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[摘 要]在我国人多地少的客观条件下,坡耕地是丘陵地区和山区农村人口生活的必须条件,坡耕地耕作产生的水土流失产生了一系列的环境问题。本文阐述了坡耕地水土流失产生原因、影响因素及治理措施研究现状,总结了在以前研究中存在的问题,并在此基础上指出了坡耕地水土流失研究的发展趋势。
[关键词]坡耕地 水土流失 研究现状 治理措施 发展趋势
中图分类号:S157.2 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)13-0334-01
坡耕地是指分布在山坡上,地面平整度差,跑水跑肥跑土突出,作物产量低的旱地。是山区人口数量增多与耕地资源缺乏这对矛盾发展的产物。坡耕地水土流失造成河流、水库淤积,导致土壤退化和农业减产。坡耕地的存在,严重制约旱地作物产量的大幅度提高。坡耕地的治理是一项较为复杂的系统工程。
1 坡耕地水土流失及其治理研究
1.1 影响因素
影响坡耕地水土流失因素较多,国内外学者在这方面的研究已经取得相当多的成就。从这些学者的研究成果中我们得知,地形、地貌、土壤类型及降雨等自然地理因素和人类活动因素诸如坡度、耕作水平、耕作方式和作物类型等众多因素都影响到坡耕地的水土流失。
1.1.1 地形、地貌、坡度及坡长
坡度及坡长是在地形、地貌中的具体表现。坡度对土壤侵蚀的影响主要表现为,坡度影响着降雨入渗的时间,对坡面的入渗产流特征具有明显的效应。在产流情况下,坡度与径流的速度有关,从而影响到坡面表层土壤颗粒起动、侵蚀方式和径流的挟沙能力。坡耕地土壤侵蚀与坡度和地形部位有关,坡耕地土壤侵蚀量在山坡中、上部是侵蚀最严为强烈的地带,而在坡顶侵蚀较弱,在坡下有土壤堆积。土壤侵蚀强度在流域分布呈现上游>中游>下游;土壤侵蚀强度沿坡面分布呈现出较弱—强—弱的变化趋势,存在明显的侵蚀强弱交替变化规律。
1.1.2 土壤结构性及耕作底层透水能力
土壤的物理性質特别是土壤的透水能力对坡耕地的水土流失有很大的影响。土壤结构性与侵蚀的关系具有两重性:对于强大暴雨初期或者是一次历时较短的暴雨,结构性好的土壤由于透水性强,雨水渗入土壤并向下渗透,并不形成径流,即使产生径流,也比较小。而结构性较差的土壤上容易产生径流,并把粉碎的的土粒带走。结构性差的土壤产生较大的养分流失。但是当暴雨继续时,由于降水量远远超过土壤的渗透能力,径流量和径流速度都同时增加,土壤的侵蚀作用就取决于表层土壤颗粒与其下部的颗粒的结合能力大小。这时,结构性好的土壤反而比表面平滑结实的土壤易受侵蚀。
对于不透水或入渗能力很低的犁底层的坡耕地,由于其排水能力差,坡地表层土壤很容易达到饱和状态。大多数降雨直接转换化为地表径流或次地表径流,形成较大径流量。土壤和受到径流强烈地冲刷、侵蚀,泥沙随径流大量流出坡地;然而,对于有较好透水能力的坡耕地,显然其排水能力强,坡地降雨除了小部分存储在地表土壤中外,其余通过2个途径转换:入渗水和径流水。地表径流量较小,其冲刷能力弱,土壤侵蚀量也相应少许多,因此,存在不透水底层或入渗低犁底层的坡耕地,具有潜在的严重土壤侵蚀趋势,尤其在初始土壤含水量较高的情况下(二次降雨)。
1.1.3 耕作方式
人类活动中对坡耕地水土流失影响的最大的表现是耕作方式和作物类型。不同的耕作方式和习惯对坡耕地的水土流失具有明显的影响。根据坡耕地坡长、坡度大的特点,顺坡垄较横坡或斜坡垄作更容易产生水土流失。通过轮作、间作、套种等措施可以提高地面覆盖率、增加地面粗糙度,从而降低雨滴溅蚀。据杨友琼等在云南玉米间作蔬菜和草带的试验研究表明玉米间作蔬菜和牧草对径流、土壤侵蚀的影响,间作的水土保持效果优于玉米单作。免耕、深松、少耕、也是研究较多的耕作措施,这些通常和覆盖一起实施,众多研究表明免耕覆盖、深松覆盖能延迟产流、增加入渗、增加稳渗率、提高坡耕地水分蓄积能力和利用效率一。在种植不同的作物时由于各种农作物的生长习惯及播种季节,需要进行覆盖的作物在生长初期明显能减少水土流失。安曈昕等通过田间试验进行了坡耕地玉米水土保持耕作措施研究.结果表明:相对于裸地种植,坡耕地玉米双垄盖膜盖草种植能有效减轻水土流失、促进玉米生长发育,是一项有利于农业可持续发展的保护性耕作措施。
1.2 治理措施
1.2.1 工程措施
减少坡耕地水土流失的工程技术主要为反坡水平阶、隔坡梯田及坡改梯。反坡水平阶对产流产沙调控作用显著。在黄土高原丘陵沟壑区,隔坡梯田与水窖蓄水配合,不但可满足作物生长过程需水,而且又可防止水土流失,是适宜推广的坡地降雨径流调控方式,这对坡地水土资源高效利用具有实际指导意义。坡改梯综合治理中人工模拟降雨结果表明:降雨强度达到1小时50mm以上时,坡地均产流产沙,但梯地降雨强度达到1小时60mm以上时才产流产沙,且侵蚀强度远小于坡地,可见梯地的保水保土能力明显优与坡地,在降雨强度不大的情况下甚至可以完全避免水土流失,坡耕地治理减流减蚀效益显著。
1.2.2 植物措施
坡耕地水土流失治理的植物措施主要为植物篱。植物绿篱能改变坡面的微地形,可以有效地对坡面径流进行拦挡,阻滞径流中的悬浮物和推移质,也增加了地表径流的入渗。植物篱对不同粒径的土壤颗粒的流失均有控制效果,但对粒径较大的颗粒的流失控制效果更明显,在减少水土流失的同时,还能减少养分流失,具有良好的保水保土保肥的能力。
2 坡耕地综合治理研究现状
上个世纪80年代大力进行小流域综合治理以来,我国很多专家学者均致力于相关领域的研究,在坡耕地水土流失形成机制、应对措施及产生效益等方面取得大量的研究成果,但是专项研究坡耕地水土保持综合治理的很少。至2010年开展坡耕地水土流失综合治理试点工作以来,我国每年均投入大笔资金进行坡耕地水土流失综合治理专项工程。至此,部分专家学者开始就坡耕地水土流失专项治理进行研究,由于开始时间较晚,目前大部分学者的研究均从效益方面着手进行。根据文朝菊、李延庆等的研究表明,实施坡耕地水土流失综合治理能显著减少水土流失,具有良好的经济效益,生产条件得到改善,产业结构得到调整,土地生产率提高,经济效益显著,达到了促进农业经济社会可持续发展的目的。
3 存在问题
目前的研究主要集中在坡耕地产生水土流失的机制、控制措施以及由地表径流产生的水土流失所带来的面源污染等方面。但是对坡耕地治理措施中地表径流转化为壤中流后,养分随壤中流迁移所带来的土壤养分变化趋势和影响方面的研究变化很少。
4 发展趋势
经过几十年的研究,在坡耕地水土流失形成机制、影响因素及防治措施等方面已经取得显著的成果。坡耕地水土流失综合治理近几年才开始大量进行,今后将会加强坡耕地水土流失综合治理对养分流失的调控作用、对土地生产力的影响及变化过程的长期研究。
由于地表径流转化为壤中流后,存在对降雨形成径流的一个再调节分配过程,在减少水土流失的同时也减少了养分流失。坡改梯对径流的调节再分配以及由此产生的养分迁移将会成为今后的一个重要研究方向。
参考文献
[1] 李延庆.基于模拟降雨实验的坡耕地治理水土保持效益分析——以云县石佛山小流域为例。云南省水利学会学术年会,2015.
[2] 王萍,王克勤,李太兴,等.反坡水平阶对坡耕地径流和泥沙的调控作用[J].应用生态学报,2011,22(5):1261-1267.
[关键词]坡耕地 水土流失 研究现状 治理措施 发展趋势
中图分类号:S157.2 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)13-0334-01
坡耕地是指分布在山坡上,地面平整度差,跑水跑肥跑土突出,作物产量低的旱地。是山区人口数量增多与耕地资源缺乏这对矛盾发展的产物。坡耕地水土流失造成河流、水库淤积,导致土壤退化和农业减产。坡耕地的存在,严重制约旱地作物产量的大幅度提高。坡耕地的治理是一项较为复杂的系统工程。
1 坡耕地水土流失及其治理研究
1.1 影响因素
影响坡耕地水土流失因素较多,国内外学者在这方面的研究已经取得相当多的成就。从这些学者的研究成果中我们得知,地形、地貌、土壤类型及降雨等自然地理因素和人类活动因素诸如坡度、耕作水平、耕作方式和作物类型等众多因素都影响到坡耕地的水土流失。
1.1.1 地形、地貌、坡度及坡长
坡度及坡长是在地形、地貌中的具体表现。坡度对土壤侵蚀的影响主要表现为,坡度影响着降雨入渗的时间,对坡面的入渗产流特征具有明显的效应。在产流情况下,坡度与径流的速度有关,从而影响到坡面表层土壤颗粒起动、侵蚀方式和径流的挟沙能力。坡耕地土壤侵蚀与坡度和地形部位有关,坡耕地土壤侵蚀量在山坡中、上部是侵蚀最严为强烈的地带,而在坡顶侵蚀较弱,在坡下有土壤堆积。土壤侵蚀强度在流域分布呈现上游>中游>下游;土壤侵蚀强度沿坡面分布呈现出较弱—强—弱的变化趋势,存在明显的侵蚀强弱交替变化规律。
1.1.2 土壤结构性及耕作底层透水能力
土壤的物理性質特别是土壤的透水能力对坡耕地的水土流失有很大的影响。土壤结构性与侵蚀的关系具有两重性:对于强大暴雨初期或者是一次历时较短的暴雨,结构性好的土壤由于透水性强,雨水渗入土壤并向下渗透,并不形成径流,即使产生径流,也比较小。而结构性较差的土壤上容易产生径流,并把粉碎的的土粒带走。结构性差的土壤产生较大的养分流失。但是当暴雨继续时,由于降水量远远超过土壤的渗透能力,径流量和径流速度都同时增加,土壤的侵蚀作用就取决于表层土壤颗粒与其下部的颗粒的结合能力大小。这时,结构性好的土壤反而比表面平滑结实的土壤易受侵蚀。
对于不透水或入渗能力很低的犁底层的坡耕地,由于其排水能力差,坡地表层土壤很容易达到饱和状态。大多数降雨直接转换化为地表径流或次地表径流,形成较大径流量。土壤和受到径流强烈地冲刷、侵蚀,泥沙随径流大量流出坡地;然而,对于有较好透水能力的坡耕地,显然其排水能力强,坡地降雨除了小部分存储在地表土壤中外,其余通过2个途径转换:入渗水和径流水。地表径流量较小,其冲刷能力弱,土壤侵蚀量也相应少许多,因此,存在不透水底层或入渗低犁底层的坡耕地,具有潜在的严重土壤侵蚀趋势,尤其在初始土壤含水量较高的情况下(二次降雨)。
1.1.3 耕作方式
人类活动中对坡耕地水土流失影响的最大的表现是耕作方式和作物类型。不同的耕作方式和习惯对坡耕地的水土流失具有明显的影响。根据坡耕地坡长、坡度大的特点,顺坡垄较横坡或斜坡垄作更容易产生水土流失。通过轮作、间作、套种等措施可以提高地面覆盖率、增加地面粗糙度,从而降低雨滴溅蚀。据杨友琼等在云南玉米间作蔬菜和草带的试验研究表明玉米间作蔬菜和牧草对径流、土壤侵蚀的影响,间作的水土保持效果优于玉米单作。免耕、深松、少耕、也是研究较多的耕作措施,这些通常和覆盖一起实施,众多研究表明免耕覆盖、深松覆盖能延迟产流、增加入渗、增加稳渗率、提高坡耕地水分蓄积能力和利用效率一。在种植不同的作物时由于各种农作物的生长习惯及播种季节,需要进行覆盖的作物在生长初期明显能减少水土流失。安曈昕等通过田间试验进行了坡耕地玉米水土保持耕作措施研究.结果表明:相对于裸地种植,坡耕地玉米双垄盖膜盖草种植能有效减轻水土流失、促进玉米生长发育,是一项有利于农业可持续发展的保护性耕作措施。
1.2 治理措施
1.2.1 工程措施
减少坡耕地水土流失的工程技术主要为反坡水平阶、隔坡梯田及坡改梯。反坡水平阶对产流产沙调控作用显著。在黄土高原丘陵沟壑区,隔坡梯田与水窖蓄水配合,不但可满足作物生长过程需水,而且又可防止水土流失,是适宜推广的坡地降雨径流调控方式,这对坡地水土资源高效利用具有实际指导意义。坡改梯综合治理中人工模拟降雨结果表明:降雨强度达到1小时50mm以上时,坡地均产流产沙,但梯地降雨强度达到1小时60mm以上时才产流产沙,且侵蚀强度远小于坡地,可见梯地的保水保土能力明显优与坡地,在降雨强度不大的情况下甚至可以完全避免水土流失,坡耕地治理减流减蚀效益显著。
1.2.2 植物措施
坡耕地水土流失治理的植物措施主要为植物篱。植物绿篱能改变坡面的微地形,可以有效地对坡面径流进行拦挡,阻滞径流中的悬浮物和推移质,也增加了地表径流的入渗。植物篱对不同粒径的土壤颗粒的流失均有控制效果,但对粒径较大的颗粒的流失控制效果更明显,在减少水土流失的同时,还能减少养分流失,具有良好的保水保土保肥的能力。
2 坡耕地综合治理研究现状
上个世纪80年代大力进行小流域综合治理以来,我国很多专家学者均致力于相关领域的研究,在坡耕地水土流失形成机制、应对措施及产生效益等方面取得大量的研究成果,但是专项研究坡耕地水土保持综合治理的很少。至2010年开展坡耕地水土流失综合治理试点工作以来,我国每年均投入大笔资金进行坡耕地水土流失综合治理专项工程。至此,部分专家学者开始就坡耕地水土流失专项治理进行研究,由于开始时间较晚,目前大部分学者的研究均从效益方面着手进行。根据文朝菊、李延庆等的研究表明,实施坡耕地水土流失综合治理能显著减少水土流失,具有良好的经济效益,生产条件得到改善,产业结构得到调整,土地生产率提高,经济效益显著,达到了促进农业经济社会可持续发展的目的。
3 存在问题
目前的研究主要集中在坡耕地产生水土流失的机制、控制措施以及由地表径流产生的水土流失所带来的面源污染等方面。但是对坡耕地治理措施中地表径流转化为壤中流后,养分随壤中流迁移所带来的土壤养分变化趋势和影响方面的研究变化很少。
4 发展趋势
经过几十年的研究,在坡耕地水土流失形成机制、影响因素及防治措施等方面已经取得显著的成果。坡耕地水土流失综合治理近几年才开始大量进行,今后将会加强坡耕地水土流失综合治理对养分流失的调控作用、对土地生产力的影响及变化过程的长期研究。
由于地表径流转化为壤中流后,存在对降雨形成径流的一个再调节分配过程,在减少水土流失的同时也减少了养分流失。坡改梯对径流的调节再分配以及由此产生的养分迁移将会成为今后的一个重要研究方向。
参考文献
[1] 李延庆.基于模拟降雨实验的坡耕地治理水土保持效益分析——以云县石佛山小流域为例。云南省水利学会学术年会,2015.
[2] 王萍,王克勤,李太兴,等.反坡水平阶对坡耕地径流和泥沙的调控作用[J].应用生态学报,2011,22(5):1261-1267.