劉斌濤，宋春風(fēng)，史 展，陶和平

(1.中國科學(xué)院/水利部 成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都 610041；2.西南大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，重慶 400715)

西南土石山區(qū)水平梯田的水土保持措施因子

劉斌濤1，宋春風(fēng)1，史 展2，陶和平1

(1.中國科學(xué)院/水利部 成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川 成都 610041；2.西南大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，重慶 400715)

水土保持措施因子；水平梯田；土壤侵蝕；西南土石山區(qū)

收集、整理、分析了有關(guān)西南土石山區(qū)水土保持措施的觀測資料和研究文獻(xiàn)，對西南土石山區(qū)水平梯田的水土保持措施因子(P值)進(jìn)行估算研究。結(jié)果表明：西南土石山區(qū)水平梯田的P值介于0.010 0～0.234 5之間；水平梯田利用方式對P值影響很大，水田、水旱輪作田、旱作梯田、園地梯田的P值分別為0.010 0、0.052 8、0.136 2、0.103 5；隨著坡面坡度增加，土壤侵蝕量增加，但水平梯田的P值不斷減小。

西南土石山區(qū)地處長江、珠江上游，青藏高原東南緣，是我國水土流失防治的重點(diǎn)地區(qū)。最新普查數(shù)據(jù)表明[1]，西南土石山區(qū)水土流失面積達(dá)31.06萬km2，超過西北黃土高原地區(qū)，成為我國水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)。水平梯田是西南土石山區(qū)最有效的水土保持措施之一，據(jù)四川省遂寧水土保持試驗(yàn)站觀測[2]，坡耕地改為水旱輪作水平梯田后土壤流失量減少83.4%～96.1%，改為旱作梯土后土壤流失量減少57.5%～90.0%，改為果糧間作梯土后土壤流失量減少67.6%～92.5%?？梢?，水平梯田在西南土石山區(qū)水土保持作用巨大，這也決定了其為西南土石山區(qū)土壤流失預(yù)報(bào)的關(guān)鍵指標(biāo)。已有眾多學(xué)者對西南土石山區(qū)水平梯田的水土保持措施因子(P值)開展了研究，如楊子生[3]提出了滇東北地區(qū)水平梯田的P值，黃雙喜等[4]分析了嘉陵江流域梯田的減沙效益，陳群利等[5]分析了喀斯特山區(qū)梯田的蓄水、保土和糧食增產(chǎn)效益。但對西南土石山區(qū)水平梯田P值的系統(tǒng)研究還非常少。本研究通過對有關(guān)西南土石山區(qū)水土保持措施的研究文獻(xiàn)和觀測數(shù)據(jù)的梳理，厘定了西南土石山區(qū)各種水平梯田的P值，以期為建立西南土石山區(qū)土壤流失方程提供有效參數(shù)。

1 研究資料與方法

1.1 研究資料

筆者收集到有關(guān)西南土石山區(qū)水土保持措施研究的文獻(xiàn)245篇，通過對這些文獻(xiàn)的梳理，共獲取了四川、重慶、云南、貴州、陜南等17個(gè)地區(qū)的水平梯田P值觀測值(圖1)。

圖1 西南土石山區(qū)水平梯田觀測數(shù)據(jù)分布

1.2 研究方法

水平梯田的P值定義為：在其他條件相同的情況下，修筑水平梯田后的徑流小區(qū)土壤流失量與平整坡面徑流小區(qū)的土壤流失量之比。由于徑流小區(qū)的坡度、坡長有差異，所以首先要將各種觀測小區(qū)的土壤流失量標(biāo)準(zhǔn)化到坡度5°、坡長20 m(水平投影)、寬度5 m、水平投影總面積100 m2的標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)上。標(biāo)準(zhǔn)化公式為

(1)

式中：AP為試驗(yàn)小區(qū)的土壤流失量；A0為標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)的土壤流失量；L0S0為標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)地形因子；LPSP為試驗(yàn)小區(qū)地形因子；P0為標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)的P值，為1。

本研究選擇楊子生算法[6-7]計(jì)算西南土石山區(qū)L因子，其公式為

(2)

式中：L為坡長因子；LA為試驗(yàn)小區(qū)的坡長，m。

筆者整理分析了西南土石山區(qū)的徑流小區(qū)資料，提出了10°—25°、>25°兩個(gè)坡度范圍的S因子算法，修正了現(xiàn)有的劉寶元算法[8]。修正的S因子計(jì)算公式為

(3)

通過式(1)計(jì)算得到各區(qū)域水平梯田的P值，求平均得到西南土石山區(qū)水平梯田的P值。在西南土石山區(qū)，水平梯田的利用方式多樣，常見的有水田、水旱輪作田、旱作梯田、果園梯田。其中，旱作梯田、果園梯田在南方地區(qū)習(xí)慣上稱水平梯地，但統(tǒng)一起見仍稱之為梯田。本研究按水田、水旱輪作田、旱作梯田、果園梯田4類，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

西南土石山區(qū)的水田基本為夏季種植一季水稻，冬季采用泡冬田、炕冬田、綠肥、留茬待耕等形式管理耕地。也有大量的平壩田采用小麥—水稻、油菜—水稻、蔬菜—水稻、豌豆—水稻等種植方式，實(shí)現(xiàn)一年兩熟，這些水田可稱之為水旱輪作田。對于前者，由于田地常年蓄水，因此保持水土能力最強(qiáng)，現(xiàn)有的研究文獻(xiàn)一般認(rèn)為其P值為0.01左右，如李婷等[9]在涪江流域開展的土壤侵蝕定量研究、倪九派等[10]在重慶南川開展的巖溶小流域土壤侵蝕定量研究、許月卿等[11]在貴州貓?zhí)恿饔蜷_展的土壤侵蝕定量研究等。綜合西南土石山區(qū)這些研究文獻(xiàn)，本研究將水田的P值確定為0.01。

2.1.2 旱作梯田

坡旱地(坡耕地)是西南土石山區(qū)土壤侵蝕的主要來源地，“坡改梯”是治理坡旱地水土流失的有效方式。筆者通過對有關(guān)西南土石山區(qū)水平梯地水土保持措施因子的研究文獻(xiàn)進(jìn)行梳理和計(jì)算，得到了四川安居[12]、簡陽[13-14]、遂寧[15-16]、宣漢[4,17]、資陽[16]，重慶合川[18]、開縣[12]、潼南[19]、渝北[20]，云南沾益[12]、昭通[3,6,21]，貴州畢節(jié)[22-24]，湖北秭歸[25]，江西德安[26-27]、泰和[27]，陜西漢中[28]、鎮(zhèn)巴[12]等17個(gè)地區(qū)水平梯地的減沙效益和P值(表1)。從表1中可以看出西南土石山區(qū)水平梯地的減沙效益介于65.01%～98.92%之間，平均值為86.38%；P值介于0.010 8～0.349 9之間，平均為0.136 2。

表1 西南土石山區(qū)旱作梯田的P值

2.1.3 水旱輪作田

遂寧水保站觀測表明，坡耕地改為水旱輪作梯田后土壤流失減少83.6%～96.1%，其減蝕效益要高于旱作梯田[15]。水旱輪作田夏季種植水稻，冬季主要種植小麥、油菜、蔬菜、豌豆等作物?？梢哉J(rèn)為水旱輪作田的水土保持措施作用是水田與旱作梯田的年內(nèi)加權(quán)。西南土石山區(qū)水稻一般5月下旬插秧，8月下旬到9月上旬收獲，這期間P值按水田取0.01，其余時(shí)間P值取0.136 2。根據(jù)西南地區(qū)降雨侵蝕力的年內(nèi)分配特征[29-30]，加權(quán)平均獲得水旱輪作田的P值為0.052 8。

2.1.4 果園梯田

遂寧水保站對果園梯田的水土保持效益觀測表明[15]，果園梯田減蝕效益在67.6%～92.5%之間，同樣坡度果園梯田徑流小區(qū)的土壤流失量為旱作梯田徑流小區(qū)土壤流失量的76.19%，即旱作梯田的P值為果園梯田P值的1.3倍。由于對果園梯田、茶園梯田、果糧間作梯田的水土保持效益的觀測研究較少，因此根據(jù)遂寧水保站觀測的結(jié)果換算出果園梯田的P值為0.103 5。

2.1.5 不同利用方式水平梯田P值的確定

根據(jù)上述分析，我們確定出了西南土石山區(qū)水田、水旱輪作田、旱作梯田、果園梯田的P值(表2)。對于大量的撂荒地和初期退耕地可按旱作梯田賦值。從表2中可以看出，各種梯田類型按保土效益大小排序?yàn)椋核锾萏?水旱輪作梯田>果園梯田>旱作梯田。西南土石山區(qū)坡耕地改水平梯田后，很多耕地具備了灌溉條件，有不少可以水旱輪作，甚至直接進(jìn)行“坡改水田”，這樣做法的保土效益要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于“坡改旱作梯田”。而且，“坡改水田”“坡改水旱輪作田”的增產(chǎn)效益也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于“坡改旱作梯田”[15]。

表2 西南土石山區(qū)不同利用方式水平梯田P值

2.2 不同坡度水平梯田P值

坡度是決定土壤侵蝕強(qiáng)度的重要指標(biāo)，確定不同坡度的P值對于準(zhǔn)確預(yù)報(bào)坡耕地的土壤侵蝕量具有重要意義。對表1中17個(gè)地區(qū)不同坡度旱作梯田的P值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明隨著坡度增加，土壤侵蝕量迅速增加，但旱作梯田的減蝕效益也在增加，P值不斷減小，10°以下旱作梯田的P值約是25°旱作梯田的2倍(圖1)。四川遂寧[31]、貴州畢節(jié)[23]、陜西漢中[4]等地的觀測也證實(shí)了這一結(jié)論。雖然陡坡地水平梯田的P值明顯小于10°以下的緩坡地，但并沒有改變土壤侵蝕量隨坡度增加而增大的事實(shí)，這說明在陡坡地僅通過坡改梯遏制嚴(yán)重的土壤侵蝕是不現(xiàn)實(shí)的，還必須配合實(shí)施退耕還林(草)、農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營等措施，并合理配置，才能達(dá)到高效防治水土流失的目的。

圖1 西南土石山區(qū)不同坡度旱作梯田的P值

2.3 西南土石山區(qū)水平梯田P值與其他區(qū)域比較

吳發(fā)啟等[32-33]研究了黃土高原地區(qū)水平梯田的平均P值為0.123 0，略低于本研究提出的西南土石山區(qū)旱作梯田的P值。劉寶元等[34]在北京土壤流失方程中，綜合密云、懷柔、門頭溝等地的觀測數(shù)據(jù)，確定北京地區(qū)的P值為0.112 5，也略低于西南土石山區(qū)旱作梯田的P值。對比西南土石山區(qū)與西北黃土高原地區(qū)、北方土石山區(qū)的P值，可以發(fā)現(xiàn)，我國水平梯田(旱作)的P值比較接近，都在0.1左右，這從一個(gè)側(cè)面說明水平梯田是我國一種十分有效的水土保持措施；西南地區(qū)的P值略大于北方地區(qū)，這可能與降雨強(qiáng)度、農(nóng)耕方式有關(guān)，需要進(jìn)一步研究確定。地處半干旱地區(qū)的西寧長嶺溝觀測站的觀測數(shù)據(jù)表明，修筑水平梯田并配合其他措施后，形成了“水不下山、泥不出溝”的景象，其P值可以認(rèn)為接近于0，這在西南地區(qū)是比較少見的。

3 結(jié) 論

本研究通過對有關(guān)西南土石山區(qū)水土保持措施研究文獻(xiàn)的收集、梳理與分析，確定了西南土石山區(qū)水平梯田的P值。主要研究結(jié)論如下：

(1)西南土石山區(qū)的水平梯田利用方式可以分為水田、水旱輪作田、旱作梯田、果園梯田4類，水田的保土效益最高，旱作梯田保土效益最低，4種梯田的P值分別為0.010 0、0.052 8、0.136 2、0.103 5。有條件的地區(qū)直接實(shí)施“坡改水田”能更有效地保持水土。

(2)隨著坡度升高，旱作梯田的減蝕效益也在增加，P值不斷減小，但土壤侵蝕量隨坡度升高而增加的趨勢沒有變。由此可見，僅通過坡改梯改變陡坡耕地嚴(yán)重的土壤侵蝕情況是不現(xiàn)實(shí)的，還必須配合實(shí)施退耕還林(草)、農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營等措施。

(3)我國水平梯田的P值比較接近，都在0.1左右，西南地區(qū)的P值略大于北方地區(qū)，這可能與降雨強(qiáng)度、農(nóng)耕方式有關(guān)。這也表明，水平梯田擁有良好的蓄水效益，在干旱、半干旱地區(qū)和濕潤地區(qū)的干旱年份，能夠增強(qiáng)土壤抗旱能力，提高作物產(chǎn)量。

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(責(zé)任編輯 徐素霞)

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(SQ2015CB040440)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41201457)；第一次全國水利普查四川省水土保持情況普查項(xiàng)目；四川省土壤侵蝕調(diào)查與制圖項(xiàng)目

S157.1

A

1000-0941(2015)04-0036-04

劉斌濤(1984—)，男，山東德州市人，助理研究員，碩士，主要從事冰緣地貌過程與生態(tài)過程、土壤侵蝕、山地垂直帶譜等領(lǐng)域的研究工作。

2014-07-20