三峡库区面向水土保持的土地利用模式

金慧芳,韦 杰,贺秀斌

(1.重庆师范大学地理与旅游学院,重庆400047;2.中国科学院⋅水利部成都山地灾害与环境研究所,四川成都610041)

三峡库区人口密度达354人/km2,是全国平均数的2.1倍,强烈的人类活动致使区域侵蚀产沙严重。库区年均土壤流失量达1.5亿t,入库泥沙4 000多万 t,坡耕地土壤侵蚀量占总流失量的60%[1]。库区严重的水土流失不仅减少了耕地面积,降低了土地生产力,破坏了陆地水文生态系统平衡,而且大量泥沙直接进入水库,对水库的库容和水质产生重大影响,对库区农业安全、生态安全和三峡工程的健康运行构成直接威胁。同时,水土流失也是面源污染物传输的主要载体,是生态退化和水质恶化的主要动力因素[1]。三峡库区的生态安全关系到整个长江流域的生态屏障建设,在国家社会经济发展战略中具有举足轻重的作用,该区域的侵蚀产沙和社会经济发展问题已引起国际社会的广泛关注。

由于季节性覆被变化和耕作周期的交替,不同土地利用方式对地表扰动程度不一,因而土壤侵蚀强度差异较大[2]。不同土地利用方式按土壤侵蚀强度的大小排序一般为耕地 ＞园地＞草地＞荒地＞林地,按照土壤侵蚀强度等级标准,耕地为中度侵蚀,园地、草地和荒地为轻度侵蚀,林地为微度侵蚀[3]。核素示踪表明,三峡库区紫色土坡耕地水土流失强烈,侵蚀模数介于3 464～9 452 t/(km2⋅a)之间,远高于林草地的侵蚀模数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],传统的“挑沙面土”和“边沟背沟”措施在三峡库区等地应用较为普遍,对坡耕地土壤空间再分布产生了重要影响,具有较好的水土保持效益[8-9]。本研究在大量野外考察的基础上提出了三峡库区典型的土地利用模式和耕作配套方式,分别就结构、原理和功能进行定性或定量分析,以期筛选出适合三峡库区的水土保持型土地利用模式。

1 库岸复合立体农业用地模式

1.1 结 构

库岸复合立体农业用地模式(图1),即沿三峡库岸坡脚顺坡向上合理布置林草地、水田、旱地、经果林地等土地利用类型,并进行作物间(套)种、林(水)下养殖等立体生产,充分利用库岸顺坡种植的生态屏障作用和立体垂直布局的经济效益的一种用地方式。从库岸到坡顶(即库岸顺坡),在不同坡位根据现有农业经济模式,结合当地地形地貌特征和现有土地利用方式、农民耕作意愿,大致分为坡脚构建林草缓冲带,下坡位发展水田、水塘等水域立体生态农业经济模式,中坡位发展粮食蔬菜作物、经济林果等旱地立体生态农业经济模式,上坡位发展水土保持型经果林、草地利用模式。其中,下坡位的水田、水塘和中坡位的粮食、蔬菜、经济林果等是地面垂直方向布置立体农业的重点。

图1 库岸复合立体农业用地模式

1.2 原 理

经果林、旱地、水田、林草地是三峡库岸最多的4种土地利用类型,其中旱地的水土流失和面源污染都是最严重的,因此不宜处于坡地的最上段和最下段;在经果林空地上种植牧草,可增加地表覆被,减少雨滴溅蚀,也相应地减少了随土粒带走的养分流失。随着径流的形成和逐渐汇集,部分土粒和营养物质还是会被带走进入旱地,不过由于坡度减缓,雨水径流冲刷的力量会减弱,颗粒较大的土粒被旱地植物截留沉积下来,部分较小颗粒携带的营养物质可被作物直接吸收利用,其他颗粒较小的土粒和营养物质会随径流流入水田。水田能有效拦蓄地表径流,相关研究表明,水田拦蓄径流率达90%以上,拦沙率可达99%,水土保持功效显著。水田拦蓄后,在暴雨情况下可能仍有部分土粒及其携带的营养物质流出水田而进入林草地,草地能更好地拦蓄、滞缓径流,对径流进行再一次过滤,此时径流中的泥沙和营养物质含量已经大大减少。这种土地利用模式能充分利用营养物质,减少土壤流失,控制面源污染,起到生态屏障作用。

1.3 功 能

该模式根据坡地坡度的变化构建立体农林系统,可以对农业面源污染物质进行有效拦截和控制,减少水土流失,提高土地生产能力,对控制农业面源污染和水土流失具有积极作用。在三峡库区,地形一直是当地群众经济收入的限制性因素,这一模式适合在山地小流域推广,一方面可以拦截径流,另一方面可以增加山区群众的经济收入。这一农业模式不需要农业种植以外的人力和物力投入,还可以适当地发展畜牧业以增加收入,且不会产生二次污染。

2 有限顺坡耕作模式

2.1 结 构

有限顺坡耕作(图2)是根据细沟侵蚀发生临界坡长提出的一种调控坡耕地侵蚀的耕作方法。先将坡耕地上的每一地块沿等高线方向分割为若干小的耕作单元,不同的坡度分割间距(即耕作单元坡面长度,或称亚地块坡长)不同。当坡耕地坡度为5°～10°时,耕作单元坡面长度推荐8～10 m;当坡度为10°～15°时,推荐5 ～8 m;当坡度为15°～20°时,推荐4 ～6 m;当坡度为 20°～25°时,推荐 3 ～5 m;坡度为25°～30°的未退耕坡耕地,耕作单元坡面长度推荐2～4 m。主要采用两种基本分割方法,其一是开挖水平沟,沟宽20～40 cm、深10～30 cm,见图2(a);其二是构建土埂经济植物篱,土埂宽10～100 cm、内侧高10～30 cm、外侧高30～100 cm,植物篱株距为20±2 cm,见图2(b)。经调查,三峡库区适宜的土埂经济植物篱分为粮菜类(如高粱、韭菜、黄花菜、大豆、折耳根等)、牧草类(哈哈草、衰草、香根草等)和其他经济类(柑橘、桑树、苎麻)。在地块四周设相连通的排水沟,通过排水沟将地块与地块分隔开来,上面的排水沟叫背沟,左右和下面的排水沟叫边沟。在地块位置最低的一角设沉沙池,沉沙池与排水沟相通;每年春季或每次暴雨后将沉沙池淤积的泥沙返还地块上坡位。耕作时,从耕作单元的上坡位向下坡位挖地或犁地,也就是从上坡向下坡犁地,称之为“反坡挖地”。

2.2 原 理

该模式采用开挖水平沟或修筑简易土埂+经济植物篱将坡长分割,形成若干小的耕作单元,以减小原耕作单元(原来的地块相当于一个大的耕作单元)坡面长度。在坡耕地实施该耕作方式后,坡面径流流路被切断,径流流量过程线较原坡面平坦,坡面水流速度降低,径流在坡面上的滞留时间延长,增加了入渗时间和入渗量,从而减少了地表径流量,水流的挟沙能力也显著降低,同时该耕作措施还使得填洼水量增加,也起到了减少径流量的作用。至于分割后小耕作单元的横向长度,则根据实际耕作需要进行分割,这对水土流失影响很小。如此,坡耕地在径流侵蚀和耕作侵蚀耦合作用下坡度逐渐削减,长期下去自成梯田。

图2 有限顺坡耕作模式

2.3 功 能

该模式操作简单、方便、省力,采用简单的措施即可达到保土保肥的效果,且不需大型机械和大量劳动力就可以完成,投入小、成本低,具有高效实用、农民易于接受等特点,适合所有的长坡坡耕地,特别是像三峡库区这种农村劳动力大量转移到城市、农村劳动力比较紧缺的地区。研究表明:水平沟坡耕地较无措施坡耕地侵蚀速率降低62%;“土埂 +经济植物篱”坡耕地侵蚀速率仅为无措施坡耕地的23%,减蚀效益达77%,具有显著的理水和保土作用,同时在土埂上种植经济植物篱还具有一定的经济效益[10]。

3 水旱耕地交错布局模式

3.1 结 构

水旱耕地交错布局模式(图3)是库区农民在长期的生产实践中采用的一种水肥高效管理、水土流失和面源污染相对较弱的土地利用模式。在坡面上交替布置旱地和水田,旱地坡长可以参考前面提出的有限顺坡耕作坡长推荐值,水田田面宽度不宜过宽或过窄,应根据三峡库区地形地貌特点并结合农业耕作工具和方式而定,推荐4～6 m,但不能一概而论,应充分考虑坡度大小、土壤性质、埂坎稳定性和耕作手段等因素。水田应设田埂,埂上可以种植胡豆、黄豆等矮株植物篱,尽量不要种植过多的高大乔木和灌木,避免与农作物争肥争热;埂宽和植物篱株距可以参考有限顺坡耕作模式里提出的推荐值。在旱地内外地边可以设置边沟和背沟,在旱地地边和水田的坎上可以种植小灌木。南方地区雨水较多,旱地宜采用顺坡种植,以1 m间距开挖成箱,间种各种季节适宜性作物。

图3 水旱耕地交错布局模式

3.2 原 理

该模式通过缩短坡长、减缓坡度的方式达到使径流动能路径耗散的效果。旱坡地通常被认为是侵蚀产沙的主要源地,但在该模式情况下耕作地块坡长小,在细沟侵蚀发生临界范围内,再加上地表作物或秸秆的覆盖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许流失值以下。当然在降雨强度较大时,表层松散土壤在超渗产流情况下不可避免地会发生位移,使径流溶解和土粒吸附的营养物质进入到水田中。水田如同天然的过滤器,地表径流汇入水田后流速变缓,停留时间延长,从进入田间到从田间流出,经历了一个沉沙过程,在此期间水流中的部分小颗粒和营养物质如氮、磷等均可被水稻等田间作物吸收。这样,被雨水冲刷下来的土粒及其携带的营养物质就被层层拦截下来,并被水田作物吸收利用。

3.3 功 能

该模式方便旱地灌溉,在三峡库区劳动力大量转移背景下容易被老百姓普遍接受。同时,旱地上所施的肥料在没有被完全吸收利用的情况下,随径流进入水田,又被水田作物充分吸收利用,从而提高了肥料的再利用率,减少了径流和土壤流失过程中容易形成的面源污染,对保障三峡库区水质和生态安全具有重要作用。

4 结 语

上述面向水土保持的库岸复合立体农业用地模式、有限顺坡耕作模式和水旱耕地交错布局模式三种土地利用模式,均具有典型性。三种模式投入低,操作方便,并且高效、实用,适合三峡库区的地形地貌特征和社会经济环境,对提高库岸土地利用效率、增加农民经济收入、改善生态环境、保持水土、控制面源污染和缓解人地矛盾等都具有显著效果。今后应加强对具有水土保持功能的土地利用模式的效应监测和适宜性评价,以筛选出适合三峡库区不同环境条件的土地利用优化模式,保障三峡水库安全运行和流域生态安全。

[1]韦杰,贺秀斌.三峡库区坡耕地水土保持措施研究进展[J].世界科技研究与发展,2011,33(1):41-45.

[2]张洪江,程金花,何凡.长江三峡库区土地覆被类型对坡面产沙的影响[J].中国水土保持科学,2007,5(1):40-43.

[3]董杰,杨达源,周彬,等.137Cs示踪三峡库区土壤侵蚀速率研究[J].水土保持学报,2006,20(6):1-5.

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[5]严冬春,龙翼,史忠林.长江上游陡坡耕地“大横坡 +小顺坡”耕作模式[J].中国水土保持,2010(10):8-9.

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[7]王莉,刘艳峰.三峡库区传统耕作措施水土保持机理研究[J].中国水土保持,2010(10):13-16.

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[10]龙翼,张信宝,严冬春.三峡库区苎麻护坎坡式梯地减蚀效益的137Cs法研究[J].中国水土保持,2010(10):32-33.