理论教育 北方土石山区水土流失治理研究成果

北方土石山区水土流失治理研究成果

时间:2023-11-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:在流域治理措施,尤其是植物措施和工程措施相结合方面取得一些成效,其研究的重点放在防止土壤侵蚀的方法以及侵蚀土地改良措施方面。沟谷治理工程措施主要包括沟头防护工程,其

北方土石山区水土流失治理研究成果

1.国外治理措施

在水土流失到处横行的情况下,世界很多国家都开始进行水土流失的治理研究。美国大多数小流域治理的目标是防洪和固沟,采取的主要措施是在支沟上修建小库坝,在干流上修建跌水、涵洞及护岸工程,在地面修建梯田,同时结合植被措施等(图1-7和图1-8)。日本在治理中以工程措施为主,在上游修建谷坊,在下游修筑堤坝。前苏联地域辽阔,土壤侵蚀比较严重,尤其是南部山区,泥石流危害相当普遍。在流域治理措施,尤其是植物措施和工程措施相结合方面取得一些成效,其研究的重点放在防止土壤侵蚀的方法以及侵蚀土地改良措施方面。澳大利亚在流域治理中的突出经验是按小流域或地区编《土壤保护计划》,强调治理与经营管理措施相结合,主要研究沟蚀,探索沟道形成原因并提出治理措施,研究保土耕作措施,包括保土耕作法和保土放牧制度,以通过新的耕作措施来改良土壤,控制侵蚀。德国用10年时间开展了人工降雨试验,专门研究不同植物耕作方法对坡耕地产流量和产沙量的影响,探索山区河流固体物质来源,重点研究水土保持农业措施和林业措施。发展中国家开展流域治理工作较好的有印度、巴基斯坦、尼泊尔、泰国、印度尼西亚、阿根廷等。印度在治理技术上,以原地水分保持和为径流及水平种植设置的植物性沙障为基础,对农地采用保护土壤及土壤水分的措施及有机农业和集中养分管理相结合。在坡耕地上以植被恢复为主;排洪道治理采用清障、植物护岸、修筑节制坝和一系列控制径流设施。巴基斯坦流域治理的主要措施是植物措施(包括林、牧用地的治理,植树造林火灾控制及伐木技术)、农业措施(包括作物轮作、覆盖作物等)和工程措施 (包括修梯田、谷坊、治沟、滞洪坝等)(唐克丽,2002)。

图1-7 美国南卡罗来纳州西北部的南泰格合流域内的一条冲沟在1934年治理前后的景象

(采用工程措施整地,沿沟道方向布设草带)(Wilkerson,et al.,1972;Dotterweich,2013)

各国实施水土保持措施都是依据本国土壤侵蚀特点和国情,主要针对侵蚀问题而开展的。如在美国,上述在小流域尺度上主要工程措施和植被措施用于防洪和固沟,其实美国更广泛的土壤侵蚀主要由农业耕作引起的。研究表明,土壤侵蚀恶性发展的根本原因不在气候变异、水旱等自然灾害,造成土壤侵蚀的根本原因来自人类对自然界的干扰,其中包括不合理的土地利用、滥砍滥伐、破坏森林草地以及日益加大的农业生产集约化经营方式。而后者给美国农业生产带来的危害尤其严重(赵羿和梁继禄,1997)。

其实,自美国殖民时期和18世纪建国开始,有许多文献表明,最早期的殖民者已明了由于人们耕种土地产生的土壤侵蚀所引发的问题,也有意做点什么来减少土壤侵蚀。20世纪30年代的大平原“沙尘暴”及随之而来的美国经济大萧条,为罗斯福政府创造一个机遇,尝试解决失业和自然资源两大问题。联邦土壤保持局(SES)于1933年在内政部成立,1935年改为水保局,并划归农业部。与此同时,即30年代,各州通过立法,建立各州政府第一个将土壤侵蚀控制作为其使命的专职机构。这些水保局与其州内的各自然资源局及联邦水保局一起,成为“三足鼎立”之势,成功地解决了美国许多土壤侵蚀的问题(John和Peterson,2002)。

美国农业生产主要通过土壤保护耕作措施进行土壤侵蚀防治,主要包括保护耕作法有以下5种(赵羿和梁继禄,1997):①免耕法。不进行松、翻、压等整地措施,秋收后保留90%的秸秆于地表,春天直接将种子播于土壤中,利用除草剂清除杂草;②梳状耕作法。播种前不整地,播种时顺垄沟整地,耕作成垄,于垄上播种,最少有60%以上的秸秆覆盖地表,利用除草剂结合中耕清除杂草;③带状耕作法。秋季收获后和第二年播种期间不进行耕作,播种时进行带状整地,松土面占土壤表面的30%,通常采用50%的秸秆覆盖土壤,使用除草剂结合中耕清除杂草;④覆盖耕作法。播种前利用凿式耕作机、中耕机、盘状耕作机或者浅式耕作机整地,至少有33%的秸秆覆盖于土壤表面,利用除草剂结合中耕清除杂草;⑤简易耕作法。采用除草剂清除杂草,减少田地机械行走通道,沿一条拖拉机通道进行多种联合作业,地面残留约30%上1年收获后的秸秆。

图1-8 20世纪30年代美国密西西比河北部一条采用沟头防护工程措施和植被措施进行治理的冲沟(Dotterweich,2013)

20世纪60年代中期,美国土壤保护耕作法仅占耕地面积的2%~3%,1991年在播种面积1.24hm2中占26%。由于土壤保护技术的实施,使美国的农业生产取得了极为明显的成效。1985—1995年期间每年保护的土壤超过10亿t,同80年代初期相比,土壤侵蚀速度降低了25%。(www.daowen.com)

英国,同样认为控制侵蚀要考虑土壤和地貌特性,保证其与农业、经济、环境和社会目标相平衡。在具体治理上,将土地按照水力和风力侵蚀程度分为5个等级,以此确定各等级每年最有效的土壤侵蚀控制的天数。具体治理措施上,英国的土壤侵蚀治理围绕农业开展,强调植被盖度及耕作方法,较少有大型的治理工程。通常是改变耕作季节和在休耕地和易蚀地上种草。在缓坡地采用等高线耕作,用缓冲植被带(如植被栅栏)拦沙(李薇等,2009)。

2.国内治理措施

我国是世界上开展水土保持较早的国家之一,早在3000多年前的西周时期,就有“平治水土”的方法。我国南方在1000多年前就采用梯田作为灌溉农田。清代农民利用泥沙打坝淤地,并对黄土高原水土流失地汰沙澄源做田。20世纪80年代以后我国的水土流失治理措施的研究进入了全面发展的阶段,在研究不同水土流失类型的规律的过程中,建立了各种水土流失的治理措施,可以根据治理措施本身的特性把这些治理措施分为工程措施、林草措施(或称植物措施)和耕作措施三大类(辛树帜等,1982;唐克丽,2004)。

(1)工程措施。其中坡面治理工程措施主要包括梯田、水平沟、水平阶、鱼鳞坑、截流沟等,它们主要是通过改变微地形来防止坡面水土流失、就地拦蓄雨水,为农作物或植被生长增加土壤水分,同时可将未完全拦蓄的地表径流引入小型蓄水工程,进一步加以利用。沟谷治理工程措施主要包括沟头防护工程,其主要作用是阻止径流下沟或消减入沟径流的能量为主、防止沟头前进;沟道治理工程措施主要包括谷坊、淤地坝等主要用于防止沟头前进、沟床下切和沟岸扩张,减缓沟床比降。

(2)林草措施。林草措施主要是在水土流失综合治理过程中,通过植树种草提高地面的植被覆盖,利用植被对径流的拦蓄作用,对土壤的固定作用起到控制土壤侵蚀的作用。如在小流域中,建设乔、灌、草相结合的生态经济型防护林体系,是实现流域可持续经营与开发的根本措施;其防护林体系主要包括分水岭防护林、护坡林、护埂林(地埂造林)、侵蚀沟道防护林等。同时生态修复也是林草措施主要形式之一。

(3)耕作措施。水土保持耕作措施可分为三大类。

第一类是以改变地面微地形、增加地面粗糙度为主的耕作措施,其作用是截短了原坡长,拦截地表径流,增加降雨入渗,控制水土流失。主要类型包括等高种植、水平沟种植、沟垄种植、横坡种植、垄作区田等。

第二类是以增加地面覆盖和改良土壤为主的耕作措施,如秸秆还田、少耕免耕、深松耕法、间混套复种和草田轮作等。另外我国东北还广泛应用鼠道耕法,即鼠道犁是安装在农用链轨拖拉机尾部的犁地装置,由犁架、犁刀、犁桦、穿洞空心弹头等部件构成。犁架通过液压起落;犁刀长为60cm,垂直安装在犁架上;犁刀下部端点装有三角形犁桦;在犁桦后面用长为20cm的钢丝绳牵引一个空心炮弹头。拖拉机前进时,犁刀从地表往下划开一条60cm深的裂缝,使犁桦上部的土体疏松、入渗孔隙度增加,形成深为0.6m,顶宽为0.9~1.0m的土壤蓬松体,从而提高了土壤渗蓄能力,减少了水土流失。弹头在地下60cm深处,沿拖拉机前进方向与地面平行穿出一条与弹头直径大小相同的通道(鼠道),当次降雨量超过鼠道上部土壤持水量时,过剩的降水通过下渗进入鼠道,一部分储存于鼠道,一部分通过鼠道(暗管)排出,在防止农田内涝、渍涝的同时,可有效地防止或减缓由于蓄满产流而引起的土壤侵蚀的发生与发展。

第三类是草田轮作制,即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。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。20世纪50年代初,我国学习前苏联经验推广草田轮作,但没有坚持下来。后来在“六五”和“七五”期间,国家启动了一系列草田轮作研究与技术推广项目,针对不同地区提出了不同的粮草轮作模式。20世纪80年代,国家发出了在黄土高原“种草种树”的号召,一时间西北地区各地掀起了种草的热潮。1984年,由中国农业科学院土壤肥料研究所完成的中国绿肥区划,将草田轮作作为粮肥轮作的内容之一列入。1985—1987年,甘肃省先后召开了3次全省规模的草田轮作种草养畜试验示范现场报告会,极大地推动了甘肃全省草田轮作的发展(邢福等,2011)。

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