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探究在坡耕地水土流失防治中对机械式地埂板块的应用

2020-01-06 217 上传者：管理员

摘要：吉林省的中东部地区产要分布的坡耕地，有些中部地区垦植指数已超过0.7以上，且治理相对落后。所以为了解决水土流失导致的该区生态环境不断恶化和土地生产力不断下降问题，探究应用在等高垄作的坡耕地上沿垄沟方向布设直立式拦截地表径流泥沙的机械式地埂板块措施，解决了之前采用地埂植物带和梯田措施占地面积多的问题，更很好地发挥了保土、保水和保肥效益，以期为防治东北黑土区水土流失、保障国家粮食安全起到了非常重要的作用。

关键词：
坡耕地
效益分析
机械式地埂板块
水土流失防治
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我国是世界上坡耕地最多的国家，由于人口多，特别是20世纪60-70年代，因解决粮食需求而大规模的陡坡开荒，形成了大量的坡耕地[1]。目前，坡耕地已经成为水土流失发生的主要策源地，严重的水土流失会导致生态环境恶化，土地生产力下降，制约着经济社会的可持续发展[2-4]。吉林省是坡耕地较多的省份之一，主要分布在中东部地区，有些中部地区垦植指数已超过0.7以上，且治理相对滞后，采取的坡耕地治理措施主要为地埂植物带和梯田措施等[5-7]。梯田措施由于土方量大、田坎占地多，且要求有相应厚度的土层，农民不愿意接受。虽然地埂植物带也具有较好的坡耕地水土流失防治效果，但存在着一些不足之处，如坡面防护标准低，汛期工程易发生水毁；地埂植物容易受除草剂等农药伤害，植物成活率低；占用土地面积相对较大，农民接受程度较低等。东北黑土区作为我国重要的商品粮生产基地，保持水土资源和维持土地面积稳定尤为重要。本文以研究占地少、水土流失防治效果显著且便于推广应用的坡耕地水土流失防治新技术为目的，旨在提高我省坡耕地治理的技术含量、保护珍贵的黑土资源、维持土地生产力，实现资源、环境与经济的可持续发展。

1、机械式地埂板块水土流失防治机理

机械式地埂板块防治水土流失的机理主要是通过在原坡面布设若干道挡板带，使其分割成若干个汇流段，从而缩短了降雨径流汇流的坡长，使降水径流分段被拦蓄而不能统一汇集在下游沟道中，因此大大减少了水土资源的流失。同时，该防治措施还改变了汇流方式，降水径流层被拦蓄，大部分地表径流可通过土壤入渗方式转化为地下径流，一方面可以减小地表径流对地表的冲蚀，发挥防治土壤侵蚀的作用，另一方面还可以增加土壤含水率，改善土壤水分状况，从而提高土地生产力。此外，由于大量的坡面径流被拦蓄并转化为地下径流，通过地下水系通道汇集到下游沟道，既减少了进入下游沟道的泥沙淤积，又可以延长洪水汇流时间和减少径流动能，从而可以减轻下游沟道的洪水危害。

2、机械式地埂板块技术概述

2.1 机械式地埂板块材料的选定

通过对目前市场情况调查，结合本项目的实际，机械式地埂板块材料包括塑料板材、钢板材和砼板材等。塑料板材存在易老化问题，不适于长期发挥作用。钢板材规格较多，但如果钢板材太薄则其稳定性差，如果厚些，则成本太高且存在防腐蚀问题，也不太理想。砼土板块较理想，一是经久耐用，二是成本相对较低，三是埋于地下稳定性较好，且易于管理，因此选用砼材料作为水土流失防治板块进行研究。

2.2 机械式地埂板块结构参数的确定

机械式地埂板块（砼板块）设计应以满足防治水土流失技术指标为前提，且还要考虑便于安装、维修、节约材料及资本投入。本设计砼板块总高度为60cm，地下埋深30cm，地上部分露出地面30cm，每块板块长度为1m，厚度3cm。板块两端留有孔，用于板块间连接稳固之用。为了提高板块的抗剪强度，防止运输和安装过程损毁，砼板块应加配结构钢筋。

2.3 适应性分析

本研究在吉林省水土保持科学研究院杏木试验基地开展不同坡度、不同带间距试验研究，结果表明机械式地埂板块技术在坡度10°以下的坡耕地上应用效果最佳，且适于坡耕地横向坡度小于5°以下的缓坡坡面。该技术的优点一是不受土层薄厚的限制，特别是对土层较薄、不适于布设其它治理措施的坡耕地；二是该技术占地少，使用期长。研究表明，该技术占耕地面积比地埂植物带减少2/3以上，且对田间作物生长环境无影响。虽然一次性投入较地埂植物带相对大些，但由于使用期可达30年以上，便于粗放管理，因此就整个使用期而言，其投入是最低的，所以便于推广应用。根据试验研究，对于不同坡度的坡耕地，按5年一遇6小时防洪标准设计，机械式坡面地埂板块带最适于的带间距见表1。

表1 机械式地埂板块带间距表

3、机械式地埂板块施工技术

3.1 定线

在等高垄作的坡耕地上，沿垄沟布设机械式坡面地埂防治板块，即沿等高线平行布设，在坡耕地坡面上形成设计间隔宽度相互平行的板块带。

3.2 基础开挖回填

由于板块厚度较薄为3cm，根据目前农村实际情况，基础开挖一是可以采用人工用锹挖沟，二是利用犁机械深趟结合人工清沟。无论采用上述哪种方法，沟深都应控制在30cm，开挖土置于沟两侧，待板块安装后将两侧土回填压实。

3.3 板块安装

将预制板块置于开挖的沟内30cm深处，两两板块间采用8#铅丝沿板块端预留的孔口串连起来，要求板块顶齐平，有条件的在两板间可放橡胶止水材料，起止水和防止冻涨作用。

3.4 施工

工艺与时序机械式地埂板块施工工序包括定线→基础开挖→板块安装→基础回填，此外对板块两侧垄如耕地受阻碍，可采用免耕种植。

4、效益分析

在研究区选择下垫面相同、坡度为7°—8°的坡耕地，分别布设水平梯田、地埂植物带和机械式地埂板块三种防治措施并进行效益分析，机械式地埂板块的综合效益较好。从表2可以看出，机械式地埂板块拦蓄地表径流、泥沙、增产、增收各项效益指标分别比地埂植物带高6.8%、3.4%、2.5%、0.8%，比水平梯田分别低12.9%、11%、1.9%、1.9%；但机械式地埂板块措施占地最少，仅占用0.1%，比地埂植物带和水平梯田分别减少占地97.5%、98.3%。5结论机械式坡面地埂板块具有生产安装简便、使用服务周期长（30年以上）和维护管理费用低的优点，技术实施对地形地貌及地表扰动和田间农业生产影响较小，生态经济效益显著，且田间布设后整齐成排，一目了然，视觉效果好，便于对外展示宣传该项技术。同时，该技术应用也有利于当地群众了解水土保持作用，提高水土保持意识。

参考文献：

[1]水利部,中国科学院,中国工程院.中国水土流失防治与生态安全·东北黑土区卷[M].北京:科学出版社,2010:1-130.

[2]刘兴土,阎百兴.东北黑土区水土流失与粮食安全[J].中国水土保持,2009(1):17-19.

[3]张瑜,芦贵君,仲崇山,等.东北黑土区坡耕地侵蚀沟生态现状诊断与评价[J].吉林水利,2017,9:1-4.

[4]王念忠,沈波.东北黑土区侵蚀沟发育状况及其对粮食安全的影响[J].中国水土保持科学,2011,9(5):7-10.

[5]刘宝元,阎百兴,沈波,等.东北黑土区农地水土流失现状与综合治理对策[J].中国水土保持科学,2008,6(1):1-8.

[6]赵书军.东北黑土区几种埂带植物的固埂作用及效益分析[J].吉林水利,2013,10:42-46.

[7]王文常,陈广勇,郁俊明,等.埂带工程是黑土区快速治理坡耕地的有效途径[J].水土保持应用技术,2010,3:37-38.

赵书军.机械式地埂板块在坡耕地水土流失防治中的应用研究[J].吉林水利,2019,(12):50-51,55.