三峽庫區面向水土保持的土地利用模式

金慧芳,韋 杰,賀秀斌

(1.重慶師范大學地理與旅游學院,重慶400047;2.中國科學院?水利部成都山地災害與環境研究所,四川成都610041)

三峽庫區人口密度達354人/km2,是全國平均數的2.1倍,強烈的人類活動致使區域侵蝕產沙嚴重。庫區年均土壤流失量達1.5億t,入庫泥沙4 000多萬 t,坡耕地土壤侵蝕量占總流失量的60%[1]。庫區嚴重的水土流失不僅減少了耕地面積,降低了土地生產力,破壞了陸地水文生態系統平衡,而且大量泥沙直接進入水庫,對水庫的庫容和水質產生重大影響,對庫區農業安全、生態安全和三峽工程的健康運行構成直接威脅。同時,水土流失也是面源污染物傳輸的主要載體,是生態退化和水質惡化的主要動力因素[1]。三峽庫區的生態安全關系到整個長江流域的生態屏障建設,在國家社會經濟發展戰略中具有舉足輕重的作用,該區域的侵蝕產沙和社會經濟發展問題已引起國際社會的廣泛關注。

由于季節性覆被變化和耕作周期的交替,不同土地利用方式對地表擾動程度不一,因而土壤侵蝕強度差異較大[2]。不同土地利用方式按土壤侵蝕強度的大小排序一般為耕地 ＞園地＞草地＞荒地＞林地,按照土壤侵蝕強度等級標準,耕地為中度侵蝕,園地、草地和荒地為輕度侵蝕,林地為微度侵蝕[3]。核素示蹤表明,三峽庫區紫色土坡耕地水土流失強烈,侵蝕模數介于3 464～9 452 t/(km2?a)之間,遠高于林草地的侵蝕模數306～688 t/(km2?a)[4]。坡耕地耕作方法是土地利用中研究最多的[5-7],傳統的“挑沙面土”和“邊溝背溝”措施在三峽庫區等地應用較為普遍,對坡耕地土壤空間再分布產生了重要影響,具有較好的水土保持效益[8-9]。本研究在大量野外考察的基礎上提出了三峽庫區典型的土地利用模式和耕作配套方式,分別就結構、原理和功能進行定性或定量分析,以期篩選出適合三峽庫區的水土保持型土地利用模式。

1 庫岸復合立體農業用地模式

1.1 結 構

庫岸復合立體農業用地模式(圖1),即沿三峽庫岸坡腳順坡向上合理布置林草地、水田、旱地、經果林地等土地利用類型,并進行作物間(套)種、林(水)下養殖等立體生產,充分利用庫岸順坡種植的生態屏障作用和立體垂直布局的經濟效益的一種用地方式。從庫岸到坡頂(即庫岸順坡),在不同坡位根據現有農業經濟模式,結合當地地形地貌特征和現有土地利用方式、農民耕作意愿,大致分為坡腳構建林草緩沖帶,下坡位發展水田、水塘等水域立體生態農業經濟模式,中坡位發展糧食蔬菜作物、經濟林果等旱地立體生態農業經濟模式,上坡位發展水土保持型經果林、草地利用模式。其中,下坡位的水田、水塘和中坡位的糧食、蔬菜、經濟林果等是地面垂直方向布置立體農業的重點。

圖1 庫岸復合立體農業用地模式

1.2 原 理

經果林、旱地、水田、林草地是三峽庫岸最多的4種土地利用類型,其中旱地的水土流失和面源污染都是最嚴重的,因此不宜處于坡地的最上段和最下段;在經果林空地上種植牧草,可增加地表覆被,減少雨滴濺蝕,也相應地減少了隨土粒帶走的養分流失。隨著徑流的形成和逐漸匯集,部分土粒和營養物質還是會被帶走進入旱地,不過由于坡度減緩,雨水徑流沖刷的力量會減弱,顆粒較大的土粒被旱地植物截留沉積下來,部分較小顆粒攜帶的營養物質可被作物直接吸收利用,其他顆粒較小的土粒和營養物質會隨徑流流入水田。水田能有效攔蓄地表徑流,相關研究表明,水田攔蓄徑流率達90%以上,攔沙率可達99%,水土保持功效顯著。水田攔蓄后,在暴雨情況下可能仍有部分土粒及其攜帶的營養物質流出水田而進入林草地,草地能更好地攔蓄、滯緩徑流,對徑流進行再一次過濾,此時徑流中的泥沙和營養物質含量已經大大減少。這種土地利用模式能充分利用營養物質,減少土壤流失,控制面源污染,起到生態屏障作用。

1.3 功 能

該模式根據坡地坡度的變化構建立體農林系統,可以對農業面源污染物質進行有效攔截和控制,減少水土流失,提高土地生產能力,對控制農業面源污染和水土流失具有積極作用。在三峽庫區,地形一直是當地群眾經濟收入的限制性因素,這一模式適合在山地小流域推廣,一方面可以攔截徑流,另一方面可以增加山區群眾的經濟收入。這一農業模式不需要農業種植以外的人力和物力投入,還可以適當地發展畜牧業以增加收入,且不會產生二次污染。

2 有限順坡耕作模式

2.1 結 構

有限順坡耕作(圖2)是根據細溝侵蝕發生臨界坡長提出的一種調控坡耕地侵蝕的耕作方法。先將坡耕地上的每一地塊沿等高線方向分割為若干小的耕作單元,不同的坡度分割間距(即耕作單元坡面長度,或稱亞地塊坡長)不同。當坡耕地坡度為5°～10°時,耕作單元坡面長度推薦8～10 m;當坡度為10°～15°時,推薦5 ～8 m;當坡度為15°～20°時,推薦4 ～6 m;當坡度為 20°～25°時,推薦 3 ～5 m;坡度為25°～30°的未退耕坡耕地,耕作單元坡面長度推薦2～4 m。主要采用兩種基本分割方法,其一是開挖水平溝,溝寬20～40 cm、深10～30 cm,見圖2(a);其二是構建土埂經濟植物籬,土埂寬10～100 cm、內側高10～30 cm、外側高30～100 cm,植物籬株距為20±2 cm,見圖2(b)。經調查,三峽庫區適宜的土埂經濟植物籬分為糧菜類(如高粱、韭菜、黃花菜、大豆、折耳根等)、牧草類(哈哈草、衰草、香根草等)和其他經濟類(柑橘、桑樹、苧麻)。在地塊四周設相連通的排水溝,通過排水溝將地塊與地塊分隔開來,上面的排水溝叫背溝,左右和下面的排水溝叫邊溝。在地塊位置最低的一角設沉沙池,沉沙池與排水溝相通;每年春季或每次暴雨后將沉沙池淤積的泥沙返還地塊上坡位。耕作時,從耕作單元的上坡位向下坡位挖地或犁地,也就是從上坡向下坡犁地,稱之為“反坡挖地”。

2.2 原 理

該模式采用開挖水平溝或修筑簡易土埂+經濟植物籬將坡長分割,形成若干小的耕作單元,以減小原耕作單元(原來的地塊相當于一個大的耕作單元)坡面長度。在坡耕地實施該耕作方式后,坡面徑流流路被切斷,徑流流量過程線較原坡面平坦,坡面水流速度降低,徑流在坡面上的滯留時間延長,增加了入滲時間和入滲量,從而減少了地表徑流量,水流的挾沙能力也顯著降低,同時該耕作措施還使得填洼水量增加,也起到了減少徑流量的作用。至于分割后小耕作單元的橫向長度,則根據實際耕作需要進行分割,這對水土流失影響很小。如此,坡耕地在徑流侵蝕和耕作侵蝕耦合作用下坡度逐漸削減,長期下去自成梯田。

圖2 有限順坡耕作模式

2.3 功 能

該模式操作簡單、方便、省力,采用簡單的措施即可達到保土保肥的效果,且不需大型機械和大量勞動力就可以完成,投入小、成本低,具有高效實用、農民易于接受等特點,適合所有的長坡坡耕地,特別是像三峽庫區這種農村勞動力大量轉移到城市、農村勞動力比較緊缺的地區。研究表明:水平溝坡耕地較無措施坡耕地侵蝕速率降低62%;“土埂 +經濟植物籬”坡耕地侵蝕速率僅為無措施坡耕地的23%,減蝕效益達77%,具有顯著的理水和保土作用,同時在土埂上種植經濟植物籬還具有一定的經濟效益[10]。

3 水旱耕地交錯布局模式

3.1 結 構

水旱耕地交錯布局模式(圖3)是庫區農民在長期的生產實踐中采用的一種水肥高效管理、水土流失和面源污染相對較弱的土地利用模式。在坡面上交替布置旱地和水田,旱地坡長可以參考前面提出的有限順坡耕作坡長推薦值,水田田面寬度不宜過寬或過窄,應根據三峽庫區地形地貌特點并結合農業耕作工具和方式而定,推薦4～6 m,但不能一概而論,應充分考慮坡度大小、土壤性質、埂坎穩定性和耕作手段等因素。水田應設田埂,埂上可以種植胡豆、黃豆等矮株植物籬,盡量不要種植過多的高大喬木和灌木,避免與農作物爭肥爭熱;埂寬和植物籬株距可以參考有限順坡耕作模式里提出的推薦值。在旱地內外地邊可以設置邊溝和背溝,在旱地地邊和水田的坎上可以種植小灌木。南方地區雨水較多,旱地宜采用順坡種植,以1 m間距開挖成箱,間種各種季節適宜性作物。

圖3 水旱耕地交錯布局模式

3.2 原 理

該模式通過縮短坡長、減緩坡度的方式達到使徑流動能路徑耗散的效果。旱坡地通常被認為是侵蝕產沙的主要源地,但在該模式情況下耕作地塊坡長小,在細溝侵蝕發生臨界范圍內,再加上地表作物或秸稈的覆蓋以及有利于水土保持的耕作方法,造成的水土流失一般在允許流失值以下。當然在降雨強度較大時,表層松散土壤在超滲產流情況下不可避免地會發生位移,使徑流溶解和土粒吸附的營養物質進入到水田中。水田如同天然的過濾器,地表徑流匯入水田后流速變緩,停留時間延長,從進入田間到從田間流出,經歷了一個沉沙過程,在此期間水流中的部分小顆粒和營養物質如氮、磷等均可被水稻等田間作物吸收。這樣,被雨水沖刷下來的土粒及其攜帶的營養物質就被層層攔截下來,并被水田作物吸收利用。

3.3 功 能

該模式方便旱地灌溉,在三峽庫區勞動力大量轉移背景下容易被老百姓普遍接受。同時,旱地上所施的肥料在沒有被完全吸收利用的情況下,隨徑流進入水田,又被水田作物充分吸收利用,從而提高了肥料的再利用率,減少了徑流和土壤流失過程中容易形成的面源污染,對保障三峽庫區水質和生態安全具有重要作用。

4 結 語

上述面向水土保持的庫岸復合立體農業用地模式、有限順坡耕作模式和水旱耕地交錯布局模式三種土地利用模式,均具有典型性。三種模式投入低,操作方便,并且高效、實用,適合三峽庫區的地形地貌特征和社會經濟環境,對提高庫岸土地利用效率、增加農民經濟收入、改善生態環境、保持水土、控制面源污染和緩解人地矛盾等都具有顯著效果。今后應加強對具有水土保持功能的土地利用模式的效應監測和適宜性評價,以篩選出適合三峽庫區不同環境條件的土地利用優化模式,保障三峽水庫安全運行和流域生態安全。

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