黄土高原典型区域高塬沟壑区水土流失综合治理探讨

2024-04-11李文华赵鹏博李怀有张西宁

中国水土保持 2024年3期

李文华赵鹏博李怀有张西宁

［关键词］高塬沟壑区；水土流失；综合治理；技术措施；黄土高原

［摘要］为厘清黄土高原典型区域水土流失治理现状，采用调查研究的方法，梳理总结了西峰站、绥德站和天水站3个试验站提出的7种高塬沟壑区水土流失高质量综合治理的模式，其中包括：“三道防线”综合治理、“四个生态经济带”综合治理、多元小生态系统交错配置的经济生态农业、全方位综合防治体系、“四道防线”治理保护、基于径流调控利用的多元综合治理和基于水生態修复的水沙调控水土流失综合治理模式，并提出了塬面高质量综合治理、坡面高质量综合治理和沟道高质量综合治理3种技术措施。研究结果可为水利部开展整沟治理试点项目提供技术支撑。

［中图分类号］ S157.2[文献标识码] CDOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.03.012

［引用格式］李文华，赵鹏博，李怀有，等.黄土高原典型区域高塬沟壑区水土流失综合治理探讨[J].中国水土保持，2024（3）：46-50.

2021年10月22日习近平总书记在深入推动黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上发表了重要讲话，高质量发展已经成为我国水土保持工作的首要任务。为了进一步落实中共中央、国务院印发的《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》和水利部印发的《推动黄河流域水土保持高质量发展的指导意见》，全面推进黄河上中游地区水土保持高质量发展已经成为总基调。笔者对以往在黄土高原典型区域开展的水土保持项目进行全面调研、梳理、总结，旨在提出符合高质量发展要求的水土流失综合治理模式和治理措施。

1 调查研究背景

自21世纪以来，黄河水利委员会在黄土高原典型区域高塬沟壑区相继开展了黄河水土保持生态工程藉河示范区、齐家川示范区等工程，在这些工程实施中，西峰水土保持科学试验站（以下简称“西峰站”）、天水水土保持科学试验站（以下简称“天水站”）及绥德水土保持科学试验站（以下简称“绥德站”）作为项目技术支持单位或项目建设法人，取得了显著成效；同期，西峰站参与的国家“十一五”科技支撑计划项目、黄河上中游管理局基金项目和西峰站地方有关科技攻关项目，均取得了一系列应用性科研成果。袁和第等^［1^］基于小流域水土流失治理模式的相似性和差异性，提出了黄土高原水土流失治理模式，形成了机制框架。罗荣娥等^[2]REF_Ref152791053＼r＼h＼*MERGEFORMAT以定西市青石项目区小流域为单元，通过工程措施、生物措施、耕作措施的立体防护模式，实行山、水、田、林、路、草综合治理，建设成效较为显著。赵平远^[3]REF_Ref152791073＼r＼h＼*MERGEFORMAT分析了黄土高原沟壑区水土环境综合治理的方向，主张要以小流域为单元进行水土环境综合治理。郭锐等^[4]REF_Ref152791085＼r＼h＼*MERGEFORMAT通过将观瓦川流域划分为中尺度流域进行分区治理，提出了要促进全流域水土保持生态工程建设。郝明德等^[5-6]长期连续研究综合治理，建成了塬面农田防护林、沟坡经济林、沟谷水土保持防护林体系，又根据高塬沟壑区水土流失特点，开展水土流失治理和植被建设，高标准地完成了塬、坡、沟水土流失综合治理。

本研究在开展黄土高原典型区域水土流失治理调查研究基础上，系统地总结了近20 a来西峰站、绥德站、天水站等有关科研单位在当地水土流失综合治理中的高质量成果，以期为水利部开展的整沟治理试点项目提供技术支撑。

2 水土流失高质量综合治理模式

2.1 “三道防线”综合治理模式

西峰站在南小河沟流域开展了多年的水土流失规律试验和综合治理示范研究，初步厘清了高塬沟壑区水土流失规律，提出了“以农田、村庄道路和沟头沟边防线为主的塬面治理；以新修水平梯田，建立山地果园，营造防护林为主的沟坡治理；以主沟道布设坝系、支毛沟修建柳谷坊、种植速生防冲林为主的沟谷治理”“三道防线”综合治理模式^[7]REF_Ref152791109＼r＼h＼*MERGEFORMAT。

2.2 “四个生态经济带”综合治理模式

1987年，西峰站在庆丰沟流域开展小流域综合治理试点时提出将小流域生态经济系统划分为“塬面农业生态经济带、塬边林果生态经济带、沟坡草灌生态经济带、沟底水利生态经济带”的“四个生态经济带”综合治理模式，特色是生态效益、经济效益和社会效益融合发展。

2.3 多元小生态系统交错配置的经济生态农业模式

建立小生态单元，将综合防治和不同效能的各单项治理措施的布设统一起来；建设多层次、多功能的单项水土保持措施，达到综合治理的目标。

2.4 全方位综合防治体系模式

建设以基本农田为主体的工程措施与全面绿化为核心的生物措施相结合的塬、坡、沟多层次防治体系。所谓全方位，是指在空间上塬、坡、沟兼治，在土地类型上从农田到“三荒”地，包括道路、村庄全面设防；综合体系则是指工程措施与生物措施紧密配合，拦蓄引结合，农林牧综合安排^[7]REF_Ref133700739＼r＼h＼*MERGEFORMAT。

2.5 “四道防线”治理保护模式

该模式围绕“塬水有序下沟、沟头不前进、沟岸不扩张、沟床不下切”的治理目标，以庆阳市为例，在“固沟保塬”项目建设初期，提出“塬面径流调控、沟头加固防护、坡面植被恢复、沟道水沙集蓄”的“四道防线”治理保护模式。

2.6 基于径流调控利用的多元综合治理模式

该模式由西峰站在2008年黄河水土保持生态工程齐家川示范区和砚瓦川项目区建设中提出。以汇水单元为径流调控利用单元，以塬面的径流调控利用为核心，以沟道的径流和泥沙调控为支撑，以坡面的径流调控为补充，构建完善的径流泥沙调控利用体系^[8]REF_Ref133701492＼r＼h＼*MERGEFORMAT。

2.7 基于水生态修复的水沙调控水土流失综合治理模式

西峰站针对砚瓦川流域内径流水质恶化的突出现状，提出水生态修复措施、水沙调控措施、径流高效利用技术措施与水土流失综合治理措施的有机结合的综合治理模式。该模式以降雨就地拦蓄入渗为基础，以汇水通道为线，进行径流泥沙拦蓄。塬面以径流调蓄区为重点，种植芦苇等耐涝草本植物；沟床以柳谷坊、植物拦沙栅、人工湿地、生态护坡、淤地坝等措施为支撑，以坡面采取集水造林的水沙调控为补充，构建基于水生态修复的水沙调控水土流失综合治理技术体系。

3 高塬沟壑区水土流失高质量综合治理技术措施

3.1 塬面高质量综合治理技术措施

3.1.1 果园集雨节水灌溉技术

据2022年9月现场调查可知，混凝土集流场使用年限长，集流效率高达85%，水质干净，庭院环境整洁，花园和菜园灌溉效果突出，现已是新农村建设中庭院主要硬化措施。以崔沟村毛家村民小组为例，果园滴灌工程的实际使用时间远远超过设计使用寿命10 a，这主要得益于半固定式滴灌形式和果农的精心维护，采取的主要措施为在果园滴灌时铺设滴灌毛管，灌水后及时收存在库房中。进入盛果期为提高苹果着色及商品率，果园普遍采用铺银色反光膜的方式，使苹果全面着色，提高了苹果品质和单价，经济效益十分显著。

3.1.2 径流调控利用技术

主要包括重点防治汇水单元确定、径流调控措施、径流高效利用措施等。径流调控措施包括新修水平梯田，封堵废弃胡同、填平地坑院形成塬面径流调蓄区，新修庭院集雨水窖，新修收集道路径流涝池，新修蓄水围埂式沟头防护工程，坡面修建集水造林工程，沟道修建柳谷坊、淤地坝、小水库等^[7]REF_Ref133701552＼r＼h＼*MERGEFORMAT。

3.1.3 “水畜沼果”生态经济技术

西峰站试验研究提出“水畜沼果”生态经济示范标准户，应基本满足：人口4～6人，建筑面积150～300 m²，硬化庭院100～250 m²；集流场采用素混凝土防渗处理，含水窖1眼或2眼，总容积50～100 m³；果园0.6～1.0 hm²，配套果园滴灌工程；沼气池1座，容积10～12 m³；饲养猪3头左右、鸡5～20只。

根据2022年9月在崔沟村进行的现场调查结果（见表1），沼气池使用年限最长的达20 a之久，主因是粪源采用人、羊粪便，较为稳定。“水畜沼果”生态经济示范户年人均收入在1.4万～5.0万元，平均为2.34万元，顯著超过当地农民人均收入水平。

3.1.4 “集雨草畜转化”生态经济技术

西峰站试验研究提出“集雨草畜转化”生态经济示范标准户，应该基本满足的条件是：人口4～6人，饲养母牛2头、仔牛1头，种植苜蓿0.3～0.5 hm²，庭院集雨场面积在400～550 m²，水窖容积在50～100 m³，沼气池1座。适用于流域下游塬边区域具有长期种草养畜传统的农户。

根据2022年9月现场调查，集雨草畜转化示范户中，已经全部不再养牛，沼气池停用，20%示范户由于羊价比较稳定改养羊，20%示范户改种苹果，经济效益十分显著，20%示范户既养羊又打工，40%示范户已经进城打工，农村空心化比较严重。

3.1.5 沟头回填加固综合治理技术

高塬沟壑区强烈侵蚀沟头治理主要包括：建设塬面大型雨水集蓄和排导工程，对塬面径流进行集蓄和调节排导，减轻沟道的侵蚀和排洪压力，削减塬面径流引发的沟头溯源侵蚀；以危害程度较高且急需治理的侵蚀沟沟头为重点，因害设防，集中进行回填固沟、沟头防护等支毛沟治理工程、排洪管渠工程及涝池等小型蓄水工程建设。

3.1.6 高效苹果园综合治理技术

高效苹果园综合治理技术体系主要包括苹果建园技术、修剪技术、套袋技术、施肥技术、病虫害防治技术、节水灌溉技术、铺反光膜增色技术、采摘及存贮技术等。

根据2022年9月现场调查，示范户果园面积有0.67～1.00 hm²，承包地均全部用于果园，示范户年纯收入13万～22万元，年人均纯收入2.2万～4.4万元，经济效益十分显著。

3.1.7 优美新农村和宜居庭院综合治理技术“农（林）-副-果”模式：配套建好蓄水池，以庭院为载体，突出发展小果园、小药园、小花园、小苗圃等种植业。“林-农”模式：加宽加固加厚地埂，或实施坡改梯，在地埂上栽种药用、观赏、经济价值高且别具特色的植物，形成立体开发式庭院经济。“农-畜-沼”模式：对山、水、林、田、路、蓄水池、沼气池等各项措施综合配置。“农-副”结合，发展特色旅游：离城市较近和有旅游景点的村庄，通过在庭院周围种植名优特的农作物和花果等经济作物，按无公害农产品生产技术规程种植，通过“农家乐”形式吸引城镇居民到农家庭院休闲、娱乐、旅游，让游客能买到农家新鲜瓜果^[9]REF_Ref133701793＼r＼h＼*MERGEFORMAT。

3.2 坡面高质量综合治理技术措施

1）高标准梯田综合治理技术。根据2022年9月在肖金镇老山村的现场调查结果（见表2），示范梯田总面积2.3 hm²，共分为12块，平均长度111.4 m，宽16.6 m；田坎高1.6～6.0 m，平均3.3 m；田埂高0.14～0.80 m，平均0.40 m；埂顶宽0.3～0.9 m，平均0.50 m；田面坡度0°～2.0°，平均0.8°。梯田主要种植的农作物有小麦、油菜、紫花苜蓿等。

2）坡面植物防蚀性道路综合治理技术。道路侵蚀是黄土高塬沟壑区坡面普遍存在且侵蚀程度相当严重的一种侵蚀类型。根据2022年9月现场调查（见表3），坡面植物防蚀性生产道路宽3 m，长264 m，平均坡度7.7°，覆盖度49%～100%，平均79%。

3）坡面集水造林技术。集水造林是指以水量平衡原理和土壤植物大气连续体（SPAC）水分运移理论为指导，利用工程富集技术对有限的天然降水进行时空调控，使其以径流形式叠加、集蓄保存于土壤浅层，并与生物节水、高效利用技术相耦合，充分利用有限降水资源，实现人工林、植被可持续发展的现代造林应用技术体系^[10]REF_Ref133702137＼r＼h＼*MERGEFORMAT。

30 多年生黑麦草、针茅、绢毛匍匐委陵菜、平车前、细叶芒

根据西峰站试验，在集流效率方面，荒坡的集流效率明显低于道路庭院的集流效率，甲基硅酸钠的集流效率均比对照大，集流效果最好，硅烷偶联剂的集流效果较好；在整地形式方面，山地经果林、高耗水树种、高档苗木可选择使用菱形、V形整地，常规荒山造林不宜选用；从整地投入角度考虑，不宜采用半圆形土堤，等高埂整地可用于中档苗木造林和经济发展水平较高的地区，鱼鳞坑、水平阶整地可用于黄土高原荒山造林整地^[11]REF_Ref133702445＼r＼h＼*MERGEFORMAT。

根据2022年8月现场调查结果分析，阴坡油松集水造林和阳坡侧柏集水造林，集蓄比为1∶4，行距5 m，株距2 m，栽植密度1 000株/hm²效果最好。

4）坡面节水抗旱造林技术。西峰站近年来开展的节水抗旱造林技术措施主要有侧柏温室育苗灌溉制度、沙棘嫩枝扦插技术、油松营养钵育苗技术、节水抗旱造林技术等。

侧柏温室育苗适宜的灌水次数为26次，其中室内阶段灌水23次，露天阶段灌水3次。对苗木生长影响比较大的灌水有4次，为下种前灌水、幼苗期定苗后灌水、揭棚膜前灌水和移栽前灌水^[12]REF_Ref133703103＼r＼h＼*MERGEFORMAT。2007年在黄河水土保持生态工程砚瓦川项目示范点肖金镇老山村白羊山采用侧柏裸根苗造林，在苗圃起苗时灌足水，挖出苗木，蘸根后把根部装在塑料袋中，并适当修剪苗木地上枝条，及时栽种，成活率达100%。

5）坡面木本粮油树种造林技术。

主要木本粮油树种有板栗、枣树、柿树、核桃、杏树、花椒、大果沙棘等。一般适宜在阳坡或半阳坡生长，在造林整地时，整地标准要比荒山造林高，应采用集水造林整地方式，造林密度一般低于1 200株/hm²。

6）坡面滑泻侵蚀综合治理技术。

沟谷边坡表层土是泻溜产生的黏聚力很小的黄土，受地表径流冲刷和渗透力影响，易产生滑泻侵蚀。用于护坡的植被类型有草本植物和木本植物两类。草本植物的根系直径一般小于1 mm，向下生长0.75～1.00 m，其中90%的根系分布在0～30 cm土层内，主要草种采用多年生禾本科牧草，如莎草、披碱草、黑麦草、针茅、冰草等，种草采用撒播方式。木本植物的根系按其形态特征分为主直根型、散生根型和水平根型。主直根型的主根發达，垂直向下生长，深入土层可达3.00 m；水平根型根系的侧根或不定根发达，分布在20～30 cm土层中；散生根型根系向下生长深度介于主直根型和水平根型之间。木本植物主要以灌木和小乔木为主，如文冠果、沙棘、紫穗槐、狼牙刺等，整地方式采用小鱼鳞坑。

7）高投入农庄综合治理技术。

城市近郊农庄在建设过程中具有得天独厚的优势条件：受城市发展的影响，基础设施及生活设施均达到城市生活水平，建设条件比较好；交通便利，距离城市较近，能够吸引城市居民来参观旅游，通过设置观赏、采摘、休闲、烧烤等休闲旅游功能，可实现生态休闲和生态旅游的目标。

8）国家水土保持科技示范园建设。

国家水土保持科技示范园，是指应用先进的理念、技术与模式，具备水土保持知识普及、技术示范、宣传教育等功能，且有一定规模、代表不同区域的水土保持科技示范场所。建设条件应具有较好的水土保持基础及便利的交通条件，土地权属清晰，土地手续完备，无安全隐患。科技示范园分为科学研究型、科普教育型、技术推广型等类型。

3.3 沟道高质量综合治理技术措施

1）水生态修复技术。水生态修复技术中人工湿地技术、生态浮岛技术、生物膜修复技术、固定化微生物技术、曝气增氧技术5种已得到广泛应用。利用人工湿地技术净化污水，去除的污染物包括污水中常见的氮、磷、硫等化学元素，还有各种有机物、微量元素，以及各种生物的病原体等；利用可漂浮在水面的材料，选择成活率高、美观、长势茂盛的水生植物，种植到营养水域，水生植物庞大的根系可以吸收被污染水体中的氮、磷及各种有机污染物，降低其中的氮、磷、COD等污染物含量；生物膜上的微生物，将污水中的有机物作为食物进行消耗，降低了污水中的有机物含量，使污水得到净化；固定化微生物技术主要是通过培养土著微生物，或接种微生物，或投加微生物促生剂等，净化、修复受污染的河湖水体；采用曝气的方法，使污水中的水体充分混合，空气中的氧气进入被污染的水体，增加被污染水体中的氧气含量，促进被污染水体实现富氧，抑制水底淤泥释放氮、磷等化学元素，防止水体出现黑臭的现象。

2）柳谷坊综合治理技术。柳谷坊综合治理具有就地取材、技术简单、不蓄水、不易被冲毁、管护省工、固沟作用持久、治理费用低的特点，兼备工程与生物措施两方面的优点。一般下道谷坊顶与上道谷坊底相平，或呈1%的坡度，沿沟15～30 m一道，布置在沟道顺直的地方，避免在急转弯处和水流顶冲处布设。结构形式主要有：插柳谷坊、双排纵横梢式柳谷坊、双排纵梢礓石柳谷坊、陡坡和跌水柳谷坊等。设计规格为：柳桩要求端直无节，柳梢径粗5～10 cm，长1.5～2.0 m；柳排露出地面高度要超出常见洪水位（频率20%）0.5 m以上；柳桩排数以双排为好，以使柳桩都能旺盛生长；柳桩排距0.5 m，桩距0.3 m。

3）淤地坝综合治理技术。在黄土高塬沟壑区，因为土料（砂壤土）丰富、水源相对缺乏，所以多为碾压式黄土均质坝。小型淤地坝一般库容1万～10万m³，坝高5～15 m，可淤地面积0.2～2.0 hm²，修在小支沟或较大支沟的中上游，单坝集水面积1 km²以下，建筑物一般为土坝与泄洪建筑物或土坝与放水建筑物“两大件”，可采用定型设计；中型淤地坝一般库容10万～50万m³，坝高15～25 m，可淤地面积2～7 hm²，修在较大支沟下游或主沟的上中游，单坝集水面积1～3 km²；大型淤地坝一般坝高25 m以上，可淤地面积7 hm²以上，修在主沟的中、下游或较大支沟下游，单坝集水面积3～5 km²。

4）防冲林综合治理技术。沟道防冲林主要采用沙棘防冲林、杨柳防冲林和刺槐防冲林，目前应用效果比较好的是沙棘防冲林。在侵蚀沟道采用多道沙棘防冲林作为植物“柔性坝”，稳定侵蚀基准，防止沟床下切和沟坡滑塌危害。

5）红土泻溜坡面治理技术。

20世纪50年代，西峰站对南小河沟流域红土泻溜侵蚀进行了对比治理试验，共布设了松柏密植间作、松柏草带间作、斜压柳条、柳排固坡、牧草固坡等植物措施，但试验结果都不甚理想。20世纪80年代初，西峰站在认真总结以往治理工作经验的基础上，利用沙棘抗逆性能强的特点，在红土泻溜面上试栽了沙棘，效果良好。

4 结论

通过系统梳理，提出了水土流失高质量综合治理模式和技术。治理模式中，前4种综合治理模式是20世纪80年代以前基于当时社会经济和科技发展水平提出的，后3种综合治理模式是在黄河水土保持生态工程齐家川示范区、砚瓦川项目区建设和庆阳市实施“固沟保塬”项目过程中总结出的水土流失高质量综合治理模式。新模式更符合目前的社会经济和科技发展水平，具有适用对象、范围和侧重点，并且在实践过程中形成了一套比较完善的技术体系，为推动黄河流域水土保持和生态建设高质量发展提供了坚实的保障。

[参考文献]

［1］袁和第，信忠保，侯健，等.黄土高原丘陵沟壑区典型小流域水土流失治理模式[J].生态学报，2021，41（16）：6398-6416.

［2］罗荣娥，王具元.黄土高原沟壑区水土流失治理技术探讨：以国家水土保持重点建设工程定西市安定区青石项目区为例[J].甘肃科技，2013，29（23）：24-25，77.

［3］赵平远.黄土高原沟壑区水土环境综合治理研究[J].陕西水利，2011（3）：148-149.

［4］郭锐，赵安成，王爱龙，等.黄土高原沟壑区中尺度流域水土流失治理探讨[J].人民黄河，2010，32（9）：76-77，152.

［5］郝明德，党廷辉，谢永生.黄土高原沟壑区水土流失综合治理措施探讨：以长武王东沟小流域试验示范区为例[J].中国水土保持，2005（2）：46-47.

［6］郝明德.黄土高原沟壑区水土流失治理与生态环境建设[C]//中国科学技术学会.加入WTO和中国科技与可持续发展：挑战与机遇、责任和对策（下册）.成都：中国科学技术出版社，2002：76-77.

［7］李怀有，高健翎，赵安成.基于径流调控利用的水土保持多元综合治理模式研究[C]//中国水利学会.中国水利学会第四届青年科技论坛论文集.北京：中国水利水电出版社，2008：425-428.

［8］李怀有.考虑汛期径流调控黄土高原泥沙方式研究[C]//中国水利学会水资源专业委员会.变化环境下的水资源响应与可持续利用：中国水利学会水资源专业委员会2009学术年会论文集.大连：大连理工大学出版社，2009：88-93.

［9］陈大海，刘放，蒋勇.关于新农村建设过程中庭院水保建设问题的思考[J].亚热带水土保持，2009，21（1）：43-45.

［10］章岳涛，贾黎明，翟明普，等.干旱半干旱地区雨水资源利用技术在林业中的应用[J].世界林业研究，2009，22（1）：34-40.

［11］李怀有，陈智汉，闫剑，等.高塬沟壑区雨水集流效率研究[J].水土保持研究，2003，10（4）：96-98.