長江上游陡坡耕地“大橫坡 +小順坡”耕作模式

嚴冬春,龍 翼,史忠林

(1.中國科學院成都山地災害與環境研究所山地環境演變與生態調控重點實驗室,四川成都 610041;2.中國科學院研究生院,北京 100049)

長江上游陡坡耕地“大橫坡 +小順坡”耕作模式

嚴冬春1,2,龍 翼1,史忠林1,2

(1.中國科學院成都山地災害與環境研究所山地環境演變與生態調控重點實驗室,四川成都 610041;2.中國科學院研究生院,北京 100049)

“大橫坡 +小順坡”;坡耕地;耕作模式;長江上游

長江上游量大面廣的陡坡耕地,既是當地農民賴以生存的基礎,也是區域糧食自給和國家糧食安全保障的重要補充。長期以來,長江上游坡耕地耕作粗放,土地產出率與勞動生產率低下,抵御干旱與洪澇等自然災害的能力不強,水土流失嚴重。基于對當地農民現有耕作習慣的調查,介紹了“大橫坡 +小順坡”耕作模式的結構,并對該模式具體的功能進行了論述,同時針對小順坡坡長隨意的問題提出了改進方案。

長江上游是我國坡耕地分布最為集中的地區,坡耕地面積約有 767萬hm2,占全國坡耕地總面積的 32%,占區內耕地面積的 72%;而坡度大于 15°的坡耕地有 435萬 hm2,占長江上游坡耕地面積的 57%[1-3]。坡耕地既是當地農民賴以生存的基礎,也是區域糧食自給和國家糧食安全保障的重要補充。長期以來,長江上游坡耕地耕作粗放,土地產出率與勞動生產率低下,抵御干旱與洪澇等自然災害的能力不強,水土流失嚴重。據悉,長江上游年均土壤侵蝕量 16億 t,其中 60%來自坡耕地。這不僅造成土層變薄、土地退化、土地生產力下降、農民生活貧困和生態環境惡化,而且對中下游的水安全和三峽等水電工程安全運行構成了嚴重威脅,嚴重阻滯了山區和少數民族地區經濟社會發展與和諧社會的構建。

坡耕地治理一直是長江上游水土保持的工作重點,“長治”工程明確提出“以小流域為單元,以坡改梯為突破口”的指導方針,旨在扭轉長江上游水土流失日益嚴重、生態環境不斷惡化的局面。據長江委資料,截至 2010年“長治”工程累計治理水土流失面積 960萬hm2,其中坡改梯面積 70.1萬 hm2,實施保土耕作 166.7萬 hm2。 2008年 4月和 2009年 5月筆者跟隨國家科技支撐計劃項目組實地考察了長江上游的坡耕地現狀,考察中發現當地農民在種植陡坡耕地時有“橫坡整地、順坡種植”的習慣(“大橫坡+小順坡”耕作模式),與傳統保土耕作提倡的橫坡耕作、等高耕作、等高溝壟等耕作模式大相徑庭。本文在調查長江上游現有坡耕地整治技術的基礎上,介紹了“大橫坡 +小順坡”耕作模式的結構和功能,分析了“大橫坡 +小順坡”耕作模式的優點,并提出了“大橫坡 +小順坡”耕作模式的改進方案。

1 “大橫坡 +小順坡”坡耕地的結構和功能

采用“大橫坡+小順坡”耕作方式的坡耕地,除地塊后部的背溝和前緣的邊溝外,地塊內部還有橫坡截流溝和順坡壟溝(見圖 1)。地塊后部背溝的功能,主要是攔截上方坡地徑流;地塊前緣邊溝的功能,主要是攔截、滯留地塊產出的徑流,沉積泥沙。橫坡截流溝的功能主要是縮短坡長,避免坡面侵蝕細溝的發生;攔截、滯留上部地塊產出的徑流,沉積泥沙;供田間行走。順坡壟溝的功能:紫色土土層薄,挖溝起壟可以增加壟土厚度,提高作物產量;壟間溝排水、瀝水,減少雨季耕土層發生順坡滑塌。每年冬天,農民還要挑沙面土,將水平溝道內沉積的泥沙回返到耕地內。

圖 1 “大橫坡 +小順坡”照片及示意圖

2 “大橫坡 +小順坡”模式的優點

2.1 減少細溝侵蝕

“大橫坡+小順坡”模式通過開挖橫坡截流溝將長順坡分割成小順坡,改變地表徑流流向,避免徑流直接沖刷地塊形成細溝。因細溝侵蝕占坡面土壤侵蝕量的絕大部分,細溝一旦形成,坡面薄層水流轉變為股流,其水力學特征發生根本性的轉變,侵蝕動力增強,水流侵蝕形態由對單個土壤顆粒的搬運轉變為對土壤塊體崩解、分散、輸移的過程,侵蝕量劇增[4]。已有的研究表明,細溝的發生將使坡面侵蝕產沙量增加幾倍至幾十倍[5],黃土高原細溝侵蝕量甚至占坡面總侵蝕量的 70%以上[6-8]。傳統觀念認為坡耕地上形成的細溝僅通過耕作措施即可平復,不需要特殊的土壤保持措施。事實上,即使通過耕作措施將細溝平復還是會在坡面上形成負地形,再次降雨情況下很容易出現細溝,甚至形成惡性循環[8]。

2.2 排水通暢、防止滑塌

“大橫坡+小順坡”耕作模式有利于及時排水,防止土壤飽和之后滑塌。長江上游受季風氣候控制,降水集中在雨季,且以暴雨為主。而長江上游陡坡耕地土層普遍淺薄,橫坡種植時徑流多集中在溝壟內,降雨很快就可入滲到達巖土界面,容易造成土壤層整體滑動。

2.3 耕作方便、節省勞力

通過詢問當地農民得知,他們選擇小順坡種植的目的一方面在于及時排水,另一方面就是方便耕作。橫坡種植時兩腳不在同一高度,重心向下坡向傾斜,人在陡坡耕地上很難站穩;耕作時土壤順坡下滑,不利于栽種。小順坡耕作兩腳沿等高線站立,重心前傾,比較穩定,耕作時也比較省力。長江上游歷來有“挑沙面土”的習慣,可以彌補順坡耕作導致的土壤遷移。

3 “大橫坡 +小順坡”模式的改進

“大橫坡+小順坡”耕作模式是長江上游廣大農民長期實踐經驗的總結,有其存在的合理性,但也并非盡善盡美,存在的主要問題在于小順坡坡長的隨意性。

對于某一坡度的地塊,一次暴雨中細溝總是在一定的坡長處發生,這是由于細溝侵蝕的發生需要一定的坡長來匯集徑流,這一坡長稱為細溝發生的臨界坡長[9];理論上在細溝發生的臨界坡長處截斷徑流將避免細溝侵蝕的發生。我們在三峽庫區的忠縣和川中丘陵區的鹽亭分別開展的人工降雨試驗表明:暴雨情況下細溝發生的臨界坡長與坡度呈二次拋物線關系;在臨界坡長處開挖水平溝截斷徑流能有效地控制細溝侵蝕的發生,與沒有改造的小區相比攔沙效益提高了 53.8%。因此,建議在調查長江上游各區坡耕地細溝侵蝕發生臨界坡長的基礎上,針對不同坡度、不同土壤特征按照細溝侵蝕可能發生的臨界坡長開挖橫坡截流溝,重新確定小順坡的坡長。

4 展 望

坡改梯之后坡耕地保水保土保肥增產效益比較顯著,監測結果表明:水平梯田平均減沙效率達 70%,減少地表徑流 42%～47%,紫色土區糧食增產 20%～66%。但是,坡改梯也受投勞多、資金緊張等客觀因素的制約,暫時不能在長江上游全面開展;農村勞動力的大量輸出也為長江上游坡改梯工程的實施增添了新的困難;再就是長江上游陡坡耕地主要位于坡面的中上部,大多土層淺薄,坡改梯困難。

我們在中國科學院三峽站建立的“大橫坡 +小順坡”實體模式 1.6hm2(坡度 6°～24°),土地為當地農民自有坡耕地,施工隊伍為當地現有勞動力,由于大部分年輕人外出打工,所以參與“大橫坡 +小順坡”模式改造的農民平均年齡為 52歲,最大的 68歲,最小的 49歲。總共投入勞動力 410人天,按當地勞動力工資每人每天 50元計算,修建 1hm2“大橫坡 +小順坡”實體需要1.28萬元,遠遠小于構筑水平梯田的投入。對重慶忠縣石寶鎮 300人的民意調查表明,當地農民對“大橫坡 +小順坡”模式的接受程度,贊成的占 93%、無所謂的占 4%、反對的占3%。倘若“大橫坡+小順坡”模式能在長江上游廣大陡坡耕地得以推廣,作為坡改梯的補充,短期內將有利于減少長江上游陡坡耕地的水土流失,保護有限的土地資源。

[1]胡玉法.長江流域坡耕地治理探討[J].人民長江,2009,40(8):72-75.

[2]張麗萍,朱鐘麟,鄧良基.四川省耕地資源及其治理對策[J].水土保持通報,2004,24(3):47-49.

[3]劉新衛,張定祥.長江流域陡坡耕地持續利用研究[J].人民長江,2004,35(11):7-10.

[4]王貴平,白迎平,賈志軍,等.細溝發育及侵蝕特征初步研究[J].中國水土保持,1988(5):13-16.

[5]蔡強國,陳浩.影像降雨擊濺侵蝕過程的多元正交試驗研究[J].地理研究,1989,8(4):28-36.

[6]唐克麗,鄭世清.杏子河流域坡耕地的水土流失及其防治[J].水土保持通報,1984(4):5-8.

[7]唐政洪,蔡強國,許峰,等.不同尺度條件下的土壤侵蝕試驗監測及模型研究[J].水科學進展,2002,13(6):781-787.

[8]關君蔚.水土保持原理[M].北京:中國林業出版社,1995:3-12.

[9]鄭粉莉.發生細溝侵蝕的臨界坡長與坡度[J].中國水土保持,1989(8):23-24.

S 157.41

A

1000-0941(2010)10-0008-02

國家科技支撐計劃項目(2008B A D 98B 01);國家科技重大

嚴冬春(1981-),男,湖北宜昌市人,博士研究生,主要從事土壤侵蝕與水土保持研究。

2010-09-07

(責任編輯 張培虎)