秸稈半填覆綠侵蝕溝治理模式及應(yīng)用

［摘要］ 秸稈半填覆綠侵蝕溝治理模式是東北漫川漫崗黑土區(qū)在侵蝕溝治理過(guò)程中優(yōu)化施工工藝、采用生態(tài)低成本材料、運(yùn)用治理新方法的一種黑土地保護(hù)創(chuàng)新治理模式，其特點(diǎn)是適用范圍廣泛、施工簡(jiǎn)便、治理成本大幅度降低、生態(tài)及社會(huì)效益顯著。該模式主要適用于溝深大于2 m、土層厚度不小于0.5 m、溝道比降小于10%的侵蝕溝，布設(shè)要點(diǎn)包括溝道整形、秸稈打捆、谷坊布設(shè)、秸稈鋪設(shè)、填埋覆土和造林植草。以訥河市學(xué)田鎮(zhèn)增產(chǎn)項(xiàng)目區(qū)侵蝕溝治理工程為例，探討了秸稈半填覆綠侵蝕溝治理模式的設(shè)計(jì)方法和施工工藝，包括削坡整形、生態(tài)袋谷坊攔擋、秸稈捆填充、覆土回填、扦插造林和封禁治理等。

［中圖分類號(hào)］ S157[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] BDOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.08.015

［引用格式］ 徐金忠，李洪，楊慶楠，等.秸稈半填覆綠侵蝕溝治理模式及應(yīng)用[J].中國(guó)水土保持，2024（8）：56-58.

水土流失是當(dāng)前影響人類社會(huì)生存和發(fā)展的重要環(huán)境問(wèn)題，溝道侵蝕是土地退化主要的過(guò)程及最嚴(yán)重的表現(xiàn)形式[1]，也是主要的產(chǎn)沙源[2-3]，作為水土流失的重要組成部分，與坡面侵蝕相互作用，惡性循環(huán)。黑土被公認(rèn)是世界上寶貴的農(nóng)業(yè)資源，東北黑土區(qū)是我國(guó)最大的商品糧生產(chǎn)基地，每年為國(guó)家提供商品糧3 500萬(wàn) t左右，約占全國(guó)商品糧供給的1/3[4]REF_Ref134304369*MERGEFORMAT，是全國(guó)商品糧生產(chǎn)的“穩(wěn)壓器”。當(dāng)前，該區(qū)域正遭受著嚴(yán)重的水土流失，尤其是溝道侵蝕和黑土退化已成為制約當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素[5]REF_Ref134304393*MERGEFORMAT。溝道侵蝕是長(zhǎng)期存在的一個(gè)最受關(guān)注的具有普遍性、緊迫性和復(fù)雜性的世界性環(huán)境問(wèn)題[6]REF_Ref134304415*MERGEFORMAT，侵蝕溝發(fā)育切割地表，使農(nóng)業(yè)機(jī)械效率明顯降低，而且出于安全考慮，侵蝕溝附近緩沖區(qū)無(wú)法耕作，導(dǎo)致耕地?fù)p失面積比侵蝕溝面積成倍增加。侵蝕溝破壞耕地的同時(shí)還加劇坡面侵蝕，沖走沃土，淤積河道[7]REF_Ref134304440*MERGEFORMAT。因此，侵蝕溝發(fā)育影響因子[8-9]REF_Ref134304464#\"0]\"、發(fā)生機(jī)理[10-11]REF_Ref134304611#\"0]\"、發(fā)育過(guò)程[12-14]REF_Ref134304800#\"0]\"*MERGEFORMAT等被廣泛關(guān)注，但關(guān)于侵蝕溝防治措施的研究還相對(duì)薄弱。

目前，國(guó)家對(duì)黑土地保護(hù)的重視程度空前，大規(guī)模實(shí)施防治土壤侵蝕的黑土地保護(hù)工程。黑龍江省僅2022年度用于黑土地保護(hù)侵蝕溝治理的資金投入已超過(guò)22億元，年度投資超過(guò)“十三五”期間投資總和的3倍。在黑土地保護(hù)侵蝕溝治理工程實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)用結(jié)合生態(tài)治理理念的新工藝、新方法是迫切需求。

1模式概述

秸稈半填覆綠侵蝕溝治理模式是東北漫川漫崗黑土區(qū)在侵蝕溝治理過(guò)程中優(yōu)化施工工藝、采用生態(tài)低成本材料、運(yùn)用治理新方法的一種黑土地保護(hù)創(chuàng)新治理模式，其特點(diǎn)是適用范圍廣泛、施工簡(jiǎn)便、治理成本大幅度降低、生態(tài)及社會(huì)效益顯著。該模式利用東北黑土區(qū)秋季農(nóng)作物收獲后易獲取的玉米秸稈為主要材料，利用機(jī)械將秸稈壓實(shí)、打包備用，采用機(jī)械與人工結(jié)合的方式將處于發(fā)育狀態(tài)的侵蝕溝溝底削坡修整為矩形斷面，削坡土方放置于溝岸兩側(cè)，壓實(shí)打包好的秸稈平整放置于整修后的侵蝕溝溝底，然后將削坡土方覆于秸稈層之上形成覆土層，并在覆土層撒播草籽、栽植灌木，溝底間隔適當(dāng)距離構(gòu)建石籠或生態(tài)袋谷坊，以確保降雨或融雪產(chǎn)生的徑流經(jīng)覆土層入滲到秸稈層后可透過(guò)石塊或生態(tài)袋間縫隙流向下游，同時(shí)對(duì)秸稈層形成阻滯作用，防止因侵蝕溝溝底比降較大而造成秸稈層整體滑脫。

2適用范圍

秸稈半填覆綠侵蝕溝治理模式主要適用于溝深大于2 m、土層厚度不小于0.5m、溝道比降小于10%的侵蝕溝綜合防治，可用于黑龍江省水土保持“兩帶三片”區(qū)劃中松嫩平原東部水蝕綜合治理片、松嫩平原西部風(fēng)蝕綜合治理片、三江平原水蝕綜合治理片、長(zhǎng)白山山地丘陵防治帶侵蝕溝治理工程中，以及東北黑土區(qū)同類條件侵蝕溝治理工程中。

1）模式組成。溝道整形，秸稈打捆，秸稈填埋，覆土，建谷坊，造林植草等。

2）措施布設(shè)。將溝底設(shè)計(jì)深度范圍內(nèi)修整成矩形斷面溝道，沿溝底縱坡布設(shè)谷坊群，進(jìn)行秸稈填埋、覆土、造林植草（見(jiàn)圖1），從而達(dá)到固定溝床、抬高侵蝕溝基準(zhǔn)面、恢復(fù)植被的目的。

3設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）溝道整形。溝道整形前應(yīng)先實(shí)施表土剝離，然后將溝底設(shè)計(jì)深度范圍內(nèi)整形為矩形斷面，以利于秸稈捆填埋。整形寬度應(yīng)隨溝道自然寬度變化，可分成若干寬度斷面，遵循小彎取直、大彎就勢(shì)的原則。

2）秸稈打捆。秸稈需打捆壓實(shí)后填埋，秸稈捆宜為長(zhǎng)方體，密度不應(yīng)小于230 kg/m3，單個(gè)秸稈捆質(zhì)量以不超過(guò)50 kg為宜，首選玉米秸稈或麥秸。

3）谷坊布設(shè)。在整形后的溝道底部，沿縱坡布設(shè)谷坊群，谷坊宜采用石籠谷坊或生態(tài)袋谷坊，谷坊不設(shè)置上下游護(hù)底、 徐金忠等：秸稈半填覆綠侵蝕溝治理模式及應(yīng)用護(hù)坡和消力池，以固定溝床、抬高侵蝕溝基準(zhǔn)面、防止秸稈捆滑脫和溝底下切為目的。

4）秸稈鋪設(shè)。秸稈沿侵蝕溝的一端開(kāi)始鋪設(shè)，從底層向上逐層鋪設(shè)，應(yīng)遵循同層秸稈捆橫豎兼顧、不同層秸稈捆錯(cuò)位布設(shè)、碼放緊湊的設(shè)計(jì)要求。

5）填埋覆土。秸稈填埋后上層覆土厚度不應(yīng)小于40 cm。

6）造林植草。溝坡采用工程整地造林，溝底造林宜選擇耐濕、抗沖、根蘗性強(qiáng)的灌木樹(shù)種。

7）注意事項(xiàng)。谷坊高度不能低于覆土后谷坊上游溝底面；在靠近村屯、道路等牲畜容易進(jìn)入的侵蝕溝四周需設(shè)置工程圍欄。

4應(yīng)用實(shí)例

訥河市學(xué)田鎮(zhèn)增產(chǎn)項(xiàng)目區(qū)采用了秸稈半填覆綠侵蝕溝治理模式進(jìn)行侵蝕溝治理，應(yīng)用效果見(jiàn)圖2。

4.1基本情況

項(xiàng)目區(qū)地貌類型為漫川漫崗，地形波狀起伏，中小型侵蝕溝多發(fā)育于坡耕地中。本實(shí)例侵蝕溝長(zhǎng)355 m，平均溝寬10.1 m，平均溝深4.3 m，溝道比降4.7%，溝道面積0.36 hm2，于2019年實(shí)施治理。

4.2措施布設(shè)

主要措施有削坡整形、生態(tài)袋谷坊攔擋、秸稈捆填充、覆土回填、扦插造林、封禁治理等。

1）削坡整形。對(duì)不規(guī)則的溝底按照矩形斷面進(jìn)行整形，為秸稈捆填充和覆土回填施工提供作業(yè)面；在覆土回填基準(zhǔn)面以上的侵蝕溝邊坡按照1∶1.5坡比削坡整形，削坡土方量846 m3。

2）生態(tài)袋谷坊攔擋。在溝道較陡段修建生態(tài)袋谷坊（見(jiàn)圖3）4處，以固定溝床，抬高侵蝕溝基準(zhǔn)面，防止秸稈捆滑脫和溝底下切。

3）秸稈捆填充。在修整后的溝底填充秸稈捆729捆。

4）覆土回填。谷坊及秸稈捆填充實(shí)施完畢后在秸稈捆上覆土厚0.4 m，土方量572 m3。

5）扦插造林。采用扦插造林方式在覆土層栽植灌木柳，株行距0.5 m×0.5 m，造林面積0.14 hm2。

6）封禁治理。為保證植物措施成活率，在灌木生長(zhǎng)初期避免牲畜踐踏及啃食，在侵蝕溝溝岸設(shè)置工程圍欄728 m進(jìn)行封禁治理。

5效益分析

5.1經(jīng)濟(jì)效益

2022年度訥河市興旺鄉(xiāng)黑土區(qū)侵蝕溝專項(xiàng)治理工程治理侵蝕溝80條（其中溝壑長(zhǎng)度≥500 m的大型溝9條，150 m≤溝壑長(zhǎng)度＜500 m的中型溝36條，溝壑長(zhǎng)度＜150 m的小型溝35條），按照水土保持重點(diǎn)治理工程侵蝕溝治理投資標(biāo)準(zhǔn)估算投資約為2 674萬(wàn)元，采用秸稈半填覆綠侵蝕溝治理模式實(shí)際工程投資為1 206.13萬(wàn)元，估算節(jié)約成本超50%。

5.2社會(huì)效益

秸稈半填覆綠侵蝕溝治理模式可極大緩解東北黑土區(qū)侵蝕溝治理中削坡占地難以解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)侵蝕溝治理中削坡坡比為1∶1.5，即溝道深度每增加1 m，溝道兩側(cè)削坡寬度最大可增加1.5 m×2=3 m。以應(yīng)用實(shí)例中黑龍江省訥河市學(xué)田鎮(zhèn)增產(chǎn)項(xiàng)目區(qū)采用此模式的侵蝕溝為例，填埋1 m深秸稈+0.4 m覆土，侵蝕基準(zhǔn)抬高1.4 m，理論上單側(cè)削坡占地寬度最大可減少2.1 m，實(shí)際施工中削坡寬度需考慮溝道底寬，按照溝道底寬2 m計(jì)算，傳統(tǒng)治理削坡后寬度為2 m+4.3 m×1.5×2=14.9 m，采用秸稈半填覆綠侵蝕溝治理模式實(shí)現(xiàn)了少削坡（部分溝段可實(shí)現(xiàn)免削坡），最終平均溝寬為10.5 m，削坡占地面積減少（14.9 m－10.5 m）×355 m=1 562 m2，極大緩解了侵蝕溝治理工程中削坡占地難以解決的問(wèn)題。2022年度黑龍江省治理侵蝕溝9 000余條，按照20%比例估算采用此模式治理的侵蝕溝條數(shù)，理論上可減少削坡占地面積100～200 hm2。且秸稈半填覆綠侵蝕溝治理模式施工工藝簡(jiǎn)單，不需要專業(yè)的施工機(jī)械設(shè)備，對(duì)施工人員的專業(yè)素質(zhì)要求較低，適合于村民自建。

5.3生態(tài)效益

秸稈半填覆綠侵蝕溝治理模式符合水土保持生態(tài)建設(shè)理念。秸稈填埋覆土后可為栽植的喬灌木和自然恢復(fù)的草本植物群落提供生長(zhǎng)條件，植物根系可有效增加溝底土壤抵抗徑流沖刷和侵蝕的能力，植物地上部分可分散徑流，降低徑流攜帶泥沙的能力。另外，秸稈半填覆綠侵蝕溝治理模式為作物秸稈提供了新的利用方式，可有效減少秸稈焚燒造成的空氣污染，緩解秸稈綜合利用壓力。因此，該模式應(yīng)用前景廣闊。

[參考文獻(xiàn)]

[1] PIMENTEL D，BURGUESS M.Soil erosion threatens food production[J].Agriculture，2013，3（3）：443-463.

[2] KRAUSE A K，F(xiàn)RANKS S W，KALMA J D，et al.Multiparameter fingerprinting of sediment deposition in a small gullied catchment in SE Australia[J].Catena，2003，53（4）：327-348.

[3] DE VENTE J，POESEN J，VERSTRAETEN G.The application of semiquantitative methods and reservoir sedimentation rates for the prediction of basin sediment yield in Spain[J].Journal of Hydrology，2005，305（1-4）：63-86.

[4] 水利部，中國(guó)科學(xué)院，中國(guó)工程院.中國(guó)水土流失防治與生態(tài)安全：東北黑土區(qū)卷[M].北京：科學(xué)出版社，2010：52-55.

[5] 徐金忠.典型黑土區(qū)切溝發(fā)育關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素及特征研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2020：1-4.

[6] BILLI P，DRAMIS F.Geomorphological investigation on gully erosion in the Rift Valley and the northern highlands of Ethiopia[J].Catena，2003，50（2-4）：353-368.

[7] POESEN J，NACHTERGALE J，VERSTRAETEN G，et al.Gully erosion and environmental change：Importance and research needs[J].Catena，2003，50（2-4）：91-133.

[8] 杜書(shū)立，李浩，陳強(qiáng)，等.典型黑土區(qū)侵蝕溝空間分布特征及主要影響因子分析：以黑龍江省引龍河農(nóng)場(chǎng)為例[J].土壤與作物，2013，2（4）：177-182.

[9] 李琳琳.基于GIS的典型黑土區(qū)溝蝕動(dòng)態(tài)及其影響因子分析[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2010：33-40.

[10] 孟令欽，李勇.東北黑土區(qū)坡耕地侵蝕溝發(fā)育機(jī)理初探[J].水土保持學(xué)報(bào)，2009，23（1）：7-11，44.

[11] 唐莉，孟令欽，張鋒.黑土區(qū)坡耕地侵蝕溝發(fā)育機(jī)理[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（2）：819-821，827.

[12] 李浩.典型黑土區(qū)不同尺度溝蝕演化過(guò)程及效應(yīng)研究[D].哈爾濱：中國(guó)科學(xué)院研究生院（東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所），2016：60-74.

[13] 范昊明，顧廣賀，王巖松，等.東北黑土區(qū)侵蝕溝發(fā)育與環(huán)境特征[J].中國(guó)水土保持，2013（10）：75-78.

[14] 顧廣賀，王巖松，鐘云飛，等.東北漫川漫崗區(qū)侵蝕溝發(fā)育特征研究[J].水土保持研究，2015，22（2）：47-51，57.

收稿日期： 2023-05-07

基金項(xiàng)目： 黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（LH2020D018）

第一作者： 徐金忠（1985—），男，黑龍江雙鴨山人，工程師，博士，主要從事黑土地保護(hù)與水土流失防控技術(shù)研究工作。

E-mail： xjz85224@163.com

（責(zé)任編輯徐素