长江上游陡坡耕地“大横坡 +小顺坡”耕作模式

2010-09-12严冬春史忠林

中国水土保持 2010年10期

关键词：坡长横坡陡坡

严冬春,龙翼,史忠林

(1.中国科学院成都山地灾害与环境研究所山地环境演变与生态调控重点实验室,四川成都 610041;2.中国科学院研究生院,北京 100049)

长江上游陡坡耕地“大横坡 +小顺坡”耕作模式

严冬春1,2,龙翼1,史忠林1,2

(1.中国科学院成都山地灾害与环境研究所山地环境演变与生态调控重点实验室,四川成都 610041;2.中国科学院研究生院,北京 100049)

“大横坡 +小顺坡”;坡耕地;耕作模式;长江上游

长江上游量大面广的陡坡耕地,既是当地农民赖以生存的基础,也是区域粮食自给和国家粮食安全保障的重要补充。长期以来,长江上游坡耕地耕作粗放,土地产出率与劳动生产率低下,抵御干旱与洪涝等自然灾害的能力不强,水土流失严重。基于对当地农民现有耕作习惯的调查,介绍了“大横坡 +小顺坡”耕作模式的结构,并对该模式具体的功能进行了论述,同时针对小顺坡坡长随意的问题提出了改进方案。

长江上游是我国坡耕地分布最为集中的地区,坡耕地面积约有 767万hm2,占全国坡耕地总面积的 32%,占区内耕地面积的 72%;而坡度大于 15°的坡耕地有 435万 hm2,占长江上游坡耕地面积的 57%[1-3]。坡耕地既是当地农民赖以生存的基础,也是区域粮食自给和国家粮食安全保障的重要补充。长期以来,长江上游坡耕地耕作粗放,土地产出率与劳动生产率低下,抵御干旱与洪涝等自然灾害的能力不强,水土流失严重。据悉,长江上游年均土壤侵蚀量 16亿 t,其中 60%来自坡耕地。这不仅造成土层变薄、土地退化、土地生产力下降、农民生活贫困和生态环境恶化,而且对中下游的水安全和三峡等水电工程安全运行构成了严重威胁,严重阻滞了山区和少数民族地区经济社会发展与和谐社会的构建。

坡耕地治理一直是长江上游水土保持的工作重点,“长治”工程明确提出“以小流域为单元,以坡改梯为突破口”的指导方针,旨在扭转长江上游水土流失日益严重、生态环境不断恶化的局面。据长江委资料,截至 2010年“长治”工程累计治理水土流失面积 960万hm2,其中坡改梯面积 70.1万 hm2,实施保土耕作 166.7万 hm2。 2008年 4月和 2009年 5月笔者跟随国家科技支撑计划项目组实地考察了长江上游的坡耕地现状,考察中发现当地农民在种植陡坡耕地时有“横坡整地、顺坡种植”的习惯(“大横坡+小顺坡”耕作模式),与传统保土耕作提倡的横坡耕作、等高耕作、等高沟垄等耕作模式大相径庭。本文在调查长江上游现有坡耕地整治技术的基础上,介绍了“大横坡 +小顺坡”耕作模式的结构和功能,分析了“大横坡 +小顺坡”耕作模式的优点,并提出了“大横坡 +小顺坡”耕作模式的改进方案。

1 “大横坡 +小顺坡”坡耕地的结构和功能

采用“大横坡+小顺坡”耕作方式的坡耕地,除地块后部的背沟和前缘的边沟外,地块内部还有横坡截流沟和顺坡垄沟(见图 1)。地块后部背沟的功能,主要是拦截上方坡地径流;地块前缘边沟的功能,主要是拦截、滞留地块产出的径流,沉积泥沙。横坡截流沟的功能主要是缩短坡长,避免坡面侵蚀细沟的发生;拦截、滞留上部地块产出的径流,沉积泥沙;供田间行走。顺坡垄沟的功能:紫色土土层薄,挖沟起垄可以增加垄土厚度,提高作物产量;垄间沟排水、沥水,减少雨季耕土层发生顺坡滑塌。每年冬天,农民还要挑沙面土,将水平沟道内沉积的泥沙回返到耕地内。

图 1 “大横坡 +小顺坡”照片及示意图

2 “大横坡 +小顺坡”模式的优点

2.1 减少细沟侵蚀

“大横坡+小顺坡”模式通过开挖横坡截流沟将长顺坡分割成小顺坡,改变地表径流流向,避免径流直接冲刷地块形成细沟。因细沟侵蚀占坡面土壤侵蚀量的绝大部分,细沟一旦形成,坡面薄层水流转变为股流,其水力学特征发生根本性的转变,侵蚀动力增强,水流侵蚀形态由对单个土壤颗粒的搬运转变为对土壤块体崩解、分散、输移的过程,侵蚀量剧增[4]。已有的研究表明,细沟的发生将使坡面侵蚀产沙量增加几倍至几十倍[5],黄土高原细沟侵蚀量甚至占坡面总侵蚀量的 70%以上[6-8]。传统观念认为坡耕地上形成的细沟仅通过耕作措施即可平复,不需要特殊的土壤保持措施。事实上,即使通过耕作措施将细沟平复还是会在坡面上形成负地形,再次降雨情况下很容易出现细沟,甚至形成恶性循环[8]。

2.2 排水通畅、防止滑塌

“大横坡+小顺坡”耕作模式有利于及时排水,防止土壤饱和之后滑塌。长江上游受季风气候控制,降水集中在雨季,且以暴雨为主。而长江上游陡坡耕地土层普遍浅薄,横坡种植时径流多集中在沟垄内,降雨很快就可入渗到达岩土界面,容易造成土壤层整体滑动。

2.3 耕作方便、节省劳力

通过询问当地农民得知,他们选择小顺坡种植的目的一方面在于及时排水,另一方面就是方便耕作。横坡种植时两脚不在同一高度,重心向下坡向倾斜,人在陡坡耕地上很难站稳;耕作时土壤顺坡下滑,不利于栽种。小顺坡耕作两脚沿等高线站立,重心前倾,比较稳定,耕作时也比较省力。长江上游历来有“挑沙面土”的习惯,可以弥补顺坡耕作导致的土壤迁移。

3 “大横坡 +小顺坡”模式的改进

“大横坡+小顺坡”耕作模式是长江上游广大农民长期实践经验的总结,有其存在的合理性,但也并非尽善尽美,存在的主要问题在于小顺坡坡长的随意性。

对于某一坡度的地块,一次暴雨中细沟总是在一定的坡长处发生,这是由于细沟侵蚀的发生需要一定的坡长来汇集径流,这一坡长称为细沟发生的临界坡长[9];理论上在细沟发生的临界坡长处截断径流将避免细沟侵蚀的发生。我们在三峡库区的忠县和川中丘陵区的盐亭分别开展的人工降雨试验表明:暴雨情况下细沟发生的临界坡长与坡度呈二次抛物线关系;在临界坡长处开挖水平沟截断径流能有效地控制细沟侵蚀的发生,与没有改造的小区相比拦沙效益提高了 53.8%。因此,建议在调查长江上游各区坡耕地细沟侵蚀发生临界坡长的基础上,针对不同坡度、不同土壤特征按照细沟侵蚀可能发生的临界坡长开挖横坡截流沟,重新确定小顺坡的坡长。

4 展望

坡改梯之后坡耕地保水保土保肥增产效益比较显著,监测结果表明:水平梯田平均减沙效率达 70%,减少地表径流 42%～47%,紫色土区粮食增产 20%～66%。但是,坡改梯也受投劳多、资金紧张等客观因素的制约,暂时不能在长江上游全面开展;农村劳动力的大量输出也为长江上游坡改梯工程的实施增添了新的困难;再就是长江上游陡坡耕地主要位于坡面的中上部,大多土层浅薄,坡改梯困难。

我们在中国科学院三峡站建立的“大横坡 +小顺坡”实体模式 1.6hm2(坡度 6°～24°),土地为当地农民自有坡耕地,施工队伍为当地现有劳动力,由于大部分年轻人外出打工,所以参与“大横坡 +小顺坡”模式改造的农民平均年龄为 52岁,最大的 68岁,最小的 49岁。总共投入劳动力 410人天,按当地劳动力工资每人每天 50元计算,修建 1hm2“大横坡 +小顺坡”实体需要1.28万元,远远小于构筑水平梯田的投入。对重庆忠县石宝镇 300人的民意调查表明,当地农民对“大横坡 +小顺坡”模式的接受程度,赞成的占 93%、无所谓的占 4%、反对的占3%。倘若“大横坡+小顺坡”模式能在长江上游广大陡坡耕地得以推广,作为坡改梯的补充,短期内将有利于减少长江上游陡坡耕地的水土流失,保护有限的土地资源。

[1]胡玉法.长江流域坡耕地治理探讨[J].人民长江,2009,40(8):72-75.

[2]张丽萍,朱钟麟,邓良基.四川省耕地资源及其治理对策[J].水土保持通报,2004,24(3):47-49.

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S 157.41

1000-0941(2010)10-0008-02

国家科技支撑计划项目(2008B A D 98B 01);国家科技重大