北方土石山区坡改梯工程建设技术标准与示范

2015-03-22郭永晨

中国水土保持 2015年4期

关键词：田面坡耕地梯田

魏飒，郭永晨，侯克

(1.河北省水利科学研究院，河北石家庄 050057； 2.河北省水土保持工作总站，河北石家庄 050051)

北方土石山区坡改梯工程建设技术标准与示范

魏飒1，郭永晨1，侯克2

(1.河北省水利科学研究院，河北石家庄 050057； 2.河北省水土保持工作总站，河北石家庄 050051)

坡改梯；技术标准；北方土石山区；河北

坡改梯工程建设应包含梯田工程、水源及灌溉工程、防洪和排水工程、田间道路工程、防护林网工程、地力建设等内容。依据河北省开展坡耕地水土流失综合治理的实践，科学总结了北方土石山区坡改梯工程建设技术标准，并对典型地区的水土保持措施综合配置模式及水土流失治理效果进行了研究。各典型地区在实施坡耕地水土流失综合治理后生态效益明显，保土效益达到50%以上，蓄水效益达到45%以上，对水土流失的调控能力明显增强。

坡耕地是我国耕地资源的重要组成部分，直接关系国家粮食安全、生态安全和防洪安全[1]。近年来，由于治理滞后，坡耕地和侵蚀沟成了水土流失的主要源地。全国现有1.213亿hm2耕地中，坡耕地约0.24亿hm2，占20%。坡耕地面积占全国水土流失面积的6.7%，每年产生的土壤流失量占全国土壤流失总量的28.3%[1]。坡耕地的大量存在及其严重的水土流失，是影响生态重建和恢复的关键因素。

坡耕地水土流失综合治理作为山丘区一项重要的基础设施工程，得到了党中央、国务院的高度重视[1]，最近5年的中央1号文件都强调要加快推进坡耕地水土流失综合治理。《全国坡耕地水土流失综合整治工程规划》提出了2009—2018年坡耕地水土流失综合整治的10年实施方案。近几年来，我国针对坡耕地开展了大量的综合整治和研究工作，并取得了丰硕的成果[2]。

河北省山地丘陵区面积占全省土地总面积的51%，其中坡耕地面积占全省耕地总面积的66.5%。受季风气候影响，降水年内、年际分配极不均匀，季节性干旱十分严重。全省耕地每公顷平均水资源量3 165 m3，约为全国的1/7，加之坡耕地严重的水土流失，导致该地区坡耕地农业产量低而不稳，干旱缺水和水土流失已成为制约坡耕地生产力提高和农业经济可持续发展的主要因素。从2010年11月起，河北省被列入第一批全国坡耕地水土流失综合治理试点，迄今全省已相继有隆化、青龙、曲阳、阜平、易县、迁西、平泉等市(县)被列为全国坡耕地水土流失综合治理试点县，陆续出现了许多坡改梯综合治理的精品工程，为总结北方土石山区坡改梯工程建设技术标准提供了很好的样板[3-5]。鉴于此，本研究在总结、提炼坡改梯工程建设技术标准的基础上，分析了不同地区水土保持措施在空间配置上的结构、功能和效益。

1 坡改梯工程建设技术标准

坡改梯通常指将5°～25°坡耕地改造为水平梯田；荒坡地修筑水平梯田可参照坡改梯工程建设技术标准，其中坡度20°～25°的宜修筑隔坡梯田。

坡改梯是一项复杂的系统工程，涵盖了梯田工程、水源及灌溉工程、防洪和排水工程、田间道路工程、防护林网工程，以及地力建设等内容。

1.1 梯田工程

(1)梯田田面。坡改梯后应使水平梯田田面纵横向高差小于1%，田面呈内低外高形式。水平梯田土层深30～50 cm内没有石块、石砾，土层厚度应满足作物根系生长要求。坡度5°～15°的坡地，改梯田后田面宽度为10～30 m；坡度15°～25°的坡地，改梯田后田面宽度为5～10 m。

(2)田坎(埂)。土坎高度一般不宜超过2 m，石坎高度一般不宜超过3 m，做到坎面整齐、稳定，行走不坍塌。田埂可为土埂，也可为石埂。土质田埂呈梯形，顶宽20～30 cm、底宽35～50 cm，埂高以20～30 cm为宜。

1.2 水源及灌溉工程

根据项目区水源条件和经济技术水平，布设地下取水和地面水引、蓄、提等工程，做到蓄、引、提、集相结合，合理配置各类水源工程。充分利用地形修建塘堰(坝)、小型拦河坝(闸)、蓄水池和水窖工程，因地制宜地拦蓄雨水。

灌溉设计保证率一般不低于50%，渠道防渗灌溉水利用系数不应低于0.70，井灌低压管道输水灌溉水利用系数不应低于0.80，喷、微灌灌溉水利用系数不应低于0.90，且坡改梯农田灌溉用水一般按非充分灌溉标准设计。

1.3 防洪和排水工程

梯田田面排水标准宜采用5～10年一遇，1日暴雨3日排至作物耐淹水深。

当梯田区上方有较大面积的汇水坡面、地表径流可能威胁梯田区安全时，应在坡地与梯田交界处布设截水沟、排水沟工程。截水沟基本沿等高线布设，与等高线取1%～2%的比降；当截水沟比降较大时，应在沟中每隔5～10 m修筑一高20～30 cm的小土挡；截水沟排水端应与坡面排水沟相接，并在连接处做好防冲措施。坡面排水沟一般布设在坡面截水沟的两端或较低一端，用以排除截水沟不能容纳的地表径流，排水沟的终端应连接天然排水道或下(上)山道路一侧或两侧的排水沟，将多余的地表径流安全排出梯田区。截水沟、排水沟一般以土质结构为主，有条件的可采用砌石、预制件结构。

1.4 道路工程

田间道路系统由上山路和作业路组成。

上山路一般以单个耕作区为单元设置，比降在15%以下时，从坡脚上山顺沟缘布设上山路；当比降在15%以上(暴雨多发区为9%以上)时，上山路按S形或环绕山丘布设。在道路适当位置应设置会车区。作业路在耕作区内布设，路的一端或两端与上山路相连。根据梯田布局、田面宽度和耕作需要，可每隔3～5个台面规划一条生产路。

1.5 防护林网工程

防护林网控制面积占宜建林网农田面积的比例应不低于90%。林草成活率和保存率应达到90%以上。路、沟、渠防护林一般布置在靠近梯田一侧，一般采用单行或双行种植方式，在风沙危害严重地区可采用多行种植。根据梯田所处地形、位置和防护要求，因地制宜布设梯田坡面防护工程，如坡面防护林、埂坎防护林。

1.6 地力建设

坡改梯后耕作层厚度一般为20～30 cm。

耕作层土壤理化性状指标：表层土壤质地以壤质土为佳，表土疏松，通气性良好，心土紧实，保墒保肥。砂质土和黏土应施以相应的土壤改良措施。

抗旱能力：灌排工程完善，在中度干旱情况下土壤抗旱能力增加5～7 d。

2 不同地区的水土保持措施配置结构

坡耕地水土流失综合治理试点工程开展几年来，河北省不同地区水土保持措施配置结构略有差异(见表1)。应结合各典型小流域自然环境的特点，选取适宜的水土保持措施，在保证耕作的前提下，重点加强生态环境的改善，调整农业种植结构。通过坡面水保措施空间适宜性分析可知[6]，北方土石山区降水偏少，地层土石混杂，因此坡面上部多以植物措施为主，但需辅以工程措施拦蓄水土，坡面底部主要修建梯田进行农田建设。总之，需结合不同地区的水土流失特点，在坡面不同位置合理配置水土保持措施。

表1 河北省不同地区坡耕地水土流失综合治理试点工程水保措施配置结构

迁安市地处唐山市东北部、燕山南麓、长城脚下，是典型的北方土石山区。该市坡改梯遵循“蓄排结合、蓄水为灌、灌余后排、排后再蓄”的原则，建立坡、顶、沟立体防护林网。为防止田面冲刷，在梯田上部、道路两侧设置截排水沟，排水沟与集雨水窖相连，达到充分利用雨水资源的目的。梯田间浅沟修筑土谷坊，土谷坊设置浆砌石溢流口；深沟修筑干砌石谷坊，防止梯田间沟床下切、沟岸扩张，最终起到保护梯田的作用。

保定市坡耕地水土流失综合治理试点工程共涉及阜平、曲阳、易县3个县6个乡镇26个行政村。该市因地制宜发展石坎梯田，既能充分利用当地石材又能有效保护梯田田面，并针对山区水源特点配套了雨水集、蓄、引工程；同时，引进推广果树新、优品种，采用先进抗旱节水技术提高苗木成活率，还积极推广果树营养杯育苗移植技术，缩短了育苗周期。

平泉县2011年被列为坡耕地水土流失综合治理工程试点县后，充分利用山坡地的地形落差，找准工程建设与发展暖棚设施蔬菜这一结合点，建成了采光好、储热强、占地少的日光温室暖棚。同时，采用淤地坝和水窖拦蓄储存坡面、沟道和棚室面径流，充分利用地形自然落差，将水窖集水引入大棚满足棚室蔬菜用水，发展坡改梯条件下设施蔬菜集雨节灌和高效农业种植模式化技术。

3 不同地区实施坡改梯后的生态效益分析

水土流失强度的变化主要受下垫面条件和降雨条件的影响，在其他条件相同的情况下，降雨特征的不同将直接导致水土流失强弱的变化。因此，在分析项目区水土保持效益时，必须考虑降雨条件的变化。河北省是从2010年起作为国家坡耕地水土流失综合治理项目试点开始开展这一工作的，近几年项目区所涉及地区降雨数据变化不大，因此可以认为近几年坡耕地水土流失强弱变化完全是由坡改梯水土保持措施实施引起的。

图1和图2是不同地区实施坡改梯前后水土保持效益统计分析结果。从图1可以看出，与坡改梯之前相比，实施综合治理之后土壤侵蚀模数显著降低，保土效益均在50%以上，平泉县的保土效益则高达60%以上。同时，治理后除平泉县土壤侵蚀模数略高外，其他地区的土壤侵蚀模数均不超过1 000 t/(km2·a)。从图2可以看出，实施坡改梯之后，各区年均径流量均显著下降，蓄水效益均达到45%以上。这充分说明坡耕地综合治理的水土保持措施配置结构是合理有效的。此外，相同地区的保土效益略高于蓄水效益，而不同地区的保土蓄水效益存在着一定的差异，这主要是由降雨特征，土壤、地形条件，以及水保措施配置结构等因素的空间差异性造成的[7]。