3.2 坡耕地水土流失综合治理措施
按照坡耕地水土流失综合治理基础理论内涵,各地积极探索,以小流域为单元,因地制宜采取工程、植物和保土耕作措施,切实起到防治坡耕地水土流失、改善生态环境的综合治理效果。
3.2.1 坡面工程措施
坡耕地水土流失治理的工程措施主要包括梯田、坡面小型蓄排工程、田间道路,其作用在于用改变小地形的方法防止坡耕地水土流失,将雨水及雪水就地拦蓄,增加可利用土壤水分,防止形成坡面径流,同时将未能拦蓄的坡面径流引入小型蓄排水工程。
1.梯田
梯田是指在坡面上沿等高线修筑的台阶式或波浪式横断面的农耕地,因地块顺坡按等高线排列成阶梯状而得名。梯田在各地有不同的名称,但本质上都是把具有不同坡度的地面修成具有不同宽度和高度的水平台阶。
在坡耕地上修建梯田,可以截短坡长,改变局部坡度,起到拦蓄径流,防止冲刷,保水、保土、保肥,改善土壤理化性能,提高地力,改善生产条件的作用,为山丘区机械化耕作、集约化经营和发展灌溉农业创造条件。一般来说,梯田多修建在坡度小于25°的坡面上,大于25°的地方则应退耕还林。
(1)水平梯田。水平梯田是为保持水土、种植作物或树木而将缓坡地(一般小于15°)改成水平的台阶式田地。在缓坡地上修成较大面积的水平梯田又称“埝地”或“条田”,适于种植水稻、果树、其他大田作物等。坡耕地修梯田应优先采用水平梯田。
(2)隔坡梯田。隔坡梯田是沿原自然坡面隔一定距离修筑一水平台阶的梯田,在梯田与梯田间保留一定宽度的原坡面种草、种经济林或林粮间作,从斜坡段流失的水土可被截留于水平田面,增加土壤水分以促进作物生长。隔坡梯田模式适用于年降水量300~400mm、坡度15°以上的坡地,在黄土高原具有广泛的适用性。在25°以下的坡地上修隔坡梯田可作为水平梯田的过渡。
(3)坡式梯田。坡式梯田指山丘坡面地埂呈阶梯状而地块内呈斜坡的一类旱耕地。坡式梯田由坡耕地逐步改造而来,是在适宜位置垒石筑埂,形成地块雏形,并逐步使地埂加高,地块内坡度逐步减小,从而增加地表径流的下渗量,减少地面冲刷,进而减少坡耕地水土流失量。在条件许可时,坡式梯田应改造成水平梯田。
(4)反坡梯田。反坡梯田是田面坡向与山坡坡向相反、田面微向内倾斜形成1°~3°反坡的梯田,能增加田面蓄水量,并使暴雨时过多的径流由梯田内侧安全排走,具有较强的蓄水保土能力。反坡梯田常用于坡耕地种植经果林或水保林整地。研究表明,反坡梯田相较于其他造林整地工程蓄水保墒效果最好。干旱地区造林所修的反坡梯田,一般宽1~2m。土层较薄或坡度25°以上的坡耕地不宜采用反坡梯田。
2.坡面小型蓄排工程
坡面小型蓄排工程是指为了防止坡面水土流失而兴建的拦、引、蓄、排、灌工程的总称。各地在坡耕地水土流失综合治理中,因地制宜在坡面配置蓄水池、水窖、截水沟、排水沟等。
(1)蓄水池。蓄水池又叫“涝池”或“塘堰”,是以拦蓄地表径流为主而修建的小型工程,可充分利用天然降雨,防止水土流失,是山区抗旱和满足人蓄用水的一种有效措施。蓄水池主体由池底、池墙两部分组成,附属设施有沉沙池、拦污栅、进出水管等,多修在村庄附近、路旁、山坡浅凹地、沟头以上集流处,或挖坑,或筑埂,或半挖半填而成。
(2)水窖。水窖是在干旱、半干旱地区土层较厚的山塬地下修建的具有一定容积的井形蓄水建筑物,也称旱井。水窖主要由水源、管道、沉沙池、过滤设施、窖体等部分组成,具有拦蓄雨水和地表径流、提供人畜饮水和旱地灌溉的水源、减轻水土流失的作用。
(3)截水沟。截水沟是指为拦截山坡上流向梯田或路基的水,在梯田或路堑以外设置的水沟拦截水流。当坡面下部是梯田或林草,上部是坡耕地或荒坡时,在其交界处布设截水沟,当无措施坡面坡长较大时,可增设几道截水沟。蓄水型截水沟基本上沿等高线布设,排水型截水沟与等高线取1%~2%的比降。排水型截水沟排水一端与坡面排水沟相接,并在连接处做好防冲措施。
(4)排水沟。排水沟是指将边沟、截水沟汇集的水引向梯田以外的水沟。排水沟一般布设在坡面截水沟的两端或较低一端,用以排除截水沟不能容纳的地表径流。排水沟的终端连接蓄水池或天然排水道。排水沟在坡面上的比降,根据其排水去处(蓄水池或天然排水道)的位置而定,当排水出口的位置在坡脚时,排水沟大致与坡面等高线正交布设;当排水去处的位置在坡面时,排水沟可基本沿等高线或与等高线斜交布设。梯田区两端的排水沟一般与坡面等高线正交布设,大致与梯田两端的道路同向。
3.田间道路
在坡耕地水土流失综合治理中,为便利连片梯田的农作、运输、经营管理,配套修筑的人、畜、机械行走道路,称“田间道路”。田间道路一般由山脚垂直或斜向上延伸到坡面田间。
3.2.2 坡面植物措施
坡面植物措施是指在山丘区以控制水土流失、保护和合理利用水土资源、改良土壤、维持和提高土地生产力为主要目的所采取的造林种草措施,主要包括梯田埂坎植物带、植物篱、坡面防蚀林和分水岭防护林等。
1.梯田埂坎植物带
坡耕地改梯田后,修筑的埂坎一般都会占用一定面积,为充分利用山丘区宝贵的土地资源,一些地方在埂坎上布设地埂植物带,在防止水土流失的同时,还可产生一定经济效益。梯田埂坎植物带布设在土质坎埂上,主要有两种情况:①自然带坎梯田,有坎无埂,坎呈一定坡度,占地面积大;②人工修建的梯田,坎多陡直,占地面积小,有地边埂。坎低而直立的,埂坎基本上重叠,占地面积小;坎高而倾斜不重叠的,占地面积大。
各地一般在田埂上种植有一定经济价值的低矮灌木,在田坎种植固土能力强的草本植物。土坎梯田外侧田坎,采用植草防护,北方一般选用苜蓿,南方一般选用白三叶、狗牙根等;田埂一般种植具有一定经济效益的灌木或草本进行防护,北方一般选用胡枝子、芦笋、黄花菜、沙打旺、榛子、金银花、紫穗槐、刺五加、枸杞、花椒等,南方一般选用黑麦草、狗牙根、白三叶、金银花、百喜草、宽叶雀稗、糖蜜草、黄花菜等。
2.植物篱
“植物篱”是国际通用的名称,在我国一般称由灌木形成的植物篱为“生物地埂”,由乔灌草组成的植物篱称“生物坝”。植物篱有阻截、滞淤、蓄水,减少径流速度,沉淤落沙,淤高地埂,改变小地形的作用。植物篱一般沿等高线布设,与径流线垂直,在地形较平缓、坡度较小、地块完整的坡耕地上用植物筑成篱笆。一般情况下,篱间距宜为植物篱宽度的8~10倍。
3.坡面防蚀林
坡面防蚀林是配置在陡坡地上的水土保持林业生态工程,目的是防止坡面侵蚀,稳定坡面,防止侵蚀沟进一步扩张,蚕食沟缘线上方坡耕地,并为整个流域恢复林草植被奠定基础。
布设坡面防蚀林的陡坡地大多是沟坡荒地,有的地方经长期沟道侵蚀出现基岩裸露,使得沟坡面出现除面蚀以外的多种侵蚀形式,沟坡基部出现塌积体、泻溜体,陡崖上可能出现崩塌、滑塌等,它们组成了沟道泥沙的重要来源。坡面的总体特点是水土流失十分剧烈、侵蚀量大、土壤干旱瘠薄、立地条件恶劣、施工条件差。
坡面防蚀林布设,首先考虑的是坡度,其次考虑的是地貌部位,一般配置在坡脚以上至陡坡全长的2/3为止。如果这类沟坡已基本稳定,应避免因造林而引起其他人工破坏。在沟坡造林地的上缘可选择一些萌蘗性强的树种,如刺槐、沙枣等,使其茂密生长,再略加人工促进,让其自然蔓延滋生,从而达到进一步稳固沟坡陡崖的效果。在条件相对较好的地方可考虑撒播一些乔灌木树种,让其自然生长。
4.分水岭防护林
在丘陵、山区的分水岭处应沿分水岭走向设置分水岭防护林。分水岭防护林可以防风、保存积雪不被风吹走,增加分水岭地带的土壤湿度,也在一定程度上具有减轻坡面水土流失和土壤冲刷的作用。
石质山的梁岗分水岭,石多、土薄、水土流失严重,是产生径流的起点,应当营造分水岭防护林用以涵养水源、固结和改良土壤。高山、远山的分水岭地带,可封山育林育草,也可在完成工程措施后全部造林或带状造林。树种以灌木为主,实行乔灌结合,可选用油松、荆条、柠条、胡枝子和紫穗槐等,栽植成疏透结构的林带。丘陵、漫岗分水岭的立地条件较好,应以乔木为主,适当混交灌木。
林带宽度根据分水岭的宽窄、灾害性质和土地利用情况而定,一般为5~20m。防水蚀为主的林带要宽些,防风蚀的要窄些,以疏透或通风结构为主。环山帽状分水岭处可沿横坡水平带状走向设置成环山帽状防护林;鱼脊状分水岭山丘顶部较窄,面积较小,立地条件差,防护林应按岭脊设置。
3.2.3 保土耕作措施
保土耕作措施是指在有水土流失的坡耕地或梯田上,采取一套耕犁整地、培肥改土、栽培管理和轮作间套等独特的耕作措施,达到蓄水保土、减轻水土流失、增加农作物产量的目的。保土耕作措施可分为改变微地形、增加地面覆盖、增加植被覆盖、改变土壤理化性状4类措施。
1.改变微地形措施
(1)等高耕作。等高耕作是指在坡耕地上按等高线划分成若干条地带,在各地带上沿等高线方向进行耕作及培肥的耕作方法。等高耕作可以起到截短坡长,增加径流入渗量和土壤水分,蓄水保土,减少水土流失,提高单位面积产量的作用,适宜在25°以下的坡耕地和坡式梯田内进行。
(2)等高沟垄种植。等高沟垄种植是指在坡耕地上沿等高线(或与等高线呈1%~2%的比降)开沟,形成沟垄相间地面,在垄上或沟内分别种植不同作物。等高沟垄种植可以起到减少径流,增加入渗,减轻水土流失,促进作物增产的作用,适宜在川、塬、台、沟坝地和坡度较小(15°以下,最大不超过20°)的缓坡耕地上应用。
(3)掏钵(穴状)种植。掏钵(穴状)种植是指在坡耕地上沿等高线挖穴(掏钵),以作物株距为穴距(一般30~40cm),在穴内种植一苗或数苗。掏钵(穴状)种植可以起到拦蓄径流,增加土壤水分,提高地力,减轻水土流失,促进作物增产的作用,适宜在干旱、半干旱地区坡耕地上应用。
(4)抽槽聚肥种植。抽槽聚肥种植是指在坡耕地上沿等高线按作物或经果林的行距挖成一定宽度和深度的槽,回填肥土,同时施入肥料,然后种植农作物或经果林。抽槽聚肥种植可以起到增厚活土层,改良土壤结构,提高土壤肥力,增加降雨入渗和土壤蓄水量,减轻水土流失,提高土地肥力的作用,适宜于人多地少地区15°以下的坡耕地。
2.增加地面覆盖措施
(1)砂田。砂田是干旱、半干旱地区采用的以砂石为覆盖材料的一种覆盖耕作法,由大小不等的河卵石或粗砂的混合物覆盖在农田土壤表面所形成,直接种植,多年不犁耕。砂田能够提高农田的蓄水保墒性能,防止水蚀、风蚀,提高地温,降低盐碱危害,减少病虫害发生。砂田要选择离砂源近、土壤肥沃、坡度缓的土地,砂源需合土少、砂粒大小适中,在铺砂前需先平整土地、施足底肥、精耕细作。水砂田铺砂厚度为5~6cm,旱砂田的铺砂厚度为15~18cm。
(2)秸秆还田。秸秆还田适用于燃料、饲料比较充足的地方,包括秸秆覆盖或粉碎直接还田、秸秆堆沤还田、秸秆养畜(过腹还田)、留茬覆盖等。作物残茬包括稻草、杂草、玉米秆、谷壳等,其中稻草、麦秸用量宜为4500~7500kg/hm2。残茬、秸秆覆盖可以抑制杂草生长,保护表层土壤结构,提高土壤入渗率,有效抑制土壤水分蒸发,维持土壤温度使作物免受霜冻影响。
(3)地膜覆盖。地膜覆盖适合在半湿润、半干旱地区结合早春播种使用,具有保温、保水、保肥,改善土壤理化性质,提高土壤肥力,抑制杂草生长,减轻病害的作用。由于薄膜的气密性强,地膜覆盖后能显著地减少土壤水分蒸发,使土壤湿度稳定,并能长期保持湿润,有利于根系生长。在旱区可以采用人工造墒、补墒的方法进行抗旱播种,在较干旱的情况下,0~25cm深的土层中土壤含水量一般比露地高50%以上。在连续降雨的情况下,地膜还有降低湿度的功能,从而促进植株生长发育,提早开花结果,增加产量,减少劳动力成本。
3.增加植被覆盖措施
(1)草田轮作。轮作是在同一田地上有顺序地轮换种植不同作物或轮换采用不同复种方式的种植方式,是农田用地和养地相结合、提高作物产量和改善农田生态环境的一项农业技术措施。草田轮作具有提高土壤肥力、增加作物产量、减少病虫危害、保持水土以及提高单位面积土地经济收益等一系列优点。轮作有空间上的轮换种植和时间上的轮换种植,前者是将同一农作物或牧草逐年轮换种植,而后者是在同一块农田上在轮作周期内按轮作方式栽植不同品种的作物或牧草。
草田轮作适用于地多人少的农区或半农牧区。短期轮作主要适用于农区,在种植2~3a农作物后种植1~2a牧草,草种以短期绿肥和牧草为主;长期轮作主要适用于半农牧区,种植4~5a农作物年后再种植5~6a草类,草种以多年生牧草为主。
依据水土保持的作用,可将草田轮作制中的农作物和牧草分为三大类:第一类是保持水土作用小的玉米、高粱、棉花、谷子、糜子等禾本科中耕作物;第二类为保持水土作用大的小麦、大麦、莜麦、荞麦、豌豆、大豆、黑豆等一些禾本科和豆科的密播作物;第三类是1年生和多年生的牧草,如苏丹草、春箭舌豌豆、苜蓿、紫花、沙打旺、红豆草、黑麦草等。
(2)间作、套作与混作。农作物年内复种、间混套种及年间轮作所构成的不同种植方式,能够实现农田时空多样化集约种植,提高土地利用效率。
1)间作。间作是指在同一田块、同一生长期内,成行或成带相间种植两种或两种以上作物的种植方式,其形式可采取行间间作和株间间作。农作物与多年生木本作物(植物)相间种植也叫多层间作或农林复合。间作的实质是从空间上高效集约利用以土地为核心的各种作物生产资源,实现高效利用土地,与单作相比,间作作物单位面积产量及土地利用效率都有明显提高。
2)套作。套作是指在前季作物生长后期的株行间播种或移栽后季作物的种植方式,也称“串作”。套作的两种或两种以上作物的共生期只占生育期的小部分时间,是一种解决前后季作物间季节矛盾的复种方式。复种套作的实质是从时间上集约利用以土地为核心的作物生产资源,实现高效集约利用土地。
3)混作。混作是指将两种或两种以上生育季节相近的作物按一定比例混合同期种植在同一地块上的种植方式。混作一般没有固定的搭配方式,可将不同作物同时撒播,可在同行内混合、间隔播种,也可一种作物实施行种植,另一种作物撒播于行内或行间。
间作、套作和混作本来是增产措施,但由于增加了植物覆被率,延长了植被覆盖时间,因而仍属于水土保持农业耕作措施的范畴。
4.改变土壤理化性状的措施
(1)深耕。深耕是指在播种前用犁将田地深层的土壤翻上来、浅层的土壤覆下去的一种耕作方式。耕作深度为25~30cm,适用于耕作层薄和土壤质地为中、重壤土或黏土的坡耕地。深耕一般在夏、秋两季进行,具有熟化土壤,改善土壤营养条件,增加入渗,改善土壤通透能力,调节水、汽、热等要素的作用。
(2)免耕。免耕又称“零耕”或“直接播种”,是指在播种前不单独进行土壤耕作、作物生长期间不进行土壤管理而在茬地上直接播种的一种耕作方法,其核心为不耕不耙,主要依靠残茬分解的生物作用进行保土耕作。免耕主要包括覆盖耕作、垄耕、不耕3种类型。
(3)少耕。少耕指在常规耕作基础上尽量减少土壤耕作次数或在田间间隔耕种,减少耕作面积,以局部深松代替全面深耕,以耙茬、旋耕代替翻耕的一类耕作方法,它是介于常规耕作和免耕之间的中间类型。在季节间轮耕、间隔带状耕作、减少中耕次数、免中耕等都属于少耕。
少耕、免耕适用于干旱、半干旱、受风蚀影响较大的地区,宜与等高耕作措施、秸秆覆盖措施相结合形成免耕覆盖。
(4)增施有机肥。增施有机肥适用于土质黏重或砂性大的土壤,也可用于新修梯田的土壤熟化。增施有机肥可以改善土壤养分的供给状况,提高土壤肥力,活化土壤,减少由于长期施用化肥带来的土地板结、通透性差、有机质下降的弊端,促进作物根系发达,进而保证作物对营养和水分的吸收利用,增强光合作用,达到改善品质、增加产量的目的。