海倫市典型小流域坡耕地侵蝕溝特征和治理研究

張冠名，肖 洋， 周雪山

(黑龍江大學農業資源與環境學院，黑龍江哈爾濱 150080)

海倫市是世界三大黑土帶之一，也是我國重要的商品糧基地，素有“糧倉”之稱。西部平原盛產大豆、玉米、水稻等糧食作物和亞麻、烤煙等經濟作物，地下蘊藏豐富的煤炭、礦金、礦泉水等礦產資源。根據第2次土壤普查資料統計，海倫市土地總面積為4.55×105hm2，其中黑土是主要的耕作土壤，占總耕地面積的81.53%[1]。由于長期的不合理耕作，水土流失已成為制約當地農業、經濟和生態可持續發展的主要因素之一。相關統計表明，海倫市水土流失面積為1.65×105hm2，占總面積的35%[2]。其中，水蝕面積為1.23×105hm2，占水土流失面積的74.8%。全市年平均土壤侵蝕模數為4 467 t/km2，輕度侵蝕面積為10.13×104hm2，中度侵蝕面積為4.53×104hm2，重度侵蝕面積為1.81×104hm2，分別占水土流失面積的61.5%、27.5%和11.0%。長期水土流失形成的較大侵蝕溝有4 706條，總長416 km，侵蝕區溝壑密度為0.63 km/km2。坡耕地侵蝕溝的迅速發育導致坡耕地嚴重的水土流失和土地退化，影響作為重要的商品糧基地的糧食安全。為了有效防治坡耕地水土流失，以海倫市前進鎮的光榮小流域為例，筆者對坡耕地侵蝕溝的發展狀況開展系統的調查，分析侵蝕溝主要發育特征和發生發展的規律，并提出相對應的坡耕地侵蝕溝的治理措施，為合理的土地利用和坡耕地水土流失的防治提供基礎數據和科學依據。這對于區域農業可持續發展具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1研究區概況海倫市位于黑龍江省中部，地處小興安嶺西麓，地理坐標為46°58′～47°52′N，126°14′～127°45′E，是由小興安嶺向松嫩平原的過渡地帶，處在松嫩平原的中北部。地勢從東北到西南由低丘陵、高平原、河階地、河漫灘依次呈階梯形逐漸降低，最高為490 m，最低約150 m。海倫市屬于溫帶大陸性季風氣候，冬季寒冷干燥，夏季溫熱多雨，雨熱同期，年平均降雨量為500～600 mm，60%～70%集中在6～8月，年平均氣溫為1.5 ℃左右，冬季平均氣溫約在-20.0 ℃，極端氣溫-39.0 ℃。夏季平均氣溫在19.0～20.0 ℃之間，年有效積溫為2 300～2 600 ℃，年日照時數2 600～2 800 h，無霜期一般為110～125 d。地貌類型為半丘陵地區。土壤類型主要為黑土、草甸土、白漿土、暗棕壤[3]。

1.2研究方法典型侵蝕溝現狀調查的主要指標包括：侵蝕溝長度、上口最大寬度、上口平均寬度、溝底平均寬度、侵蝕溝平均深度、溝道縱比降(主溝道流程高差與主溝道流程長度之比)、侵蝕溝類型(發展型、穩定型)以及已有治理措施和數量等[4]。

利用1∶10 000地形圖，在小流域內隨機抽取39條溝道進行系統的實地調查和圖上量測。實地調查包括對流域界限和溝緣線的勾繪、溝道及溝頭的治理與利用情況調查等。通過選擇有代表性的地段，在溝道的上、中、下游分別設置量測斷面。用皮尺或測繩測定每個量測斷面上各溝谷的深度、寬度，計算出各量測斷面上所有溝谷的平均沖刷深度和寬度以及兩斷面間溝谷的縱向曲線長度，從而計算出調查區的侵蝕總體積和土壤侵蝕量。土壤侵蝕總體積的計算公式[5]為：

V總=∑(di×hi)×L

式中，V總為溝谷侵蝕總體積(m3)；di和hi分別為第i個斷面上溝谷的總寬度(m)和總深度(m)；L為等距布設斷面時的溝谷縱向長度(m)。

圖上量測包括對每條溝道的溝壑面積、匯水面積、溝道長度(主溝長、各級支溝長和溝道全長)、溝壑密度等特征值的測算。

2 結果與分析

2.1溝蝕強度分級特征根據表1計算求得的多年平均侵蝕模數為1 769 t/(km2·年)，平均流失厚度為1.45 mm/年，溝壑密度為6.5 km/km2。參照水利部頒布的土壤水力侵蝕的強度分級標準[6]，光榮小流域的水力侵蝕強度為輕度侵蝕，溝蝕的強度分級為極強烈。由此可知，當前小流域的溝蝕狀況相當嚴重。研究區野外調查也表明，流域內溝壑密布，蠶食耕地，沖蝕肥沃黑土。溝蝕已成為限制當地農業可持續發展的主要因素。

表1 侵蝕溝調查數據

2.2侵蝕溝分類分級特征國內外相關的研究表明，按照溝谷規模的大小，可以將侵蝕溝分為細溝、淺溝、切溝、沖溝、坳溝或槽溝[7-10]。參照相關的研究，并選取侵蝕溝的深度和寬度2個指標進行聚類分析。由表2可知，光榮小流域侵蝕溝可分為淺溝、切溝和沖溝3類，以切溝和沖溝為主體。淺溝溝深一般不超過1 m，寬不大于2 m，縱剖面與坡面一致，處于溝蝕發展的活躍期；切溝溝深一般不超過1.5 m，溝寬一般不大于6 m，縱剖面與坡面也基本一致，溝頭開始出現跌水，溝岸開始出現崩塌，也處于溝蝕發展的活躍期；沖溝溝深一般不超過3 m，溝寬一般不大于20 m，多為一個主溝幾個分溝的復雜形態出現，溝頭有明顯的跌水，溝岸擴張以崩塌為主，此階段侵蝕仍處在發展期。

表2 光榮小流域侵蝕溝分類

借鑒相關的研究[11]，選取年侵蝕量、溝壑占地面積和溝長這3個指標進行聚類分析。由表3可知，光榮小流域侵蝕溝可分為小型溝、中型溝和大型溝3個級，每個級又劃分為穩定溝、半穩定溝和發展溝三等。小型侵蝕溝一般規模較小，侵蝕量也相對較小，處在發展活躍的階段，占地面積小于0.2 hm2，溝長不超過200 m；中型溝規模較大，侵蝕量也相對較大，也處在發展活躍的階段，占地面積0.2～0.5 hm2，溝長在200～500 m之間；大型溝規模大，侵蝕量也大，仍處于發展的階段，占地面積在0.5 hm2以上，溝長大于500 m。

表3 光榮小流域侵蝕溝分級結果

2.3侵蝕溝發育特征由表4可知，整個流域侵蝕溝的發育速度是不平衡的，聚類分析將侵蝕溝的發育速度分為3個等級。5、20、21號侵蝕溝發育速度快，年平均發育進度為33.46 m，處在發育的第1級別；29、39、11、26、27、28、14、25、12、17和14號侵蝕溝的發育速度居第2級別，年平均發育進度為17.14 m；其他號侵蝕溝發育慢，年平均發育進度為7.91 m，居第3級別。據表1，坡耕地上的侵蝕溝寬度和長度之比平均為0.019，相比其他類型的侵蝕溝[12]有較大的寬長比。這表明侵蝕溝的兩側或上游的匯水量較大，造成溝岸有較多的崩塌。

表4 侵蝕溝發育進度

2.4侵蝕溝治理措施由表5可知，根據侵蝕溝的不同分級而采取相應的生物、工程和農業措施。小型侵蝕溝規模較小，侵蝕量也較小。應用較簡單的配套措施就能夠治理，即可在溝頭、溝岸兩側、溝坡坡面和溝道底部營造不同密度的水土保持灌木林帶，同時結合在溝底營造的灌木林帶將秸稈等材料回填溝底，以促進攔截泥沙；在農業生產上，可以采取深耕、輪作和套種等水土保持耕作制度，增加坡耕地土壤的抗蝕性和地表的覆蓋度，進而減少匯入溝道的地表徑流量。中型侵蝕溝規模較大，侵蝕量也較大，應采取生物措施和工程措施并重的方法進行治理，即在溝頭、溝岸兩側、溝坡坡面營造水土保持灌木林帶，同時在溝頭和溝岸兩側水土保持灌木林帶的外緣修筑土袋封溝埂，攔截匯水徑流；削坡減緩溝坡坡度，并在溝底修筑編織袋、編柳和土柳等簡易谷坊。大型侵蝕溝規模大，侵蝕量也大，應采取生物措施和工程措施相結合以工程措施為主的方法進行治理，即在溝頭、溝岸兩側、溝坡坡面營造水土保持灌木林帶，同時根據匯水量在溝頭修筑土袋封溝埂或柳樹跌水臺階，溝岸兩側結合營造的水土保持灌木林帶修筑土袋封溝埂；削坡，并在溝底修筑干砌石或漿砌石谷坊，以控制溝床下切。

3 結論和討論

3.1結論通過2011、2012年調查數據，對海倫市前進鎮光榮小流域的坡耕地侵蝕溝特征和治理措施進行研究。結果表明，當前光榮小流域的水力侵蝕強度為輕度侵蝕，溝蝕的強度分級為極強烈，小流域的溝蝕狀況相當嚴重，必須采取相應的措施進行治理。通過對侵蝕溝的深度和寬度進行聚類分析表明，光榮小流域侵蝕溝可分為淺溝、切溝和沖溝3類，以切溝和沖溝為主體。對年侵蝕量、溝壑占地面積和溝長進行聚類分析，可將侵蝕溝分為小型溝、中型溝和大型溝3個級別。侵蝕溝有較大的寬長比，且發育速度很不平衡。小型侵蝕溝應用較簡單的配套措施即可治理，中型侵蝕溝應采

取生物措施和工程措施并重的方法進行治理，大型侵蝕溝應采取生物措施和工程措施相結合且以工程措施為主的方法進行治理。

3.2討論該研究只考慮了侵蝕溝長度、寬度、深度、占地面積等影響因子，而如何將降水(降雨和降雪)、土壤(土壤剖面入滲和土壤可蝕性等特征)以及凍融作用等因子加入研究中，討論其對于侵蝕溝發育和形成過程的影響是非常重要的。

坡耕地侵蝕溝的形成過程與坡耕地壟溝較長、單一的耕作措施有關。因此，如何從根本上切斷侵蝕溝形成的條件是非常關鍵的。今后，改變單一的耕作制度，增加壟作區田和植物籬等防護林帶以截短坡長，減少匯流面積，從而遏制侵蝕溝的形成和發育。

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