西南土石山区水平梯田的水土保持措施因子

刘斌涛，宋春风，史 展，陶和平

(1.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；2.西南大学 地理科学学院，重庆 400715)

西南土石山区水平梯田的水土保持措施因子

刘斌涛1，宋春风1，史 展2，陶和平1

(1.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；2.西南大学 地理科学学院，重庆 400715)

水土保持措施因子；水平梯田；土壤侵蚀；西南土石山区

收集、整理、分析了有关西南土石山区水土保持措施的观测资料和研究文献，对西南土石山区水平梯田的水土保持措施因子(P值)进行估算研究。结果表明：西南土石山区水平梯田的P值介于0.010 0～0.234 5之间；水平梯田利用方式对P值影响很大，水田、水旱轮作田、旱作梯田、园地梯田的P值分别为0.010 0、0.052 8、0.136 2、0.103 5；随着坡面坡度增加，土壤侵蚀量增加，但水平梯田的P值不断减小。

西南土石山区地处长江、珠江上游，青藏高原东南缘，是我国水土流失防治的重点地区。最新普查数据表明[1]，西南土石山区水土流失面积达31.06万km2，超过西北黄土高原地区，成为我国水土流失最严重的地区。水平梯田是西南土石山区最有效的水土保持措施之一，据四川省遂宁水土保持试验站观测[2]，坡耕地改为水旱轮作水平梯田后土壤流失量减少83.4%～96.1%，改为旱作梯土后土壤流失量减少57.5%～90.0%，改为果粮间作梯土后土壤流失量减少67.6%～92.5%。可见，水平梯田在西南土石山区水土保持作用巨大，这也决定了其为西南土石山区土壤流失预报的关键指标。已有众多学者对西南土石山区水平梯田的水土保持措施因子(P值)开展了研究，如杨子生[3]提出了滇东北地区水平梯田的P值，黄双喜等[4]分析了嘉陵江流域梯田的减沙效益，陈群利等[5]分析了喀斯特山区梯田的蓄水、保土和粮食增产效益。但对西南土石山区水平梯田P值的系统研究还非常少。本研究通过对有关西南土石山区水土保持措施的研究文献和观测数据的梳理，厘定了西南土石山区各种水平梯田的P值，以期为建立西南土石山区土壤流失方程提供有效参数。

1 研究资料与方法

1.1 研究资料

笔者收集到有关西南土石山区水土保持措施研究的文献245篇，通过对这些文献的梳理，共获取了四川、重庆、云南、贵州、陕南等17个地区的水平梯田P值观测值(图1)。

图1 西南土石山区水平梯田观测数据分布

1.2 研究方法

水平梯田的P值定义为：在其他条件相同的情况下，修筑水平梯田后的径流小区土壤流失量与平整坡面径流小区的土壤流失量之比。由于径流小区的坡度、坡长有差异，所以首先要将各种观测小区的土壤流失量标准化到坡度5°、坡长20 m(水平投影)、宽度5 m、水平投影总面积100 m2的标准径流小区上。标准化公式为

(1)

式中：AP为试验小区的土壤流失量；A0为标准小区的土壤流失量；L0S0为标准小区地形因子；LPSP为试验小区地形因子；P0为标准小区的P值，为1。

本研究选择杨子生算法[6-7]计算西南土石山区L因子，其公式为

(2)

式中：L为坡长因子；LA为试验小区的坡长，m。

笔者整理分析了西南土石山区的径流小区资料，提出了10°—25°、>25°两个坡度范围的S因子算法，修正了现有的刘宝元算法[8]。修正的S因子计算公式为

(3)

通过式(1)计算得到各区域水平梯田的P值，求平均得到西南土石山区水平梯田的P值。在西南土石山区，水平梯田的利用方式多样，常见的有水田、水旱轮作田、旱作梯田、果园梯田。其中，旱作梯田、果园梯田在南方地区习惯上称水平梯地，但统一起见仍称之为梯田。本研究按水田、水旱轮作田、旱作梯田、果园梯田4类，分析水平梯田的P值。

2 水平梯田P值

2.1 不同利用方式水平梯田P值

2.1.1 水 田

西南土石山区的水田基本为夏季种植一季水稻，冬季采用泡冬田、炕冬田、绿肥、留茬待耕等形式管理耕地。也有大量的平坝田采用小麦—水稻、油菜—水稻、蔬菜—水稻、豌豆—水稻等种植方式，实现一年两熟，这些水田可称之为水旱轮作田。对于前者，由于田地常年蓄水，因此保持水土能力最强，现有的研究文献一般认为其P值为0.01左右，如李婷等[9]在涪江流域开展的土壤侵蚀定量研究、倪九派等[10]在重庆南川开展的岩溶小流域土壤侵蚀定量研究、许月卿等[11]在贵州猫跳河流域开展的土壤侵蚀定量研究等。综合西南土石山区这些研究文献，本研究将水田的P值确定为0.01。

2.1.2 旱作梯田

坡旱地(坡耕地)是西南土石山区土壤侵蚀的主要来源地，“坡改梯”是治理坡旱地水土流失的有效方式。笔者通过对有关西南土石山区水平梯地水土保持措施因子的研究文献进行梳理和计算，得到了四川安居[12]、简阳[13-14]、遂宁[15-16]、宣汉[4,17]、资阳[16]，重庆合川[18]、开县[12]、潼南[19]、渝北[20]，云南沾益[12]、昭通[3,6,21]，贵州毕节[22-24]，湖北秭归[25]，江西德安[26-27]、泰和[27]，陕西汉中[28]、镇巴[12]等17个地区水平梯地的减沙效益和P值(表1)。从表1中可以看出西南土石山区水平梯地的减沙效益介于65.01%～98.92%之间，平均值为86.38%；P值介于0.010 8～0.349 9之间，平均为0.136 2。

表1 西南土石山区旱作梯田的P值

2.1.3 水旱轮作田

遂宁水保站观测表明，坡耕地改为水旱轮作梯田后土壤流失减少83.6%～96.1%，其减蚀效益要高于旱作梯田[15]。水旱轮作田夏季种植水稻，冬季主要种植小麦、油菜、蔬菜、豌豆等作物。可以认为水旱轮作田的水土保持措施作用是水田与旱作梯田的年内加权。西南土石山区水稻一般5月下旬插秧，8月下旬到9月上旬收获，这期间P值按水田取0.01，其余时间P值取0.136 2。根据西南地区降雨侵蚀力的年内分配特征[29-30]，加权平均获得水旱轮作田的P值为0.052 8。

2.1.4 果园梯田

遂宁水保站对果园梯田的水土保持效益观测表明[15]，果园梯田减蚀效益在67.6%～92.5%之间，同样坡度果园梯田径流小区的土壤流失量为旱作梯田径流小区土壤流失量的76.19%，即旱作梯田的P值为果园梯田P值的1.3倍。由于对果园梯田、茶园梯田、果粮间作梯田的水土保持效益的观测研究较少，因此根据遂宁水保站观测的结果换算出果园梯田的P值为0.103 5。

2.1.5 不同利用方式水平梯田P值的确定

根据上述分析，我们确定出了西南土石山区水田、水旱轮作田、旱作梯田、果园梯田的P值(表2)。对于大量的撂荒地和初期退耕地可按旱作梯田赋值。从表2中可以看出，各种梯田类型按保土效益大小排序为：水田梯田>水旱轮作梯田>果园梯田>旱作梯田。西南土石山区坡耕地改水平梯田后，很多耕地具备了灌溉条件，有不少可以水旱轮作，甚至直接进行“坡改水田”，这样做法的保土效益要远远高于“坡改旱作梯田”。而且，“坡改水田”“坡改水旱轮作田”的增产效益也要远远高于“坡改旱作梯田”[15]。

表2 西南土石山区不同利用方式水平梯田P值

2.2 不同坡度水平梯田P值

坡度是决定土壤侵蚀强度的重要指标，确定不同坡度的P值对于准确预报坡耕地的土壤侵蚀量具有重要意义。对表1中17个地区不同坡度旱作梯田的P值进行统计分析，结果表明随着坡度增加，土壤侵蚀量迅速增加，但旱作梯田的减蚀效益也在增加，P值不断减小，10°以下旱作梯田的P值约是25°旱作梯田的2倍(图1)。四川遂宁[31]、贵州毕节[23]、陕西汉中[4]等地的观测也证实了这一结论。虽然陡坡地水平梯田的P值明显小于10°以下的缓坡地，但并没有改变土壤侵蚀量随坡度增加而增大的事实，这说明在陡坡地仅通过坡改梯遏制严重的土壤侵蚀是不现实的，还必须配合实施退耕还林(草)、农林复合经营等措施，并合理配置，才能达到高效防治水土流失的目的。

图1 西南土石山区不同坡度旱作梯田的P值

2.3 西南土石山区水平梯田P值与其他区域比较

吴发启等[32-33]研究了黄土高原地区水平梯田的平均P值为0.123 0，略低于本研究提出的西南土石山区旱作梯田的P值。刘宝元等[34]在北京土壤流失方程中，综合密云、怀柔、门头沟等地的观测数据，确定北京地区的P值为0.112 5，也略低于西南土石山区旱作梯田的P值。对比西南土石山区与西北黄土高原地区、北方土石山区的P值，可以发现，我国水平梯田(旱作)的P值比较接近，都在0.1左右，这从一个侧面说明水平梯田是我国一种十分有效的水土保持措施；西南地区的P值略大于北方地区，这可能与降雨强度、农耕方式有关，需要进一步研究确定。地处半干旱地区的西宁长岭沟观测站的观测数据表明，修筑水平梯田并配合其他措施后，形成了“水不下山、泥不出沟”的景象，其P值可以认为接近于0，这在西南地区是比较少见的。

3 结 论

本研究通过对有关西南土石山区水土保持措施研究文献的收集、梳理与分析，确定了西南土石山区水平梯田的P值。主要研究结论如下：

(1)西南土石山区的水平梯田利用方式可以分为水田、水旱轮作田、旱作梯田、果园梯田4类，水田的保土效益最高，旱作梯田保土效益最低，4种梯田的P值分别为0.010 0、0.052 8、0.136 2、0.103 5。有条件的地区直接实施“坡改水田”能更有效地保持水土。

(2)随着坡度升高，旱作梯田的减蚀效益也在增加，P值不断减小，但土壤侵蚀量随坡度升高而增加的趋势没有变。由此可见，仅通过坡改梯改变陡坡耕地严重的土壤侵蚀情况是不现实的，还必须配合实施退耕还林(草)、农林复合经营等措施。

(3)我国水平梯田的P值比较接近，都在0.1左右，西南地区的P值略大于北方地区，这可能与降雨强度、农耕方式有关。这也表明，水平梯田拥有良好的蓄水效益，在干旱、半干旱地区和湿润地区的干旱年份，能够增强土壤抗旱能力，提高作物产量。

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(责任编辑 徐素霞)

国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(SQ2015CB040440)；国家自然科学基金项目(41201457)；第一次全国水利普查四川省水土保持情况普查项目；四川省土壤侵蚀调查与制图项目

S157.1

A

1000-0941(2015)04-0036-04

刘斌涛(1984—)，男，山东德州市人，助理研究员，硕士，主要从事冰缘地貌过程与生态过程、土壤侵蚀、山地垂直带谱等领域的研究工作。

2014-07-20