长江流域坡耕地“坡式梯田+坡面水系”治理模式及综合效益探讨

邓嘉农,徐 航,郭 甜,黄 巍,何丙辉

(1.长江流域水土保持监测中心站,湖北武汉430010;2.西南大学资源环境学院三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400715)

1 “坡式梯田 +坡面水系”治理模式

坡改梯是改善农业生产条件、增强农业发展后劲的重要手段,它的实施对于发展区域经济和促进农业增产、农民增收具有重要意义[1]。但是,目前在许多山区坡耕地实施坡改梯的过程中还存在一些问题,例如:随着宜修坡耕地数量的减少,坡改梯需要投入更多的资金和劳力;坡改梯实施后往往以种植粮食作物为主,投入产出比较低;由于缺乏技术支撑和建设监理,部分梯田整体稳定性差,水土保持效益不明显,甚至减少了可利用土地面积,进而影响了作物产量。坡面水系工程是在综合治理过程中以控制水土流失和改善生态环境、农业生产条件为目的的,在一定范围的坡体上建立起来的池、渠、凼配套,蓄、排、灌结合的微型水利工程组合体[2-3],是山区农业的重要基础设施。针对目前山区坡改梯实施过程中存在的造价高、效益低等问题,结合坡面水系工程的优势,在长江流域推广应用坡耕地“坡式梯田 +坡面水系”治理模式,并研究其结构、造价和效益。

2 调研范围和研究目的

调研范围为长江流域实施坡耕地“坡式梯田 +水系配套”治理模式的5大典型区域,即三峡库区、川中丘陵区、云贵高原区、横断山区、秦巴山区,涉及四川、重庆、贵州、云南、甘肃的多个县(市)。调研期间,研究人员与各县(市)水土保持部门负责人座谈,收集相关资料,了解坡耕地分布及治理情况(治理时间、规模、地点、效益等);深入已实施“坡式梯田 +水系配套”治理模式的小流域,走访农户,使用手持GPS仪定位,辅以测距仪测量面积,用罗盘测量坡度,重点调查单位面积需水量、春冬农作物品种、单位面积土地所需蓄水池的容积、坡式梯田的设计特点以及梯田的结构、功能、造价及效益等。

3 不同坡改梯方式工程造价分析

3.1 不同坡改梯方式工程量比较

图1 水平梯田示意图

图1为水平梯田设计示意图。对于水平梯田,略去埂坎部分工程量,以梯田田面主体挖填方总工程量为考察对象,根据《水土保持学》[4]计算水平梯田的总工程量。首先,令改造后的坡面宽度为B,水平梯田工程量用截面积S水平表示,计算公式为

式中:H为坎高;θ为原地面坡度。

对于坡式梯田,略去埂坎部分工程量,以梯田田面主体挖填方总工程量为考察对象,坡式梯田工程量用截面积S坡式表示,推导其计算公式为

式中:H为原地面高度,H=Bcosα tanθ;h为坡改梯后的地面高度,h=Bsinα;A为底边水平宽度,A=Bcosα;α为坡改梯后地面坡度;其余符号意义同上。

式(1)减去式(2),得出式(3)为

由式(3)知,2α＞θ时,S水平＞S坡式。从上述工程量分析结果知,修筑单位宽度的梯田,坡式梯田工程量明显小于水平梯田,说明修建坡式梯田能够有效节省成本,并且在相同条件下,坡式梯田有较宽的田面可供耕作。

3.2 不同坡改梯方式造价分析

以小流域为单元,长江流域各典型区域均实施了以坡耕地改造和坡面水系建设为重点的综合治理,各典型区域重点小流域基本情况和“坡式梯田+坡面水系”治理模式实施情况见表1和表2。坡改梯工程实施后,耕翻、淤积等使得梯田坡度逐渐变缓、土层变厚、可种植面积增加;梯坎多为就地取材建设的石坎,坎高1.2～2.0 m,田面宽度4.8～9.0 m;配套设施包括蓄水池、沉沙凼、截排水沟、道路、闸阀井等。根据各地情况的不同,配套措施不仅规格、数量不同,而且造价方面也存在差异。表3为各典型区域重点小流域坡耕地“坡式梯田+坡面水系”治理模式工程造价情况调查表。由表3知,横断山区和川中丘陵区坡耕地“坡式梯田 +坡面水系”治理模式单位面积的投资量更节省;在单位面积投资量中,梯坎投资所占比例最大,其次是配套设施投资,可见在坡耕地综合治理过程中配套设施的优化设计不仅能起到合理布局、提高使用效益的效果,而且能够有效减少整体资金投入。

表1 各典型区域重点小流域基本情况

表2 各典型区域重点小流域坡耕地“坡式梯田+坡面水系”治理模式实施情况

表3 重点小流域坡耕地“坡式梯田+坡面水系”治理模式工程造价情况

4 效益分析

采用“坡面梯田+坡面水系”治理模式对坡耕地进行治理后,一方面长江流域各典型区域重点小流域坡耕地数量明显减少,水土流失得到了有效控制。据统计,实施该治理模式后,嘉陵江流域688条、金沙江流域303条小流域水土流失面积减少了13 158.93 km2,比治理前减少了65%以上,平均土壤侵蚀模数由治理前的5 279 t/(km2⋅a)下降到3 565 t/(km2⋅a);贵州大方的洗线沟小流域年均侵蚀量由2 093 t降至1 700 t,降幅达18.78%;云南宣威的发图小流域年均侵蚀量由470 t降至110 t,降幅达76.60%。另一方面,各小流域基本农田、林草地面积和小型水利水保设施数量增加,以玉米种植为主,烤烟、大豆种植为辅,并积极发展特色农业,让农民真正得到了实惠。表4为长江上游各典型区域重点小流域陡坡耕地实施“坡式梯田+坡面水系”治理模式前后的生态经济效益调查。由表4知:第一,经过治理,各小流域农作物产量均有不同程度的增加。例如,秦巴山区的大地沟小流域种植的玉米、大豆产量由治理前的1 500 kg/hm2增加到2 700 kg/hm2,增幅明显。第二,小流域治理后培育的水果、蚕桑、茶叶、药材、加工等产业,改变了农村单一的种养业结构,初步实现了种、养、加各业协调发展,出现了大批专业大户和各种治理典型,促进了农民脱贫致富和集体经济的壮大。例如,云南沾益的响坝河小流域发展特色产业万寿菊,产量由2.55万kg/hm2增至3.75万 kg/hm2,增幅达47.06%。第三,治理模式的实施减轻了土壤侵蚀,改善了农业生产条件,保护了生态环境。例如,云贵高原区的松树小流域平均坡度由24°减少到5°～8°;三峡库区沿江溪小流域年均土壤侵蚀量由3 120 t减少到410 t,减少了 86.86%;四川安居的白安河小流域耐干旱时间由15 d增至33 d。上述分析结果表明,实施“坡式梯田+水系配套”治理模式既可拦泥蓄水、减少水土流失,又可改变地形条件、增厚土层,有利于培肥地力,提高作物单产,实现农业增产增收,是适合长江上游陡坡耕地治理的有效模式。

表4 长江上游各典型区域重点小流域陡坡耕地生态经济效益调查

5 结 语

“坡式梯田+水系配套”治理模式是适用于长江上游坡耕地治理的有效模式。一方面,相比水平梯田,坡式梯田在节约工程量和造价方面具有一定优势,又可以充分利用田面有效使用面积,适宜在山多地少的地区采用。通过淤积、耕翻,能使梯田的坡度逐渐变缓,最后逐步形成水平梯田,在坡耕地面积大、坡度较缓、施工季节短的情况下,坡式梯田是大面积控制水土流失、提高治理速度、降低工程投入的有效措施,并有显著的增产作用。另一方面,坡式梯田离不开池、渠、凼配套和蓄、排、灌结合的坡面水系措施,尤其是在降雨量充足、季节性干旱的长江流域,合理布设坡面水系是发挥梯田蓄水保土效益的重要保证。

针对本次调研中发现的问题,建议在今后的坡耕地综合治理过程中应注重合理规划、规范技术,加强技术指导培训工作,搞好技术示范的社会化服务,加强监理,形成完善的管护体系,让“坡式梯田+水系配套”坡耕地治理模式发挥应有的功效,构建完善的水土流失综合防治体系。

[1]李小燕,杨永利.浅谈坡改梯工程在流域治理中的地位和作用[J].陕西水利,2008(z2):139-140.

[2]胡甲均.对当前有关水土保持几个关系问题的认识[J].中国水土保持,1999(12):15-16.

[3]叶红,周芸.四川坡面水系水土保持成套技术应用简介[J].四川水利,2005,26(1):30.

[4]王礼先,朱金兆.水土保持学(第2版)[M].北京:中国林业出版社,2005:154-155.