西南土石山區水平梯田的水土保持措施因子

劉斌濤，宋春風，史 展，陶和平

(1.中國科學院/水利部 成都山地災害與環境研究所，四川 成都 610041；2.西南大學 地理科學學院，重慶 400715)

西南土石山區水平梯田的水土保持措施因子

劉斌濤1，宋春風1，史 展2，陶和平1

(1.中國科學院/水利部 成都山地災害與環境研究所，四川 成都 610041；2.西南大學 地理科學學院，重慶 400715)

水土保持措施因子；水平梯田；土壤侵蝕；西南土石山區

收集、整理、分析了有關西南土石山區水土保持措施的觀測資料和研究文獻，對西南土石山區水平梯田的水土保持措施因子(P值)進行估算研究。結果表明：西南土石山區水平梯田的P值介于0.010 0～0.234 5之間；水平梯田利用方式對P值影響很大，水田、水旱輪作田、旱作梯田、園地梯田的P值分別為0.010 0、0.052 8、0.136 2、0.103 5；隨著坡面坡度增加，土壤侵蝕量增加，但水平梯田的P值不斷減小。

西南土石山區地處長江、珠江上游，青藏高原東南緣，是我國水土流失防治的重點地區。最新普查數據表明[1]，西南土石山區水土流失面積達31.06萬km2，超過西北黃土高原地區，成為我國水土流失最嚴重的地區。水平梯田是西南土石山區最有效的水土保持措施之一，據四川省遂寧水土保持試驗站觀測[2]，坡耕地改為水旱輪作水平梯田后土壤流失量減少83.4%～96.1%，改為旱作梯土后土壤流失量減少57.5%～90.0%，改為果糧間作梯土后土壤流失量減少67.6%～92.5%。可見，水平梯田在西南土石山區水土保持作用巨大，這也決定了其為西南土石山區土壤流失預報的關鍵指標。已有眾多學者對西南土石山區水平梯田的水土保持措施因子(P值)開展了研究，如楊子生[3]提出了滇東北地區水平梯田的P值，黃雙喜等[4]分析了嘉陵江流域梯田的減沙效益，陳群利等[5]分析了喀斯特山區梯田的蓄水、保土和糧食增產效益。但對西南土石山區水平梯田P值的系統研究還非常少。本研究通過對有關西南土石山區水土保持措施的研究文獻和觀測數據的梳理，厘定了西南土石山區各種水平梯田的P值，以期為建立西南土石山區土壤流失方程提供有效參數。

1 研究資料與方法

1.1 研究資料

筆者收集到有關西南土石山區水土保持措施研究的文獻245篇，通過對這些文獻的梳理，共獲取了四川、重慶、云南、貴州、陜南等17個地區的水平梯田P值觀測值(圖1)。

圖1 西南土石山區水平梯田觀測數據分布

1.2 研究方法

水平梯田的P值定義為：在其他條件相同的情況下，修筑水平梯田后的徑流小區土壤流失量與平整坡面徑流小區的土壤流失量之比。由于徑流小區的坡度、坡長有差異，所以首先要將各種觀測小區的土壤流失量標準化到坡度5°、坡長20 m(水平投影)、寬度5 m、水平投影總面積100 m2的標準徑流小區上。標準化公式為

(1)

式中：AP為試驗小區的土壤流失量；A0為標準小區的土壤流失量；L0S0為標準小區地形因子；LPSP為試驗小區地形因子；P0為標準小區的P值，為1。

本研究選擇楊子生算法[6-7]計算西南土石山區L因子，其公式為

(2)

式中：L為坡長因子；LA為試驗小區的坡長，m。

筆者整理分析了西南土石山區的徑流小區資料，提出了10°—25°、>25°兩個坡度范圍的S因子算法，修正了現有的劉寶元算法[8]。修正的S因子計算公式為

(3)

通過式(1)計算得到各區域水平梯田的P值，求平均得到西南土石山區水平梯田的P值。在西南土石山區，水平梯田的利用方式多樣，常見的有水田、水旱輪作田、旱作梯田、果園梯田。其中，旱作梯田、果園梯田在南方地區習慣上稱水平梯地，但統一起見仍稱之為梯田。本研究按水田、水旱輪作田、旱作梯田、果園梯田4類，分析水平梯田的P值。

2 水平梯田P值

2.1 不同利用方式水平梯田P值

2.1.1 水 田

西南土石山區的水田基本為夏季種植一季水稻，冬季采用泡冬田、炕冬田、綠肥、留茬待耕等形式管理耕地。也有大量的平壩田采用小麥—水稻、油菜—水稻、蔬菜—水稻、豌豆—水稻等種植方式，實現一年兩熟，這些水田可稱之為水旱輪作田。對于前者，由于田地常年蓄水，因此保持水土能力最強，現有的研究文獻一般認為其P值為0.01左右，如李婷等[9]在涪江流域開展的土壤侵蝕定量研究、倪九派等[10]在重慶南川開展的巖溶小流域土壤侵蝕定量研究、許月卿等[11]在貴州貓跳河流域開展的土壤侵蝕定量研究等。綜合西南土石山區這些研究文獻，本研究將水田的P值確定為0.01。

2.1.2 旱作梯田

坡旱地(坡耕地)是西南土石山區土壤侵蝕的主要來源地，“坡改梯”是治理坡旱地水土流失的有效方式。筆者通過對有關西南土石山區水平梯地水土保持措施因子的研究文獻進行梳理和計算，得到了四川安居[12]、簡陽[13-14]、遂寧[15-16]、宣漢[4,17]、資陽[16]，重慶合川[18]、開縣[12]、潼南[19]、渝北[20]，云南沾益[12]、昭通[3,6,21]，貴州畢節[22-24]，湖北秭歸[25]，江西德安[26-27]、泰和[27]，陜西漢中[28]、鎮巴[12]等17個地區水平梯地的減沙效益和P值(表1)。從表1中可以看出西南土石山區水平梯地的減沙效益介于65.01%～98.92%之間，平均值為86.38%；P值介于0.010 8～0.349 9之間，平均為0.136 2。

表1 西南土石山區旱作梯田的P值

2.1.3 水旱輪作田

遂寧水保站觀測表明，坡耕地改為水旱輪作梯田后土壤流失減少83.6%～96.1%，其減蝕效益要高于旱作梯田[15]。水旱輪作田夏季種植水稻，冬季主要種植小麥、油菜、蔬菜、豌豆等作物。可以認為水旱輪作田的水土保持措施作用是水田與旱作梯田的年內加權。西南土石山區水稻一般5月下旬插秧，8月下旬到9月上旬收獲，這期間P值按水田取0.01，其余時間P值取0.136 2。根據西南地區降雨侵蝕力的年內分配特征[29-30]，加權平均獲得水旱輪作田的P值為0.052 8。

2.1.4 果園梯田

遂寧水保站對果園梯田的水土保持效益觀測表明[15]，果園梯田減蝕效益在67.6%～92.5%之間，同樣坡度果園梯田徑流小區的土壤流失量為旱作梯田徑流小區土壤流失量的76.19%，即旱作梯田的P值為果園梯田P值的1.3倍。由于對果園梯田、茶園梯田、果糧間作梯田的水土保持效益的觀測研究較少，因此根據遂寧水保站觀測的結果換算出果園梯田的P值為0.103 5。

2.1.5 不同利用方式水平梯田P值的確定

根據上述分析，我們確定出了西南土石山區水田、水旱輪作田、旱作梯田、果園梯田的P值(表2)。對于大量的撂荒地和初期退耕地可按旱作梯田賦值。從表2中可以看出，各種梯田類型按保土效益大小排序為：水田梯田>水旱輪作梯田>果園梯田>旱作梯田。西南土石山區坡耕地改水平梯田后，很多耕地具備了灌溉條件，有不少可以水旱輪作，甚至直接進行“坡改水田”，這樣做法的保土效益要遠遠高于“坡改旱作梯田”。而且，“坡改水田”“坡改水旱輪作田”的增產效益也要遠遠高于“坡改旱作梯田”[15]。

表2 西南土石山區不同利用方式水平梯田P值

2.2 不同坡度水平梯田P值

坡度是決定土壤侵蝕強度的重要指標，確定不同坡度的P值對于準確預報坡耕地的土壤侵蝕量具有重要意義。對表1中17個地區不同坡度旱作梯田的P值進行統計分析，結果表明隨著坡度增加，土壤侵蝕量迅速增加，但旱作梯田的減蝕效益也在增加，P值不斷減小，10°以下旱作梯田的P值約是25°旱作梯田的2倍(圖1)。四川遂寧[31]、貴州畢節[23]、陜西漢中[4]等地的觀測也證實了這一結論。雖然陡坡地水平梯田的P值明顯小于10°以下的緩坡地，但并沒有改變土壤侵蝕量隨坡度增加而增大的事實，這說明在陡坡地僅通過坡改梯遏制嚴重的土壤侵蝕是不現實的，還必須配合實施退耕還林(草)、農林復合經營等措施，并合理配置，才能達到高效防治水土流失的目的。

圖1 西南土石山區不同坡度旱作梯田的P值

2.3 西南土石山區水平梯田P值與其他區域比較

吳發啟等[32-33]研究了黃土高原地區水平梯田的平均P值為0.123 0，略低于本研究提出的西南土石山區旱作梯田的P值。劉寶元等[34]在北京土壤流失方程中，綜合密云、懷柔、門頭溝等地的觀測數據，確定北京地區的P值為0.112 5，也略低于西南土石山區旱作梯田的P值。對比西南土石山區與西北黃土高原地區、北方土石山區的P值，可以發現，我國水平梯田(旱作)的P值比較接近，都在0.1左右，這從一個側面說明水平梯田是我國一種十分有效的水土保持措施；西南地區的P值略大于北方地區，這可能與降雨強度、農耕方式有關，需要進一步研究確定。地處半干旱地區的西寧長嶺溝觀測站的觀測數據表明，修筑水平梯田并配合其他措施后，形成了“水不下山、泥不出溝”的景象，其P值可以認為接近于0，這在西南地區是比較少見的。

3 結 論

本研究通過對有關西南土石山區水土保持措施研究文獻的收集、梳理與分析，確定了西南土石山區水平梯田的P值。主要研究結論如下：

(1)西南土石山區的水平梯田利用方式可以分為水田、水旱輪作田、旱作梯田、果園梯田4類，水田的保土效益最高，旱作梯田保土效益最低，4種梯田的P值分別為0.010 0、0.052 8、0.136 2、0.103 5。有條件的地區直接實施“坡改水田”能更有效地保持水土。

(2)隨著坡度升高，旱作梯田的減蝕效益也在增加，P值不斷減小，但土壤侵蝕量隨坡度升高而增加的趨勢沒有變。由此可見，僅通過坡改梯改變陡坡耕地嚴重的土壤侵蝕情況是不現實的，還必須配合實施退耕還林(草)、農林復合經營等措施。

(3)我國水平梯田的P值比較接近，都在0.1左右，西南地區的P值略大于北方地區，這可能與降雨強度、農耕方式有關。這也表明，水平梯田擁有良好的蓄水效益，在干旱、半干旱地區和濕潤地區的干旱年份，能夠增強土壤抗旱能力，提高作物產量。

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(責任編輯 徐素霞)

國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)項目(SQ2015CB040440)；國家自然科學基金項目(41201457)；第一次全國水利普查四川省水土保持情況普查項目；四川省土壤侵蝕調查與制圖項目

S157.1

A

1000-0941(2015)04-0036-04

劉斌濤(1984—)，男，山東德州市人，助理研究員，碩士，主要從事冰緣地貌過程與生態過程、土壤侵蝕、山地垂直帶譜等領域的研究工作。

2014-07-20