長江流域坡耕地“坡式梯田+坡面水系”治理模式及綜合效益探討

鄧嘉農,徐 航,郭 甜,黃 巍,何丙輝

(1.長江流域水土保持監測中心站,湖北武漢430010;2.西南大學資源環境學院三峽庫區生態環境教育部重點實驗室,重慶400715)

1 “坡式梯田 +坡面水系”治理模式

坡改梯是改善農業生產條件、增強農業發展后勁的重要手段,它的實施對于發展區域經濟和促進農業增產、農民增收具有重要意義[1]。但是,目前在許多山區坡耕地實施坡改梯的過程中還存在一些問題,例如:隨著宜修坡耕地數量的減少,坡改梯需要投入更多的資金和勞力;坡改梯實施后往往以種植糧食作物為主,投入產出比較低;由于缺乏技術支撐和建設監理,部分梯田整體穩定性差,水土保持效益不明顯,甚至減少了可利用土地面積,進而影響了作物產量。坡面水系工程是在綜合治理過程中以控制水土流失和改善生態環境、農業生產條件為目的的,在一定范圍的坡體上建立起來的池、渠、凼配套,蓄、排、灌結合的微型水利工程組合體[2-3],是山區農業的重要基礎設施。針對目前山區坡改梯實施過程中存在的造價高、效益低等問題,結合坡面水系工程的優勢,在長江流域推廣應用坡耕地“坡式梯田 +坡面水系”治理模式,并研究其結構、造價和效益。

2 調研范圍和研究目的

調研范圍為長江流域實施坡耕地“坡式梯田 +水系配套”治理模式的5大典型區域,即三峽庫區、川中丘陵區、云貴高原區、橫斷山區、秦巴山區,涉及四川、重慶、貴州、云南、甘肅的多個縣(市)。調研期間,研究人員與各縣(市)水土保持部門負責人座談,收集相關資料,了解坡耕地分布及治理情況(治理時間、規模、地點、效益等);深入已實施“坡式梯田 +水系配套”治理模式的小流域,走訪農戶,使用手持GPS儀定位,輔以測距儀測量面積,用羅盤測量坡度,重點調查單位面積需水量、春冬農作物品種、單位面積土地所需蓄水池的容積、坡式梯田的設計特點以及梯田的結構、功能、造價及效益等。

3 不同坡改梯方式工程造價分析

3.1 不同坡改梯方式工程量比較

圖1 水平梯田示意圖

圖1為水平梯田設計示意圖。對于水平梯田,略去埂坎部分工程量,以梯田田面主體挖填方總工程量為考察對象,根據《水土保持學》[4]計算水平梯田的總工程量。首先,令改造后的坡面寬度為B,水平梯田工程量用截面積S水平表示,計算公式為

式中:H為坎高;θ為原地面坡度。

對于坡式梯田,略去埂坎部分工程量,以梯田田面主體挖填方總工程量為考察對象,坡式梯田工程量用截面積S坡式表示,推導其計算公式為

式中:H為原地面高度,H=Bcosα tanθ;h為坡改梯后的地面高度,h=Bsinα;A為底邊水平寬度,A=Bcosα;α為坡改梯后地面坡度;其余符號意義同上。

式(1)減去式(2),得出式(3)為

由式(3)知,2α＞θ時,S水平＞S坡式。從上述工程量分析結果知,修筑單位寬度的梯田,坡式梯田工程量明顯小于水平梯田,說明修建坡式梯田能夠有效節省成本,并且在相同條件下,坡式梯田有較寬的田面可供耕作。

3.2 不同坡改梯方式造價分析

以小流域為單元,長江流域各典型區域均實施了以坡耕地改造和坡面水系建設為重點的綜合治理,各典型區域重點小流域基本情況和“坡式梯田+坡面水系”治理模式實施情況見表1和表2。坡改梯工程實施后,耕翻、淤積等使得梯田坡度逐漸變緩、土層變厚、可種植面積增加;梯坎多為就地取材建設的石坎,坎高1.2～2.0 m,田面寬度4.8～9.0 m;配套設施包括蓄水池、沉沙凼、截排水溝、道路、閘閥井等。根據各地情況的不同,配套措施不僅規格、數量不同,而且造價方面也存在差異。表3為各典型區域重點小流域坡耕地“坡式梯田+坡面水系”治理模式工程造價情況調查表。由表3知,橫斷山區和川中丘陵區坡耕地“坡式梯田 +坡面水系”治理模式單位面積的投資量更節省;在單位面積投資量中,梯坎投資所占比例最大,其次是配套設施投資,可見在坡耕地綜合治理過程中配套設施的優化設計不僅能起到合理布局、提高使用效益的效果,而且能夠有效減少整體資金投入。

表1 各典型區域重點小流域基本情況

表2 各典型區域重點小流域坡耕地“坡式梯田+坡面水系”治理模式實施情況

表3 重點小流域坡耕地“坡式梯田+坡面水系”治理模式工程造價情況

4 效益分析

采用“坡面梯田+坡面水系”治理模式對坡耕地進行治理后,一方面長江流域各典型區域重點小流域坡耕地數量明顯減少,水土流失得到了有效控制。據統計,實施該治理模式后,嘉陵江流域688條、金沙江流域303條小流域水土流失面積減少了13 158.93 km2,比治理前減少了65%以上,平均土壤侵蝕模數由治理前的5 279 t/(km2?a)下降到3 565 t/(km2?a);貴州大方的洗線溝小流域年均侵蝕量由2 093 t降至1 700 t,降幅達18.78%;云南宣威的發圖小流域年均侵蝕量由470 t降至110 t,降幅達76.60%。另一方面,各小流域基本農田、林草地面積和小型水利水保設施數量增加,以玉米種植為主,烤煙、大豆種植為輔,并積極發展特色農業,讓農民真正得到了實惠。表4為長江上游各典型區域重點小流域陡坡耕地實施“坡式梯田+坡面水系”治理模式前后的生態經濟效益調查。由表4知:第一,經過治理,各小流域農作物產量均有不同程度的增加。例如,秦巴山區的大地溝小流域種植的玉米、大豆產量由治理前的1 500 kg/hm2增加到2 700 kg/hm2,增幅明顯。第二,小流域治理后培育的水果、蠶桑、茶葉、藥材、加工等產業,改變了農村單一的種養業結構,初步實現了種、養、加各業協調發展,出現了大批專業大戶和各種治理典型,促進了農民脫貧致富和集體經濟的壯大。例如,云南沾益的響壩河小流域發展特色產業萬壽菊,產量由2.55萬kg/hm2增至3.75萬 kg/hm2,增幅達47.06%。第三,治理模式的實施減輕了土壤侵蝕,改善了農業生產條件,保護了生態環境。例如,云貴高原區的松樹小流域平均坡度由24°減少到5°～8°;三峽庫區沿江溪小流域年均土壤侵蝕量由3 120 t減少到410 t,減少了 86.86%;四川安居的白安河小流域耐干旱時間由15 d增至33 d。上述分析結果表明,實施“坡式梯田+水系配套”治理模式既可攔泥蓄水、減少水土流失,又可改變地形條件、增厚土層,有利于培肥地力,提高作物單產,實現農業增產增收,是適合長江上游陡坡耕地治理的有效模式。

表4 長江上游各典型區域重點小流域陡坡耕地生態經濟效益調查

5 結 語

“坡式梯田+水系配套”治理模式是適用于長江上游坡耕地治理的有效模式。一方面,相比水平梯田,坡式梯田在節約工程量和造價方面具有一定優勢,又可以充分利用田面有效使用面積,適宜在山多地少的地區采用。通過淤積、耕翻,能使梯田的坡度逐漸變緩,最后逐步形成水平梯田,在坡耕地面積大、坡度較緩、施工季節短的情況下,坡式梯田是大面積控制水土流失、提高治理速度、降低工程投入的有效措施,并有顯著的增產作用。另一方面,坡式梯田離不開池、渠、凼配套和蓄、排、灌結合的坡面水系措施,尤其是在降雨量充足、季節性干旱的長江流域,合理布設坡面水系是發揮梯田蓄水保土效益的重要保證。

針對本次調研中發現的問題,建議在今后的坡耕地綜合治理過程中應注重合理規劃、規范技術,加強技術指導培訓工作,搞好技術示范的社會化服務,加強監理,形成完善的管護體系,讓“坡式梯田+水系配套”坡耕地治理模式發揮應有的功效,構建完善的水土流失綜合防治體系。

[1]李小燕,楊永利.淺談坡改梯工程在流域治理中的地位和作用[J].陜西水利,2008(z2):139-140.

[2]胡甲均.對當前有關水土保持幾個關系問題的認識[J].中國水土保持,1999(12):15-16.

[3]葉紅,周蕓.四川坡面水系水土保持成套技術應用簡介[J].四川水利,2005,26(1):30.

[4]王禮先,朱金兆.水土保持學(第2版)[M].北京:中國林業出版社,2005:154-155.