側(cè)重新形成農(nóng)田道路，留出機耕抹牛地，不但損毀耕地，而且阻礙農(nóng)機行走，極不利于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展[11]。以上述黑龍江省海倫市光榮村41 a侵蝕溝演變?yōu)槔瑴系狼治g面積已增加了1倍，同時平均地塊面積縮小了50%[22]。

3）加劇坡面侵蝕。東北黑土區(qū)坡面侵蝕的顯著特征是坡中、坡上表土被剝離，絕大多數(shù)被剝離的土壤遷移到坡腳沉積，有侵蝕溝道發(fā)育的坡耕地，首先坡面匯流增加土壤流失量，其次剝離土壤部分進入溝道，并隨溝道侵蝕遷移出流域，溝道侵蝕有加劇坡面侵蝕的作用。王文娟等[24]研究發(fā)現(xiàn)，黑土區(qū)坡溝侵蝕具有耦合關(guān)系，溝蝕主要發(fā)生在坡面侵蝕強烈以上的區(qū)域。坡面存在淺溝或切溝侵蝕均增加土壤流失量，唐克麗等[25]在黃土高原研究發(fā)現(xiàn)淺溝侵蝕量為總侵蝕量的86.7%。美國黑土區(qū)切溝侵蝕量占侵蝕產(chǎn)沙量的10%～30%，而東北黑土區(qū)切溝侵蝕占流域產(chǎn)沙量的50%以上[26]。

2 侵蝕溝治理

2.1 侵蝕溝治理目標

黑土區(qū)承擔著保障國家糧食安全的重任，今后一段時間內(nèi)仍面臨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高壓的態(tài)勢，溝道治理不能走黃土高原退耕還林還草以恢復生態(tài)為主的道路，應(yīng)探索出利用與保護協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的道路?；趪壹Z食需求以及東北黑土區(qū)短期內(nèi)難以顯著改變的土地利用方式，導致位于匯水線的侵蝕溝道來水量較難減少等問題，近期溝道侵蝕防治的目標，只能采取先遏止侵蝕溝發(fā)展，再逐漸恢復侵蝕溝生態(tài)的途徑，達到治理后的侵蝕溝穩(wěn)定，全部被植被所覆蓋，但仍承擔著水系通道的作用，生態(tài)系統(tǒng)逐漸趨于穩(wěn)定，滿足國家生態(tài)文明建設(shè)要求。

2.2 侵蝕溝治理模式

2017年水利部編制了《東北黑土區(qū)侵蝕溝治理專項規(guī)劃（2016－2030年）》（以下簡稱《規(guī)劃》）[27]，同年國家啟動了東北黑土區(qū)侵蝕溝綜合治理專項工程[12]，區(qū)域侵蝕溝治理步入國家層面規(guī)模化新時代。《規(guī)劃》根據(jù)侵蝕溝類型、分布與特點，立足于保護黑土地、保持東北糧食、生態(tài)安全的主旨，從控制溝蝕發(fā)展，構(gòu)建水土流失綜合防治體系的出發(fā)，以坡耕地、影響群眾生產(chǎn)和生活的發(fā)展型侵蝕溝為治理重點，將東北黑土區(qū)侵蝕溝防治理劃分為兩種類型區(qū)，即以保護黑土資源、保障國家糧食安全為目標，兼顧脫貧攻堅，重點對低山丘陵和漫川漫崗區(qū)糧食主產(chǎn)區(qū)耕地發(fā)展型中、小侵蝕溝進行綜合治理的重點治理區(qū)；以保護水源地、維護生態(tài)屏障為目的，重點對山地丘陵區(qū)、山前臺地耕地侵蝕溝以預(yù)防與治理相結(jié)合方式的綜合防治區(qū)。總體原則為堅持因地制宜，突出重點，“綠色”治溝優(yōu)先；堅持徑流調(diào)控與防蝕系統(tǒng)并重，坡面與溝道協(xié)同防治；堅持侵蝕溝“治小、治早”；堅持防治與開發(fā)利用相協(xié)調(diào)。侵蝕溝治理包括模式的選取和措施的布設(shè)，取決于侵蝕溝所在地的生態(tài)環(huán)境和溝道自身特征。

通過對東北黑土區(qū)全區(qū)域以往侵蝕溝治理現(xiàn)場的調(diào)查和近年來創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)成果的梳理，總結(jié)歸納出區(qū)域侵蝕溝治理主要有4類治理模式。

1）填埋復墾模式

基于導排水體系構(gòu)建和填埋消除侵蝕溝恢復墾殖的模式。對于耕地中的侵蝕溝，最佳的治理方式是通過填埋讓其消失并不再重新發(fā)育成溝，通過秸稈、煤矸石、風化石等物料填埋和上層覆土方式，消除溝道低凹地形，恢復坡耕地所在坡面完整性的侵蝕溝復墾技術(shù)體系。原理是通過填埋材料本身的透水空隙和間隔布設(shè)的滲井及溝底布設(shè)的暗管導流措施，變地表匯流為地下暗流，減小沖刷，填埋后不再重新成溝，恢復坡面的完整性。布設(shè)滲井和暗管變地表匯流為地下導排水是侵蝕溝復墾成功與否的關(guān)鍵技術(shù)，該模式適用于東北黑土區(qū)耕地中溝道來水較小的中小型侵蝕溝（圖1）。

模式主要由溝道修整、滲井暗管布設(shè)、物料填溝、上層覆土等措施組成。秸稈需打捆壓實，密度應(yīng)不小于250 kg/m3，煤矸石或風化石填埋時，下層鋪設(shè)直徑較大的填筑材料，上層鋪設(shè)直徑較小的填筑材料；表層覆土厚度50 cm；滲井布設(shè)的位置和數(shù)量需上游來水量及時入滲到暗管；暗管帶孔，外覆透水性好的土工布，阻擋泥沙進入；暗管直徑依據(jù)排水量而定，鋪設(shè)于整形后的侵蝕溝道底部中央，比降不少于2%。此模式的詳細描述參見張興義等[28]和祁志等研究[29]。復墾治理成本為45萬元/hm2，低于原國土部頒布的耕地復墾150萬元/hm2的標準[30]。

2）植物治溝模式

植物治溝模式是依照因地制宜，突出重點，“綠色”治溝優(yōu)先的原則，全部采用植物措施的侵蝕溝柔性治理技術(shù)體系[21]。原理為利用植物自身的固土功能穩(wěn)定溝道，利用植物谷坊對上游來水消能攔沙，栽植植被生態(tài)修復。削坡整形和確保植物成活是植物治溝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，適用于東北黑土區(qū)土層較深土壤水分較好，上方來水量較小，溝體相對穩(wěn)定，危害相對較小的發(fā)展性或趨于穩(wěn)定的中小型侵蝕溝，這類侵蝕溝多為地表徑流的過水道路。模式由侵蝕溝整形措施、環(huán)溝埂、溝頭（溝道）多級植物跌水、柳谷坊、溝坡（溝道、溝岸）植被措施等組成。溝道整形是為植物措施布設(shè)建立前提條件，環(huán)溝埂是將匯水區(qū)來水引導到溝頭或支溝頭處，溝頭跌水和柳谷坊是穩(wěn)固溝頭和溝底措施，溝坡植被是增加溝岸防護及恢復生態(tài)措施[29]。

溝道整形后溝坡坡度需控制在30°以內(nèi)；落差越大，柳跌水級數(shù)越多；溝底布設(shè)柳編或土柳谷坊；溝坡溝岸種植水保防護林，宜采用喬灌立體栽植（圖2）。該模式主要應(yīng)用于水土條件較好的中小型，以植被措施為主，單條溝治理成本為7～15萬元。

3）植物為主工程為輔治溝模式

植物為主工程為輔治溝模式是以植物措施為主體，對局部單純植物措施難以有效防治的必要補充工程措施的侵蝕溝治理措施體系[31]。原理為多處于發(fā)展的侵蝕溝，立地條件較好，遵照“植物措施優(yōu)先”的原則，以最少的工程措施鎖住侵蝕溝發(fā)展的關(guān)鍵部位，再在溝體其他部位布置植物措施，達到完全控制、淤平侵蝕溝的目的。輔助的溝頭跌水和溝底谷坊工程措施布設(shè)位置和建設(shè)標準是治理成功與否的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，該模式適用于漫川漫崗和低山丘陵等地區(qū)植被立地條件較好，上方來水量較小，溝體相對穩(wěn)定，危害相對較小的發(fā)展型中小型侵蝕溝。模式由溝頭跌水、溝底穩(wěn)固、溝坡植被固土措施組成（圖3）。由于溝頭溯源侵蝕相對較快，宜采取導排水型跌水式溝頭防護措施，一般采取石籠或柳跌水排水型跌水；溝底比降＞10%須采取抗沖性較強的石籠谷坊；溝底宜采取灌木柳為主的植物水道。該模式主要應(yīng)用于水土條件相對較好的中小型，植被措施為主，工程措施為輔，單條溝治理成本為10～20萬元。

4）工程為主植物為輔模式

工程為主植物為輔模式是對于水土資源較差，且上游來水量大的大中型侵蝕溝，需先行用工程措施穩(wěn)固侵蝕溝，再行逐步恢復植被的侵蝕溝治理措施體系[32]。原理為以石頭、混凝土、鉛絲籠等抗沖性較強的建筑材料為主，強行鎖住溝頭、穩(wěn)住溝岸、抬高溝道侵蝕基準面，并在立地條件較好的部位輔助性布置植物措施，澄泥過水，為溝道自我修復及后期綠化創(chuàng)造環(huán)境，最終達到全面治溝的目的。工程穩(wěn)固措施防凍脹至關(guān)重要，一旦凍裂，極易損毀，該模式適用于低山丘陵區(qū)植被立地條件較差，或植被措施難以短期有效控制其快速發(fā)展的上方來水量較大，溝道比降較大，發(fā)展快，危害性較大大中發(fā)展型侵蝕溝。模式主要由溝頭、溝底、溝坡穩(wěn)固工程+植物措施組成。由于溝頭溯源侵蝕強烈，宜采取排水型跌水式溝頭防護措施或階梯式石籠和鋼筋混凝土排水型跌水；依據(jù)溝底淤平后比降不大于5%的原則，從上到下布設(shè)谷坊，溝道中上游，應(yīng)以抗沖性強的漿砌石和石籠谷坊為主，溝道下游布置干砌石谷坊、土谷坊、土柳谷坊；谷坊布設(shè)應(yīng)遵循漿砌石和石籠谷坊壩高≤5 m，干砌石谷坊壩高≤2.5 m，土石谷坊壩高≤3 m，土柳谷坊壩高≤1.5 m；還應(yīng)遵循谷坊高度為溝深1/2～2/3；對村鎮(zhèn)、交通及其他重要設(shè)施構(gòu)成威協(xié)的溝坡采取石籠（坡降較?。┗驖{砌石護岸墻（坡降較大），提高坡面抗沖能力（圖4）。該模式主要應(yīng)用于水土條件較差的中型溝，工程措施穩(wěn)固溝道是治理的重要前提，單條溝治理成本為25萬元以上。

3 侵蝕溝治理存在問題及建議

3.1 存在問題

東北黑土區(qū)侵蝕溝治理起始于20世紀“農(nóng)業(yè)學大寨”時期，已有50年的歷程，從當初的零散單條溝治理已走向小流域為單元的系統(tǒng)治理，逐漸探索出具有區(qū)域特色侵蝕溝治理技術(shù)體系。當前國家賦予東北黑土區(qū)保障國家糧食安全的重任，啟動了系列黑土地保護工程，侵蝕溝治理得以穩(wěn)步推進，但仍存在一些需要解決的問題。

第一，投資標準較低，治理成效差。在2017年啟動東北黑土區(qū)侵蝕溝治理專項工程前，侵蝕溝治理只裹在水土保持中，份額小，單個溝道治理投資標準低，致使治理不系統(tǒng)，加之東北嚴寒凍脹，損毀嚴重。調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果表明，治理成功的侵蝕溝不足30%。

第二，措施配置不當，未能起到防護作用。東北黑土區(qū)侵蝕溝治理提倡植物措施優(yōu)先，對治理后損毀的溝底以柳構(gòu)筑的過水通道測量發(fā)現(xiàn)，均出現(xiàn)在比降大于10%溝底段，表明植物穩(wěn)固溝底存在一定的閾值，需補充修筑石谷坊，實現(xiàn)一勞永逸。此外，修筑的漿砌石谷坊，由于嵌入溝岸兩側(cè)過少，多沖毀。

第三，溝道削坡和治理后保護成為難點。當前國家頒布的侵蝕溝治理行業(yè)和地方標準，或侵蝕溝治理規(guī)劃，均要求在侵蝕溝治理中將陡立的溝壁削減為25°以下的斜坡，一是避免凍脹坍塌，二是有利于栽植林木。東北黑土區(qū)侵蝕溝大部分發(fā)育于坡耕地上，調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，無論是削坡還是植樹，在大部分區(qū)域均難以實施。與坡耕地水土保持生態(tài)治理面臨的同樣問題，削坡就要占用耕地，栽植林木就會挾地，都會影響農(nóng)民的經(jīng)濟收益。中國現(xiàn)行的家庭聯(lián)產(chǎn)承包責任制，加之近兩年土地確權(quán)，溝道兩側(cè)的耕地歸農(nóng)民承包使用，憲法保護，不得侵占。農(nóng)民不同意，地方不配合，水保工程組織者水務(wù)局水保站難以實施。栽植樹木挾地，農(nóng)民索要補償，無專項補償金，也難以兌現(xiàn)，即使栽植了樹木，也被牲畜啃死或放火及噴施農(nóng)藥致死，削坡和栽植林木成為討論最多的話題。

3.2 對策建議

首先，從法律政策層面，完善法律法規(guī)，頒布黑土耕地保護剛性條款，對于侵蝕強度達到某種程度的坡耕地必須采取水土保持措施，為黑土區(qū)侵蝕溝治理掃清障礙。主要是由于侵蝕溝治理首先要對溝道進行整形，削坡是侵蝕溝治理必不可少的措施，東北黑土區(qū)侵蝕溝多發(fā)育形成于耕地中，削坡必然要占用耕地，是當前黑土區(qū)侵蝕溝治理工程實施的難點。

其次，從國家糧食安全黑土地系統(tǒng)保護規(guī)劃層面，整合現(xiàn)有黑土地保護工程，將主要發(fā)育形成耕地中的黑土區(qū)侵蝕溝，納入農(nóng)田水系建設(shè)體系，發(fā)揮其導排水功能，溝坡協(xié)同防治，黑土地力提升協(xié)同發(fā)展。侵蝕溝發(fā)育形成于匯水線，在小流域中侵蝕溝是生態(tài)系統(tǒng)水系通道，封堵是不現(xiàn)實的，治理后的侵蝕溝包括填埋后的侵蝕溝仍然會承擔著導排水功能，因此侵蝕溝治理應(yīng)納入以耕地為主的小流域農(nóng)田水系建設(shè)體系。

第三，要進一步梳理東北黑土區(qū)侵蝕溝治理成功經(jīng)驗，加強技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)，構(gòu)建成熟適用侵蝕溝防治技術(shù)體系，頒布技術(shù)標準，從技術(shù)層面確保侵蝕溝科學高效治理。東北黑土區(qū)侵蝕溝無論科學研究還是治理起步晚，規(guī)模化治理起始于2017年國家啟動的東北黑土區(qū)侵蝕溝治理專項工程，可借鑒的經(jīng)驗少，關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新不足，尚未頒布區(qū)域侵蝕溝治理技術(shù)標準，其他區(qū)域技術(shù)不能簡單照搬。

第四，要以服務(wù)國家糧食安全需求為核心，以坡耕地中侵蝕溝治理為重點，優(yōu)先實施填埋復墾技術(shù)，修復溝毀耕地，是保護農(nóng)田黑土的重要措施之一，是保護“耕地中大熊貓”的重要體現(xiàn)，可為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展提供保障。東北黑土區(qū)侵蝕溝數(shù)量多，對農(nóng)田危害大，尤其還呈發(fā)展加劇的態(tài)勢。然而主要發(fā)育形成于耕地的侵蝕溝，形成的時間短，多以中小型為主，相對易于治理。因此利用國家重視黑土地保護之契機，加強侵蝕溝治理，著實新時代水土保持和生態(tài)文明建設(shè)。

東北黑土區(qū)溝道侵蝕嚴重，但發(fā)育形成歷史短，侵蝕溝以中小型為主，易于治理，現(xiàn)已形成了有效的侵蝕溝治理與生態(tài)修復模式。建議侵蝕溝治理應(yīng)作為黑土地保護的重要內(nèi)容，以耕地中的溝毀耕地修復和侵蝕溝生態(tài)恢復為主。

圖4 不同情景下優(yōu)先保護區(qū)的空間分布
Fig.4 Spatial distribution of priority protected areas under different scenarios

圖5 黃河流域甘肅段生態(tài)安全格局構(gòu)建與優(yōu)化
Fig.5 Construction and optimization of ecological security pattern in Gansu section of Yellow River Basin

注：圖.5d中①～⑥分別表示隴中北部生態(tài)治理區(qū)、隴中生態(tài)過渡帶、祁連山-海東-甘南-秦嶺森林生態(tài)帶、甘南草原生態(tài)區(qū)、隴東水土保持生態(tài)區(qū)和隴東黃土塬生態(tài)防護帶。
Note: In Fig.5d, ①-⑥ represent the ecological control zone in northern part of Longzhong, ecological transition zone in Longzhong, forest ecological zone in Qilian Mountain-Haidong-Gannan-Qinling Mountains, grassland ecological zone in Gannan, soil and water conservation ecological zone in Longdong and Longdong loess tableland ecological protection zone.