南方坡耕地水土保持措施分类及效应评价最小数据集

蒋光毅，曾小英，史东梅，张健乐

(1.重庆市水土保持监测总站，重庆 401147； 2.中国科学院/水利部 成都山地灾害与环境研究所山地表生过程与生态调控重点实验室，四川 成都 610041； 3.中国科学院大学，北京 100049； 4.重庆市林业科学研究院，重庆 400036； 5.西南大学 资源环境学院，重庆 400715)

坡耕地是我国南方重要的耕地资源之一，坡耕地严重的水土流失造成耕层变薄、土地生产力下降，并形成坡耕地“开垦—侵蚀—贫困—再开垦”的恶性循环，这引起了一系列生态、环境、经济和社会问题[1]。南方坡耕地主要土壤类型有红壤、紫色土、黄壤，红壤陡坡耕地表土每年侵蚀1 cm左右，对于十几到几十厘米的耕作层而言，其抗蚀年限很短[2]；紫色土坡耕地面蚀过程存在临界阈值，降雨量、地形因子(坡度、坡长等)、种植制度、耕作方式等均对面蚀过程有显著影响[3]；喀斯特区坡耕地(黄壤)特殊的地表、地下双层空间结构，使岩溶区土壤侵蚀过程具有特殊性和复杂性，目前水土流失治理以地表侵蚀阻控技术为主[4]。水土保持措施分类是土壤侵蚀调查、小流域综合治理、水土保持措施效应评价的基础，刘宝元等[5]按照科学性、适用性和定量化原则，将我国水土保持措施分为生物措施、工程措施和耕作措施3个一级类型、32个二级类型和59个三级类型；吴发启[6]从单项措施或两种措施组合的角度，将水土保持农业技术措施划分为以改变微地形为主的蓄水保墒技术、以提高土壤抗蚀力为主的保护性耕作措施、以增加植物覆盖为主的栽培技术3类。本研究从应用角度对南方坡耕地常见的水土保持措施种类、设计关键参数和适用条件进行分析，提出坡耕地水土流失监测和水土保持效应评价最小数据集，以期为坡耕地水土保持措施优化布局、生态治理项目中蓄水保土效益及生态效益的评价提供参数。

1 南方坡耕地分布特征

南方坡耕地有1 376.3万hm2，占全国坡耕地面积的57.4%，占本区耕地面积的26.3%[7]。南方各省(区、市)坡耕地数量及坡度级差异性较大，具体见表1。其中，西南区(重庆、四川、贵州、云南)各省(市)坡耕地面积占本省(市)耕地面积的50%左右，是我国坡耕地最集中的地区，其坡耕地总面积达991.5万hm2，占南方坡耕地的72.0%，占全国坡耕地的41.4%；而江苏、安徽、江西的坡耕地面积占本省耕地面积比例小于10%。从水土流失类型区来看，南方红壤区和西南紫色土区共有坡耕地801.7万hm2，占全国坡耕地面积的33.5%，占两区耕地面积的22.6%，高于全国平均水平(19.7%)。

表1 南方各省(区、市)坡耕地分布状况[7]

从坡度分布看，南方各省(区、市)坡耕地主要为15°以下的缓坡耕地，5°～15°坡耕地面积共624.5万hm2，占南方坡耕地面积的45.4%；其次是15°～25°坡耕地，共536.5万hm2，占39.0%；大于25°坡耕地面积共215.3万hm2，占15.6%。据调查，南方15°～25°坡耕地宜耕率较高，西南区15°～25°坡耕地宜耕率达87.2%，长江中下游区(上海、江苏、浙江、安徽、江西、湖北、湖南)15°～25°宜耕坡耕地占该区宜耕坡耕地的84.83%，华南区(福建、广东、广西、海南)15°～25°宜耕坡耕地占该区宜耕坡耕地的94.22%。

2 坡耕地水土保持措施分类

坡耕地水土保持措施是防治坡面水土流失、改善农业生产条件的综合性技术措施，主要反映在削减降雨侵蚀力和径流冲刷侵蚀、改善土壤理化性质以提高抗侵蚀性能、提高坡耕地和坡地种植业立地条件等方面。南方可将消灭细沟作为坡耕地水土流失防治的目标和标准，坚持“排水保土”治理原理，实施以“调控坡面径流”为核心的坡耕地治理措施总体布局[8]。本研究沿用水土保持措施三分法，从应用角度将南方坡耕地水土保持措施分为农业技术措施、工程措施和林草措施三大类(表2)。在国家大力推进生态文明建设的新时期，坡耕地水土流失防治要以山水林田湖草生命共同体为原则，统一规划、综合治理，通过坡改梯、修建田间道路、配套坡面水系，结合林草措施和农业技术措施，协调地表水库与“土壤水库”相互关系，有效阻控坡耕地水土流失。

表2 南方坡耕地主要水土保持措施分类

在坡耕地合理耕层构型调控[9]和基于要素—过程—功能的耕地质量理论[10]的背景下，在紫色土坡耕地土壤侵蚀防治措施方面，不能再将坡耕地土壤侵蚀单以水蚀来代替，所采取的水土保持措施也需要考虑防治耕作侵蚀[3]。紫色丘陵区坡耕地应以“保土排水”为目标，实施可改善坡耕地微观地形的生物梯田、植物篱和生物篱埂技术，改良土壤理化性质和耕作性质，保持一定厚度的耕作土层以降低土壤侵蚀危险性，减少坡面土壤流失量并降低坡耕地季节性干旱危险性，保持稳定的土地生产力[11]。南方红壤低山丘陵区则以生态功能提升与生产功能优化为核心，研发了集成地表径流调控、土壤肥力提升、植被可持续恢复和景观结构优化为一体的水土流失治理技术体系，已形成兼顾生态服务功能提升与民生改善的区域水土流失综合治理模式与管理体系[12]。

3 坡耕地水土保持生态效应评价最小数据集

坡耕地地块既是农业生产单元，也是严重的水土流失单元；耕层是受水土流失影响最大和农业耕作活动最为剧烈的表层土壤。根据坡耕地数量、质量、生态“三位一体”保护原则，坡耕地水土保持措施的生态效应评价应综合考虑坡耕地的立地条件、耕层土壤理化性质及管理等因素。坡耕地合理耕层指在一定耕作制度下，可持续维持农作物正常生长且能实现侵蚀控制的坡耕地耕层土壤质量基准，采用在地块尺度上可综合反映土壤生产力过程和土壤侵蚀控制的土壤属性指标来表征[9]，这是实现侵蚀控制和农作物稳产的前提条件。因此，我们结合南方侵蚀土壤物理退化、化学退化和生物退化指标体系[13]，综合紫色土坡耕地最小数据集[9]、基于土壤属性和土地利用变化敏感性的最小数据集[14]及红壤坡耕地最小数据集[15]研究成果，从坡耕地侵蚀控制和耕层农业生产性能双重目标实现角度，在坡耕地水土流失监测的降雨、径流、泥沙指标基础上，提出了坡耕地水土保持效应评价最小数据集(Minimum Data Sets)，并将各指标对耕层功能的指示作用分为保水、保土、保肥、稳定耕层四个方面，具体如表3所示。建议对于生态治理项目，坡耕地生态效应评价可参照表3进行定位、定期和实时监测，以实现坡耕地水土资源持续高效利用。

表3 地块水土保持效应评价最小数据集

反映坡耕地抗侵蚀性能的指标有抗剪强度、土壤质地，反映坡耕地生产性能的指标有土壤质地、有机质、有效土层厚度、耕层厚度、土壤容重、阳离子交换量，反映坡耕地耕作性能的指标有抗剪强度、贯入阻力。从坡耕地耕层抗侵蚀性能及土壤生产性能角度出发，坡耕地水土保持效应评价的关键指标有田块坡度、径流系数、土壤侵蚀模数、土壤有机质、土壤质地。

4 结 论

(1)坡耕地是南方重要的耕地类型之一，西南区坡耕地占南方坡耕地的72.0%，占全国坡耕地的41.4%；从水土流失类型区看，南方红壤区和西南紫色土区共有坡耕地801.7万hm2，占该区耕地面积的22.6%，高于全国平均水平(19.7%)。

(2)南方坡耕地水土保持措施分为农业技术措施、工程措施、林草措施三大类。在坡耕地综合治理中，常用的水土保持工程措施有梯田工程等，不适宜坡改梯工程的地区可采用保土耕作措施以及植物篱、生物埂等林草措施。

(3)南方坡耕地水土保持效应评价最小数据集指标有年降雨量、径流系数、土壤侵蚀模数、田块坡度、有效土层厚度、耕层厚度、土壤质地、土壤结构、土壤容重、土壤入渗性、土壤贯入阻力、土壤抗剪强度、土壤有机质、土壤阳离子交换量。其中，田块坡度、径流系数、土壤侵蚀模数、土壤有机质、土壤质地是坡耕地水土保持效应评价的关键指标。