石漠化坡耕地治理模式

張信寶，王世杰，孟天友

(1.中國科學院/水利部成都山地災害與環境研究所山地環境演變與調控重點實驗室，四川成都610041;2.中國科學院地球化學研究所環境地球化學國家重點實驗室，貴州貴陽550002;3.畢節市水土保持辦公室，貴州 畢節551700)

2006年以來，筆者承擔了國家“973”項目課題“西南喀斯特山地土壤侵蝕過程與水土流失危險度評價”和國家科技支撐項目課題“云貴高原巖溶山地石漠化坡耕地整治與高效生態農業技術集成與示范”，參加了長江水利委員會水土保持局組織的“長治”工程20年貴州片的調研，對我國西南喀斯特地區的水土流失特點和坡耕地治理存在的問題有了一定的認識。我們依據喀斯特坡地巖土組成和水土流失研究的成果，在吸取石漠化坡耕地已有治理經驗的基礎上，提出了“以路溝池為核心的石漠化坡耕地治理模式”。本研究旨在闡明石漠化坡地巖土組成與坡耕地水土流失特點，剖析石漠化坡耕地治理存在的問題，并簡要介紹我們提出的石漠化坡耕地治理模式。

1 石漠化坡地巖土組成與坡耕地水土流失特點

我國西南喀斯特丘陵坡地巖土組成和土地利用的垂直分帶明顯，以黔中高原石灰巖喀斯特丘陵為例，坡上為石質坡地，多為次生林或裸地;坡腰為土石質坡地，耕地寬松的地區多為次生林灌、耕地緊張的地區多為坡耕地，近年來退耕種植果樹比較普遍;坡麓為土質或石土質坡地，土層相對較厚，為質量較好的農田。石質和土石質坡地，地面土石相間，可以看作為一個布滿“篩孔”的石頭“篩子”，溶溝、溶槽和洼地為被土壤塞住的形狀不一、大小不等的“篩孔”，坡地地面徑流極易通過“篩孔”滲入表層巖溶帶，進入地下暗河系統［1－4］。

就N、P、K和有機質含量等指標而言，黔中高原喀斯特丘陵坡地廣泛分布的石灰土，是相當肥沃的土壤，其土質疏松、易于耕作，但土壤總量太少，土地貧瘠。嚴東春等采用寬幅樣帶取樣方法，測定了清鎮市王家寨喀斯特坡地的土壤厚度，調查坡地長53 m、平均坡度22°，土壤為黑色石灰土，土壤平均質量厚度(單位面積＜2 mm顆粒的干土重)為16.04 kg/m2，以土壤容重1.0 g/cm3計，相應的土壤厚度僅 1.6 cm［5］。喀斯特坡地土壤總量少的主要原因是碳酸鹽巖酸不溶物含量少、成土速率低，連續性純碳酸鹽巖山地的成土速率低于20 t/(km2·a)［2］。

中國科學院地球化學研究所普定巖溶生態站陳旗小流域6個全坡面大型徑流場基本情況和2007—2010年的徑流泥沙監測資料見表1、2。這6個不同地類(土地利用類型)的徑流場均布設于石灰巖土石質坡地，裸巖率差別不大，介于30%～50%之間;坡度差別也不大，介于30°～37°之間。4年的觀測結果表明，不同地類坡地的徑流系數均很低，遠低于當地的區域徑流系數40%，其中:次生林地最低，徑流系數為0.19%;放牧灌草地最高，為2.18%;坡耕地為0.44%。降雨徑流的觀測數據驗證了“石質和土石質坡地，可以看作為一個布滿‘篩孔’的石頭‘篩子’，坡地地表徑流極易通過“篩孔”滲入表層巖溶帶，進入地下暗河系統”的觀點。這些坡地地表的土壤流失量也很低:草灌植被已恢復的火燒跡地最低，為0.1 t/(km2·a);放牧灌草地最高，為 31.74 t/(km2·a);坡耕地為 2.16 t/(km2·a)。其余地類的地表侵蝕模數均低于10 t/(km2·a)，表明包括坡耕地在內的大部分土石質坡地的土壤侵蝕均很輕微。缺少地表徑流，土壤不但總量少，而且多分布于不易侵蝕的溶溝、溶槽和洼地副地形內，這是石漠化坡地土壤流失量低的主要原因［6－7］。

筆者于2009年參加“長治”工程調研時，考察了貴州省水利廳在畢節石橋小流域和黔西方田小流域布設的徑流小區。這2個小流域非坡耕地徑流小區均為石灰巖土石質坡地，石橋小流域經果林、水保林小區2008年實測侵蝕模數分別為12.75和9.40 t/(km2·a)，方田小流域封禁治理、水保林小區2008年實測侵蝕模數分別為18.23和20.52 t/(km2·a)。長沙中國科學院亞熱帶農業生態研究所廣西環江站2006—2009年徑流小區實測資料表明，薄層含角礫石灰土覆蓋的白云巖坡耕地的土壤侵蝕模數為14.52 t/(km2·a)，其余的12種地類介于0.69～28.22 t/(km2·a)之間。貴州省水利廳和長沙中國科學院亞熱帶農業生態研究所的徑流小區資料與貴陽地球化學研究所普定陳旗小流域徑流小區的資料基本吻合，均證實西南喀斯特土石質坡地的土壤流失量很小，一般不超過30 t/(km2·a)。

喀斯特坡地地下流失的土類物質有兩種來源，一種是土下巖石化學溶蝕產生的酸不溶物，另一種是坡地地面溶溝、溶槽、洼地內的土壤。這兩種土類物質一部分沉積充填孔、裂隙，一部分通過孔、裂隙進入地下暗河系統。人類活動對地下流失的影響主要表現是:毀林開荒、破壞植被導致植物根系網固土壤的作用減弱或消失，犁耕擾動溶溝、溶槽和洼地內的土壤，促進土壤充填地下孔、裂隙。喀斯特坡地的地下流失量受控于地下孔、裂隙的發育程度，絕對流失量一般低于20 t/(km2·a)，連續性純碳酸鹽巖地區的相對流失量可高達70%～90%，不純碳酸鹽巖區多低于 70%［2，4］。

表1 普定陳旗小流域6種地類徑流場基本情況

表2 普定陳旗小流域6種地類徑流場2007—2010年的徑流系數和土壤流失量

2 現行石漠化坡耕地治理措施存在的問題

筆者一直關注水土保持和石漠化治理中的坡耕地治理，發現西南喀斯特坡耕地治理措施的配置和非喀斯特地區差別不大，主要措施是坡改梯，部分坡改梯工程配套有田間道路和微集水工程。雖然治理取得了一定的成效，但也存在坡改梯工程沒有很好地針對喀斯特坡地巖土組成和坡耕地水土流失特點的問題，主要表現在以下幾個方面。

2.1 石質和土石質坡耕地改梯，往往無土面田，成了砌“長城”

一些石質和土石質坡耕地的坡改梯工程，石坎高大，宛如“長城”，但石坎之間的田面基本如前，仍然是原來的坡地。詢問群眾得知，坡改梯取走了部分田中石塊修建石坎，但土層太薄，無土面田，只能保持原先的田面。石漠化坡耕地土壤總量太少的研究結果和群眾對土壤的樸素認識完全吻合。

2.2 不解決灌溉問題，坡改梯就無明顯的增產效益

據群眾反映，石漠化坡耕地單純坡改梯增產效益不明顯，灌溉有保證的梯田增產才明顯。土石質坡地新修梯田的土層厚度一般不足20 cm，抗御季節性干旱的能力非常有限，無灌溉保證的梯田就不可能有明顯的增產效益。據中科院成都山地災害與環境研究所鹽亭農業生態站研究，土層厚度60 cm的紫色土，可抗御20天左右的干旱，基本解決常年的農田季節性干旱。黃土高原黃土深厚，川中丘陵區紫色土下伏的中生代砂泥巖易于快速風化成土，坡地改造為梯田易于增厚土層，活土層厚度多＞40 cm，土壤的持水抗旱能力增強，增產效益明顯。碳酸鹽巖巖石不可能快速風化成土，土石質坡地改梯后土壤總量難以增加，土地的抗旱能力也不可能有明顯改善，無灌溉保證的梯田顯然不可能有明顯的增產效益。還須指出的是，石漠化坡地不但土層薄，粒度也粗。清鎮市王家寨坡地土壤的沙粒、黏粒含量(＜2 mm)約占50%，其余為碳酸鹽巖巖屑角礫，保水性能不如黃土和紫色土。

2.3 部分蓄水工程來水不足，利用效率不高

我們考察了西南喀斯特地區水土保持和石漠化治理的一些試點工程，有水可蓄的水窖、水柜和蓄水池等蓄水工程利用效率高，灌溉增產作用大，受到群眾的歡迎;但不少蓄水工程來水不足，利用效率不高，灌溉增產效果不好，群眾很不滿意。絕大部分地區的蓄水工程沒有配套集水面，這與對喀斯特坡地產流特性認識不足從而導致設計來水量偏大有關。貴州畢節和大方等地的部分坡改梯工程，為了解決蓄水工程的來水問題，修建了集水面或利用硬化路面集水，收到了好的效果。

2.4 石坎壯觀、顯示度好、領導滿意，但不少石坎梯地是花架子工程，群眾不滿意

黔西北畢節、威寧等地的大部分丘陵坡地和黔中高原丘陵坡麓地，地勢平緩，為土層較厚的土質或石土質坡地，坡耕地多修成土埂坡梯地。由于植物根系的固結，土質埂坎比較穩固，所以群眾在地埂上種植胡豆和黃豆等經濟作物。這種坡梯地存在一定程度的水土流失，田塊也不整齊，將此類坡梯地改造成高標準的梯田是完全有必要的，一些土石質坡地，用炸除田中臥牛石的石塊修建梯田石坎也是無可非議的。但考察中發現，近年來許多土質坡地的坡改梯工程，梯田都用外來的石塊砌了石坎，鑲了“銀邊”，非常壯觀!更有甚者，坡改梯田面沒有改造僅僅是砌了石坎，鑲了“銀邊”，成了應付領導參觀的“景觀”工程。筆者對這種做法堅決反對，其理由是:①與土埂梯地相比，水土保持效益差不多，大量的投資沒有價值;②石埂上不能種地埂經濟植物，群眾的收益降低;③用異地的石材修建梯地石坎，增加了農田改造的難度和成本，違反生態學基本常識。

3 以路溝池為核心的石漠化坡耕地治理模式

西南喀斯特山區石漠化坡耕地自然條件的特點是:石多土少，土壤肥沃，土地貧瘠，降水不少，入滲強烈，干旱嚴重;水土流失及其危害的特點是:地面與地下流失的二元水土流失方式并存，土壤流失量小，異地危害不大，成土速率低，當地危害大。鑒于此，石漠化坡耕地治理的措施配置，不但要考慮自然條件和水土流失及其危害的特點，還要得到群眾的認可。我們開展了石漠化坡耕地不同治理措施迫切程度的排序調查，群眾要求最迫切的是田間道路，其次是有來水保證的蓄水池;群眾對坡改梯興趣不大，對土埂梯地砌石坎、鑲“銀邊”的做法非常反感。群眾的意愿是有道理的，“要致富，先修路”，在市場經濟條件下，群眾的算盤是“一個工能掙多少錢”，道路提高勞動生產率的效益最明顯。貴州普定縣陳家寨的群眾說:“過去要背幾天的，現在有了路，一車就拉完了”。“有收無收在于水”，蓄水池對增加作物產量、提高抗御干旱能力發揮了巨大的作用，但群眾對一些蓄水池來水不足、利用效率不高頗有怨言。

根據石漠化坡耕地的自然條件和水土流失特點，結合群眾意愿，我們提出了如下石漠化坡耕地的治理思路:構建比較完善的路溝池配套的道路灌溉系統，因土制宜，宜梯則梯，改善生產條件，提高抗旱能力，夯實提高土地生產力和勞動生產率的基礎。具體做法是:在坡耕地內，沿橫坡方向修建路面硬化的機耕路(寬3～4 m)，路的一側布設集水溝，路面略向集水溝一側傾斜，蓄水池修建于道路下方，有引水溝+沉沙凼和集水溝相連，集水溝和路面按蓄水池分段隔擋截流。在機耕道上、下方的坡耕地內，修建路面硬化的人行路(寬0.6～1.0 m)，人行路多利用現有田間小路改造而成，可保留梯階，路面中央微凹，以便集水，蓄水池修建于小路兩側，有引水溝(+沉沙凼)和集水溝相連，路面按蓄水池分段隔擋截流。蓄水池有兩種類型，一種是傳統的永久性漿砌塊石或混凝土蓄水池;另一種是半永久性的水工布蓄水池，即對喀斯特坡地的天然溶溝、溶槽、洼地稍加改造，鋪設水工布而成。后者的造價低廉，約為前者的1/2。我們粗略計算，以年降水量1200 mm計，取硬化路面的徑流系數R=0.8，利用5%的耕地面積修建田間道路，1 hm2地道路年產徑流480 m3，以年利用3次計算，1 hm2地修建容積150 m3的蓄水池，可以基本解決正常年景的灌溉問題。當然，各地可根據降水量、作物需水量調整田間道路面積和蓄水池容積。路溝系統內坡耕地的整理和利用，石質和土石質坡耕地一般不修建梯田，建議營造經果林，避免土壤擾動，減少土壤地下流失;土質和石土質坡耕地修建梯田，梯埂結構因土制宜，石埂、土埂、土石混合埂不必做硬性規定，梯田田塊大小、梯埂結構類型和作物種植一定要尊重土地使用者的意愿。我們提出的路溝池配套的道路灌溉系統如圖1。2010年4月，我們根據這一思路撰寫的《關于解決我國喀斯特石漠化地區農田干旱缺水問題》的建議，上報中央，回良玉副總理給予了批示。

圖1 路溝池配套的道路灌溉系統

我們在貴州普定縣陳家寨洼地小流域、晴隆縣馬廠鄉馬廠村和四川敘永縣落卜小流域的石漠化治理試點中，貫徹了以上的石漠化坡耕地治理思路，取得了一定的成效，受到了群眾的歡迎。陳家寨小流域已修建寬4 m的機耕路3 km，寬0.8 m的人行路2.1 km，修漿砌塊石蓄水池6口容積360 m3、水工布蓄水池178口容積2882 m3，基本解決了20多hm2農田和林果地的灌溉問題。由于解決了交通和灌溉問題，坡麓和洼地內的部分農田種植了辣椒和四季豆等蔬菜，增加了群眾收入。坡腰的土石質坡耕地，種植了櫻桃和冰脆李等經濟林果，由于灌溉有保證，長勢很好。晴隆縣馬廠村石漠化坡耕地整治，已修建寬4 m的機耕路3 km，寬0.8 m的人行路3.2 km，修漿砌塊石蓄水池9口容積430 m3，利用天然洼地修建水工布蓄水塘1口容積1200 m3、水工布蓄水池120余口容積2500 m3，使20 hm2坡耕地全部退耕還林種植核桃。敘永縣新華村石漠化坡耕地整治，已修建寬3 m的機耕路0.8 km，容積10 m3的漿砌石蓄水池20口，1戶1口，資金到戶，分戶修建管理，群眾非常滿意。

4 結語

我國西南喀斯特山地的坡地巖土組構和石漠化坡耕地的水土流失及危害的特點不同于非喀斯特山丘區的坡耕地，現行的坡耕地治理措施配置基本沿用非喀斯特地區，存在不少問題。我們根據石漠化坡耕地的自然條件和水土流失特點，結合群眾意愿，提出了“構建比較完善的路溝池配套的道路灌溉系統，因土制宜，宜梯則梯，改善生產條件，提高抗旱能力，夯實提高土地生產力和勞動生產率的基礎”的石漠化坡耕地治理思路和具體做法，并在幾個治理試點予以實施，受到了群眾歡迎。由于視野的局限和經驗的不足，我們提出的石漠化坡耕地治理思路和具體做法肯定還存在不足之處，希望同仁批評指正，更希望業務部門和科研單位進一步加強合作，提高石漠化坡耕地治理水平，為西南喀斯特山區群眾脫貧致富、區域經濟發展和生態屏障建設作出更大的貢獻。

［1］張信寶，王世杰，賀秀斌，等.碳酸鹽巖風化殼中的土壤蠕滑與巖溶坡地的土壤地下漏失［J］.地球與環境，2007，35(3):202－206.

［2］張信寶，王世杰，曹建華.西南喀斯特山地的土壤流失與土壤的硅酸鹽礦物質平衡［J］.地球與環境，2009，37(2):97－102.

［3］張信寶，王世杰，孟天友.農耕驅動西南喀斯特地區坡地石質化的機制［J］.地球與環境，2010，38(2):123 －128.

［4］張信寶，王世杰，曹建華，等，西南喀斯特山地水土流失特點及有關石漠化的幾個科學問題［J］.中國巖溶，2010，29(3):247－279.

［5］嚴冬春，文安邦，鮑玉海，等.黔中巖溶坡地的土壤與137Cs的分布［J］.地球與環境，2008，36(4):342 －346.

［6］彭韜，王世杰，張信寶，等.喀斯特坡地地表徑流系數監測初報［J］.地球與環境，2008，36(2):125 －129.

［7］彭韜，楊濤，王世杰，等.喀斯特坡地土壤流失監測結果簡報［J］.地球與環境，2009，37(2):126－130.