基于山水林田湖草系统修复的宁武县汾河流域农田综合治理

（中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 陕西，西安 710065）

面对资源约束、环境问题、生态退化的严峻形势，党的十八大明确了生态文明理念，把可持续发展提升到绿色发展高度。近年习近平总书记提出“山水林田湖草是一个生命共同体”的理念[1]，将尊重自然、顺应自然、保护自然的理念进行延伸，明确了整体保护、系统修复、综合治理[2]的总体路径。汾河是山西的母亲河，也是京津冀的重要水源，属于黄河水系，是黄河第二大支流。宁武地处汾河源头，生态区位尤为重要，是国家山水林田湖草生态保护修复工程试点区域。宁武的山水林田湖草建设对于黄河流域生态保护及高质量发展具有重要意义。

“山水林田湖草生命共同体”系统修复理论强调生态系统各生态要素之间的整体性，打破山、水、林、田、湖、草各生态要素各自为政，分而治之的思路，从国土、林业、农业等多方面、多维度、多层次入手，实现系统治理一盘棋。“山水林田湖草生命共同体”理论的提出给农业的发展提出了更高的要求，通过系统治理，实现农业发展与环境保护的共赢，实现农业综合服务功能的提升，修复整体生态环境，实现可持续发展。

1 生态环境特征分析

汾河流域是山西经济最发达、人口密度最高、城镇最集中的区域。宁武县位于汾河源头，汾河干流在宁武县境内总长64 km，由北向南流经东寨镇、化北屯乡、石家庄镇三个乡镇，流域面积1395 km2，涉及东寨镇、石家庄镇、涔山乡、余庄乡、迭台寺乡、圪廖乡、东马坊乡、怀道乡、化北屯乡、西马坊乡、新堡乡11个乡镇，290个行政村，流域人口约8 万人，其中城镇人口2.21 万人，农村人口5.78 万人，城镇化率27.69%。该区域共计18755 户，劳动力31728 个，人口密度57.24 人/km2，人均土地1.75 hm2/人。宁武县2018年全县生产总值为62.36亿元，三次产业结构为4：62：34，农业发展处于低效发展阶段，耕作效率低下，农产品产量低。宁武汾河流域国民生产总值18.56万元，耕地面积30621 hm2，人均耕地面积5.7亩。汾河沿线村镇主要以农牧业为主，结合煤矿分布零星工业，临近芦芽山区域发展旅游业。区域第一产业以种植业为基础，牧业发展为特色。主要粮食作物有莜麦、豌豆、山药、谷子、蚕豆、玉米、黑豆、黍子、糜子、荞麦、小麦等，主要经济作物有胡麻、油菜、黄芥，2015 年农村人均纯收入4544 元/人。宁武县汾河流域农业发展较弱，土壤贫瘠、干旱缺水、无霜期短是农业发展的制约性因素，耕作主要依靠人力畜力，技术落后，是典型的靠天吃饭的旱地农业。由于种植类型限制，生产效率低下，农业种植入不敷出，导致大片农田处于撂荒状态。

1.1 干旱少雨，降水供需错位

宁武县处于西北黄土高原范围内，宁武汾河流域主要为河流切割形成的沟壑纵横的黄土山区地貌。宁武汾河流域属暖温带大陆性季风气候区，平均降水量是517.6 mm，多年平均蒸发量1902.3 mm，宁武汾河流域海拔1500～3000 m，具有山区气候特点，降水夏秋多、冬春少季节性分布不均。由于汛期降雨多以暴雨形式出现，加之山高坡陡的地形特征，降水大部分形成地表径流，沿河床和河谷流入汾河，区域土壤水资源含蓄比例低。该区域60%的降水集中在7、8、9 月，与春季主体作物的需水期错位，“十年九春旱”是宁武农业生产可持续发展的主要障碍。宁武县汾河流域旱灾频发，春旱主要发生于3月中旬至5月中旬，几乎每年都有不同程度发生。秋旱主要影响晚秋作物的成熟及延误秋作物的适时播种，平均3～4 年一遇，春夏连旱平均3～5 年一遇，春夏秋连旱10～20 年一遇。宁武县汾河流域的降水时间、降水量与作物的需水期、需水量不同步，气候暖干化等自然因素使地表径流量有不同程度的减少，地下水资源日趋贫乏，加上水利灌溉设施的缺乏，是造成该区农作物产量低的主要原因。

1.2 洪灾频繁，影响农业生产

宁武汾河流域暴雨的地区分布不均，大面积暴雨发生次数较少，常以局部洪水为主。暴雨持续时间一般小于24 h，超过3 d的比较罕见。暴雨的地区分布基本上是由流域周围的山地向河谷递减。流域上游段洪水基本由暴雨形成，与暴雨时程分布较为一致，最早涨洪时间为5月上旬，最晚为10月下旬，大洪水多发生在7～8月。受暴雨特性和地形条件影响，洪水来源空间分布不均，多局部洪水，且洪水过程暴涨暴落，泥沙含量大，一般历时1～3 d。流域内洪水年际变化较大，根据静乐站65年实测最大洪峰流量资料统计分析，实测最大年份1967 年为2230 m3/s，实测最小年份2014 年为28 m3/s，极值比80；兰村站45 年实测最大洪峰流量资料统计分析，实测最大年份1971 年为1480 m3/s，实测最小年份2007 年为14 m3/s，极值比106。宁武汾河流域的优质耕地均分布在汾河及其主要支流两侧，耕地质量高，土地平整，交通条件良好。由于汾河沿线堤防等水利设施修建年代久远，系统性不强，汾河沿线的防洪体系并不完整，面对洪水的侵扰，两岸的农业生产频繁减产甚至绝收。

1.3 山高坡陡，暴雨冲刷，水土流失严重

汾河流域地处黄土高原东部，属多山丘陵地区，是全国水土流失重点区域之一，山区、丘陵面积多，地形支离破碎，沟壑纵横，土壤疏松，降水集中，极易流失，汾河干流入黄河段在1958年实测的年输沙量达到1.37亿吨。宁武汾河流域两侧山体黄土沟壑纵横、地表质地疏松、山高坡陡砂页岩风化在6～9 月集中降雨雨洪冲刷下，极易形成沟蚀。宁武耕地资源紧缺，多数耕地分布于汾河两岸坡地，坡地耕作、顺坡开荒、陡坡放牧等活动，破坏了两侧山体植被和稳定地形，造成了汾河流域严重的水土流失。该区域属永定河上游国家级水土流失重点治理区，平均侵蚀模数为6400 t/（km2·a），属于强烈侵蚀，据水土保持试验站资料，坡耕地每年每公顷流失土壤达120～150 t，由于汾河沿线对水资源和土地资源的不合理利用模式，致使该区域水土流失日益加剧。宁武汾河流域国土总面积1395 km2，水土流失面积1186 km2，占总面积85.02%。其中丘陵沟壑区的水土流失面积为46.8%，主要沙源区，土石山区50.6%，是流域粗砂的主要来源地，河川阶地区2.6%，是土壤侵蚀较轻微地区。宁武汾河流域多年平均输沙量为276.5 万吨，侵蚀模数年平均为4167 t/km2，以水力侵蚀为主，其中面蚀、沟蚀广泛，局部有泻溜、滑坡等重力侵蚀，侵蚀的形态多为鱼磷状、斑网线形、沟头岸坡滑塌、沟道下切等。其中宁武汾河流域水土流失轻度侵蚀340 km2，占总流失面积28.64%，中度侵蚀392 km2，占总流失面积33.04%，强度侵蚀261 km2，占总流失面积21.98 %，极强度侵蚀138 km2，占总流失面积11.65%，剧烈侵蚀56 km2，占总流失面积4.69%。水土流失问题使得土壤生产能力下降，泥沙源源不断地进入汾河，水源涵养保持能力下降，土壤有机质流失，对流域生态环境造成不利影响，严重影响了农业生产效率。

1.4 农业基础设施差，发展局限性强

汾河流域宁武境内国土总面积1395 km2，全境按自然条件及水文区域划分，属“云芦山间河谷区”，区域土地类型分为黄土丘陵区占9.53%，土石山区占89.02%，冲积平原区占1.45%。从耕作肥力看，耕作层土壤表层含量大部分在20%～30%之间，除砂壤和轻壤之外，更多的属中壤质地。宁武汾河流域经济结构以农业为主，煤炭工业发展相对突出，人均耕地在晋西北各县中最少，在农业土地使用中，土地资源的不充分利用，经营的掠夺性，导致土地质量日益下降。宁武汾河流域的农业发展依托的耕地资源仅在汾河两岸有少部分集中连片的，其余耕地均呈散点状分布在丘陵沟壑区域。由于地区农业生产效率低下，大规模的农业基础设施匮乏，主要依靠农民投工投劳，自力更生发展，政府投入不足，严重影响了区域的农业发展。区域城乡的二元结构明显，劳动力向城市转移，农业生产者数量减少，老龄化趋势更加明显，导致大面积耕地处于撂荒状态，加之农业用地与非农业用地矛盾突出的影响，耕地资源的流失和土地日趋贫瘠现象日渐凸显。河流流经的区域，海拔较低、坡度较平且耕地较为集中，道路、灌溉等农业设施配套度高，农业发展相对较好。西马坊乡和涔山乡，位于芦芽山林地开发保护区，海拔较高，自然环境恶劣，加之交通不畅、基础配套设施落后等因素，村庄人口分布少，丘陵地区的地貌对发展机械农业和集约化生产有一定的阻碍，农业生产的劳动强度更大，经济效益更低，农业发展严重滞后。流域现状配套的农业基础设施建设资金来源的部门众多，实施项目的目标不同，侧重点有所差异导致农田基础设施建设为农业生产服务这个最根本目的没有得到充分体现，田、水、路、林、村等农业基础设施建设内容之间的联系被大大弱化，各单项工程的效用无法充分发挥，投入与产生的效果不成正比。

2 综合治理思路

基于宁武汾河流域的生态环境特征，针对水资源缺乏、水土流失严重、农业生产能力低下的发展瓶颈，为实现农业的可持续发展，应以“山水林田湖草生命共同体”理念为指引。从维护流域生态格局完整性入手，从汾河流域综合、系统治理角度切入，以打造山水林田湖草生命共同体为目标，协调各类生态要素，调配资源，实施农田整理，采用水源涵养林、水土保持林、封禁、谷坊等措施涵养水源保持水土，结合大量连片坡耕地实施坡改梯工程，在河滩连片农田进行农田治理提升生产能力，建立和发展水土保持型生态农业，推进农业基础设施建设，从而探索高效农业综合治理模式，实现农业的可持续发展[3]。

3 农田综合治理措施

3.1 实施农田整理

宁武汾河流域的农田分布呈现出不均衡特点，集中连片、土地平整的优质耕地均分布在汾河及其主要支流两侧，大量农田呈散点状分布于多山丘陵地区。农田是农业生产的基础，良好的农田基础有利于农业的高效发展，实施农田整理是提高农业发展水平的基础。宁武汾河流域农田整理的总体思路是恢复粗放耕作损毁的生态用地，平整优化汾河两岸的平整高质量农田，丘陵地区散点状分布的农田地形错综复杂，地势起伏，田块零星分散，采用因地制宜的整理策略，分区域实行不同的方式，提高生产效益。

由于地势平坦，灌溉方便，宁武汾河河滩区域被村民覆盖薄土进行耕作，破坏了原生的河滩生态系统。由于该区域土层稀薄，底部为河滩卵石，土壤保水性差，肥力流失，农业生产效率低下，农药肥料等施用造成农业面源污染问题，严重影响了河流生态系统。针对该类型农用地，应采用生态化改造手段，恢复区域原生生态环境，建立适应河流生态体系的植被生境。

汾河河谷宁武段分布有平整的集中连片的农田，目前由于分属于各个农户进行耕作，农田分割严重，现状农田存在局部起伏较大，田块不规整的问题，灌溉系统配套不足，基本是靠天吃饭，农业生产效率低下，大量农田处于撂荒状态。基于现状问题，针对此类型可采用农场化集中经营模式将现有农田产权加以整合，将连片的集中农田修整平坦，形成规模，划分符合机械化农业需求的方正有序格田，形成田面宽70～80 m，田面长120～160 m的规则形态，并在相邻田块间修筑高度为50 cm 的土埂，使田块纵坡处于1/500～1/1000 之间，配套耕作道路和排灌系统，推进全程机械化操作和集约化生产，提高生产效率。

分布于汾河两岸丘陵沟壑区的散点型农田，可根据其坡度、坡向、坡面大小等条件进行因地制宜的改造。坡度较小、连片区较高的区域可沿垂直于等高线方向建设成方形的格田，便于中、小型机械操作。坡度较大且较为连片的区域，可通过砌筑田埂等措施建成较为规整的长条形水平梯田，以利于小型机械和便携式机械的操作。针对过于零散且坡度较高的区域，可选择种植对平整度要求不高的作物，尽量打破田宽界线，以起隆和沟壑等方式分割，建设成规模的坡耕地，同样可以适宜各种小型机械的作业要求。对于确实改造难度较大的坡面农田，可通过综合评估建设生态林，优化区域生态环境，缓解水土流失。

3.2 涵养水源保持水土

重点针对宁武汾河干流沿线及其两侧的重要支流进行水土保持林建设。根据区域高海拔、高寒的气候特征，选择当地适生的落叶松、云杉、新疆杨、油松、沙棘、柠条、丁香等优势品种营造水土保持林，涵养水源。结合山高坡陡的地貌特征，坡面采用鱼鳞坑整地，较平坦区域采用穴状整地，品字形配置模式。为实现更好的生态修复效果，植被采用乔灌混交，块状混交、行间混交模式，实现水土保持功能的同时提升生物多样性。

以地处偏僻的荒山、荒草地为主划定封禁小斑，同时融入部分疏林地，实施封山育林工程，采用全年封禁的形式。通过乔木补植、灌木丰富、局部播撒草籽等措施，增加林分植被种类，加快绿化速度，强化片区水源涵养能力，保持水土，从而整体上改善农业生产条件，改善区域环境基底。

为抬高侵蚀基准，防止沟底下切，减缓沟道纵坡，减小山洪流速，针对沟道侵蚀明显、沟道比降大、沟底侵蚀剧烈的支沟，建设浆砌石谷坊工程。谷坊设计防洪标准为10 年一遇，3～6 h 最大降雨。通过谷坊工程的建设将有利于形成沟底台阶化形态，从而增加平面优良耕地，为利用沟道土地发展农业生产创造条件。

3.3 坡耕地改造

宁武县山地地貌面积1737.37 km2，占全县总面积的89.34%，坡耕地占全县耕地面积的87.6%。在地质和降雨的双重影响下，坡耕地水土流失和土地侵蚀现象加剧，土壤湿润层较薄，坡耕地有机质含量降低。宁武汾河流域的丘陵区和半山区1800～2000 m的山体中部及中下部土壤类型主要为褐土，在水土流失作用下，土壤平均有机质含量为13.1 g/kg。为有效降低地形坡度，减小地面径流速率，增加土壤水分含蓄能力，加强耕地保水保墒能力，增加土地生产能力，建议结合坡度不大于20°的连片坡耕地进行坡改梯改造[4]。

宁武坡耕地土质多为砂质土，据此确定田坎外坡边坡系数为0.7，计算得田坎高度为3.7 m，硬坎高度为4.0 m，田面毛宽为12.8 m。为便利交通，提高耕作效率，可布局宽度为3 m 的田间路，表面采用15cm 厚泥结碎石层。可根据地形布设砼板梯形断面排水沟，拦截坡面径流，并通过连接竹节沟，有效排除地表水防止冲刷，达到防止水土流失的效果。

宁武汾河流域丘陵地区的灌溉方式受地形影响很大，远离河流，地势较高，可以依托地形修建的小型水库、囤水田、山坪塘等微型水源工程，划分灌区，利用地貌高差设计自流灌溉系统，均衡水资源的时空分布不均问题，解决高台位农田用水问题。丘陵地区地形对渠道修建的限制较大，除了常用的明渠外，还可采用渡槽、倒虹管、暗涵等多种形式应对各种不同的地形。排水系统建设也是坡耕地水利设施建设的重要一环，可以布设沿等高线方向的截水沟和垂直于等高线方向的排水沟，有序的排出多余旱地水分，减轻水土流失。

3.4 连片农田提升

宁武汾河流域多数耕地分布于山坡，仅有少部分优良耕地分布于主河道滩地河谷。河谷耕地总体地势整体平坦，农田集中且连片，目前缺乏灌排配套设施，土地生产力低下，大片农田荒耕，且面临洪水威胁。

宁武最为优良连片平坦的耕地多分布于汾河干流两岸，且两岸防洪体系不完善，防洪安全问题尤为突出。新中国的成立以来，汾河全流域展开了大规模的人民治汾活动，形成了汾河干流沿线的基本防洪体系。规划在汾河干流两岸现有防洪设施的基础上，利用现有堤防进行完善、改造、提升，针对堤防缺失、20 世纪50～60 年代建设的老旧堤防段落进行新建贴坡式堤防提升工程，结合干流与支沟结合处的堤防薄弱区域新建浆砌石堤防，形成汾河干流沿线完善的防洪体系，抵御洪水侵袭，并结合上下游河道淤积情况开展河道疏浚工作，疏解洪水压力保证农田防洪安全。

区域现状农田灌溉设施老化、破损、导致灌溉水利用率低，耕地潜力难以开发，影响农作物产量的提高。通过技术、经济综合比选，为避免输水损失和蒸发损失，提高输水效率，可采用低压管灌作为灌排系统。根据《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》，灌溉设计保证率应大于75%，灌水周期以10 d为佳，设计灌水定额为75 mm。因地制宜，选择岸坡稳定，取水方便的地方设置泵站。泵站从汾河取水，取水方式可选择侧向引水，取水口应设置拦污栅及闸门，采用干室型泵房，输水管道采用单管布置，管道中水流以满管、有压方式运行。

为满足农业生产交通需求，提升耕作效率，应进行田间道路修整，断面结构可选用宽2 m 泥结碎石路面，修成鱼脊式，横向坡比2%。选择胸径3～5 cm 的杨树、柳树等乡土树种，沿田间路种植，形成农田防护林，起到防风防冲的作用。

4 结语

宁武县汾河流域的农田综合治理，应以山水林田湖草系统治理角度切入，针对农田破碎、水土流失严峻、水源涵养能力不足、农田生态系统脆弱、农业生产效率低下等问题，坚持综合治理、系统治理，从山水林田湖草多要素入手，以打造生命共同体为目标，建立和发展水土保持型生态农业，采用造林、护田、修路、治水等一系列措施，综合治理，走持续发展的路子。