［關(guān)鍵詞］ 侵蝕溝；水土流失；防治措施；效益分析；東北黑土區(qū)

［摘 要］ 溝蝕是導(dǎo)致東北地區(qū)黑土地嚴(yán)重侵蝕退化、糧食產(chǎn)量降低的重要原因。選擇沈陽(yáng)市法庫(kù)縣慈恩寺鄉(xiāng)農(nóng)田侵蝕溝治理工程區(qū)作為研究區(qū)，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)侵蝕溝分布廣泛，大多為V形溝，并以中、小型侵蝕溝為主的特點(diǎn)，采用“先支后干、因地制宜、因害設(shè)防、適地適樹”的原則，通過溝頭防護(hù)、谷坊工程、溝道灘岸防護(hù)工程和林草措施對(duì)70條位于坡耕地上的發(fā)展型侵蝕溝進(jìn)行治理，打造綜合治理措施體系。介紹了主要治理措施的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)綜合治理措施體系產(chǎn)生的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益進(jìn)行了分析。

［中圖分類號(hào)］ S157" [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.05.011

東北黑土區(qū)是我國(guó)重要的糧食產(chǎn)業(yè)基地，保護(hù)黑土地對(duì)于保障國(guó)家糧食安全具有十分重要的意義。作為土壤侵蝕的重要形式之一，近年來侵蝕溝在東北黑土區(qū)發(fā)展迅速，造成了嚴(yán)重的水土流失和土地退化。遼寧省黑土區(qū)面積54 187.24 km2，占東北黑土區(qū)總面積的12.15%。選擇沈陽(yáng)市法庫(kù)縣慈恩寺鄉(xiāng)農(nóng)田侵蝕溝治理工程區(qū)作為研究區(qū)，分析當(dāng)?shù)厍治g溝治理工程采取的具體措施及其綜合效益，以期為東北黑土區(qū)水土保持工作提供參考。

1 項(xiàng)目區(qū)概況

沈陽(yáng)市法庫(kù)縣慈恩寺鄉(xiāng)農(nóng)田侵蝕溝治理工程區(qū)涉及慈恩寺鄉(xiāng)的王義官屯村、五家子村等8個(gè)村。項(xiàng)目區(qū)地處長(zhǎng)白山系低山丘陵區(qū)，海拔100～250 m，坡度5°～25°。屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，冬季寒冷干燥，夏季溫?zé)岫嘤?，年均降水?22 mm，年均蒸發(fā)量1 881.4 mm，年均氣溫7.1 ℃，年均風(fēng)速4.0 m/s。土壤類型以棕壤為主，土壤有機(jī)質(zhì)含量3%～4%，土壤pH值5.0～8.0，適合農(nóng)、林、果等作物生長(zhǎng)。植被類型主要為溫帶針闊混交林，平均林草覆蓋率29%。

為開展項(xiàng)目區(qū)侵蝕溝分類與調(diào)查，依據(jù)實(shí)地調(diào)查、無(wú)人機(jī)航拍影像及法庫(kù)縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣與行政執(zhí)法中心提供的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS的空間分析功能，得到項(xiàng)目區(qū)土地利用、侵蝕溝分布和水土流失現(xiàn)狀。項(xiàng)目區(qū)總面積10 922.74 hm2，土地利用類型以耕地為主，耕地面積占總面積的70.4%，其余地類包括林地、園地、草地、水域及水利設(shè)施用地、住宅用地等。土壤侵蝕以水力侵蝕為主，平均土壤侵蝕模數(shù)1 100 t/（km2·a），侵蝕溝分布廣泛，大多為V形溝，主要分布于植被稀少、土層較薄的區(qū)域（特別是坡耕地），溝壑密度1.3 km/km2，平均比降7.29%?，F(xiàn)有侵蝕溝120條，其中治理侵蝕溝70條，治理侵蝕溝面積43.73 hm2。根據(jù)《東北黑土區(qū)侵蝕溝治理專項(xiàng)規(guī)劃（2016—2030年）》侵蝕溝分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即溝壑投影占地面積＜0.3 hm2的為小型溝，溝壑投影占地面積0.3～1.4 hm2的為中型溝，溝壑投影占地面積＞1.4 hm2的為大型溝，70條治理侵蝕溝中有中型溝44條、小型溝26條。項(xiàng)目區(qū)典型侵蝕溝治理前照片見圖1。

2 侵蝕溝治理措施體系

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)侵蝕溝發(fā)育情況，對(duì)項(xiàng)目區(qū)內(nèi)中、小型侵蝕溝進(jìn)行治理，本著“先支后干、因地制宜、因害設(shè)防、適地適樹”的原則，以坡耕地上的發(fā)展型侵蝕溝為治理重點(diǎn)，打造綜合治理措施體系。根據(jù)70條侵蝕溝治理措施現(xiàn)狀，總結(jié)主要治理措施如下。

2.1 溝頭防護(hù)工程

溝頭一般與耕地連接，受耕種及降水影響顯著，可在侵蝕發(fā)育強(qiáng)烈、溝道落差較大的溝頭布置石籠防護(hù)工程，在落差小、侵蝕較輕的溝頭布置柳跌水防護(hù)工程。

2.1.1 石籠溝頭防護(hù)

在溝道上方有較大匯流面積且有一定高差的溝頭處采用固濱籠進(jìn)行溝頭防護(hù)。根據(jù)《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范溝壑治理技術(shù)》（GB/T 16453.3—2008）[1]計(jì)算設(shè)計(jì)流量，以滿足過流要求。固濱籠設(shè)計(jì)采用10號(hào)鋼絲鍍鋅格賓網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)用塊石填充。

單個(gè)石籠規(guī)格為2.0 m×1.0 m×0.5 m，根據(jù)要求加設(shè)隔片；溝頭底部鋪設(shè)50 cm厚石籠防護(hù)，石籠下方設(shè)置10 cm厚砂礫石墊層，溝頭防護(hù)底部整體鋪設(shè)聚酯長(zhǎng)絲土工布，單位面積質(zhì)量為290 g/m2。石籠工程對(duì)邊坡保護(hù)性強(qiáng)、投資適中，同時(shí)石籠間隙能夠滿足植物生長(zhǎng)需求，但景觀性較差，僅在溝頭采用。位于慈恩鄉(xiāng)孟家窩堡村的某石籠溝頭防護(hù)工程縱斷面設(shè)計(jì)見圖2。

2.1.2 柳跌水溝頭防護(hù)

在落差小、侵蝕較輕的溝頭采取柳跌水溝頭防護(hù)，計(jì)算設(shè)計(jì)流量以滿足過流要求。柳跌水采用柳編結(jié)構(gòu)形式，由進(jìn)水口、陡坡段和出口組成。沿每排樁橫向鋪柳捆，縱向順溝坡鋪柳捆，共鋪設(shè)兩層，每層柳捆厚10 cm，上方鋪設(shè)0.2 m厚土層。柳樁選擇生長(zhǎng)能力強(qiáng)的活立木，柳樁打入地下深度0.5 m以上。柳跌水適用于水土資源豐富、位于耕地旁的中小型侵蝕溝，在修建初期由于柳跌水尚未完全生根，抗侵蝕能力較差，因此需要結(jié)合其他工程措施，以保證后期導(dǎo)流效果。位于慈恩鄉(xiāng)孟家窩堡村的某柳跌水溝頭防護(hù)工程典型斷面見圖3。

2.2 谷坊工程

在不同部位布設(shè)不同類型及尺寸的谷坊，共布置了3種形式的谷坊，其中：石籠谷坊主要布設(shè)在溝道較深、下切嚴(yán)重的侵蝕溝；柳樁編籬植物谷坊主要布設(shè)在沖刷較輕的溝道；多排密植植物谷坊主要布置在比降較小、溝寬較窄、溝深較淺、侵蝕較輕的溝段。應(yīng)根據(jù)侵蝕溝情況選擇不同規(guī)格的谷坊。

2.2.1 石籠谷坊

石籠谷坊底部整體鋪設(shè)聚酯長(zhǎng)絲土工布，標(biāo)稱斷裂強(qiáng)度為15 kN/m，單位面積質(zhì)量為290 g/m2。石籠設(shè)計(jì)采用10號(hào)鋼絲鍍鋅格賓網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)用塊石填充。單個(gè)石籠規(guī)格為2.0 m×1.0 m×0.5 m，根據(jù)要求加設(shè)隔片。根據(jù)《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 51018—2014）[2]計(jì)算設(shè)計(jì)流量以滿足溢流要求。谷坊工程的布置原則是“頂?shù)紫嗾铡?，避免在彎道處布設(shè)，保證溝底、坡岸穩(wěn)定，沒有阻擋物。位于慈恩鄉(xiāng)華家溝村及石洞溝村之間的某石籠谷坊典型斷面見圖4。

2.2.2 柳樁編籬及多排密植植物谷坊

柳樁選擇生長(zhǎng)能力強(qiáng)的活立木，用柳梢將柳樁編織成籬。為了防止埋樁時(shí)對(duì)柳樁造成損傷，用鐵釬等工具在需要埋樁處先行打孔再埋樁。編籬時(shí)，用柳梢將各排柳樁編制成籬，以柳樁為徑，從地表以下0.2 m開始安排橫向編籬，與地面平齊時(shí)，在背水面最后一排樁間鋪厚0.1～0.2 m的柳枝，樁外露枝梢約1.0 m，作為海漫。多排密植植物谷坊垂直水流方向，密植柳桿（或楊桿），每處谷坊栽植柳桿（或楊桿）5排。慈恩鄉(xiāng)華家溝村某柳樁編籬及多排密植植物谷坊橫斷面設(shè)計(jì)見圖5。侵蝕溝治理過程中，由于侵蝕溝發(fā)育情況不一致，因此在實(shí)際工程選擇時(shí)應(yīng)該考慮時(shí)效性及經(jīng)濟(jì)性。植物谷坊能夠就地取材并且長(zhǎng)期使用，還能夠兼顧一定的安全性，符合生態(tài)工程的理念。

2.3 溝道灘岸防護(hù)工程

布設(shè)3種溝道灘岸防護(hù)工程，其中：在沖刷嚴(yán)重且因征地困難不宜采取全面削坡的溝道，布置石籠護(hù)腳；在沖刷較輕、水分條件較好、寬淺的溝道布置柳排護(hù)岸；在侵蝕嚴(yán)重、溝坡較陡且能夠進(jìn)行全面削坡的溝坡布置生態(tài)袋石籠護(hù)岸。

2.3.1 石籠護(hù)腳

固濱籠設(shè)計(jì)采用10號(hào)鋼絲鍍鋅格賓網(wǎng)，網(wǎng)孔尺寸為10～12 cm，網(wǎng)內(nèi)用塊石填充。石籠護(hù)腳基礎(chǔ)固濱籠規(guī)格為2.0 m×1.0 m×0.8 m，上部固濱籠規(guī)格為2 m×1 m×1 m，根據(jù)要求加設(shè)隔片。在固濱籠后側(cè)鋪設(shè)土工布后回填開挖剩余廢棄土方。土工布為聚酯長(zhǎng)絲土工布，單位面積質(zhì)量為290 g/m2。固濱籠下方設(shè)置10 cm厚砂礫石墊層。汪戶屯村某石籠護(hù)腳典型斷面設(shè)計(jì)見圖6。對(duì)石籠護(hù)腳上方邊坡進(jìn)行削坡整形。石籠護(hù)腳在施工中布設(shè)方法相對(duì)簡(jiǎn)單，工序較少，但需要保證工程建設(shè)質(zhì)量，以防止坡岸受到?jīng)_刷。

2.3.2 柳排護(hù)岸

侵蝕溝溝底土層較厚，滿足柳樁埋深條件。柳排護(hù)岸沿溝底線兩側(cè)向溝坡打埋柳樁，每側(cè)3排，樁與樁呈品字形交錯(cuò)擺放。在埋好的柳樁之間用柳條進(jìn)行編籬，高度為0.5 m，以增加防沖能力。石洞溝村某柳排護(hù)岸典型斷面設(shè)計(jì)見圖7。柳排護(hù)岸主要利用植物迅速生根的特性，結(jié)合人工輔助措施，保證植物措施迅速發(fā)揮作用，在保護(hù)坡岸免受流水沖刷的同時(shí)還能發(fā)揮一定的生態(tài)效益。

2.3.3 生態(tài)袋石籠護(hù)岸

生態(tài)袋石籠護(hù)岸是一種新型護(hù)坡方法，能起到護(hù)坡和美化環(huán)境的作用。生態(tài)袋填充混合草籽、灌木種子的基質(zhì)材料后規(guī)格為長(zhǎng)0.6 m、寬0.3 m、高0.15 m，共鋪設(shè)13層，總高度為2.25 m，長(zhǎng)邊為順?biāo)鞣较?，每層錯(cuò)縫進(jìn)行壓實(shí)，每?jī)蓪由鷳B(tài)袋的鋪設(shè)位置呈品字形結(jié)構(gòu)，生態(tài)袋中間用連接扣連接，每壘砌3層生態(tài)袋鋪設(shè)1層加筋柵格，加筋柵格一端固定在生態(tài)袋連接扣上以確保穩(wěn)定。汪戶屯村、汪家溝村之間某生態(tài)袋石籠護(hù)岸典型斷面設(shè)計(jì)見圖8。

2.4 林草措施

2.4.1 水土保持林

在侵蝕溝溝底、溝坡裸露區(qū)域及荒草地栽植水土保持林?？紤]到侵蝕溝內(nèi)水分條件不同，在溝底一般選擇根蘗性強(qiáng)、防水流沖蝕的灌木，在溝坡一般選擇耐瘠薄、水土保持效果好的灌木。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，灌木柳及紫穗槐在當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)良好，因此在溝底栽植灌木柳，溝坡栽植紫穗槐。選擇灌木柳及紫穗槐苗木高度不小于60 cm，根系發(fā)達(dá)，植株健壯，無(wú)機(jī)械損傷，采取“三填、兩踩、一提苗”的栽植技術(shù)，整地方式為穴狀整地。華家溝村水土保持林栽植典型設(shè)計(jì)見圖9。造林后需對(duì)成活率進(jìn)行調(diào)查，對(duì)成活率低于70%的進(jìn)行補(bǔ)植，成活率低于30%的需要重新造林。

2.4.2 經(jīng)果林

在比降較小、溝寬較寬、立地條件較好的侵蝕溝內(nèi)栽植經(jīng)濟(jì)效益較高的經(jīng)果林。經(jīng)果林選擇的山楂樹、杏樹均為當(dāng)?shù)剡m宜品種。苗木均為3年生，選擇根系發(fā)達(dá)、葉芽飽滿、無(wú)機(jī)械損傷的植株，采取“三填、兩踩、一提苗”的栽植技術(shù)，以及魚鱗坑整地方式。

2.5 輔助工程

輔助工程包括生產(chǎn)道路、過水路面、農(nóng)橋、漫水橋、整地、標(biāo)示碑等，將侵蝕溝治理具體措施相互連通，形成綜合治理體系。在保證項(xiàng)目順利開展的同時(shí)，既能方便群眾生產(chǎn)生活，又能起到一定的宣傳、標(biāo)示作用。

3 效益分析

本工程實(shí)施時(shí)間為2021年4月至2022年5月，總工期14個(gè)月，項(xiàng)目區(qū)分工程措施治理區(qū)與植物措施治理區(qū)兩部分同時(shí)進(jìn)行，對(duì)治理前后生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行對(duì)比分析。由于植物措施發(fā)揮效益時(shí)間滯后，因此采用當(dāng)?shù)赝愋凸こ踢M(jìn)行類比，結(jié)合當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門多年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)水保林及經(jīng)果林效益進(jìn)行類比預(yù)測(cè)分析。

3.1 生態(tài)效益

1）蓄水效益。侵蝕溝治理后能減少地表徑流對(duì)土壤的沖刷，增加土壤蓄水能力。保水效益評(píng)價(jià)采用年蓄水量，計(jì)算公式為蓄水量=徑流深×攔蓄系數(shù)×措施面積。據(jù)調(diào)查，治理期末項(xiàng)目區(qū)侵蝕溝治理措施中谷坊、護(hù)岸、整地工程年蓄水量為56.4萬(wàn) m3，蓄水效益計(jì)算結(jié)果見表1。

通過類比當(dāng)?shù)赝愋凸こ碳坝嘘P(guān)部門提供數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，水保林及經(jīng)果林成熟后攔蓄系數(shù)能夠達(dá)到75%左右，在占地面積9.25 hm2、徑流深98 mm的情況下，年蓄水量能夠達(dá)到0.7萬(wàn)m3左右。

2）保土效益。攔蓄工程和林草措施實(shí)施后可穩(wěn)定坡面，減少土壤養(yǎng)分流失，加速土壤熟化過程，同時(shí)減輕下游河道和水庫(kù)淤積。保土效益評(píng)價(jià)指標(biāo)采用保土量，計(jì)算公式為保土量=侵蝕模數(shù)×保土系數(shù)×措施面積。據(jù)調(diào)查，治理期末項(xiàng)目區(qū)侵蝕溝治理措施中谷坊、護(hù)岸、整地工程年保土量為11 683.5 t，保土效益計(jì)算結(jié)果見表2。

通過類比當(dāng)?shù)赝愋凸こ碳坝嘘P(guān)部門提供的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，水保林及經(jīng)果林成熟后保土系數(shù)能夠達(dá)到85%左右，在占地面積9.25 hm2、土壤侵蝕模數(shù)1 100 t/（km2·a）的情況下，年保土量能夠達(dá)到86.5 t左右。

3）生態(tài)環(huán)境改善。攔蓄工程和林草措施實(shí)施后能有效改善項(xiàng)目區(qū)自然環(huán)境和群眾生存條件。據(jù)調(diào)查，相比治理前，治理期末項(xiàng)目區(qū)林草覆蓋率提高了0.14個(gè)百分點(diǎn)。

3.2 社會(huì)效益

侵蝕溝綜合治理為治理區(qū)帶來了明顯的社會(huì)效益。首先，侵蝕溝治理有利于減輕自然災(zāi)害，改善農(nóng)村生活條件，優(yōu)化農(nóng)村居住環(huán)境，提高群眾生產(chǎn)致富積極性；其次，侵蝕溝治理改善了農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)條件，提高了地區(qū)綜合生產(chǎn)能力，為社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)奠定了基礎(chǔ)；最后，侵蝕溝治理項(xiàng)目開展后，通過技術(shù)培養(yǎng)，提高了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的生產(chǎn)技能和科技水平，促進(jìn)了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

本研究經(jīng)濟(jì)效益分析只分析直接經(jīng)濟(jì)效益。直接經(jīng)濟(jì)效益是指實(shí)施與未實(shí)施水土保持措施土地上生長(zhǎng)的植物產(chǎn)品對(duì)比的增產(chǎn)量和增產(chǎn)值。本研究計(jì)算的直接經(jīng)濟(jì)效益包括農(nóng)地治理效益、植被效益等。其中，水保林直接經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算治理措施實(shí)施后的活立木增產(chǎn)量，經(jīng)果林直接經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算治理措施實(shí)施后的果品增產(chǎn)量，通過類比當(dāng)?shù)赝愋凸こ碳坝嘘P(guān)部門提供數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，水保林及經(jīng)果林成熟后，水保林增產(chǎn)活立木能夠達(dá)到每公頃增產(chǎn)量30 m3，年增產(chǎn)值9萬(wàn)元左右，經(jīng)果林增產(chǎn)果品每公頃增產(chǎn)量1萬(wàn)kg，年增產(chǎn)值6萬(wàn)元左右。谷坊、護(hù)岸及整地工程直接經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算工程實(shí)施后保護(hù)耕地范圍內(nèi)的糧食增產(chǎn)量，均按照栽植后第三年開始進(jìn)入收益期計(jì)算，待項(xiàng)目全部措施完成并發(fā)揮效益后，年增產(chǎn)值將達(dá)到91.33萬(wàn)元，計(jì)算結(jié)果見表3。

4 結(jié)束語(yǔ)

沈陽(yáng)市法庫(kù)縣慈恩寺鄉(xiāng)屬于水利部、遼寧省、沈陽(yáng)市東北黑土區(qū)侵蝕溝治理專項(xiàng)規(guī)劃侵蝕溝治理重點(diǎn)項(xiàng)目區(qū)。項(xiàng)目區(qū)侵蝕溝分布廣泛，大多為V形溝，并以中、小型侵蝕溝為主。根據(jù)“先支后干、因地制宜、因害設(shè)防、適地適樹”的原則，通過溝頭防護(hù)、谷坊工程、溝道灘岸防護(hù)工程和林草措施對(duì)70條位于坡耕地上的發(fā)展型侵蝕溝進(jìn)行治理，打造綜合治理措施體系，取得了顯著的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。部分典型措施治理效果照片見圖10。未來將進(jìn)一步加強(qiáng)項(xiàng)目區(qū)侵蝕溝治理，希望能為東北黑土區(qū)水土流失治理提供樣板和參考。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 水利部國(guó)際合作與科技司.水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范 溝壑治理技術(shù)：GB/T 16453.3—2008[S].北京：水利部國(guó)際合作與科技司，2008：2-6.

[2] 水利部.水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 51018—2014[S].北京：水利部：3-5.

第一作者： 郝可心（1996—），男，滿族，遼寧沈陽(yáng)人，碩士，主要從事水土保持相關(guān)工作。E-mail： hkxhaokexin@163.com

（責(zé)任編輯 李楊楊）

［引用格式］ 郝可心，臺(tái)秉洋，蔡楚雄，等.東北黑土區(qū)侵蝕溝治理措施體系及效益分析[J].中國(guó)水土保持，2024（5）：34-38.