贵州喀斯特山区水土保持措施探讨

马良瑞，梅再美

(贵州师范大学地理环境学院，贵州贵阳550001)

贵州喀斯特地区土壤贫瘠、生态脆弱、人口负担重［1－3］，以耕种为主的农业活动对土壤—植被生态系统影响较大。受先天环境限制和后天条件影响，当地水土流失、植被退化与土壤石漠化现象严重［4－5］，制约了农业生产和社会经济发展，致使该区陷入了“越耕越穷、越穷越耕”的恶性循环［6］。在贵州，只有约25%的土地是平地，适宜耕作与实际需要的耕地面积之间缺口巨大［7］，虽然人们已经采取坡改梯等多种措施加强坡地改造，但受客观条件限制，喀斯特山区坡地耕作仍无法避免。如何对现有的坡耕地进行治理，实现生态可持续发展是当地农业发展和生态建设必须解决的重要问题。笔者在已有研究成果的基础上［8－10］，根据喀斯特地区的生态环境特点，从坡地治理、坡改梯、退耕还林还草三个方面总结喀斯特山区的水土保持措施和实施要点，以期为当地水土保持工作提供参考和借鉴。

1 水土流失与水土保持理论

1．1 坡度与坡面土壤侵蚀

大量野外观测资料表明，在一定的范围和条件下，水蚀区的土壤侵蚀量与坡面坡度成正比，因此坡耕地治理必须从削弱坡度对坡面侵蚀的影响入手。坡度是影响坡面土壤侵蚀的重要因素［11］，若把水平面承受的雨量平均分配到斜坡上，则单位面积上承受的雨量减少，单位面积的径流量及冲刷量也相应减小。坡度与冲刷量呈负相关，即坡面土壤侵蚀中存在着一个临界坡度［11－13］。

国内外研究成果中，通过野外调查得到的坡度临界值基本都在30°以上，而通过径流小区试验和室内模拟降雨试验得到的坡度临界值基本都在30°以下。不同方法得到的坡度临界值差别较大，原因有:①理论推导无法对自然过程中的各种因素进行综合模拟;②植被—土壤两相的稳定性在各组试验中无法统一;③从土壤侵蚀过程理论来看，临界坡度在20°以下的多出自溅蚀和片蚀试验，以面蚀为主的临界坡度多在20°～30°之间，凡是得到临界坡度超过30°的都是包括了多种侵蚀过程，即是否区分侵蚀过程/类型会对临界坡度的计算结果造成较大的影响。分析上述试验的条件，可以得出如下结论:①坡度＜25°时土壤侵蚀量随坡度增加而增大;②在土壤—植被系统遭到扰动(如耕作)甚至地表裸露的情况下，土壤抗侵蚀能力减弱，土壤侵蚀的临界坡度降低，其范围从未扰动的40°左右降至20°左右。基于地表覆盖率低、土壤侵蚀以面蚀为主、非火山灰和沙漠土壤界面等特征，结合国内外坡面侵蚀研究成果，笔者认为喀斯特地区农耕土地的土壤侵蚀临界坡度应在26°左右。

1．2 坡度分异规律与耕作措施

坡度与坡面土壤侵蚀的研究表明，合理的耕作措施可通过改变小地形、削减径流冲刷动能等，起到减弱坡度对坡面土壤侵蚀的影响、在一定程度上控制土壤侵蚀的作用［14－16］。以各地水土保持试验站的实测数据为证，安塞水保试验站的观测资料显示，水平沟耕作的坡耕地坡度由10°增加到25°时，减沙效益将从78% 降低到27%;吉林杨千径流场1984—1986年的泥沙观测资料显示，等高耕作时坡度9°、15°坡耕地的土壤侵蚀量分别约为6°坡耕地的4．3 和17．1 倍;四川遂宁水保站1985年的实测数据显示，在年降水量642．5 mm 的情况下，等高耕作的10°、15°、20°、25°坡耕地的土壤侵蚀量分别约为5°坡耕地的1．38、2．36、3．14 和4．29 倍;天水水保站7°30'、14°09'、17°30'坡地的径流流失量分别约为4°10'坡地的116%、83%、94%，土壤流失量分别约为该坡度的2．60、2．75、4．88 倍。上述结果表明，在坡度小于25°时，耕作措施的减蚀效果随着坡度的增大而减少，并且减蚀效果递减与坡度递增呈非线性关系。据此，笔者认为对于5°～15°坡地宜采取耕作措施，能提高作物产量，减少水土流失;对于15°～25°坡地尤其是已耕作的坡耕地，适宜采取坡改梯措施改良坡耕地。

2 坡改梯措施

2．1 梯田断面设计

梯田断面设计中最重要的因子是田面宽度和田坎高度，两者不仅决定了施工过程中的土石方用量，而且影响梯田的规模与耕作。《土地开发整理项目设计规范》(TD/T 1012—2000)中关于梯田设计只列出了梯田断面要素之间的数学关系，对具体的田面宽度、田坎高度等未作明确规定，因此各地在梯田建设中采用的标准差别很大。目前，农业工程设计中一般采用经验数据拟定梯田田面宽度和田坎高度，或从最经济的角度计算田面宽度与田坎高度，在断面设计上追求田面宽度尽可能大，同时田坎数量较少，田坎宽度优化后的田坎总面积得到控制，从而有利于种植或达到土地资源利用的最大化。但是这种观点是片面的，因为梯田田面在水平面的投影面积小于等于山坡水平面的总面积，所以田面宽度大小的设计并不能改变一个坡面的有效耕作面积，同时田面宽度的增加使得用工量、土石方运量相应增大，虽然减少了设计和施工的难度，但增加了人力物力的消耗，还给梯田建设质量埋下了隐患。为解决这个问题，要先确定田坎高度。田坎高度受土壤凝聚力、天然容重、内摩擦角和田坎外侧坡角等因子影响，也与拦蓄的暴雨径流深有关。通常在采用土力学公式计算田坎高度和田坎外侧坡角时，均有意或无意地将田坎高度或田坎外侧坡角视为定值，其值多采用当地惯用的经验数据或工程指标，而非计算得到的最优解。其实，田坎高度受土层厚度、作物根深和茎高限制，其中土层厚度决定梯田的土壤质量和肥力状况，作物茎高与田坎高度相协调能保证最大程度地利用坡面上光能(轮作耕种情况下以高秆作物的高度为准)，当某地区土层厚度不满足作物的根深要求或梯田田坎的建设高度低于作物的茎高时，则需要谨慎考虑能否建设梯田。田坎高度确定后，由土力学公式求得的外侧坡角即为最优，之后田面宽度的问题也就迎刃而解了。从用工和经济角度考虑，田面宽度下限的影响因子为是否机修，若机修，则以施工机械的作业面积作为田面宽度的下限;若人工修筑，则需考虑土石方用量最小，根据坡度求得用工最省的田面宽度。从资源最大化利用的角度考虑，田面宽度为田坎面积占田面总面积最小的优化结果。

2．2 田坎结构

常见的田坎形式有土坎、石坎等。在石料充足且土层薄的地区，石坎梯田较土坎梯田有更好的适用性，表现在一方面节约土壤资源，就地取材，另一方面增加耕地面积，改善耕地质量。虽然贵州喀斯特地区具有石料充足和土层薄等特点，但是由于石坎较土坎可以修筑得更高、总质量也更大，且大部分基岩岩性松软、易风化，因此容易发生田坎崩塌，坍塌的碎石滑落至低一级的田面，会影响作物产量。还有研究指出由于缩短了水分在自然坡面的停留时间，石坎梯田的石质引水渠道减少了土壤水分入渗，会增加农田生态系统旱涝灾害频度与程度［17］。因此，在贵州喀斯特山区梯田建设中应谨慎采用石质田坎结构。反观土坎梯田，因具有施工强度、难度小，维护费用低廉，环境风险系数小等优势，加之近年来针对梯田生物埂的研究取得了突破，所以土坎梯田在贵州喀斯特山区农业经济可持续发展中具有广阔的应用前景。

3 退耕还林还草措施

3．1 退耕还林还草决策

退耕还林还草是我国一项重要的水土保持政策，在坡度25°以上、非梯田建设的坡地上，坡地和坡耕地治理的主要手段就是实施退耕还林还草措施。根据贵州喀斯特地区的实际情况，选取坡度、土壤质量、覆被历史/周边自然覆被和裸岩率4项评价因素，建立退耕决策的定量标准(表1)。规定当4 项评价标准之和≤8 时，原则上应实施退耕还草，反之则采取退耕还林措施。

表1 退耕决策的评价因素与因子分值

3．2 特殊情况下的综合决策

根据农业生产的现实需要，在贵州喀斯特山区还会出现以下3 种具有代表性的情况:由于耕地资源有限，国家划拨给贵州的基本农田指标与退耕指标有缺口，基本农田建设与退耕涉及地域有所重叠;根据农业生产的现实需要，对6°～25°的坡地尤其是耕地后备资源实施坡改梯也是符合农业生产现实需要的;对于地处喀斯特偏远山区的居民地，尤其是少数民族聚居地，坡耕地是当地口粮与经济收入的主要来源，在无法将村寨住户迁出的情况下，对聚居地的山地耕作系统进行现代化改造是一项现实的任务，它涉及在理论上需要进行退耕的坡地上新修梯地或实施坡改梯。针对上述情况，应根据区域的具体情况和需要进行特殊分析与综合决策。在分析与决策中需要注意:要分清楚各项事务的轻重缓急;要充分考虑当地的民情民生，尊重少数民族的历史传统和生活习惯;要科学讨论各项措施实施的弹性空间;在上述前提下，综合协调经济负担、经济需要、环境需要三者的关系，从可持续发展角度长远规划。

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