墾造水田設(shè)計中的水土保持理念及應(yīng)用實踐

田 甜,楊憲杰,陳知送,姚成平,諸 韜

(廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院有限公司，廣州 510635)

1 概述

耕地是我國最為寶貴的資源，關(guān)系十幾億人生存大事，必須保護(hù)好，絕不能有閃失。2017年1月，《中共中央國務(wù)院關(guān)于加強耕地保護(hù)和改進(jìn)占補平衡的意見》(中發(fā)[2017]4號)明確要求堅持最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度和最嚴(yán)格的節(jié)約用地制度，像保護(hù)大熊貓一樣保護(hù)耕地，著力加強耕地數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”保護(hù)，依法加強耕地占補平衡規(guī)范管理，提高糧食綜合生產(chǎn)能力，保障國家糧食安全。廣東省高度重視耕地保護(hù)和改進(jìn)占補平衡工作，堅決落實國家“占優(yōu)補優(yōu)、占水田補水田”要求，結(jié)合廣東實際大力推進(jìn)墾造水田工程，努力破解耕地占補平衡難題。

廣東省耕地總體質(zhì)量不高，耕地后備資源稀缺[1]，且較大部分的后備耕地為坡耕地或坡園地，坡地(坡耕地、坡園地)已成為廣東墾造水田的重要土地類型。另一方面，坡地(坡耕地、坡園地)是低山緩丘區(qū)水土流失主要策源地，年復(fù)一年的水土流失破壞土壤結(jié)構(gòu)，土壤肥力得不到有效積累，最后徹底變成了貧瘠、無人耕種的撂荒地，對其水土流失實施治理勢在必行。因此，如何將有條件的坡地(坡耕地、坡園地)通過改造墾造為水田，在保護(hù)耕地的同時，實現(xiàn)對坡地水土流失的有效治理，是一個值得探討的重要問題。本文以臺山市端芬鎮(zhèn)那泰和三洞村委會墾造水田項目為例進(jìn)行了探討，以期為類似項目提供借鑒和參考。

2 項目區(qū)概況

臺山市端芬鎮(zhèn)那泰和三洞村委會墾造水田項目位于臺山市端芬鎮(zhèn)。臺山市屬亞熱帶季風(fēng)氣候，光、熱、水資源較為豐富，年平均氣溫為22.3℃，年均降雨量約為2 007.7 mm，能基本滿足雙季稻生長的需求。臺山地貌類型多樣，具體到本項目那泰地塊高程為7.9～27.4 m，三洞地塊高程為41.4～52.5 m。經(jīng)取樣檢測，項目區(qū)土壤質(zhì)地主要包括砂質(zhì)壤土、壤質(zhì)砂土和粘壤土，表層土中含砂量較高，土壤酸堿度偏酸(pH值為5.39～6.89)，保水保肥力差。臺山市總面積為3 296 km2，水土流失面積為466.67 km2，其中耕地侵蝕面積為8.69 km2，可見因不合理耕作造成的水土流失仍占有一定比重[2]。

項目建設(shè)規(guī)模為18.38 hm2，建設(shè)內(nèi)容主要包括土地平整工程(含表土剝離回填、土石方平衡調(diào)配和犁地層構(gòu)筑)、土壤改良工程、灌溉與排水工程、田間道路工程、農(nóng)田防護(hù)與生態(tài)環(huán)境保持工程和其他工程等。自2018年5月開工建設(shè)，2018年12月完工，2019年6月竣工驗收。項目區(qū)原為閑置荒草地、緩坡旱地和農(nóng)村道路等，通過土地平整工程重新構(gòu)筑水田土壤剖面結(jié)構(gòu)和適宜灌溉又更少水土流失的田間坡面，通過土壤改良措施調(diào)節(jié)適合水稻生長的表土條件，再通過灌溉與排水、田間道路和農(nóng)田防護(hù)等工程措施，提高田塊灌溉保證率和排水條件，最終將低生產(chǎn)力土地改造為高產(chǎn)出水田。

3 項目水土保持理念及應(yīng)用

3.1 大力推行坡改梯，將“三跑田”變?yōu)椤叭Ｌ铩保瑢崿F(xiàn)耕地保護(hù)與坡地水土流失治理的雙贏

坡地(坡耕地、坡園地)如遇降雨都會有不同程度的水土流失，在20°～30°以上的陡坡更甚，致使農(nóng)地里的水、土、肥大量流失，群眾把坡耕地稱為跑水、跑土和跑肥的“三跑田”。據(jù)試驗觀測，在黃河中游黃土丘陵溝壑區(qū)25°左右的坡耕地上，每年流失水量450 m3/hm2左右，流失泥量為150 t左右，每噸泥沙中含全氮為0.8～1.5 kg，全磷為1.5 kg，全鉀為20 kg[3]。

坡改梯即采用半挖、半填的方法，將坡面修成若干田面水平的地塊，截短坡長，減緩坡度，地形改變了，一般可以做到水不出田，也就成了保水、保土和保肥的“三保田”，達(dá)到保持水土的目的。坡改梯是坡地水土流失治理的重要措施，在防止坡面徑流，保持水土，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。

臺山市端芬鎮(zhèn)那泰和三洞村委會墾造水田項目設(shè)計中面臨項目水土資源貧瘠現(xiàn)狀，通過坡改梯，結(jié)合灌溉排水、田間道路等工程措施打造升級版的坡耕地治理工程。工程于2019年6月竣工驗收，項目實施以來，已種植了多季水稻，畝產(chǎn)量約800 kg，減少水土流失約360 t。曾經(jīng)荒蕪的土地，已是“溉水渠成”、“阡陌交通”，在盤活土地資源的同時，合力推進(jìn)精準(zhǔn)扶貧，助力鄉(xiāng)村振興，具有良好的經(jīng)濟社會和生態(tài)效益。

3.2 堅持表土是資源的理念，強化表土保護(hù)和利用

表土是地球陸地表面能夠產(chǎn)生植物收獲的疏松物，富含有機質(zhì)、土壤酶和微生物等物質(zhì)[4]，表土的質(zhì)量決定了土地生產(chǎn)力，糧食的產(chǎn)量。研究表明：形成2.5 cm厚的表土需要200～1 000 a[5]?！吨腥A人民共和國水土保持法》明確規(guī)定：“生產(chǎn)建設(shè)項目所占用土地的表土，應(yīng)當(dāng)分層剝離、保存和利用”。項目建設(shè)過程中，需開挖地表，會對表土造成破壞，因此，應(yīng)對表土進(jìn)行剝離。表土剝離后如果長時間不合理堆放，養(yǎng)分會大量流失，導(dǎo)致土壤有機質(zhì)降低，進(jìn)而影響土壤有機碳庫，對土壤的理化性質(zhì)和生物特性產(chǎn)生極大的不利影響[6-7]。

本項目土壤空間異質(zhì)性大、表土資源貧瘠。設(shè)計中緊扣表土是資源的水土保持理念，提出原位資源保護(hù)利用和修復(fù)改良的方案，分區(qū)域進(jìn)行土壤剖面調(diào)查，確認(rèn)可剝離表土厚度[8]，力求做到應(yīng)剝盡剝，不浪費一寸表土，共剝離表土為3.54萬m3(見表1)，并全部回填利用。由于施工時序，剝離表土不能立即回填，本設(shè)計分區(qū)設(shè)置剝離表土的臨時堆放區(qū)，堆放高度不超過3 m，外“圍”上“蓋”做好臨時苫蓋和攔擋措施，避免堆置中的水土流失。

表1 項目區(qū)土壤剖面表土調(diào)查結(jié)果及對應(yīng)表土剝離方案

3.3 堅持系統(tǒng)治理理念，抓住水和路兩個重點，實行坡地綜合治理，打造生態(tài)型坡改梯工程

本項目原狀為緩坡旱地，坡耕地普遍存在不同程度的水土流失問題，究其原因，除了田面高差因素外，還有水系不連貫、道路不暢通等影響因素；缺乏成體系的截排水溝的坡耕地，在坡面徑流產(chǎn)生后，極易發(fā)生溝蝕、面蝕產(chǎn)生水土流失；田塊道路連接不到位、道路邊坡沒有處理好，路溝銜接不合理既容易產(chǎn)生水土流失，勞動生產(chǎn)率也低[9]。

降雨是產(chǎn)生水土流失的源動力，另一方面水又是植物生長的必要條件，所以，在項目區(qū)順應(yīng)地形和水源條件建設(shè)灌排有序的水網(wǎng)是坡耕地改造的關(guān)鍵，將降雨對土壤的侵蝕力降到最低，做到澇能排、旱能灌、消除水土流失動力源頭，同時充分發(fā)揮水資源的灌溉功用。項目區(qū)新修灌排兩用渠，渠道縱坡根據(jù)現(xiàn)狀周邊灌區(qū)控制范圍的田面高程情況，按照自流灌溉的要求確定每個渠道節(jié)點的渠底設(shè)計高程，將每段渠道縱坡控制在適宜的坡度內(nèi)，達(dá)到有利于引水又防止淤積的狀態(tài)(見表2)。渠道采用混凝土襯砌，減少水流下滲，提高渠系水利用系數(shù)和灌水效率。在滿足灌溉要求的同時增強項目區(qū)排澇能力，在區(qū)域上坡面部署排洪渠，同時建設(shè)蓄水池，在補充灌溉水源的同時減少上游徑流對耕地區(qū)域的沖刷，排水標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，驗算滿足2 h暴雨量2 d排干至作物耐淹水深。

表2 臺山市端芬鎮(zhèn)那泰和三洞村委會墾造水田項目溝渠工程量

路網(wǎng)建設(shè)也是重要的基礎(chǔ)工作，以最利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)民生活的結(jié)果為導(dǎo)向，將路網(wǎng)設(shè)計與渠系布設(shè)、田塊劃分統(tǒng)籌考慮，遵循路線最短、聯(lián)系簡捷、與現(xiàn)有道路、田塊、居民點相協(xié)調(diào)以及利于田間生產(chǎn)管理的原則，項目區(qū)建設(shè)3.5 m寬田間道路、2.0 m寬生產(chǎn)道路和2.5 m寬生產(chǎn)道路3種規(guī)格的道路(見表3)。同時，關(guān)注道路邊坡防治，項目區(qū)道路外山腳下高陡邊坡(高差大于3.0 m)1:1放坡后坡底設(shè)置漿砌石擋墻，低矮邊坡1:0.5自然放坡后，鋪植草皮綠化。建設(shè)項目區(qū)便利路網(wǎng)，在提高勞動生產(chǎn)率的同時，杜絕泥耕路水土流失現(xiàn)象。

表3 臺山市端芬鎮(zhèn)那泰和三洞村委會墾造水田項目田間道路和護(hù)坡工程量

3.4 堅持預(yù)防為主的理念，優(yōu)化豎向和土層構(gòu)筑方案，減少擾動和破壞

在墾造水田項目中，田面平整和土層構(gòu)筑土方量大，人為擾動劇烈，是最易引發(fā)水土流失的工序。設(shè)計中正視緩坡地形現(xiàn)狀，拒絕“大田塊”、“統(tǒng)一高程”方案，以道路、溝渠為骨架，搭配不透水的低坎田埂劃分田塊，將項目區(qū)劃分為37個小田塊，順應(yīng)現(xiàn)狀地形進(jìn)行坡耕地改造，設(shè)計水平梯田，大彎就勢，小彎取直，保持田面橫向地表坡降小于1/2 000，縱向地表坡降小于1/1 500，從源頭上減少土石方量。

耕作土壤剖面結(jié)構(gòu)從上往下一般可分為耕作層、犁底層、心土層、底土層4個層次[10]。為了滿足后期水田耕種的要求，剝離表層耕作土后，整個項目區(qū)重新進(jìn)行土壤剖面構(gòu)筑。項目區(qū)劃分為37個小田塊，考慮每個田塊的標(biāo)高設(shè)定和土壤檢測結(jié)果反映各地塊的土壤質(zhì)地情況，以全面提高現(xiàn)有土壤資源利用率為目標(biāo)，資源通盤調(diào)配，制定37個地塊的細(xì)致土壤分層挖填調(diào)配方案，地塊整理前期，首先剝離耕作土并做好儲存過程中臨時防護(hù)；粘粒含量較大的土層優(yōu)先考慮用于犁地層構(gòu)筑用土；土壤夾雜大量礫石的地塊，考慮從其他地塊調(diào)土構(gòu)筑犁地層和心土層，夾雜礫石土方先用作田間道路路基回填，剩余方運至棄土場。根據(jù)項目區(qū)原狀地塊滲水實驗結(jié)果，項目區(qū)土壤保水能力尚不能滿足干旱時1次性灌水后田面保持田面水不漏干的時間不低于72 h的墾造水田建設(shè)要求，統(tǒng)一進(jìn)行犁底層構(gòu)筑。通過多次田間試驗調(diào)試，制定最適合當(dāng)?shù)貤l件、最少粘土借方的犁底層構(gòu)筑方案[11]。總體上，優(yōu)質(zhì)土壤用于地表有效土層構(gòu)筑，劣質(zhì)土壤用于心土層和底土層構(gòu)筑，最大限度盤活利用現(xiàn)有土壤資源。工程表土剝離及回填為3.54萬m3，土方挖方總量為10.69萬m3，填方總量為8.23萬m3，調(diào)配方為6.85萬m3，棄方為2.46萬m3，最大限度減少了土方量和外棄方量。水田土壤剖面構(gòu)筑示意如圖1所示。

圖1 水田土壤剖面構(gòu)筑示意

4 結(jié)論及討論

近年來廣東省內(nèi)墾造水田項目中有較大比例是將坡耕地、坡園地改造為水田，而坡地水土流失是低山緩丘區(qū)水土流失主要策源地，長期水土流失又會導(dǎo)致土壤退化。在墾造水田設(shè)計中融合坡耕地治理理念，科學(xué)配置坡改梯、機耕道、坡面小型蓄排工程等措施[12]，大力推行保水保土耕作措施，防控坡地水土流失，延續(xù)耕地肥力，實現(xiàn)耕地保護(hù)與坡地水土流失治理的雙贏。通過對豎向和土層構(gòu)筑方案的持續(xù)優(yōu)化，減少施工過程中擾動和破壞，有利于水土保持。

在墾造水田項目中，表土保護(hù)和利用是最容易忽視的問題。我國水土保持和土地復(fù)墾條例等現(xiàn)行法律法規(guī)以及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中都強調(diào)了對表土的保護(hù)和利用，但在政策落實方面仍顯不足。政策性方面，由于表土剝離和保護(hù)工程經(jīng)濟投入大，收益相對少，具有一定的公益性，缺少一套有效的補償機制鼓勵；技術(shù)性方面，表土質(zhì)量和空間分布差異性大，如何系統(tǒng)地調(diào)查、剝離、管理和再利用表土缺乏基礎(chǔ)的、客觀的、可操作的技術(shù)規(guī)范；而表土利用方面，不能全部利用的現(xiàn)象較為常見，需要在更大區(qū)域內(nèi)進(jìn)行表土的利用調(diào)配，而目前還沒有建立表土資源的區(qū)域協(xié)調(diào)平臺和機制[13-15]。墾造水田項目應(yīng)重視表土的區(qū)域流通，區(qū)域內(nèi)各種類型的生產(chǎn)建設(shè)項目或建設(shè)活動中做到表土“能剝盡剝”，自身項目中未用完的表土在同區(qū)域的其他缺土項目中流通起來，真正實現(xiàn)表土資源的高效利用。