典型黑土区坡耕地水土保持措施适宜性分析

典型黑土区坡耕地水土保持措施适宜性分析

陈雪1,2,蔡强国2 ,王学强1,2

(1.华中农业大学资源环境学院,430070,武汉;2.中国科学院地理科学与资源研究所,100101,北京)

摘要　为了探讨东北典型黑土区坡耕地的治理情况,综合现有研究成果分析了不同坡度下顺坡垄作改横坡垄作、水平梯田、等高植物篱等措施的蓄水保土效益。结果表明:它们在黑土区能够发挥较高的水土保持效益坡度适宜范围,从而确定在0～5°、5°～8°、8°～15°坡度级别的坡耕地上分别采用以改垄措施、等高植物篱措施、水平梯田措施为主的措施进行治理,在>15°的坡耕地上选择退耕还林。关键词　坡度;坡耕地;横坡垄作;水平梯田;等高植物篱

收稿日期:2007211216　修回日期:2008207214

项目名称:国家重点基础研究发展计划973项目“中国主要水蚀区土壤侵蚀过程与调控研究”

(2007C B407207)第一作者简介:陈雪(1983—),女,硕士研究生。主要研究方向:水土保持,GIS 应用。E 2mail :micky0124@

责任作者简介:蔡强国(1946—

),男,研究员,博士生导师。主要研究方向:坡面水土流失过程及流域侵蚀产沙模拟。E 2mail :caiqg @

Suitability of soil and w ater conservation measures on sloping

farmland in typical black soil regions of N ortheast China

Chen Xue 1,2,Cai Qiangguo 2,Wang Xueqiang 1,2

(1.C ollege of Res ources and Environment ,Huazhong Agricultural University ,430070,Wuhan ;2.Institute of G eograhical Sciences and Natural Res ources Research ,100101,Beijing :China )

Abstract Choosing the appropriate s oil and water conservation measures has im portance to control the losses of s oil and water on sloping farmland in black s oil region.In this paper ,s ome control measures such as the contour ridge tillage ,contour hedgerow intercropping ,bench terrace have been studied ,and it is found that they have different effects on s oil and water conservation and play a high efficiency of s oil and water conservation on sloping farmland with different gradient slope.S o s ome kinds of control m odes can be established ,which is that ,the contour ridge tillage should be used on the slope of 0-5°;contour hedgerow intercropping should be used on the slope of 5°-8°;bench terrace should be used on the slope of 8°-15°;and returning farmland to forest ,if the slop is m ore than 15°.

K ey w ords slope ,sloping farmland ;contour ridge tillage ;contour hedgerow intercropping ;bench terrace

东北黑土区是我国重要的粮食生产基地,该区坡度较小,坡面大,土壤肥力相对较高,因此,多被开垦成坡耕地,原灌丛草甸被破坏,固土能力下降,土壤保水、保肥能力下降,水土流失加剧,黑土层被剥蚀,严重阻碍了粮食生产[122]。在多年的水土保持工作过程中,人们逐步积累总结出了各种治理坡耕地水土流失的措施及经验[324],如耕作措施、梯田措施、林草措施等,都能在坡耕地的治理中取得较好的蓄水保土效益,但每种措施也都有自身的局限性;因

此,合理的选择布设水土保持措施,充分发挥其最大的水土保持效益就成为水土保持工作实施过程中的重点。笔者就不同坡度下,坡耕地水土保持措施的合理选择进行了探讨。

1　典型黑土区概况

东北典型黑土区主要分布在黑龙江省和吉林省,包括32个县,北起黑龙江省的北安市,南至吉林省的四平市,西到大兴安岭山地边缘,东达黑龙江省

2008年10月6(5):44249中国水土保持科学Science of S oil and Water C onservation

V ol.6　N o.5Oct.2008

的铁力市和宾县,形成了一条完整的黑土带,总面积11178万km 2(图1)。

东北黑土区地形特点为缓坡、坡长,一般坡度在10°以下,大于15°的坡地不多,3°～7°坡地占绝大部分,坡长一般为500～2000m ,最长的达4000m 。黑土土质疏松、抗蚀能力弱。由于降雨集中和长期以来的过度垦殖、超载放牧、乱砍乱伐等不合理开发利用,该区水土流失日趋严重[1]。东北典型黑土区现有水土流失面积4147万km 2,占东北典型黑土区总面积的3719%,典型黑土区的水土流失主要发生在坡耕地,坡耕地的水土流失面积占黑土区水土流失总面积的8013%。据调查[2],黑土区平均每年流失013～1cm 厚的表土层,

由于多年来严重的水土流失

致使黑土区原本较厚的黑土层,到现在只剩下20～

30cm ,有的地方甚至已露出了黄土母质,基本丧失了生产能力。

图1　东北典型黑土区范围分布图

Fig.1　Areas of the typical black s oil regions of

N ortheast China

2　坡度对各种措施水土保持效果的影响

211　横坡垄作

横坡耕作是防治坡耕地水土流失最常用的耕作措施。横坡耕作即等高耕作,在横坡耕作方式下,微地形特性的改变实现了对侵蚀力减弱的作用,使地表径流分散,不至于迅速沿坡汇集,减少了径流对坡耕地土壤的冲刷。

东北黑土区坡耕地大都属于缓坡地。在缓坡地,不论是何种耕作方式,之所以能产生径流,引起土壤侵蚀,主要都是由于土壤的入渗率小于降雨强

度。虽然在农田采取了土壤耕作后可以提高土壤的入渗率,但在黑土区的雨季,大降雨强度的降雨时有发生,因此,缓坡坡耕地并不能实现大部分入渗,从而产生了径流,造成土壤侵蚀。

沈昌蒲等[1]在黑龙江进行的人工模拟降雨试验表明,在316mm/min 降雨强度下,4°坡大豆地经历了1′29″即产生径流,15min 入渗量513mm ,而6°坡只经历1′3″即产生径流,15min 入渗量仅311mm 。黑土区缓坡坡耕地的坡度多为3°～5°,坡度虽不大,但顺坡的坡长可达200～300m ,甚至更长,因此,径流的汇集更增加了侵蚀力。

但横坡耕作也存在自身的局限性,它所要求的坡度与坡长,随土壤特性(疏松土壤坡长可长些)、作物类型(保护性能好的作物坡长可长些)、地区的降雨特点(暴雨强度小的地区可长些)而变化[5]。美国研究了不同坡度横坡耕作的最大坡长(表1)。

表1　横坡耕作的坡长限制

T ab.1　Restrict of sloping length of contour tillage

坡度/(°)最大坡长/m

1～21203～5906～8609～123513～162517～201821～25

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东北地区传统的耕作方式为垄作,为了减轻顺

坡垄水土流失,有的地方改顺坡垄为横坡垄,以垄台拦蓄就地降落在垄台和垄沟的雨水,以垄沟暂存未及入渗的雨水,缓和了大瞬时降雨速率与入渗率低的矛盾,同时,横坡垄还可以减缓坡度,缩短坡长,减少了汇水面积,因此,改顺坡垄为横坡垄的措施得到普遍的承认。

据黑龙江省北安县水土保持站和辽宁省沈阳市苏家屯水土保持站观测资料[6],坡地采取横坡垄作后,径流量减少54%～80%,冲刷量减少75%～90%(表2);还可以看出,随着坡度的增大,横坡垄较顺坡垄的水土保持效益减少的比例是逐渐降低的。可以认为,横坡垄作受到坡度的影响是比较明显的,因此,横坡垄作只适用在坡度比较缓(即坡度

小于5°)的坡耕地上。212　等高植物篱

等高植物篱即采用多年生草本、灌木或乔木按

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4　第5期

陈雪等:典型黑土区坡耕地水土保持措施适宜性分析