黑龙江省黑土区水土流失治理策略分析

2022-03-12侯越明

南方农业 2022年24期

张俊，侯越明

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222）

我国东北地区是世界三大黑土分布区之一，其中黑龙江省拥有典型黑土耕地1 040万hm2，占东北典型黑土区耕地面积的56.1%。近年来，由于对黑土地的过度使用，黑土层逐渐变薄，出现了大面积的水土流失和土壤肥力退化现象。相关调查数据显示，现如今，黑土区土层厚度已经由开垦初期的70～80 cm锐减至30～40 cm，且变薄的速度还在不断加快，而由于黑土层厚度变薄及肥力下降导致粮食产量降低了10%以上，这不仅严重影响了国家粮食安全，而且对当地的生态环境保护造成了严重威胁。因此，有必要加强对于黑土地保护的重视，加大对于水土流失的治理力度，实现对黑土地的可持续利用。

1 黑龙江省黑土区水土流失现状

我国东北地区黑土区开发虽然较晚，但水土流失问题却较为严重，黑土土层厚度已经由开垦之初的70～80 cm下降至如今的30～40 cm，部分地区厚度仅剩20 cm左右，甚至出现了成土母质露出现象。水利部水利保持司统计的数据显示，截至2021年底，黑龙江省水土流失面积约为9.55万km2，水土流失情况最为严重。我国学者张兴义等人针对黑土区内的水土流失问题进行了研究，并指出黑土区年平均流失速度为0.8～1.0 cm，而严重的水土流失问题导致了土壤出现板结成块、生产力下降等问题。

2 水土流失的危害

2.1 土壤肥力下降，粮食减产

水土流失会导致黑土层厚度变薄，肥力衰减，继而致使粮食产量下降。研究数据表明，使用期限为30年的坡耕地，其黑土层厚度由最开始的60 cm下降至30 cm，黑土地中的有机质含量由9.0%下降至5.5%左右，氮和磷含量分别下降40%和30%左右，粮食产量下降10%以上[1]。

2.2 侵蚀沟壑影响农业生产

侵蚀沟壑通常是由于坡度在8°以上的坡面上径流汇聚，长期冲击坡面所造成的，侵蚀沟会侵蚀黑土地的表层，并破坏土壤和母质，逐渐蚕食耕地。同时，侵蚀沟的存在会使成片的耕地变得细碎，大大降低机械作业的效率，增加农业生产的成本投入，对正常的农业生产造成严重影响。

2.3 破坏生态系统平衡

长期的水土流失会导致黑土区土层变薄，相应土壤的蓄水能力逐渐降低。水作为植物生长的必需要素，土壤水分的降低会直接影响植物的生长，使得生态系统抵御自然灾害的能力下降，破坏生态系统的平衡。

3 水土流失的主要原因

从出现的位置来看，水土流失主要发生在坡面处，尤其是在坡度为5°的长坡上，水土流失更为明显。水土流失的出现会导致沟壑数量的增加，这种情况大都发生在夏季大范围降雨过程中。据不完全统计，黑龙江省典型黑土区内仍存在着6万余条大型侵蚀沟壑。从形式上看，造成黑土区出现水土流失问题的主要原因为水力侵蚀、风力侵蚀、冻融侵蚀3种，其中人为性因素对于水土流失也有着很大的影响。

3.1 气候原因

黑龙江省是典型的中温带半湿润型季风气候，降水、温度会随着季节发生变化，而这也成为水土流失的主要诱因。黑龙江省典型黑土区的年平均降水量在500 mm左右，其中有将近90%的降水集中在夏季，此时黑龙江省大部分农作物正处于幼苗生长期，植被覆盖率较低，而连续的强降雨会给土壤带来很大的冲击力，致使黑土区地表径流出现，尤其是在坡面上，径流的汇集产生沟壑，导致严重的黑土侵蚀和流失。

黑龙江省地处我国最北端，冬季平均气温-19 ℃，夏季平均气温22 ℃，温差较大，且黑龙江省冬季时间漫长，土壤冻结期较长，冻结深度最高可达200 cm，致使土壤压力增加，待到来年4—5月，表层的冰雪开始融化，但土壤深层的冻层解冻速度较慢，形成一个不透水层，而在上层冰雪融化之后，水分会连带着土壤直接流走，造成水土流失。此外，风力对于土壤也具有较强的侵蚀作用，黑龙江省春季的大风天气较多，且气候干燥，外加此时土壤表面已经解冻，容易在黑土区形成风蚀，导致水土流失。

3.2 土壤原因

黑龙江省典型黑土区的土壤成土母质大部分具有黄土状特征，这种土壤母质质地黏重，土壤结构性一般，土壤空隙较小，因此其渗水性较差，在夏季降水量较大时，土壤容易形成超渗现象，导致径流的出现。同时，黑土区内覆盖有深厚的腐殖层，这种结构质地较为松软，渗水性较强，但其抵抗冲击和侵蚀的能力较弱，会轻易被径流冲走，致使水土流失。

3.3 人为因素

黑土区肥沃的土壤较为适宜种植粮食，因此黑龙江省黑土区大部分被用作农用耕地。1）由于黑土地土层深厚、肥力充足，当地农户长期以来都有着不用养地也能够年年大丰收的认知，这种错误思维导致土壤肥力不断下降，土壤中的有机质流失严重，长此以往导致土壤出现板结成块的现象，且随着土壤厚度的降低，土壤侵蚀不断加剧[2]。2）在农户耕种田地时，往往会沿着地形在田地中开沟作垄，以便夏季降水较为频繁时农田中的积水能够快速排出。虽然这种方式能够有效防止烂根现象对农作物生长造成的影响，但这种人工修葺的田垄径流量较大，尤其是顺坡田垄，其对于土壤有着很强的冲刷力，致使水土流失加剧。3）在20世纪开发北大荒的过程中，主要采用开荒毁林的方式，致使林地、草地的面积大幅度减少，这就导致原本平衡的生态系统遭受到了严重破坏，植被所具有的防风固沙、保持水土的能力大幅减弱。4）过度放牧问题也是导致黑土区水土流失的一个主要原因。相关调查数据显示，黑龙江省草地面积近年来不断减少，致使沙化面积不断增加，风力侵蚀危害更加严重。

4 治理策略

4.1 工程措施

4.1.1 坡改梯技术

针对黑土地坡度的不同，结合水土流失防治相关的技术标准，对其进行分类整治。1）针对坡度在5°以下的耕地，可以采取修建坡式梯田、栽植地埂植物篱笆、截取分段长坡等方式治理水土流失。2）针对坡度在5°～8°的耕地，可以采取修建水平梯田、合理栽植地埂植物带等措施有效控制水土流失[3]。3）针对坡度在8°～15°的耕地，可以采取修建台田、栽种果树林、积极发展寒地林果产业等措施有效控制水土流失。4）针对坡度在15°以上的耕地，可以采取退耕还林、发展经济林等措施。实际治理过程中，应结合具体土壤情况制订有效的水土保持方案，以便达到控制水土流失的目的。

4.1.2 微地形整治

微地形整治技术主要适用于垄作区田的水土治理。垄作区田是在垄作基础上依据固定的距离在垄沟内修筑横坡的一种方式，它可以起到缩减坡耕长度、降低耕地坡度、截断径流的目的。垄作区田底部近似平地，能够起到存储降雨的作用，因此可以有效避免径流汇集，从而达到防治水土流失的目的。

4.1.3 径流调控

径流调控是治理坡面水土流失和沟壑侵蚀的一种关键技术，应用该技术的关键在于高效地将地表径流变为地下径流，并对其进行合理的引流和排放。当前阶段主要采用的径流调控技术有截流沟、地下暗排等[4]。1）截流沟一般沿着田地的边缘进行建设，并在不损坏田地完整性的前提下，在截流沟的田埂上种植植物带，以起到对其进行加固的目的。2）地下暗排系统主要是由老鼠洞和暗排管等构成，其主要的工作原理是待土壤表面的水分向下渗透之后汇集到鼠洞内，之后通过鼠洞汇入暗管中，最后经由暗管流出后汇入沟渠。在采用暗排系统调节径流时，需要结合地形地貌的特征采取科学、合理的一二级组合系统，其中鼠洞为一级暗排，暗管为二级暗排。

4.2 生物措施

4.2.1 自然生态恢复

在过去的几十年，为了发展经济，黑龙江省的森林、草地等遭到了严重的破坏，其覆盖面积直线减少，生态系统平衡被打破，这给水土保持工作带来了很大的负面影响。而合理开展退耕还林、植树种草工作能够加快自然生态系统的恢复速度，提升自然系统的水土保持能力[5]。1）在草地较多的区域，可以采取布设草筏、围织铁丝网等措施将已经出现退化的草场圈围起来，实行封闭式养育，同时对放牧区采取科学的播种、灌溉、施肥等措施改良其品种，提升牧草的产量和质量。2）在山地区域或坡度较大的区域内，可以适当采取植树种林、退耕还林的措施提升植被覆盖率，同时可以大力发展果林、经济林等，做到在恢复自然生态系统的同时，保证农户的经济来源，实现人与自然的和谐发展。

4.2.2 人工修复植被

人工修复植被一般主要是采取地埂植物带、植物封沟、安装阀带等措施，是一种常用于侵蚀沟治理的方式。1）地埂植物带指的是在坡耕地上对土垄进行横向修复，并在垄上栽植灌木植物，该方式经常与坡改梯等技术结合使用[6]。2）植物封沟指的是在侵蚀沟的沟沿和两端栽培植物，以增加沟壑的植被覆盖面积，进而起到防风固沙、涵养水土的作用。3）安装阀带指的是在对侵蚀沟进行修正之后，在沟壑的底部安装草筏子带达到修复植被、防止水土侵蚀的目的。

4.3 农业措施

4.3.1 横坡作垄

顺坡作垄是导致水土流失的一个主要原因，为避免水土流失，改做横坡作垄是最为有效且简单的措施。因此，可以在田地间采取沿着等高线作垄的方式进行开垦，以便最大限度地减少水土的流失，提升土壤的肥力[7]。此外，为了确保耕田在雨季能够及时将田间存水排出，可以将顺坡垄改为具有一定倾斜角度的斜坡垄，减缓地表径流的排出速度，进而有效降低水土流失。

4.3.2 农牧交错间作

在利用该方式防止水土流失时，需要结合实际的地形地貌，选择坡度适宜的田地，采取带状播种农作物和牧草的方式规划出农牧间作区域。其具体的做法是在农作物种植带之间种植生长期较长的牧草，以便实现对地表长时间的覆盖，起到稳固土壤表层、保持水土的作用。在牧区之外，可以采取轮作疏生农作物和密生农作物的方式代替农牧间作的方式，这样也可以起到同样的效果，并且能够在一定程度上提升两种农作物的产量。

4.3.3 科学翻耕土地

翻耕能够有效疏松土壤，为农作物的生长创造良好的条件，但土壤疏松会加剧水土的流失，因此对于黑土区的土地翻耕来讲，进行科学、合理的翻耕，逐渐由传统的多耕向少耕、深耕转变，是一种有效的措施。在农田翻耕时，可以大力推广使用大型的耕田设备，同时优化犁的高度，翻耕至更深的深度，以破坏土壤内部的不透水层，提升土壤的渗水能力和蓄水保肥能力，从而有效降低因表面出现径流而冲刷土壤的强度，降低土壤表层的侵蚀程度[8]。此外，采取深耕措施还能够加速土壤表层和深层之间的互换速度，使得大气能够进入土壤内部，提升土壤中微生物的活性，进而改善土壤结构，降低水土流失带来的危害。