坡改梯效益研究现状与发展趋势

2014-08-15谭琼

农业研究与应用 2014年2期

谭琼

摘要：坡改梯工程是我国水土保持以及农田建设的一项重要举措，近年来对此展开的科学研究也很多。本文综述了有关梯田的设计、水土保持效益、护埂措施以及坡改梯对土壤质量与土壤水分的影响方面的研究现状，并对有关梯田研究的发展趋势进行了预测。

关键词：梯田水土保持土壤质量发展趋势

山地丘陵大约占据我国陆地面积的三分之二，为了生存和发展，人们开发利用了大量的坡耕地 [1]。但由于坡耕地的坡面不稳定，加之降雨和流水的冲刷，使土壤结构遭到破坏，导致表土和土壤养分流失严重，土地生产力下降。而将坡耕地沿等高线修建成断面呈阶梯状的梯田，则能消除或减缓坡度、缩短坡长，从而降低地表径流的冲刷力、缩短地表径流的长度。因此将坡耕地改成梯田是一项防治水土流失的重要举措 [2]。另外，梯田还能有效的改善土壤理化性质，提高土地的作物产量，促进农业生产力的发展，产生重要的经济效益。因而对坡改梯工程的研究以及对梯田的改进具有重要意义。

1 有关梯田的研究现状

1.1 梯田的设计研究

传统上，梯田的设计方法就是“大弯就势，小弯取直”，可是这种方法只能定性，并不能量化 [3]。由于不同地方的地形存在许多具体的特点和差异，则需要因地制宜地在传统方法的基础上进行改进。党福江 [3]提出通过对代表地面走向的等高线进行概化分析，得出能表达等高线的数学函数式，再以横贯坡面切割等高线最少的基线作为梯田的地埂基线，最后根据其对应的函数值，进行实地坐标放线。其重要意义在于提出了室内分析的理论依据，基线放线的质量不再由操作者的经验多寡来决定，这样既满足了等高布设以及机械作业对曲率半径的要求，并且也对“大弯就势，小弯取直”进行了定量化，同时还避免了施工时的大切大垫。蔡江碧 [4-5]等从数学角度提出了用矢量法进行梯田设计，即利用以平面多边形为单元拚凑成的空间面的平面图代替地形图，然后设置合适的坐标系，利用矢量法进行梯田设计和填（挖）方量的计算。裴金萍等 [6]提出在黄土高原丘陵沟壑区施行水平田面、隔坡林草、集雨灌溉为一体的隔坡集流梯田工程，也就是将部分坡耕地改造成水平梯田，而将田面之间的另一部分坡耕地退耕还草还林，这样既减少了水土流失，又提高了雨水的利用率，解决了该地区干旱缺水的问题，提高了作物产量。

1.2 梯田的水土保持效应研究

在坡耕地上，当降雨强度超过了土壤的下渗速度，将会沿坡面形成坡面径流。坡面径流不仅会冲刷土壤、破坏土壤结构，还会带走部分表土和营养物质，导致水土流失。而将坡耕地改成梯田后，消除了坡面，从而避免了坡面径流的产生，减少了水土流失。

焦菊英等 [7-8]通过对黄土高原水平梯田的研究认为，降雨量、降雨强度以及梯田质量是影响水平梯田水土保持效益的重要因素。该研究采用降雨量（P）与最大30 min雨强（i30）的乘积（Pi30）作为降雨指标，研究结果显示：当Pi30<4.4 mm2/min，i30<0.28 mm/min时，水平梯田不能发挥水土保持的作用；当Pi30在4.4～50 mm2/min时，水平梯田的保水减沙效益均为100 %；当Pi30>50 mm2/min时，水平梯田的保水减沙效益随Pi30增大而减小。其关系为：

R（%）= -59.765 ln（Pi30）+ 331.72 r = 0.896

S（%）= -0.5848（Pi30）+ 130.07 r = 0.993

式中：R为保水效益；S为减沙效益。吴发启等 [9]也同意以上观点，认为随着降雨的增大，梯田蓄水保土的效益降低；梯田的修筑质量越好，其蓄水保土的效益也越高。

胡建民等 [10]通过对红壤丘陵区水平梯田的水土保持效应进行研究分析，也得出将坡耕地改成梯田后蓄水保土效益显著提高，蓄水效益高达67.6 %，保土效益达85.0 %以上。同时还提出不同类型梯田水土保持效应也不同，前埂后沟式水平梯田比标准水平梯田、对照水平梯田、内斜式梯田以及外斜式梯田的蓄水保土效益都好。另外梯壁植草也能大大提高梯田的蓄水保土效益。采用前埂后沟+梯壁植草方式的水平梯田，蓄水效益能达到59.7 %，保土效益达98.2 %，适合在南方红壤坡地推广。

1.3 梯田的土壤质量研究

修筑梯田需要挖掘、移动大量土方，会造成土层紊乱，即原表土层的熟土被掩埋，原底土层的生土被翻上来成为新的表土层，这样会导致耕作层的土壤性质恶化、肥力下降，从而影响作物产量。莫世鳌 [11]研究得出新修梯田的土壤养分比起原坡耕地有所下降，其中有机质下降37 %，全氮下降33 %，全磷下降9 %，速效氮下降72 %，速效磷下降90 %，水稳性团聚体下降49 %。刘绪军等 [12]还提出修筑梯田时会在田面上形成2个部分，即填土和切土，2部分土壤的质量也存在很大差异。前者物理性质好，养分含量高，作物产量高，但保墒能力差；后者物理性质较差，底土黏重，养分含量低。

为了改进新修梯田的土壤质量，学术界也进行了大量的相关方面的研究。薛萐等 [13]通过对黄土高原丘陵区的梯田土壤质量的研究发现，虽然新修梯田的土壤质量较差，但随着改造年限的延长，土壤质量得到显著提高，其中土壤理化性质得到明显改善，抗蚀性显著增强，土壤微生物属性及活性也显著增加，同时土壤质量的改善程度与改造年限呈显著的线性递增关系。刘东海等 [14]提出梯田刚修筑好或梯田作物收后，应立即进行深翻，晒垡熟化土壤，蓄集更多雨水，同时大量增施农家肥，改进耕作制度，因地制宜地采取少耕、免耕等耕作措施，尽量选种先锋作物或者选用良种，还可以应用生物生化制剂以及叶面微肥等增产技术。王栓全等 [15]通过研究发现在新修梯田里不同的种植马铃薯的方式对马铃薯的产量有很大影响，其中沟种比平作、垄作产量分别提高11.1 %和15.9 %，追施N肥和保水剂、喷施多效唑（Multiple-effect triazole，MET）也可使产量明显提高。

1.4 梯田的土壤水分的研究

坡耕地改造成梯田后，土壤水分也发生了很大的变化。马福武等 [16]通过对晋南黄土丘陵沟壑区不同地类的土壤水分变化规律的研究，发现降雨量、气温、空气湿度、蒸发量等气象因素都跟土壤含水率存在相关性，同时还提出了计算坡耕地、梯田、荒坡地、弃坡耕地、人工草地以及沟坡林地6种不同地类的土壤水分的经验公式。蔡进军等 [17]通过对宁南山区梯田的研究发现水平梯田的土壤水分受降水量的影响很大，同时不同土层之间的含水量也不同，主要随土层深度的增加而逐渐减少，并且变化幅度趋于稳定；就水平梯田的不同部位而言，土壤含水量从外向内逐渐升高，而且梯田田面越宽，变化越明显。徐英等人 [18]通过对小于2°的缓坡水平梯田土壤含水量的空间变异特征的分析，以及对传统的普通克立格法的改进，提出了一种研究土壤含水率空间分布的新方法，即趋势辅助克立格法（简记为KTAI），这种方法不但提高了估值精度，还减轻了野外工作量。

1.5 梯田的护埂措施研究

由于受降雨强度大、土壤黏粒含量高和土壤遇水膨胀等自然因素以及修筑质量不高、排水系统不完善等修筑与利用中不合理的人为因素的影响，梯田田坎垮塌现象非常严重。朱建强 [19]通过对陕南地区梯坎垮塌现象的调查显示，在梯地修筑好的第2年的雨季中就有30 %～40 %的土坎发生崩塌或滑塌。因此，为了保证梯田的使用寿命，对新修梯田采取护埂护坎措施十分必要。朱建强等人 [20]提出在梯地上部坡地种植植被，拦截阻滞坡面径流；还应在梯地与其上部陡坡地相接处以及沿山修建排水沟，疏导降雨径流，防止梯地被冲毁；同时提高埂坎修筑质量并进行植物护埂，削弱风力对埂坎的风化作用，为了使群众接受并便于推广，最好种植经济价值高的植物护埂。

由于植物根系的体积、密度以及分布方向等都会对土壤的抗剪强度造成很大的影响 [21]，因此不同植物的护埂效益不同。同时再考虑到植物的经济价值，唐书锋等 [22]提出了低坎种植龙须草、中坎种植花椒、高坎种植枣树的护埂模式；刘明义等 [23]认为采用黄花菜与红小豆混种的地埂土壤抗崩解与抗蚀性都很强，比较适合在东北低山丘陵区推广；焦金鱼等 [24]认为紫花苜蓿不仅能保证埂坎的稳定性，还能充当动物饲料，是很好的护埂植物。

李光录等 [25]则提出利用PP 织物袋作为梯田筑坎的替代材料。由于PP织物不仅能袋透水保土，抗压和抗紫外线性强，使用寿命也较长；同时不仅节省石料，而且施工技术简单、修筑成本低；另外PP织物袋无毒、无害，对农作物的生产无副作用，对生态环境影响也比较小。

2 坡改梯效益研究的发展趋势

坡改梯虽然是我国水土保持的一项重要举措，但为了更大程度的减少水土流失，许多山区丘陵地带还是选择了退耕还林还草，比如三峡库区，因此耕地面积大大减少。为了解决广大人民的温饱问题以及农民的收入问题，必须深入的研究梯田的多种经营方式以及作物产量产值的提高，以期在有限的耕种面积上创造更大的经济价值，实现农业的可持续发展。

另外坡改梯后，土地利用方式以及小地形都发生了改变，从而会对周围的环境、气候等产生影响。改善生态环境，走可持续发展道路，是全人类共同关注的问题。因此不仅要重视梯田的蓄水保土的功能，还应将梯田的建设、开发、利用与生态、环境等问题密切联系，让梯田在改善生态环境中发挥更加重要的作用。

参考文献

[1] 谢俊奇. 《中国坡耕地》[M]. 北京：中国大地出版社，2005，2.

[2] 胡建民，胡欣，左长清. 红壤坡地坡改梯水土保持效应分析[J]. 水土保持研究，2005，12（4）：271-273.

[3] 党福江. 梯田基线设计与简易放线法[J]. 中国水土保持，1992（9）：16-20.

[4] 蔡江碧，辛全才. 水保工程土方计算新方法—矢量法[J]. 水土保持学报，1995，9（1）：77-85.

[5] 蔡江碧. 用矢量法进行一阶三维梯田设计[J]. 土壤侵蚀与水土保持学报，1996（4）：60-65.

[6] 裴金萍，张宽地，王志刚. 隔坡集流梯田工程的研究与规划[J]. 中国农村水利水电，2004（11）： 16-17.

[7] 焦菊英，王万中，李靖. 黄土丘陵区不同降雨条件下水平梯田的减水减沙效益分析[J]. 水土保持学报，1999，5（3）：59-63.

[8] 焦菊英，王万中. 黄土高原水平梯田质量对其减水减沙效益的影响[J].国土开发与整治，1999，9（4）：52-56.

[9] 吴发启，张玉斌，王健. 黄土高原水平梯田的蓄水保土效益分析[J]. 中国水土保持科学，2004（1）：34-37.

[10] 胡建民，胡欣，左长清. 红壤坡地坡改梯水土保持效应分析[J]. 水土保持研究，2005（4）：271- 273.