南方坡耕地水土流失過程與調(diào)控研究

張平倉(cāng)，程冬兵

(長(zhǎng)江科學(xué)院 水土保持研究所, 武漢 430010)

南方坡耕地水土流失過程與調(diào)控研究

張平倉(cāng)，程冬兵

(長(zhǎng)江科學(xué)院 水土保持研究所, 武漢 430010)

南方坡耕地水土流失防治任務(wù)迫切而嚴(yán)峻，由于南方或是自然條件、或是經(jīng)濟(jì)條件、抑或是農(nóng)耕文化的原因，現(xiàn)有水土保持措施仍不能很好地滿足南方坡耕地治理。在多年從事水土保持經(jīng)歷的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn)，探討南方坡耕地水土流失過程與調(diào)控，為南方坡耕地治理提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)南方坡耕地水土流失是內(nèi)因和外因綜合作用的產(chǎn)物，坡面細(xì)溝發(fā)育是坡耕地水土流失轉(zhuǎn)向強(qiáng)烈的最明顯標(biāo)志。在當(dāng)前國(guó)家大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)背景下，結(jié)合南方實(shí)際，將細(xì)溝消滅作為坡耕地水土流失防治目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)，提出了“排水保土”的坡耕地治理原理、以“調(diào)控坡面徑流”為核心的坡耕地治理措施總體布局、新型截水溝設(shè)計(jì)和“保土增肥”技術(shù)，以期拋磚引玉，加快坡耕地水土流失治理，實(shí)現(xiàn)水土流失科學(xué)防治。

南方坡耕地；水土流失；細(xì)溝侵蝕；排水保土；保土增肥

1 南方坡耕地現(xiàn)狀

由于人口的增長(zhǎng)以及原有耕地的減少，山丘區(qū)百姓對(duì)耕地需求強(qiáng)烈，逼迫轉(zhuǎn)向坡耕地開發(fā)。據(jù)統(tǒng)計(jì)[1]，我國(guó)現(xiàn)有耕地1.2億hm2，其中坡耕地0.24億hm2，約占全國(guó)耕地總量的1/5。坡耕地是山丘區(qū)群眾賴以生存發(fā)展的生產(chǎn)用地，由于地形、耕作等因素影響，坡耕地也是水土流失的主要地類和江河泥沙的主要策源地。根據(jù)水利部、中國(guó)科學(xué)院和中國(guó)工程院聯(lián)合開展的中國(guó)水土流失與生態(tài)安全綜合科學(xué)考察成果[2]，坡耕地面積占全國(guó)水土流失面積的6.7%，盡管面積占比不大，但水土流失非常嚴(yán)重，土壤侵蝕量達(dá)到14.15億t/a，占全國(guó)土壤侵蝕總量的31%。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)[2]，全國(guó)約97%的坡耕地都分布在水力侵蝕區(qū)，坡度越陡、坡長(zhǎng)越長(zhǎng)，水土流失越嚴(yán)重，5°～15°坡耕地土壤侵蝕模數(shù)為1 000～2 500 t/(km2·a)，15°～25°為3 000～10 000 t/(km2·a)，25°以上坡耕地可高達(dá)10 000～25 000 t/(km2·a)。大量坡耕地的存在及其嚴(yán)重的水土流失，造成耕地資源損失，土地生產(chǎn)力降低，直接影響國(guó)家糧食安全、生態(tài)安全和防洪安全，制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

在南方，由于人口更為密集，坡耕地開發(fā)更為強(qiáng)烈。以南方紅壤區(qū)和西南土石山區(qū)為例[1]，如表1所示，全區(qū)共有坡耕地1 467萬hm2，占全國(guó)坡耕地面積的61.2%，說明坡耕地在南方廣泛分布。另外，坡耕地占該區(qū)耕地面積31.2%，高于全國(guó)平均水平(20%)，也說明坡耕地在南方作為生產(chǎn)用地的重要地位。其中南方紅壤區(qū)有坡耕地289萬hm2，占耕地面積的11.5%，一般在25°以下，水熱條件好，盡管面積占比相對(duì)較少，但開發(fā)強(qiáng)度大，加上該區(qū)強(qiáng)降雨，水土流失強(qiáng)度以強(qiáng)烈為主；西南土石山區(qū)有坡耕地1 178萬hm2，占耕地面積的53.8%，遠(yuǎn)高于全國(guó)平均水平，陡坡耕地較多，占區(qū)內(nèi)坡耕地面積的20%以上，土層較薄，人口密度大，人地矛盾非常突出，經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后，粗放耕作普遍，坡耕地土壤年侵蝕量達(dá)4.26億t，占長(zhǎng)江上游總侵蝕量(16億t)的26.7%[3]。由此可見，南方坡耕地量大面廣，水土流失防治任務(wù)不僅非常迫切，也異常嚴(yán)峻。黨中央、國(guó)務(wù)院的高度重視，2007—2011年連續(xù)5 a中央一號(hào)文件均對(duì)坡耕地綜合治理做出明確安排。在2011年的中央水利工作會(huì)議上，胡錦濤總書記和溫家寶總理再次強(qiáng)調(diào)要加快推進(jìn)坡耕地水土流失綜合治理工作，并同年啟動(dòng)了《全國(guó)坡耕地水土流失綜合治理規(guī)劃》。近些年，水利部開展的國(guó)家水土保持重點(diǎn)工程、坡耕地水土流失綜合治理試點(diǎn)工程，以及國(guó)土資源部開展的土地整治項(xiàng)目、國(guó)家林業(yè)局開展的鞏固退耕還林基本口糧田項(xiàng)目、國(guó)家農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)辦公室開展的國(guó)家農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)中低產(chǎn)田改造項(xiàng)目、國(guó)務(wù)院扶貧開發(fā)領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室開展的以工代賑等生態(tài)建設(shè)項(xiàng)目，都將坡耕地改梯田作為一項(xiàng)重要建設(shè)內(nèi)容加以實(shí)施。通過這些項(xiàng)目實(shí)施，產(chǎn)生了明顯的生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

表1 南方坡耕地面積統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistical data of area of slope farmland in South China

2 南方坡耕地水土保持現(xiàn)狀分析

經(jīng)長(zhǎng)期探索與實(shí)踐，我國(guó)南方坡耕地水土保持措施主要有3種類型[4-7]：①配套坡面水系工程和田間道路的坡改梯工程，通過改變微地形和調(diào)控坡面徑流達(dá)到保持水土的目的；②對(duì)暫時(shí)無法改為梯田又必須保留農(nóng)作的坡耕地，大力推廣保土耕作措施，包括等高種植耕作法，等高溝壟種植法，間作、套種種植等等，通過改變微地形以達(dá)到直接攔蓄徑流的目的；③以等高植物籬、植物護(hù)埂和苧麻種植為代表的植被措施，主要表現(xiàn)在增加植被覆蓋和攔擋泥沙達(dá)到保土目的。

然而，由于南方或是自然條件、或是經(jīng)濟(jì)條件，抑或是農(nóng)耕文化的原因，上述3項(xiàng)措施并不能很好地滿足南方坡耕地治理。首先，對(duì)于坡改梯，一是盡管技術(shù)相對(duì)成熟，但建設(shè)成本要求較高，據(jù)測(cè)算[7]，至少需要45 000～75 000元/hm2，決定了有限的投入只能用于有限的坡改梯；二是坡改梯適宜條件苛刻，即使在經(jīng)濟(jì)條件滿足的情況下，很多坡耕地由于建設(shè)條件限制，也不宜坡改梯。未按規(guī)范要求的梯田容易失穩(wěn)垮塌，水土流失反而更加嚴(yán)重，常出現(xiàn)為了石坎梯田的石料，往往是“成一畝田，毀一片山”。只有修筑在坡度緩、土層厚的坡腳地帶處的梯田才是最合理的?！度珖?guó)坡耕地水土流失綜合治理規(guī)劃》[1]根據(jù)地面坡度、土層厚度、土壤質(zhì)地等3項(xiàng)指標(biāo)對(duì)坡改梯適宜性進(jìn)行分析。據(jù)統(tǒng)計(jì)[1]，在現(xiàn)有建設(shè)水平條件下，全國(guó)不適宜進(jìn)行坡改梯的有860萬hm2，占坡耕地總面積的36%。南方不適宜進(jìn)行坡改梯的有589萬hm2，占坡耕地總面積的40%，詳見表1。其中南方紅壤丘陵區(qū)，不適宜坡改梯面積為86萬hm2，占坡耕地面積的30%；西南土石山區(qū)，不適宜坡改梯面積為503萬hm2，占坡耕地面積的43%。這其中還未考慮到南方山區(qū)地形破碎、交通不便、勞動(dòng)力不足等因素，也就是說，南方坡耕地不宜坡改梯面積大大超過40%。其次，以等高耕作為代表的保土耕作措施當(dāng)土壤含水量飽和時(shí)，水土保持效益將大大折扣，甚至負(fù)作用明顯。以植物籬、植物護(hù)埂為代表的植被措施由于只能攔擋泥沙而無法調(diào)控徑流，水土保持效益依然有限。另外，由于傳統(tǒng)農(nóng)耕文化的影響，有些保土耕作措施和植物措施并不能完全被當(dāng)?shù)厝罕娊邮埽蛘哒f有些措施還有一定爭(zhēng)議，如順坡耕作和等高耕作的博弈，嚴(yán)冬春等[8]在實(shí)地考察長(zhǎng)江上游的坡耕地中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民在種植陡坡耕地時(shí)有“橫坡整地、順坡種植”的習(xí)慣(“大橫坡+小順坡”耕作模式)，與傳統(tǒng)保土耕作提倡的橫坡耕作、等高耕作、等高溝壟種植等耕作模式大相徑庭。

所以，在當(dāng)前國(guó)家大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)背景下，進(jìn)一步研究揭示南方坡耕地水土流失機(jī)制，探索研究坡耕地治理新理念、新技術(shù)，尤其是“坡改梯”及“退耕”外的措施，是加快坡耕地水土流失治理的重要途徑，是實(shí)現(xiàn)水土流失科學(xué)防治的重要保障。

3 南方坡耕地土壤特性及水土流失機(jī)制

3.1 南方坡耕地土壤特性

南方坡耕地土壤類型主要以紅壤和紫色土為代表。其中紅壤是中亞熱帶濕熱氣候下，母巖經(jīng)過徹底的地球化學(xué)風(fēng)化和旺盛的生物富集等過程相互作用的產(chǎn)物，具體表現(xiàn)在高溫與高濕的氣候條件，母巖風(fēng)化淋溶過程強(qiáng)烈且徹底，礦物的水解、脫鉀、脫鹽基、脫硅等過程迅速，硅和鹽基遭到淋失，黏粒與次生黏土礦物不斷形成，鐵、鋁氧化物明顯積聚。紫色土是在亞熱帶濕潤(rùn)氣候條件下，母巖在頻繁的風(fēng)化作用和侵蝕作用下形成的初育巖性土，具體表現(xiàn)是在高溫多濕、干濕季節(jié)分明的氣候條件下，母巖濕熱膨脹、干冷收縮頻繁，物理風(fēng)化強(qiáng)烈，但化學(xué)風(fēng)化微弱，且石灰開始淋溶，土壤中原生礦物的分解，黏粒逐漸增多，黏化過程明顯。

特殊的區(qū)域水熱條件和成土過程決定了土壤的特性，繼而決定了土壤的抗蝕性能[9]。紅壤具有“黏、瘦、板、旱、酸”等特點(diǎn)，如土壤黏重，黏粒含量可達(dá)40%以上，富含鐵鋁氫氧化物膠體，臨時(shí)性微團(tuán)聚體較好，是土壤具備較強(qiáng)抗沖和抗崩解性能的重要原因。由于土壤中含有一些未風(fēng)化石英顆粒，促進(jìn)土壤非毛管孔隙形成，構(gòu)建了水分入滲通道，從而改善土壤的入滲性能。紫色土屬巖性土，礫質(zhì)含量高，水易滲漏，且具有“上覆土壤，下伏巖石”的“巖土二元結(jié)構(gòu)”特點(diǎn)；土層薄，當(dāng)雨水滲漏至巖土界面時(shí)，不能繼續(xù)下滲，便沿不透水層側(cè)向流動(dòng)形成壤中流，一方面將土體中的細(xì)顆粒物質(zhì)逐漸帶走，另一方面下滲的水易浸潤(rùn)軟化母巖，促使土體向下蠕動(dòng)或者滑移，這也是諸多山坡中上部修建梯田容易垮塌的重要原因。另外，由于紫色土成土速度快，隨原生礦物的分解，黏粒逐漸增多，土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)發(fā)育，土壤抗沖和抗崩解性能得以提高。

通過全國(guó)17個(gè)省、市、自治區(qū)35個(gè)一級(jí)控制性測(cè)點(diǎn)進(jìn)行土壤入滲、土壤抗沖、土壤崩解等指標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)[9-10]，紅壤和紫色土平均穩(wěn)定入滲速度分別為1.12，2.29 mm/min，高于北方黃土(0.99 mm/min)，說明南方紅壤和紫色土具有良好的通透和排水能力；土壤整個(gè)剖面紅壤、紫色土的平均土壤抗沖系數(shù)分別為9.32，10.15 L·s/g，接近北方黃土(3.77 L·s/g)的3倍；且發(fā)現(xiàn)紅壤、紫色土20 cm以下的土壤抗沖性系數(shù)遠(yuǎn)小于表層0～10 cm，即存在“上硬下軟”的結(jié)構(gòu)，而北方黃土剖面相對(duì)均一，說明南方紅壤和紫色土在表層結(jié)構(gòu)完好時(shí)，土壤不易被水流沖蝕流失，但表層結(jié)構(gòu)一旦破壞，土壤的抗沖性將大大減弱。對(duì)于土壤崩解速率，南方紅壤、紫色土分別為1.46，8.89 cm3/min，北方黃土(33.66 cm3/min)分別是紅壤、紫色土的23倍和5倍，說明南方紅壤和紫色土土壤顆粒間內(nèi)聚性較強(qiáng)，不易水解。

3.2 南方坡耕地水土流失機(jī)制

根據(jù)已有研究進(jìn)展[9]，南方坡耕地水土流失是內(nèi)因和外因綜合作用的產(chǎn)物。其中外因主要包括降雨徑流、地形地貌、人為耕作方式等。南方普遍降雨量大而集中，年均降雨量為800～2 500 mm，是全國(guó)年均降雨量630 mm的1.9～2.8倍，降雨量主要集中在4—10月份，約占全年的70%以上，暴雨頻發(fā)，高強(qiáng)度的降雨及其產(chǎn)生的徑流是坡耕地水土流失發(fā)生的動(dòng)力。南方大部分低山和丘陵交錯(cuò)，地形破碎，西部有山地，斷裂帶發(fā)育，巖層破碎，由于耕地資源有限，人地矛盾突出，坡耕地開墾不可避免。但一直以來坡耕地的開墾存在很大盲目性，“粗放經(jīng)營(yíng)”、“廣種薄收”及“重用輕養(yǎng)”非常普遍，尤其是西南土石山區(qū)，紫色土中養(yǎng)分相對(duì)比較豐富，為一些作物生長(zhǎng)提供了很有利的條件，這也助長(zhǎng)了農(nóng)民開墾坡耕地的風(fēng)氣，“山上種山尖尖，下山種到河邊邊”，形成“山有多高，地有多高，山有多陡，地有多陡”的局面[3]。人為不合理的坡耕地耕作方式加劇了水土流失強(qiáng)度。[10]

內(nèi)因主要指土壤的特性，即土壤的抗侵蝕性能，其水土流失機(jī)制具體表現(xiàn)在于一定降雨條件下，相對(duì)較高的土壤入滲性，使得相當(dāng)一部分降雨或地表徑流因壤中流的形成而轉(zhuǎn)入地表以下，從而削減了地表徑流的形成。程冬兵等[11]研究發(fā)現(xiàn)，裸露地表紅壤年均地表徑流與地下徑流(含壤中流)調(diào)配比值為1∶1.4；丁文峰等[12]研究發(fā)現(xiàn)，紫色土地表徑流和壤中流在總降雨量中的比例隨雨強(qiáng)和坡度的不同而發(fā)生變化，小雨強(qiáng)時(shí)，壤中流貢獻(xiàn)達(dá)100%，中大雨強(qiáng)時(shí)貢獻(xiàn)也可達(dá)30%；汪濤等[13]在對(duì)天然降雨條件下紫色土坡耕地產(chǎn)流特征進(jìn)行觀測(cè)的基礎(chǔ)上得出壤中流平均流量占總徑流量的53.05%。由于紅壤和紫色土的土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，土壤抗沖性及抗崩解性均較強(qiáng)，在薄層水流條件下，土壤不易破壞搬動(dòng)，土壤侵蝕強(qiáng)度較弱，以面狀侵蝕為主。隨降雨增大，薄層水流逐漸形成股流，水力學(xué)特征發(fā)生根本性的轉(zhuǎn)變，破壞力加大，土壤表面開始細(xì)溝發(fā)育，股流更加集中，細(xì)溝溯源侵蝕，逐漸加深、加寬、加長(zhǎng)，土壤侵蝕加劇明顯，由于土壤剖面呈“上硬下軟”，細(xì)溝發(fā)育一旦切入表層以下，土壤侵蝕將更加劇烈。已有的研究表明[14-17]，細(xì)溝的發(fā)生坡面侵蝕產(chǎn)沙量將增加幾倍至幾十倍。嚴(yán)冬春等[18]試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)細(xì)溝侵蝕量占坡面總侵蝕量的比例最高可達(dá)90%以上。因此，細(xì)溝發(fā)育是坡耕地水土流失轉(zhuǎn)向強(qiáng)烈的最明顯標(biāo)志，之后隨降雨持續(xù)，且受可切割土層限制，細(xì)溝發(fā)育向側(cè)向發(fā)展并伴隨泥流過程出現(xiàn)，坡面流失更加劇烈，而細(xì)溝之前的面蝕過程由于不占主導(dǎo)地位，其水土流失量甚至可以忽略不計(jì)，作為南方坡耕地水土流失治理的關(guān)鍵，筆者建議將細(xì)溝消滅作為南方坡耕地水土流失治理目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)。

由此可見，以細(xì)溝作為南方坡耕地治理的對(duì)象和目標(biāo)，在外因不變條件下，進(jìn)一步提高土壤抗侵蝕性能、調(diào)控坡面徑流(尤其是壤中流)、防止細(xì)溝發(fā)育將是南方坡耕地水土流失治理關(guān)鍵。

4 南方坡耕地水土流失調(diào)控對(duì)策

4.1 “排水保土”的坡耕地治理原理

根據(jù)前述的南方坡耕地水土流失機(jī)制，在南方坡耕地中，由于普遍土層較薄，土壤蓄水能力有限，過多的水分將使坡面土壤飽和而加劇水土流失發(fā)生，尤其不可忽視壤中流對(duì)潛蝕作用。因此，筆者提出應(yīng)該實(shí)施以“排水保土”為核心的水土流失過程調(diào)控原理[10]，即充分利用以截排水溝為主的坡面水系工程，對(duì)坡面地表徑流和壤中流進(jìn)行有效快速排導(dǎo)，減少土壤水分入滲和壤中流的數(shù)量及對(duì)土壤作用時(shí)間，扼制水土流失發(fā)生的地表徑流沖刷外動(dòng)力和壤中流的潛蝕作用，保護(hù)土壤抗蝕內(nèi)聚力，從而實(shí)現(xiàn)“排水保土”，保持坡面土體穩(wěn)定，減少坡耕地水土流失。該原理在“十一五” 科技支撐項(xiàng)目“長(zhǎng)江上游坡耕地整治與高效生態(tài)農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)驗(yàn)示范”得到充分應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)提出了“坡地高效生態(tài)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施配套技術(shù)”。

4.2 坡耕地治理措施布局

根據(jù)“排水保土”的坡耕地治理原理，以“大橫坡+小順坡”為骨架，在坡面上保留順坡壟溝，以細(xì)溝發(fā)育臨界順坡坡長(zhǎng)為間隔沿等高線橫向設(shè)置截水溝(配套田間道路)，攔截上坡徑流泥沙及其攜帶的養(yǎng)分，截水溝兩端接沉沙池和過濾帶，泥沙經(jīng)沉淀過濾后徑流流入蓄水池，蓄水池蓄滿后通過設(shè)置的縱向排水溝(配套田間道路)向下坡蓄水池逐級(jí)排導(dǎo)，在最后排入附近溪溝前設(shè)置面源污染凈化處理措施，保障下游水質(zhì)安全，實(shí)現(xiàn)水土流失與面源污染兼顧治理的雙重目標(biāo)。措施總體布局如圖1所示。其注意事項(xiàng)包括如下幾點(diǎn)。

圖1 南方坡耕地治理措施布局Fig.1 Layout of measures of erosion control on slope farmland in South China

(1) 細(xì)溝發(fā)育臨界坡長(zhǎng)的確定可通過調(diào)查統(tǒng)計(jì)或?qū)嶒?yàn)研究獲取，嚴(yán)冬春等[8，19-20]已在長(zhǎng)江上游紫色土坡耕地上開展了相關(guān)試驗(yàn)，提出了一些臨界順坡坡長(zhǎng)的建議參考。

(2) 沉沙池應(yīng)定期清理，并就近回填坡耕地中。

(3) 沉沙池后連過濾帶，對(duì)面源污染進(jìn)行初步凈化。

(4) 蓄水池容量大小可根據(jù)干旱季節(jié)作物需水量設(shè)計(jì)，在干旱缺水時(shí)，蓄水池中的水可通過自流灌溉的模式逐級(jí)向下坡供水。

4.3 新型截水溝設(shè)計(jì)

通過前述南方坡耕地水土流失機(jī)制，地表徑流并不是產(chǎn)生土壤侵蝕的唯一動(dòng)力，壤中流在總產(chǎn)流量中占有相當(dāng)比例，普遍存在的壤中流在土壤侵蝕尤其是坡度較大時(shí)起到了相當(dāng)重要的促發(fā)作用?；诖?，提出一項(xiàng)新型截排水溝技術(shù)設(shè)計(jì)，能同時(shí)消除地表徑流和壤中流的侵蝕動(dòng)力，即截水溝上坡壁保持原土面，如果坡度較陡土體不穩(wěn)定，可用自然毛石堆砌加固，但必須保證壤中流可自然排出；下?lián)鯄ι愿哂谠寥榔旅?配套設(shè)計(jì)田間道路，便于田間作業(yè)通行)，磚砌或混凝土，具備一定防滲抗沖強(qiáng)度，確保截排水安全。截水溝深度開挖至母巖，其它斷面設(shè)計(jì)參照常規(guī)截水溝根據(jù)防御標(biāo)準(zhǔn)大小進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖2所示。新型截水溝設(shè)計(jì)既能截、排地表徑流，又能排、攔壤中流，提高了坡面徑流調(diào)控效率。根據(jù)野外定位觀測(cè)，該截水溝徑流收集效率比傳統(tǒng)方法收集徑流提高12%～15%，與傳統(tǒng)坡改梯相比，增加了10%的耕地面積，且建造成本節(jié)省40%。

圖2 新型截排水溝設(shè)計(jì)示意圖Fig.2 Schematic diagram of a new type of drainage ditch

4.4 “保土增肥”技術(shù)

W-OH是一種生態(tài)環(huán)保型的高分子親水性聚氨酯樹脂類固化材料，以往主要應(yīng)用于工程防滲，對(duì)其加以改進(jìn)后應(yīng)用到水土保持領(lǐng)域，期望達(dá)到保土增肥的作用。一方面在不影響耕作利用的條件下，在坡面上全面噴灑保土材料，防止細(xì)溝發(fā)育，或在橫向截水溝上坡面帶狀噴灑較低濃度的保土材料，減沖防蝕；另一方面在截水溝修筑材料上，可采用土質(zhì)截水溝，溝底及下?lián)鯄姙⑤^高濃度保土材料防滲防沖。

筆者通過盆栽試驗(yàn)，率定測(cè)試了1%，3%，5% 3種不同W-OH濃度對(duì)玉米、大蒜、大豆3種不同作物生長(zhǎng)的影響， 結(jié)果顯示：3%濃度的W-OH對(duì)作物生長(zhǎng)基本沒有影響，而且具有良好地表保護(hù)作用；另外，在15°紫色土小區(qū)(1 m×8 m)噴灑3%濃度的W-OH，對(duì)比不同雨強(qiáng)條件下(60 min)水土流失變化，結(jié)果顯示：噴灑W-OH材料后，地表徑流量增加12%～204%，而土壤侵蝕量減少89%～97%，保土效益顯著。

5 結(jié)論與展望

5.1 結(jié) 論

(1) 南方坡耕地水土流失防治任務(wù)迫切而嚴(yán)峻，目前南方坡耕地水土保持措施主要有3種類型：一是配套坡面水系工程和田間道路的坡改梯工程；二是保土耕作措施；三是以等高植物籬、植物護(hù)埂和苧麻種植為代表的植被措施。由于南方或是自然條件，或是經(jīng)濟(jì)條件，抑或是農(nóng)耕文化的原因，現(xiàn)有水土保持措施仍不能很好滿足南方坡耕地治理。

(2) 南方坡耕地水土流失是內(nèi)因和外因綜合作用的產(chǎn)物，坡面細(xì)溝發(fā)育是坡耕地水土流失轉(zhuǎn)向強(qiáng)烈的最明顯標(biāo)志。

(3) 在當(dāng)前國(guó)家大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)背景下，結(jié)合南方實(shí)際，將細(xì)溝消滅作為坡耕地水土流失防治目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)，提出“排水保土”的坡耕地治理原理、以“調(diào)控坡面徑流”為核心的坡耕地治理措施總體布局、新型截水溝設(shè)計(jì)和“保土增肥”技術(shù)，以期拋磚引玉，加快坡耕地水土流失治理，實(shí)現(xiàn)水土流失科學(xué)防治。

5.2 展 望

有關(guān)科學(xué)問題還需深入研究，包括：

(1) 南方坡耕地細(xì)溝發(fā)育及臨界坡長(zhǎng)調(diào)查與田間試驗(yàn)，確定不同下墊面與降雨條件下細(xì)溝臨界坡長(zhǎng)，滿足生產(chǎn)實(shí)踐設(shè)計(jì)要求。

(2) 以“排水保土”理念為指導(dǎo)，以細(xì)溝臨界坡長(zhǎng)為依據(jù)，以“大橫坡、小順坡”為骨架，提出南方坡耕地截排水溝等徑流調(diào)控技術(shù)布局與設(shè)計(jì)。

(3) 研發(fā)以W-OH為代表的保土增肥技術(shù)，確定施用濃度和施工工藝。

(4) 技術(shù)示范與應(yīng)用，將以上相關(guān)技術(shù)進(jìn)行一定面積的田間示范與應(yīng)用，進(jìn)一步完善相關(guān)技術(shù)。

[1] 水利部.《全國(guó)坡耕地水土流失綜合治理規(guī)劃》(報(bào)批稿)[R].北京：水利部，2012.

[2] 水利部,中國(guó)科學(xué)院,中國(guó)工程院.中國(guó)水土流失防治與生態(tài)安全(水土流失數(shù)據(jù)卷)[M].北京:科學(xué)出版社,2010.

[3] 張信寶,賀秀斌.長(zhǎng)江上游坡耕地整治成效分析[J].人民長(zhǎng)江,2010,41(13):21-23.

[4] 史立人.長(zhǎng)江流域的坡耕地治理[J].人民長(zhǎng)江,1999,30(7):25-27,48.

[5] 王政秋.“長(zhǎng)治”工程區(qū)坡耕地治理技術(shù)創(chuàng)新與推廣[J].人民長(zhǎng)江,2010,41(13):97-101.

[6] 方清忠,胡玉法.長(zhǎng)江上中游地區(qū)坡耕地綜合治理對(duì)策[J].中國(guó)水土保持,2010，(9):44-48.

[7] 李 蓉,土小寧.以苧麻資源開發(fā)為突破口,加速南方坡耕地水土流失治理[J].國(guó)際沙棘研究與開發(fā),2010,8(3):21-26.

[8] 嚴(yán)冬春,龍 翼,史忠林,等.長(zhǎng)江上游陡坡耕地“大橫坡+小順坡”耕作模式[J].中國(guó)水土保持,2010，(10):8-9.

[9] 張平倉(cāng),楊勤科,夏艷華.長(zhǎng)江中上游地區(qū)土壤侵蝕機(jī)制及過程試驗(yàn)研究[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境,2002,11(4):376-382.

[10]張平倉(cāng),郭熙靈,劉曉路.關(guān)于長(zhǎng)江中上游水土流失基本問題探討[J].水土保持通報(bào),2004,24(5):99-104.

[11]程冬兵,張平倉(cāng),楊 潔.紅壤坡地覆蓋與敷蓋徑流調(diào)控特征研究[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào),2012,29(1):30-34.

[12]丁文峰,張平倉(cāng),王一峰.紫色土坡面壤中流形成與坡面侵蝕產(chǎn)沙關(guān)系試驗(yàn)研究[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào),2008,25(3):14-17.

[13]汪 濤,朱 波,羅專溪,等.紫色土坡耕地徑流特征試驗(yàn)研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2008,22(6):30-34.

[14]王貴平,白迎平,賈志軍,等.細(xì)溝發(fā)育及侵蝕特征初步研究[J].中國(guó)水土保持,1988，(5):13-16.

[15]蔡強(qiáng)國(guó),朱遠(yuǎn)達(dá),王石英.幾種土壤的細(xì)溝侵蝕過程及其影響因素[J].水科學(xué)進(jìn)展,2004,15(1):12-l8.

[16]鄭粉莉.發(fā)生細(xì)溝侵蝕的臨界坡長(zhǎng)與坡度[J].中國(guó)水土保持,1989，(8):23-24.

[17]張科利,秋吉宏康.坡面細(xì)溝侵蝕發(fā)生的臨界水力條件研究[J].土壤侵蝕與水土保持學(xué)報(bào),1998,4(1):41-46.

[18]唐成毅,嚴(yán)冬春,龔長(zhǎng)文,等.紫色土坡耕地細(xì)溝侵蝕的防治[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,39(4):450-454.

[19]嚴(yán)冬春,文安邦,史忠林,等.三峽庫(kù)區(qū)紫色土坡耕地細(xì)溝發(fā)生的臨界坡長(zhǎng)[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào),2010,27(11):58-61,66.

[20]嚴(yán)冬春,文安邦,史忠林,等.川中紫色丘陵坡耕地細(xì)溝發(fā)生臨界坡長(zhǎng)及其控制探討[J].水土保持研究,2010,17(6):1-4.

(編輯：姜小蘭)

Process and Regulation of Soil and Water Loss ofSlope Farmland in South China

ZHANG Ping-cang, CHENG Dong-bing

(Department of Soil and Water Conservation,Yangtze River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, China)

Prevention and control of soil and water loss at slope farmland in South China is urgent and serious.Due to natural conditions, economic conditions, or farming culture in South China, the existing measures of soil and water conservation can’t meet the actual requirements of slope farmland in South China. On the basis of years of experience in soil and water conservation as well as related experiments, we discuss the process and regulation of soil and water loss on slope farmland in South China so as to provide scientific foundation for control on slope farmland. Results show that soil and water loss is a result of the combined action of internal and external factors, and rill erosion on the slope is the most obvious sign of intensive soil and water loss. In the current background of vigorously promoting construction of ecological civilization and construction of Yangtze River Economic Zone, in association with the characteristics of the South China, we take rill erosion elimination as the objective and standard of controlling of soil and water loss of slope farmland. Furthermore, we present the principle of “water discharge and soil conservation” for soil erosion prevention and control on slope farmland, and propose the control measures with “slope runoff regulation” as the core measure, and put forward a new type of drainage ditch and a technique of “conserving soil and increasing fertility” in the aim of improving the regulation of soil and water loss at slope farmland.

slope farmland in South China; soil and water loss; rill erosion; water discharge and soil conservation; soil conservation and fertility increase

2016-10-08 ；

2016-11-03

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目(CKSF2015044/TB，CKSF2016262/TB，CKSF2017050/TB)

張平倉(cāng)(1961-)，男，陜西渭南人，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士，主要從事土壤侵蝕與山洪災(zāi)害防治研究，(電話)027-82927550(電子信箱) zhangpc@mail.crsri.cn。

10.11988/ckyyb.20161033

2017,34(3):35-39，49

S157

A

1001-5485(2017)03-0035-05