三峽庫區(qū)面向水土保持的土地利用模式

金慧芳,韋 杰,賀秀斌

(1.重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院,重慶400047;2.中國科學(xué)院?水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所,四川成都610041)

三峽庫區(qū)人口密度達(dá)354人/km2,是全國平均數(shù)的2.1倍,強烈的人類活動致使區(qū)域侵蝕產(chǎn)沙嚴(yán)重。庫區(qū)年均土壤流失量達(dá)1.5億t,入庫泥沙4 000多萬 t,坡耕地土壤侵蝕量占總流失量的60%[1]。庫區(qū)嚴(yán)重的水土流失不僅減少了耕地面積,降低了土地生產(chǎn)力,破壞了陸地水文生態(tài)系統(tǒng)平衡,而且大量泥沙直接進入水庫,對水庫的庫容和水質(zhì)產(chǎn)生重大影響,對庫區(qū)農(nóng)業(yè)安全、生態(tài)安全和三峽工程的健康運行構(gòu)成直接威脅。同時,水土流失也是面源污染物傳輸?shù)闹饕d體,是生態(tài)退化和水質(zhì)惡化的主要動力因素[1]。三峽庫區(qū)的生態(tài)安全關(guān)系到整個長江流域的生態(tài)屏障建設(shè),在國家社會經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略中具有舉足輕重的作用,該區(qū)域的侵蝕產(chǎn)沙和社會經(jīng)濟發(fā)展問題已引起國際社會的廣泛關(guān)注。

由于季節(jié)性覆被變化和耕作周期的交替,不同土地利用方式對地表擾動程度不一,因而土壤侵蝕強度差異較大[2]。不同土地利用方式按土壤侵蝕強度的大小排序一般為耕地 ＞園地＞草地＞荒地＞林地,按照土壤侵蝕強度等級標(biāo)準(zhǔn),耕地為中度侵蝕,園地、草地和荒地為輕度侵蝕,林地為微度侵蝕[3]。核素示蹤表明,三峽庫區(qū)紫色土坡耕地水土流失強烈,侵蝕模數(shù)介于3 464～9 452 t/(km2?a)之間,遠(yuǎn)高于林草地的侵蝕模數(shù)306～688 t/(km2?a)[4]。坡耕地耕作方法是土地利用中研究最多的[5-7],傳統(tǒng)的“挑沙面土”和“邊溝背溝”措施在三峽庫區(qū)等地應(yīng)用較為普遍,對坡耕地土壤空間再分布產(chǎn)生了重要影響,具有較好的水土保持效益[8-9]。本研究在大量野外考察的基礎(chǔ)上提出了三峽庫區(qū)典型的土地利用模式和耕作配套方式,分別就結(jié)構(gòu)、原理和功能進行定性或定量分析,以期篩選出適合三峽庫區(qū)的水土保持型土地利用模式。

1 庫岸復(fù)合立體農(nóng)業(yè)用地模式

1.1 結(jié) 構(gòu)

庫岸復(fù)合立體農(nóng)業(yè)用地模式(圖1),即沿三峽庫岸坡腳順坡向上合理布置林草地、水田、旱地、經(jīng)果林地等土地利用類型,并進行作物間(套)種、林(水)下養(yǎng)殖等立體生產(chǎn),充分利用庫岸順坡種植的生態(tài)屏障作用和立體垂直布局的經(jīng)濟效益的一種用地方式。從庫岸到坡頂(即庫岸順坡),在不同坡位根據(jù)現(xiàn)有農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模式,結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦蔚孛蔡卣骱同F(xiàn)有土地利用方式、農(nóng)民耕作意愿,大致分為坡腳構(gòu)建林草緩沖帶,下坡位發(fā)展水田、水塘等水域立體生態(tài)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模式,中坡位發(fā)展糧食蔬菜作物、經(jīng)濟林果等旱地立體生態(tài)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模式,上坡位發(fā)展水土保持型經(jīng)果林、草地利用模式。其中,下坡位的水田、水塘和中坡位的糧食、蔬菜、經(jīng)濟林果等是地面垂直方向布置立體農(nóng)業(yè)的重點。

圖1 庫岸復(fù)合立體農(nóng)業(yè)用地模式

1.2 原 理

經(jīng)果林、旱地、水田、林草地是三峽庫岸最多的4種土地利用類型,其中旱地的水土流失和面源污染都是最嚴(yán)重的,因此不宜處于坡地的最上段和最下段;在經(jīng)果林空地上種植牧草,可增加地表覆被,減少雨滴濺蝕,也相應(yīng)地減少了隨土粒帶走的養(yǎng)分流失。隨著徑流的形成和逐漸匯集,部分土粒和營養(yǎng)物質(zhì)還是會被帶走進入旱地,不過由于坡度減緩,雨水徑流沖刷的力量會減弱,顆粒較大的土粒被旱地植物截留沉積下來,部分較小顆粒攜帶的營養(yǎng)物質(zhì)可被作物直接吸收利用,其他顆粒較小的土粒和營養(yǎng)物質(zhì)會隨徑流流入水田。水田能有效攔蓄地表徑流,相關(guān)研究表明,水田攔蓄徑流率達(dá)90%以上,攔沙率可達(dá)99%,水土保持功效顯著。水田攔蓄后,在暴雨情況下可能仍有部分土粒及其攜帶的營養(yǎng)物質(zhì)流出水田而進入林草地,草地能更好地攔蓄、滯緩徑流,對徑流進行再一次過濾,此時徑流中的泥沙和營養(yǎng)物質(zhì)含量已經(jīng)大大減少。這種土地利用模式能充分利用營養(yǎng)物質(zhì),減少土壤流失,控制面源污染,起到生態(tài)屏障作用。

1.3 功 能

該模式根據(jù)坡地坡度的變化構(gòu)建立體農(nóng)林系統(tǒng),可以對農(nóng)業(yè)面源污染物質(zhì)進行有效攔截和控制,減少水土流失,提高土地生產(chǎn)能力,對控制農(nóng)業(yè)面源污染和水土流失具有積極作用。在三峽庫區(qū),地形一直是當(dāng)?shù)厝罕娊?jīng)濟收入的限制性因素,這一模式適合在山地小流域推廣,一方面可以攔截徑流,另一方面可以增加山區(qū)群眾的經(jīng)濟收入。這一農(nóng)業(yè)模式不需要農(nóng)業(yè)種植以外的人力和物力投入,還可以適當(dāng)?shù)匕l(fā)展畜牧業(yè)以增加收入,且不會產(chǎn)生二次污染。

2 有限順坡耕作模式

2.1 結(jié) 構(gòu)

有限順坡耕作(圖2)是根據(jù)細(xì)溝侵蝕發(fā)生臨界坡長提出的一種調(diào)控坡耕地侵蝕的耕作方法。先將坡耕地上的每一地塊沿等高線方向分割為若干小的耕作單元,不同的坡度分割間距(即耕作單元坡面長度,或稱亞地塊坡長)不同。當(dāng)坡耕地坡度為5°～10°時,耕作單元坡面長度推薦8～10 m;當(dāng)坡度為10°～15°時,推薦5 ～8 m;當(dāng)坡度為15°～20°時,推薦4 ～6 m;當(dāng)坡度為 20°～25°時,推薦 3 ～5 m;坡度為25°～30°的未退耕坡耕地,耕作單元坡面長度推薦2～4 m。主要采用兩種基本分割方法,其一是開挖水平溝,溝寬20～40 cm、深10～30 cm,見圖2(a);其二是構(gòu)建土埂經(jīng)濟植物籬,土埂寬10～100 cm、內(nèi)側(cè)高10～30 cm、外側(cè)高30～100 cm,植物籬株距為20±2 cm,見圖2(b)。經(jīng)調(diào)查,三峽庫區(qū)適宜的土埂經(jīng)濟植物籬分為糧菜類(如高粱、韭菜、黃花菜、大豆、折耳根等)、牧草類(哈哈草、衰草、香根草等)和其他經(jīng)濟類(柑橘、桑樹、苧麻)。在地塊四周設(shè)相連通的排水溝,通過排水溝將地塊與地塊分隔開來,上面的排水溝叫背溝,左右和下面的排水溝叫邊溝。在地塊位置最低的一角設(shè)沉沙池,沉沙池與排水溝相通;每年春季或每次暴雨后將沉沙池淤積的泥沙返還地塊上坡位。耕作時,從耕作單元的上坡位向下坡位挖地或犁地,也就是從上坡向下坡犁地,稱之為“反坡挖地”。

2.2 原 理

該模式采用開挖水平溝或修筑簡易土埂+經(jīng)濟植物籬將坡長分割,形成若干小的耕作單元,以減小原耕作單元(原來的地塊相當(dāng)于一個大的耕作單元)坡面長度。在坡耕地實施該耕作方式后,坡面徑流流路被切斷,徑流流量過程線較原坡面平坦,坡面水流速度降低,徑流在坡面上的滯留時間延長,增加了入滲時間和入滲量,從而減少了地表徑流量,水流的挾沙能力也顯著降低,同時該耕作措施還使得填洼水量增加,也起到了減少徑流量的作用。至于分割后小耕作單元的橫向長度,則根據(jù)實際耕作需要進行分割,這對水土流失影響很小。如此,坡耕地在徑流侵蝕和耕作侵蝕耦合作用下坡度逐漸削減,長期下去自成梯田。

圖2 有限順坡耕作模式

2.3 功 能

該模式操作簡單、方便、省力,采用簡單的措施即可達(dá)到保土保肥的效果,且不需大型機械和大量勞動力就可以完成,投入小、成本低,具有高效實用、農(nóng)民易于接受等特點,適合所有的長坡坡耕地,特別是像三峽庫區(qū)這種農(nóng)村勞動力大量轉(zhuǎn)移到城市、農(nóng)村勞動力比較緊缺的地區(qū)。研究表明:水平溝坡耕地較無措施坡耕地侵蝕速率降低62%;“土埂 +經(jīng)濟植物籬”坡耕地侵蝕速率僅為無措施坡耕地的23%,減蝕效益達(dá)77%,具有顯著的理水和保土作用,同時在土埂上種植經(jīng)濟植物籬還具有一定的經(jīng)濟效益[10]。

3 水旱耕地交錯布局模式

3.1 結(jié) 構(gòu)

水旱耕地交錯布局模式(圖3)是庫區(qū)農(nóng)民在長期的生產(chǎn)實踐中采用的一種水肥高效管理、水土流失和面源污染相對較弱的土地利用模式。在坡面上交替布置旱地和水田,旱地坡長可以參考前面提出的有限順坡耕作坡長推薦值,水田田面寬度不宜過寬或過窄,應(yīng)根據(jù)三峽庫區(qū)地形地貌特點并結(jié)合農(nóng)業(yè)耕作工具和方式而定,推薦4～6 m,但不能一概而論,應(yīng)充分考慮坡度大小、土壤性質(zhì)、埂坎穩(wěn)定性和耕作手段等因素。水田應(yīng)設(shè)田埂,埂上可以種植胡豆、黃豆等矮株植物籬,盡量不要種植過多的高大喬木和灌木,避免與農(nóng)作物爭肥爭熱;埂寬和植物籬株距可以參考有限順坡耕作模式里提出的推薦值。在旱地內(nèi)外地邊可以設(shè)置邊溝和背溝,在旱地地邊和水田的坎上可以種植小灌木。南方地區(qū)雨水較多,旱地宜采用順坡種植,以1 m間距開挖成箱,間種各種季節(jié)適宜性作物。

圖3 水旱耕地交錯布局模式

3.2 原 理

該模式通過縮短坡長、減緩坡度的方式達(dá)到使徑流動能路徑耗散的效果。旱坡地通常被認(rèn)為是侵蝕產(chǎn)沙的主要源地,但在該模式情況下耕作地塊坡長小,在細(xì)溝侵蝕發(fā)生臨界范圍內(nèi),再加上地表作物或秸稈的覆蓋以及有利于水土保持的耕作方法,造成的水土流失一般在允許流失值以下。當(dāng)然在降雨強度較大時,表層松散土壤在超滲產(chǎn)流情況下不可避免地會發(fā)生位移,使徑流溶解和土粒吸附的營養(yǎng)物質(zhì)進入到水田中。水田如同天然的過濾器,地表徑流匯入水田后流速變緩,停留時間延長,從進入田間到從田間流出,經(jīng)歷了一個沉沙過程,在此期間水流中的部分小顆粒和營養(yǎng)物質(zhì)如氮、磷等均可被水稻等田間作物吸收。這樣,被雨水沖刷下來的土粒及其攜帶的營養(yǎng)物質(zhì)就被層層攔截下來,并被水田作物吸收利用。

3.3 功 能

該模式方便旱地灌溉,在三峽庫區(qū)勞動力大量轉(zhuǎn)移背景下容易被老百姓普遍接受。同時,旱地上所施的肥料在沒有被完全吸收利用的情況下,隨徑流進入水田,又被水田作物充分吸收利用,從而提高了肥料的再利用率,減少了徑流和土壤流失過程中容易形成的面源污染,對保障三峽庫區(qū)水質(zhì)和生態(tài)安全具有重要作用。

4 結(jié) 語

上述面向水土保持的庫岸復(fù)合立體農(nóng)業(yè)用地模式、有限順坡耕作模式和水旱耕地交錯布局模式三種土地利用模式,均具有典型性。三種模式投入低,操作方便,并且高效、實用,適合三峽庫區(qū)的地形地貌特征和社會經(jīng)濟環(huán)境,對提高庫岸土地利用效率、增加農(nóng)民經(jīng)濟收入、改善生態(tài)環(huán)境、保持水土、控制面源污染和緩解人地矛盾等都具有顯著效果。今后應(yīng)加強對具有水土保持功能的土地利用模式的效應(yīng)監(jiān)測和適宜性評價,以篩選出適合三峽庫區(qū)不同環(huán)境條件的土地利用優(yōu)化模式,保障三峽水庫安全運行和流域生態(tài)安全。

[1]韋杰,賀秀斌.三峽庫區(qū)坡耕地水土保持措施研究進展[J].世界科技研究與發(fā)展,2011,33(1):41-45.

[2]張洪江,程金花,何凡.長江三峽庫區(qū)土地覆被類型對坡面產(chǎn)沙的影響[J].中國水土保持科學(xué),2007,5(1):40-43.

[3]董杰,楊達(dá)源,周彬,等.137Cs示蹤三峽庫區(qū)土壤侵蝕速率研究[J].水土保持學(xué)報,2006,20(6):1-5.

[4]文安邦,齊永青,汪陽春,等.三峽地區(qū)侵蝕泥沙的137Cs法研究[J].水土保持學(xué)報,2005,19(2):33-36.

[5]嚴(yán)冬春,龍翼,史忠林.長江上游陡坡耕地“大橫坡 +小順坡”耕作模式[J].中國水土保持,2010(10):8-9.

[6]陳晏,史冬梅,文卓立,等.紫色土丘陵區(qū)不同土地利用類型土壤抗沖性特征研究[J].水土保持學(xué)報,2007,21(2):24-35.

[7]王莉,劉艷峰.三峽庫區(qū)傳統(tǒng)耕作措施水土保持機理研究[J].中國水土保持,2010(10):13-16.

[8]He X B,Xu Y B,Zhang X B.Traditional farming system for soil conservation on slope farmland in southwestern China[J].Soil＆Tillage Research,2007,94(1):193-200.

[9]鄭進軍,張信寶,賀秀斌.川中丘陵區(qū)坡耕地侵蝕空間分布的WEPP模型和137Cs法研究[J].水土保持學(xué)報,2007,21(2):19-23.

[10]龍翼,張信寶,嚴(yán)冬春.三峽庫區(qū)苧麻護坎坡式梯地減蝕效益的137Cs法研究[J].中國水土保持,2010(10):32-33.