东北黑土区坡耕地地表径流的影响因素分析_兼谈水土流失对策

30～40
8100～15100
≥40
≥15100
2 水土流失防治对策与措施
211 合理施肥 改良土壤结构 我国东北黑土区使用化肥仅有 40a的历史 。 20 世纪 50
～70年代 ,由于经济基础薄弱 ,物质投入不足 ,用养失调 ,造 成土壤肥力下降 。 90 年代以来 ,随着品种 、栽培 、病虫害防 治 、土壤改良等技术的广泛应用和普及 ,使农作物产量有大 幅度提高 ,而培肥措施未能满足粮食快速增长的要求 ,用养 失调 、微量元素短缺的问题没有得到解决 [4 ] 。据报道 ,世界 粮食增产的 50%左右取决于土壤氮素肥力 [6 ] ,而且高产作物 与土壤供氮能力之间的依赖性更强 : 土壤供氮能力愈高 ,作 物对土壤氮素的依赖性就愈强 ,而氮肥的增产效果和利用率 就愈低 [7 ] 。 212 调整耕作制度 采用合理是农业生产措施
对地表径流的影响也较明显 。土壤质地良好 、透水性 、抗蚀 性 、抗冲击性就强 ,水土流失就轻 ,反之就重 。
该区受到 3种不同的侵蚀营力作用 :冬季及初冬的冻 融侵蚀 ,春季的风力侵蚀 、夏季和秋季的水力侵蚀 ,其中水 力侵蚀最明显 。冻土的冻结与消融 过程 使得土 壤变 得松 散 ,抗蚀 、抗冲能力下降 。黑土层开垦后 ,重 用 轻 养 ,广 种 薄收 ,作物带走的土壤养分得不到应有的补充 ,造成土壤 养分平衡失调 ,有机质含量下降 ,土壤肥力减退 [ 4 ] 。黑龙 江垦区单位面积施肥量见图 1,黑土有机质含量和土壤肥 力下降如表 1。
①等高种植 ,改变耕作坡面坡度 。等高种植是调整地表 径流坡降的有效措施 ,顺坡垄改等高垄减小了坡面汇流面 积 ,延缓了水流流速 ,增加了土壤的保水保墒能力 ,降低了地 表径流的流速和流量 ,从而减少水土流失强度 。实践证明 ,
改垄是黑土区治理坡耕地水土流失投资最少 、见效最快的一 种措施 [8 ] 。据资料分析 , 3°坡耕地横垄比顺垄减少径流量 60% ～80% ,冲刷量减少 75% ～90% ; 4°坡耕地横垄比顺垄 减少径流量 75% ,冲刷量减少 83%。一般情况下 ,顺垄改为 横垄后 ,土壤水分可提高 3% ～5% ,增产 300kg / hm2 左右 。 ②采用少耕深松 、耙茬 、原垄卡 、秸秆还田等农业生产措施 。 少耕减少了土壤的扰动 ,深松打破了犁底层 ,使得耕作层与 犁底层下面的包气带能很好的连通 ,可以增加土壤涵养水分 的能力 。其他这些都是起保水固土作用 。 ③调整种植业结 构 ,做到用地与养地结合 ,确立科学的轮作及培肥耕作制度 。 建立土壤保护和耕作保护体系 ,促进养分的良性循环 。 213 采取综合工程措施 截流地表径流 ,防治面源污染
东北黑土区坡耕地地表径流的影响因素分析 ———兼谈水土流失对策
霍军力 1 ,王永成 1 ,董 斌 2
(11黑龙江正业勘测设计有限公司 ,哈尔滨 150030; 21武汉大学中水资源与水电工程科学国家重点实验室 ,武汉 430072)
摘 要 :中国东北黑土区是世界上三大黑土区之一 ,是我国的粮食主产区之一 ,农业生产在区域经济发展中有着举足轻重的作用 。 但是东北黑土区的水土流失问题日趋严重 ,威胁到粮食的持续生产能力 。文章通过探讨影响坡耕地地表径流的主要影响 因素 :降雨 、坡降 、汇水面积及下垫面因素 ,分析水土流失的防治对策 。
1 地表径流的影响因素分析
霍顿产流理论认为 ,地表径流产生的条件 : ①降雨强度 超过土壤下渗容量 ; ②包气带的土壤含水量超过田间持水 量 [3 ] 。邓恩山坡产流理论认为 ,当降雨到达山坡地面后 ,根 据不同的土壤和地质条件 ,会产生超渗地面径流 、地下水径 流 、壤中水径流和饱和地面径流等 4种径流形式 [3 ] 。
2008年 第 (第 36卷
5期 )
黑 龙 江 Heilongjiang Science and
水 利 科 技 Technology of W ater
Con se rvancy
(
No1512008 Todal No136)
文章编号 : 1007 - 7596 (2008) 05 - 0093 - 02
关键词 :水土流失 ;地表径流 ;东北黑土区 ;影响因素分析 中图分类号 : S157 文献标识码 : B
黑土区水土流失特别是坡耕地的水土流失对土地资源 破坏极大 。据测算 ,东北黑土区每年流失的土壤养分价值达 2～10亿万元 [1 ] 。根据对典型黑土区多年观测资料分析 , 3° 坡耕地每年每公顷流失氮磷 180～240 kg,钾 360～480 kg,相 当于 7 500～15 000kg农家肥的肥力 。据估算 ,黑土区每年流 失掉的黑土达 1 亿 m3 以上 ,流失掉土壤中的氮 、磷 、钾元素 折合成标准化肥达 400 ～500 万 t[2 ] 。从根本上减少水土流 失量 ,减轻农业面源污染 ,增强粮食生产能力有着一定的理 论意义与实践意义 。
图 1 黑龙江垦区单位面积施肥量 表 1 黑土有机质含量变化
黑土
垦后
垦后
按水土流失强度
项目
开垦初
27a
40a
轻度
中度
重度 极重度
有机质含量 80
40
24
40
30～40 20～30
10
犁底层是多年农业耕作形成的相对不透水层 。犁底层 的存在 ,使得耕作层与地下水之间的水力联系微弱 。由于耕 作措施不合理 ,大型农机具不配套 ,机耕往返次数多 ,加之小 农具机耕的出现 ,土壤压实面积增加 ,总孔隙度减小 ,犁底层 上升 。
坡降和汇水面积是地貌影响地表径流水力要素的主要 条件 。地形地貌条件又以坡度 、坡长为主要因素 。地面坡度 越大 ,径流的冲刷能力越强 。坡度相同时 ,坡面越长 ,汇集的 流量越大 ,侵蚀力也越强 。漫川漫岗区地貌特点是坡缓 、坡 长 ,坡耕地占 60%以上 ;一般坡度在 10°以下 [2 ] 。
此外 ,东北地区现今仍有少量顺坡耕种 、顺坡打垄 ,雨季 会形成较大的汇水面积 ,形成地表径流后造成的冲刷力强 , 耕地极易形成坡面的细沟和浅沟侵蚀 ,导致坡耕地水土流失 严重 ,特别是坡的上部黑土层已经流失殆尽 ,使黑土层逐年 变薄 。相同降雨条件下 ,土壤质地 、植被条件等下垫面因素
①对坡长 、坡陡 、面积较大的坡耕地 ,采用在坡耕地上设 置横坡截流沟的方法分割水势 ,缩短坡水径流流程 ,降低流 速 ,起到防止和降低岗坡耕地水土流失的目的 。 ②在坡耕地 上推广垄向区田 、深松 、打鼠洞 、暗排等综合措施 ,达到减少 地表径流 ,实现保水固土的目的 。 ③缓冲带是一类水土保持 和面源污染控制的生物治理措施的总称 ,广泛应用于坡地水 土流失控制 、河 (沟 )道稳定性保护 、干旱区风蚀控制等多个 领域 ,且在我国的水土保持和生态保护方面发挥了积极的作 用 。较长坡面上依据不同坡度和侵蚀强度 ,沿等高线布设植 物篱 ,形成密集型篱笆 ,在挡土防蚀 、减缓坡度 、缩短坡长 ,提 高土壤肥力 ,若种植经济篱 ,还有绿肥等产出效益方面具有 明显的作用 。这种植物篱坡地生态农业模式也许有很好借 鉴意义 。对于荒地 ,尤其是低洼地 ,不但要禁止开垦 ,还要加 以保护 ,稍加改造 ,可以作为天然的缓冲带 。四是借鉴 ,推广 “三道防线 ”[4 ]的治理模式 。该模式是东北黑土区水土流失 综合防治试点工程探索出来的防治坡耕地水土流失的成功 模式 ,将作为今后开展漫川漫岗区水土流失治理的有效途 径。
表 2 退化黑土与非退化黑土水分物理性质
深度
0～10 10～20 20黑土 (中层黑土 )
凋萎 系数
/% 1419
田间 持水率
/% 35
饱和 渗透 持水率 速度
/ % /m ·昼夜 6116 01172
1419
36
5818 01096
1518 3212 5213 01072
3 结语
研究东北黑土区坡耕地水土流失综合防治技术 ;建设高 标准梯田 、路网 ,林网和缓冲带 ,水系布局合理 ; 黑土区水土 流失的防治要与面源污染和水环境保护结合起来 ,研究降雨 地表径流高效利用技术和严重扰动区植被快速营造模式等 。
参考文献 :
[ 1 ] 蔡壮 ,沈波 1东北黑土区水土流失防治在保障国家粮食生产中 的地位与作用 [ J ]1中国水利 , 2007, (20) : 37 - 381
1516 2819
42
01048
1511 2814 3316 01024
退化黑土 (中层黑土 )
凋萎 系数
/% 1511
田间 持水率
/% 3311
饱和 渗透 持水率 速度
/ % /m·昼夜 5515 01093
1511 3211 5314 01048
1212 2612 4211 01048
1416 2312 2714 01048
[ 2 ] 党连文 1 加强水土流失综合防治 保护东北黑土地承载能力 [ J ]1中国水利 , 2007, (16) : 1 - 31
[ 3 ] 芮孝芳 1水文学原理 [M ]1北京 :中国水利水电出版社 , 20041 [ 4 ] 刘兴土 1松嫩平原退化土地整治与农业发展 [M ] 1北京 :科学
植被条件 。良好的植被 ,截留降雨 ,分散径流 ,减轻水土 流失 ,而植被一旦破坏就容易发生水土流失 。在人口压力下 的过度开垦黑土地 ,大大破坏了其天然保护屏障 ,为了增加 耕地 ,大量毁林 、毁草开荒 ,严重破坏了黑土区原有的地表植 被 。多年来 ,典型黑土区几乎全部被开为耕地 ,垦殖指数已 经超过 018。而土壤侵蚀强度随开垦年限的增加而增强 ,如 表 3所示 。
1615 2317 2415 01024
由于黑土层土壤结构松散 ,抗蚀抗冲能力低 ,底层土质 黏重 ,透水性很差 ,雨季耕作层水分容易饱和 ,这样雨季会在 地面形成大面积集雨 ,形成地表径流 ,冲刷力强 ,耕地极易形 成坡面的细沟和浅沟侵蚀 ,导致坡耕地水土流失严重 ,特别 是坡的上部黑土层已经流失殆尽 ,使黑土层逐年变薄 。据调 查 ,黑土区平均每年流失 013～1cm 厚的黑土表层 ,由于多年 严重水土流失 ,黑土区原本较厚的黑土层厚度现在只剩下 20 ～30cm[1 ] ,有的地方甚至已露出黄土母质 ,基本丧失了生产 能力 。