南方坡耕地水土保持措施分類及效應評價最小數據集

蔣光毅，曾小英，史東梅，張健樂

(1.重慶市水土保持監測總站，重慶 401147； 2.中國科學院/水利部 成都山地災害與環境研究所山地表生過程與生態調控重點實驗室，四川 成都 610041； 3.中國科學院大學，北京 100049； 4.重慶市林業科學研究院，重慶 400036； 5.西南大學 資源環境學院，重慶 400715)

坡耕地是我國南方重要的耕地資源之一，坡耕地嚴重的水土流失造成耕層變薄、土地生產力下降，并形成坡耕地“開墾—侵蝕—貧困—再開墾”的惡性循環，這引起了一系列生態、環境、經濟和社會問題[1]。南方坡耕地主要土壤類型有紅壤、紫色土、黃壤，紅壤陡坡耕地表土每年侵蝕1 cm左右，對于十幾到幾十厘米的耕作層而言，其抗蝕年限很短[2]；紫色土坡耕地面蝕過程存在臨界閾值，降雨量、地形因子(坡度、坡長等)、種植制度、耕作方式等均對面蝕過程有顯著影響[3]；喀斯特區坡耕地(黃壤)特殊的地表、地下雙層空間結構，使巖溶區土壤侵蝕過程具有特殊性和復雜性，目前水土流失治理以地表侵蝕阻控技術為主[4]。水土保持措施分類是土壤侵蝕調查、小流域綜合治理、水土保持措施效應評價的基礎，劉寶元等[5]按照科學性、適用性和定量化原則，將我國水土保持措施分為生物措施、工程措施和耕作措施3個一級類型、32個二級類型和59個三級類型；吳發啟[6]從單項措施或兩種措施組合的角度，將水土保持農業技術措施劃分為以改變微地形為主的蓄水保墑技術、以提高土壤抗蝕力為主的保護性耕作措施、以增加植物覆蓋為主的栽培技術3類。本研究從應用角度對南方坡耕地常見的水土保持措施種類、設計關鍵參數和適用條件進行分析，提出坡耕地水土流失監測和水土保持效應評價最小數據集，以期為坡耕地水土保持措施優化布局、生態治理項目中蓄水保土效益及生態效益的評價提供參數。

1 南方坡耕地分布特征

南方坡耕地有1 376.3萬hm2，占全國坡耕地面積的57.4%，占本區耕地面積的26.3%[7]。南方各省(區、市)坡耕地數量及坡度級差異性較大，具體見表1。其中，西南區(重慶、四川、貴州、云南)各省(市)坡耕地面積占本省(市)耕地面積的50%左右，是我國坡耕地最集中的地區，其坡耕地總面積達991.5萬hm2，占南方坡耕地的72.0%，占全國坡耕地的41.4%；而江蘇、安徽、江西的坡耕地面積占本省耕地面積比例小于10%。從水土流失類型區來看，南方紅壤區和西南紫色土區共有坡耕地801.7萬hm2，占全國坡耕地面積的33.5%，占兩區耕地面積的22.6%，高于全國平均水平(19.7%)。

表1 南方各省(區、市)坡耕地分布狀況[7]

從坡度分布看，南方各省(區、市)坡耕地主要為15°以下的緩坡耕地，5°～15°坡耕地面積共624.5萬hm2，占南方坡耕地面積的45.4%；其次是15°～25°坡耕地，共536.5萬hm2，占39.0%；大于25°坡耕地面積共215.3萬hm2，占15.6%。據調查，南方15°～25°坡耕地宜耕率較高，西南區15°～25°坡耕地宜耕率達87.2%，長江中下游區(上海、江蘇、浙江、安徽、江西、湖北、湖南)15°～25°宜耕坡耕地占該區宜耕坡耕地的84.83%，華南區(福建、廣東、廣西、海南)15°～25°宜耕坡耕地占該區宜耕坡耕地的94.22%。

2 坡耕地水土保持措施分類

坡耕地水土保持措施是防治坡面水土流失、改善農業生產條件的綜合性技術措施，主要反映在削減降雨侵蝕力和徑流沖刷侵蝕、改善土壤理化性質以提高抗侵蝕性能、提高坡耕地和坡地種植業立地條件等方面。南方可將消滅細溝作為坡耕地水土流失防治的目標和標準，堅持“排水保土”治理原理，實施以“調控坡面徑流”為核心的坡耕地治理措施總體布局[8]。本研究沿用水土保持措施三分法，從應用角度將南方坡耕地水土保持措施分為農業技術措施、工程措施和林草措施三大類(表2)。在國家大力推進生態文明建設的新時期，坡耕地水土流失防治要以山水林田湖草生命共同體為原則，統一規劃、綜合治理，通過坡改梯、修建田間道路、配套坡面水系，結合林草措施和農業技術措施，協調地表水庫與“土壤水庫”相互關系，有效阻控坡耕地水土流失。

表2 南方坡耕地主要水土保持措施分類

在坡耕地合理耕層構型調控[9]和基于要素—過程—功能的耕地質量理論[10]的背景下，在紫色土坡耕地土壤侵蝕防治措施方面，不能再將坡耕地土壤侵蝕單以水蝕來代替，所采取的水土保持措施也需要考慮防治耕作侵蝕[3]。紫色丘陵區坡耕地應以“保土排水”為目標，實施可改善坡耕地微觀地形的生物梯田、植物籬和生物籬埂技術，改良土壤理化性質和耕作性質，保持一定厚度的耕作土層以降低土壤侵蝕危險性，減少坡面土壤流失量并降低坡耕地季節性干旱危險性，保持穩定的土地生產力[11]。南方紅壤低山丘陵區則以生態功能提升與生產功能優化為核心，研發了集成地表徑流調控、土壤肥力提升、植被可持續恢復和景觀結構優化為一體的水土流失治理技術體系，已形成兼顧生態服務功能提升與民生改善的區域水土流失綜合治理模式與管理體系[12]。

3 坡耕地水土保持生態效應評價最小數據集

坡耕地地塊既是農業生產單元，也是嚴重的水土流失單元；耕層是受水土流失影響最大和農業耕作活動最為劇烈的表層土壤。根據坡耕地數量、質量、生態“三位一體”保護原則，坡耕地水土保持措施的生態效應評價應綜合考慮坡耕地的立地條件、耕層土壤理化性質及管理等因素。坡耕地合理耕層指在一定耕作制度下，可持續維持農作物正常生長且能實現侵蝕控制的坡耕地耕層土壤質量基準，采用在地塊尺度上可綜合反映土壤生產力過程和土壤侵蝕控制的土壤屬性指標來表征[9]，這是實現侵蝕控制和農作物穩產的前提條件。因此，我們結合南方侵蝕土壤物理退化、化學退化和生物退化指標體系[13]，綜合紫色土坡耕地最小數據集[9]、基于土壤屬性和土地利用變化敏感性的最小數據集[14]及紅壤坡耕地最小數據集[15]研究成果，從坡耕地侵蝕控制和耕層農業生產性能雙重目標實現角度，在坡耕地水土流失監測的降雨、徑流、泥沙指標基礎上，提出了坡耕地水土保持效應評價最小數據集(Minimum Data Sets)，并將各指標對耕層功能的指示作用分為保水、保土、保肥、穩定耕層四個方面，具體如表3所示。建議對于生態治理項目，坡耕地生態效應評價可參照表3進行定位、定期和實時監測，以實現坡耕地水土資源持續高效利用。

表3 地塊水土保持效應評價最小數據集

反映坡耕地抗侵蝕性能的指標有抗剪強度、土壤質地，反映坡耕地生產性能的指標有土壤質地、有機質、有效土層厚度、耕層厚度、土壤容重、陽離子交換量，反映坡耕地耕作性能的指標有抗剪強度、貫入阻力。從坡耕地耕層抗侵蝕性能及土壤生產性能角度出發，坡耕地水土保持效應評價的關鍵指標有田塊坡度、徑流系數、土壤侵蝕模數、土壤有機質、土壤質地。

4 結 論

(1)坡耕地是南方重要的耕地類型之一，西南區坡耕地占南方坡耕地的72.0%，占全國坡耕地的41.4%；從水土流失類型區看，南方紅壤區和西南紫色土區共有坡耕地801.7萬hm2，占該區耕地面積的22.6%，高于全國平均水平(19.7%)。

(2)南方坡耕地水土保持措施分為農業技術措施、工程措施、林草措施三大類。在坡耕地綜合治理中，常用的水土保持工程措施有梯田工程等，不適宜坡改梯工程的地區可采用保土耕作措施以及植物籬、生物埂等林草措施。

(3)南方坡耕地水土保持效應評價最小數據集指標有年降雨量、徑流系數、土壤侵蝕模數、田塊坡度、有效土層厚度、耕層厚度、土壤質地、土壤結構、土壤容重、土壤入滲性、土壤貫入阻力、土壤抗剪強度、土壤有機質、土壤陽離子交換量。其中，田塊坡度、徑流系數、土壤侵蝕模數、土壤有機質、土壤質地是坡耕地水土保持效應評價的關鍵指標。