嚴(yán)冬春,龍 翼,史忠林

(1.中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所山地環(huán)境演變與生態(tài)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川成都 610041;2.中國科學(xué)院研究生院,北京 100049)

長江上游陡坡耕地“大橫坡 +小順坡”耕作模式

嚴(yán)冬春1,2,龍 翼1,史忠林1,2

(1.中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所山地環(huán)境演變與生態(tài)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川成都 610041;2.中國科學(xué)院研究生院,北京 100049)

“大橫坡 +小順坡”;坡耕地;耕作模式;長江上游

長江上游量大面廣的陡坡耕地,既是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民賴以生存的基礎(chǔ),也是區(qū)域糧食自給和國家糧食安全保障的重要補(bǔ)充。長期以來,長江上游坡耕地耕作粗放,土地產(chǎn)出率與勞動(dòng)生產(chǎn)率低下,抵御干旱與洪澇等自然災(zāi)害的能力不強(qiáng),水土流失嚴(yán)重?；趯Ξ?dāng)?shù)剞r(nóng)民現(xiàn)有耕作習(xí)慣的調(diào)查,介紹了“大橫坡 +小順坡”耕作模式的結(jié)構(gòu),并對該模式具體的功能進(jìn)行了論述,同時(shí)針對小順坡坡長隨意的問題提出了改進(jìn)方案。

長江上游是我國坡耕地分布最為集中的地區(qū),坡耕地面積約有 767萬hm2,占全國坡耕地總面積的 32%,占區(qū)內(nèi)耕地面積的 72%;而坡度大于 15°的坡耕地有 435萬 hm2,占長江上游坡耕地面積的 57%[1-3]。坡耕地既是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民賴以生存的基礎(chǔ),也是區(qū)域糧食自給和國家糧食安全保障的重要補(bǔ)充。長期以來,長江上游坡耕地耕作粗放,土地產(chǎn)出率與勞動(dòng)生產(chǎn)率低下,抵御干旱與洪澇等自然災(zāi)害的能力不強(qiáng),水土流失嚴(yán)重。據(jù)悉,長江上游年均土壤侵蝕量 16億 t,其中 60%來自坡耕地。這不僅造成土層變薄、土地退化、土地生產(chǎn)力下降、農(nóng)民生活貧困和生態(tài)環(huán)境惡化,而且對中下游的水安全和三峽等水電工程安全運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重威脅,嚴(yán)重阻滯了山區(qū)和少數(shù)民族地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與和諧社會的構(gòu)建。

坡耕地治理一直是長江上游水土保持的工作重點(diǎn),“長治”工程明確提出“以小流域?yàn)閱卧?以坡改梯為突破口”的指導(dǎo)方針,旨在扭轉(zhuǎn)長江上游水土流失日益嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境不斷惡化的局面。據(jù)長江委資料,截至 2010年“長治”工程累計(jì)治理水土流失面積 960萬hm2,其中坡改梯面積 70.1萬 hm2,實(shí)施保土耕作 166.7萬 hm2。 2008年 4月和 2009年 5月筆者跟隨國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目組實(shí)地考察了長江上游的坡耕地現(xiàn)狀,考察中發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民在種植陡坡耕地時(shí)有“橫坡整地、順坡種植”的習(xí)慣(“大橫坡+小順坡”耕作模式),與傳統(tǒng)保土耕作提倡的橫坡耕作、等高耕作、等高溝壟等耕作模式大相徑庭。本文在調(diào)查長江上游現(xiàn)有坡耕地整治技術(shù)的基礎(chǔ)上,介紹了“大橫坡 +小順坡”耕作模式的結(jié)構(gòu)和功能,分析了“大橫坡 +小順坡”耕作模式的優(yōu)點(diǎn),并提出了“大橫坡 +小順坡”耕作模式的改進(jìn)方案。

1 “大橫坡 +小順坡”坡耕地的結(jié)構(gòu)和功能

采用“大橫坡+小順坡”耕作方式的坡耕地,除地塊后部的背溝和前緣的邊溝外,地塊內(nèi)部還有橫坡截流溝和順坡壟溝(見圖 1)。地塊后部背溝的功能,主要是攔截上方坡地徑流;地塊前緣邊溝的功能,主要是攔截、滯留地塊產(chǎn)出的徑流,沉積泥沙。橫坡截流溝的功能主要是縮短坡長,避免坡面侵蝕細(xì)溝的發(fā)生;攔截、滯留上部地塊產(chǎn)出的徑流,沉積泥沙;供田間行走。順坡壟溝的功能:紫色土土層薄,挖溝起壟可以增加壟土厚度,提高作物產(chǎn)量;壟間溝排水、瀝水,減少雨季耕土層發(fā)生順坡滑塌。每年冬天,農(nóng)民還要挑沙面土,將水平溝道內(nèi)沉積的泥沙回返到耕地內(nèi)。

圖 1 “大橫坡 +小順坡”照片及示意圖

2 “大橫坡 +小順坡”模式的優(yōu)點(diǎn)

2.1 減少細(xì)溝侵蝕

“大橫坡+小順坡”模式通過開挖橫坡截流溝將長順坡分割成小順坡,改變地表徑流流向,避免徑流直接沖刷地塊形成細(xì)溝。因細(xì)溝侵蝕占坡面土壤侵蝕量的絕大部分,細(xì)溝一旦形成,坡面薄層水流轉(zhuǎn)變?yōu)楣闪?其水力學(xué)特征發(fā)生根本性的轉(zhuǎn)變,侵蝕動(dòng)力增強(qiáng),水流侵蝕形態(tài)由對單個(gè)土壤顆粒的搬運(yùn)轉(zhuǎn)變?yōu)閷ν寥缐K體崩解、分散、輸移的過程,侵蝕量劇增[4]。已有的研究表明,細(xì)溝的發(fā)生將使坡面侵蝕產(chǎn)沙量增加幾倍至幾十倍[5],黃土高原細(xì)溝侵蝕量甚至占坡面總侵蝕量的 70%以上[6-8]。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為坡耕地上形成的細(xì)溝僅通過耕作措施即可平復(fù),不需要特殊的土壤保持措施。事實(shí)上,即使通過耕作措施將細(xì)溝平復(fù)還是會在坡面上形成負(fù)地形,再次降雨情況下很容易出現(xiàn)細(xì)溝,甚至形成惡性循環(huán)[8]。

2.2 排水通暢、防止滑塌

“大橫坡+小順坡”耕作模式有利于及時(shí)排水,防止土壤飽和之后滑塌。長江上游受季風(fēng)氣候控制,降水集中在雨季,且以暴雨為主。而長江上游陡坡耕地土層普遍淺薄,橫坡種植時(shí)徑流多集中在溝壟內(nèi),降雨很快就可入滲到達(dá)巖土界面,容易造成土壤層整體滑動(dòng)。

2.3 耕作方便、節(jié)省勞力

通過詢問當(dāng)?shù)剞r(nóng)民得知,他們選擇小順坡種植的目的一方面在于及時(shí)排水,另一方面就是方便耕作。橫坡種植時(shí)兩腳不在同一高度,重心向下坡向傾斜,人在陡坡耕地上很難站穩(wěn);耕作時(shí)土壤順坡下滑,不利于栽種。小順坡耕作兩腳沿等高線站立,重心前傾,比較穩(wěn)定,耕作時(shí)也比較省力。長江上游歷來有“挑沙面土”的習(xí)慣,可以彌補(bǔ)順坡耕作導(dǎo)致的土壤遷移。

3 “大橫坡 +小順坡”模式的改進(jìn)

“大橫坡+小順坡”耕作模式是長江上游廣大農(nóng)民長期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),有其存在的合理性,但也并非盡善盡美,存在的主要問題在于小順坡坡長的隨意性。

對于某一坡度的地塊,一次暴雨中細(xì)溝總是在一定的坡長處發(fā)生,這是由于細(xì)溝侵蝕的發(fā)生需要一定的坡長來匯集徑流,這一坡長稱為細(xì)溝發(fā)生的臨界坡長[9];理論上在細(xì)溝發(fā)生的臨界坡長處截?cái)鄰搅鲗⒈苊饧?xì)溝侵蝕的發(fā)生。我們在三峽庫區(qū)的忠縣和川中丘陵區(qū)的鹽亭分別開展的人工降雨試驗(yàn)表明:暴雨情況下細(xì)溝發(fā)生的臨界坡長與坡度呈二次拋物線關(guān)系;在臨界坡長處開挖水平溝截?cái)鄰搅髂苡行У乜刂萍?xì)溝侵蝕的發(fā)生,與沒有改造的小區(qū)相比攔沙效益提高了 53.8%。因此,建議在調(diào)查長江上游各區(qū)坡耕地細(xì)溝侵蝕發(fā)生臨界坡長的基礎(chǔ)上,針對不同坡度、不同土壤特征按照細(xì)溝侵蝕可能發(fā)生的臨界坡長開挖橫坡截流溝,重新確定小順坡的坡長。

4 展 望

坡改梯之后坡耕地保水保土保肥增產(chǎn)效益比較顯著,監(jiān)測結(jié)果表明:水平梯田平均減沙效率達(dá) 70%,減少地表徑流 42%～47%,紫色土區(qū)糧食增產(chǎn) 20%～66%。但是,坡改梯也受投勞多、資金緊張等客觀因素的制約,暫時(shí)不能在長江上游全面開展;農(nóng)村勞動(dòng)力的大量輸出也為長江上游坡改梯工程的實(shí)施增添了新的困難;再就是長江上游陡坡耕地主要位于坡面的中上部,大多土層淺薄,坡改梯困難。

我們在中國科學(xué)院三峽站建立的“大橫坡 +小順坡”實(shí)體模式 1.6hm2(坡度 6°～24°),土地為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民自有坡耕地,施工隊(duì)伍為當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有勞動(dòng)力,由于大部分年輕人外出打工,所以參與“大橫坡 +小順坡”模式改造的農(nóng)民平均年齡為 52歲,最大的 68歲,最小的 49歲?？偣餐度雱趧?dòng)力 410人天,按當(dāng)?shù)貏趧?dòng)力工資每人每天 50元計(jì)算,修建 1hm2“大橫坡 +小順坡”實(shí)體需要1.28萬元,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于構(gòu)筑水平梯田的投入。對重慶忠縣石寶鎮(zhèn) 300人的民意調(diào)查表明,當(dāng)?shù)剞r(nóng)民對“大橫坡 +小順坡”模式的接受程度,贊成的占 93%、無所謂的占 4%、反對的占3%。倘若“大橫坡+小順坡”模式能在長江上游廣大陡坡耕地得以推廣,作為坡改梯的補(bǔ)充,短期內(nèi)將有利于減少長江上游陡坡耕地的水土流失,保護(hù)有限的土地資源。

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S 157.41

A

1000-0941(2010)10-0008-02

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2008B A D 98B 01);國家科技重大

嚴(yán)冬春(1981-),男,湖北宜昌市人,博士研究生,主要從事土壤侵蝕與水土保持研究。

2010-09-07

(責(zé)任編輯 張培虎)