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甘南县黑土保护侵蚀沟治理方法研究

2024-12-04 23 上传者：管理员

摘要：东北黑土是中国重要的农业资源，对粮食安全和生态平衡具有重要作用。然而，随着土壤侵蚀，尤其是甘南县的沟蚀问题日益严重，黑土区的农业生产力和生态稳定性受到了极大威胁。该研究针对甘南县沟蚀问题，提出了一套科学的工程与生态综合治理措施。通过实地调研与详细分析，评估了水土流失的严重程度，并确定了治理重点区域。研究结果表明，采用石笼和柳编结构成功稳固了沟头，抑制了侵蚀扩展；在沟道内设置的格宾石笼谷坊结构有效减缓了水流速度，防止了进一步的土壤流失。此外，通过在裸露区域种植乡土草种，恢复了植被覆盖，大幅提升了土壤保水能力并促进了生物多样性。该治理措施不仅遏制了水土流失，还保障了黑土资源的可持续利用，为全球类似侵蚀严重的地区提供了重要的参考依据。

关键词：
侵蚀沟治理
可持续农业
水土流失
生态恢复
黑土保护
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黑土地作为全球重要的土壤资源之一，具有极高的农业生产和生态价值，在维持粮食安全、涵养水源、保护生态平衡等方面发挥着不可替代的作用。然而，随着农业活动的不断扩大以及气候变化的影响，东北黑土区特别是甘南县面临着严峻的水土流失问题，侵蚀沟的形成加剧了这一现象，导致土壤肥力下降、耕地面积减少、生态功能退化等一系列问题。

甘南县作为典型的黑土区，长期以来依赖于黑土地进行农业生产。但由于人类不合理的土地利用及气候波动，侵蚀沟已成为当地主要的生态威胁之一。侵蚀沟不仅破坏了土壤结构，还导致大量养分流失，严重影响了农田生产能力，迫使当地亟需采取有效的治理措施。

因此，本研究从甘南县的实际情况出发，论证了侵蚀沟治理的必要性，并提出了综合治理方案，旨在通过科学的治理手段，遏制水土流失，恢复黑土的生态功能和生产能力，从而为区域农业的可持续发展及生态环境的改善提供保障。

1、甘南县黑土与侵蚀沟现状

1.1 地理位置与自然环境

甘南县位于中国东北的黑龙江省西部，地处大兴安岭南麓与松嫩平原交界处，是典型的黑土分布区。该地区地势由西北向东南逐渐降低，呈现丘陵和漫岗的地貌特征，形成了易于产生水土流失的地形条件。甘南县的气候属于中温带大陆性季风气候，年降水量相对集中在夏季，但降水的不均匀性导致雨季时强降水容易引发径流，侵蚀黑土层，形成侵蚀沟。

甘南县的土壤以黑土为主，具有较高的肥力和良好的保水保肥性能，是优质农业用地。然而，由于其地貌起伏较大，土壤表层较为松散，容易受到雨水的侵蚀，特别是在坡度较大的地区，水土流失现象十分严重。黑土在长期的侵蚀作用下，表层肥沃的土壤被冲刷，形成深度较大的侵蚀沟，这不仅减少了耕地面积，还严重影响了土壤质量和农业生产。

1.2 侵蚀沟分布与影响

甘南县的侵蚀沟广泛分布，主要集中在丘陵和河谷地带，发育程度严重，尤其在农田和交通设施附近更为显著，沟密度约为0.22km/km2,总长度达数十公里。侵蚀沟直接侵蚀耕地，减少了可耕作面积，造成农业生产损失。其发育导致土壤肥力流失，作物生长受阻，地表径流加剧水土流失，耕地生产力下降，同时破坏基础设施，增加农民的耕作难度和成本。在生态方面，侵蚀沟破坏了土壤结构和植被覆盖，削弱了土壤抗侵蚀能力，破坏生态平衡，影响区域生物多样性，威胁居民生活环境。

2、侵蚀沟治理的必要性

2.1 侵蚀对黑土资源的威胁

侵蚀沟的形成对甘南县黑土资源构成了严重威胁，黑土层因冲刷和切割而流失，导致土壤肥力下降，保水保肥能力减弱，直接影响农作物的生长和产量。如果不及时治理，持续的水土流失将使耕地难以利用，农业生产力下降，农民负担增加。同时，侵蚀沟蔓延阻碍交通、影响灌溉系统，增加基础设施维护成本。从长期来看，侵蚀沟加剧生态退化，削弱水源涵养功能，增加旱涝风险，对生态系统构成不可逆转的破坏。因此，采取措施治理侵蚀沟对保护黑土资源、保障农业生产和维持生态平衡至关重要[1]。

2.2 生态系统功能的退化

侵蚀沟的扩展不仅严重影响农业生产，还加剧了甘南县的生态系统退化。随着水土流失加剧，土壤中有机质和养分被冲刷，植被无法正常生长，削弱了固水固土能力，形成恶性循环。水文平衡被破坏，旱季水源短缺，雨季则易引发洪涝，湿地和水源涵养功能也受到损害，降低了生态系统应对极端气候的能力。此外，生境的破坏导致生物多样性减少，物种数量下降，生态系统的稳定性和恢复力显著降低，危及区域内的自然资源和居民的生活环境及经济活动的可持续性。

2.3 国家与地方政策支持

国家和地方政府高度重视黑土地保护，出台多项政策应对水土流失问题，特别是东北黑土区的持续退化。《国家黑土地保护工程实施方案》明确提出了水土保持、土壤改良和生态恢复等综合措施，保障粮食安全和生态可持续发展。国家层面，通过科技和现代农业手段遏制黑土流失、提升土壤质量，强调法律框架建设，并提供财政支持，鼓励地方政府和科研机构开展治理示范项目。甘南县积极响应国家政策，结合地方实际制定保护方案，推动政府、科研机构和农户合作，加快落实治理措施，为黑土地保护提供了坚实保障和科学治理路径。

3、侵蚀沟治理措施与方案

3.1 治理目标

本研究的治理目标是通过科学综合手段遏制甘南县黑土区侵蚀沟扩展，减少水土流失，保护黑土地资源，恢复土壤和生态系统功能。具体目标包括控制侵蚀沟扩展、稳固土壤结构、防止进一步侵蚀，并通过生态恢复提高土壤的保水保肥能力。此外，恢复受损土地的农业生产力，提升土地肥力，确保可持续农业发展。通过植被恢复和水土保持，改善生态环境，恢复生物多样性，增强区域生态系统功能，从而为农业和生态的长期可持续发展提供保障。到各项治理开发措施全部生效年，沟道林草措施和工程措施保存完好，侵蚀沟完全封闭，通过采取工程林草措施相结合，蓄水拦沙，增加植被，控制侵蚀沟发育扩张，改善农业生态环境，减轻侵蚀沟发展对下游耕地、村屯、道路等危害，实现保护耕地和草原，保护珍贵黑土资源，发展农村经济，提高农民收入，改善农村生产生活环境的目标。

3.2 工程措施

侵蚀沟的治理需通过有效的工程措施，重点在于沟头和沟道的防护与修复。沟头是侵蚀扩展的源头，采用石笼和柳编结构加固，能减少雨水冲刷，稳固土壤，延缓侵蚀。石笼具有良好排水功能，柳编根系可固定土壤，两者结合显著提升防护效果。沟道治理则通过格宾石笼谷坊结构抬升沟床、减缓水流速度，防止沟底侵蚀，并为植被恢复提供稳定基础。通过这些工程措施，侵蚀沟扩展得以控制，水土流失减少，黑土资源和农业的可持续发展得到保障。根据项目区侵蚀沟实地踏查数据，结合当地多年侵蚀沟治理经验，充分考虑工程措施的保存率、完好率，绿化措施的成活率等因素，本次侵蚀沟治理采用石笼防治模式配合生态蜂巢格栅防治模式，在措施布局上遵循如下原则：

1)坚持先上游后下游，先支沟后干沟，从沟头到沟尾的治理顺序。对实施顺序上相互影响的工程，根据其相互关系安排先后实施顺序。

2)坚持工程措施与林草措施相结合，骨干工程与一般工程相结合，因地制宜配置措施，做到各项措施紧密配合，相互促进，形成完整的防御体系。

3)工程措施所需材料尽量就地取材就近取材。林草措施选择坚持适地适种，以乡土草种为主。

4)对深度>1m沟头布置石笼沟头防护，深度<1m沟头布置柳编沟头防护，沟岸边坡>35°的边坡进行削坡整形处理。

5)对侵蚀沟沟底比降介于3%～15%且沟深>1m的沟段，按照“顶底相照”的原则，自下而上布设石笼谷坊；谷坊选址应符合“口小肚大”,沟段顺直要求。谷坊设计还应遵循谷坊高度宜为沟深1/2～2/3的原则。初步统计，本次谷坊高度在0.8～2.5m。

6)受项目区地质条件等因素影响，本次在沟头与谷坊之间、谷坊与谷坊之间以及谷坊段下游，选取沟深>0.5m, 沟底土层>30cm段，沟底布置柳编护沟，柳编护沟防护高度为沟道深度的二分之一，剩余沟道两岸裸露沟道布置生态蜂巢格栅，用于稳固沟坡，防治地表径流冲刷沟岸，进而形成新的沟头。

7)生态蜂巢格栅内撒播草籽，选取当地适宜生长的优势草种。

8)侵蚀沟削坡、沟头防护和石笼谷坊土方开挖存在余方时，回填非工程措施段的沟底；柳编护沟和生态蜂巢格栅回填土方首先采用沟道自身沟道削坡土方、沟头余方和谷坊余方，回填土方不足沟道调配与本沟道相连接的其它沟道余方，回填方仍少量不足的沟道可在柳编护沟和生态蜂巢格栅实施期间自行开挖、回填，做到项目区沟道土方平衡。

3.3 生态恢复措施

为巩固侵蚀沟治理效果，生态恢复是必要补充，特别是在沟道两侧和裸露区域进行植被恢复。种植适应当地的乡土草种可增加植被覆盖率，固土保水，减少降水引发的土壤流失，增强抗侵蚀能力。植被恢复不仅减少地表径流对沟坡的冲刷，避免二次侵蚀，还改善小气候，提升水分保持能力，并为动植物提供栖息地，促进生物多样性。随着植被扩展，区域生态系统逐步恢复，实现土壤、水源和生物多样性的可持续循环。

结合项目区内侵蚀沟地质实际情况，总结甘南县同类地区近年来治理经验，本次对各条沟道下切坡度较缓区域采用柳编护沟措施。

柳编护沟实施部位为削坡整形后的侵蚀沟沟深下一半的边坡和沟底，主要用于按设计要求的长度和桩径，选生长能力强的活立木(柳树桩，以下简称柳桩),侵蚀沟经削坡整形处理后，在侵蚀沟坡沟底放线埋入柳桩，埋深0.5m左右，柳桩间距0.5m×0.5m, 注意桩身与地面垂直纵横成一线，打桩时勿伤树桩外皮，牙眼向上。先横向铺一层柳条，再纵(顺沟方向为纵)向铺一层柳条，每层约10cm, 然后压实柳条以树桩为径纵横向编篱柳条，用铅丝把柳条固定在柳桩上，最后进行上面及两边覆土，并压实(覆土约20cm),柳桩外露约20cm。

柳编护沟应使用具有萌蘖能力的柳桩和柳条，柳条顺水流方向铺设柳梢指向沟头，垂直水流方向柳梢指向沟顶，确保柳桩和柳条成活。

4、侵蚀沟治理的实施与管理

4.1 治理过程安排

侵蚀沟的治理需经过科学合理的安排，确保各环节有效实施。首先进行前期勘测，了解侵蚀沟的分布、土壤和水文条件，提供设计依据。设计阶段需根据勘测结果制定治理措施，明确目标，选取适当的工程技术。实施过程中，优先加固沟头防护，防止扩展，随后在沟道内设置格宾石笼等防护措施，控制水流速度，稳固沟床。施工时应监控进展，及时调整方案，确保工程合理衔接。工程结束后进入生态恢复阶段，通过植被恢复和土壤固化，提升土壤稳定性与抗侵蚀能力，最终实现黑土资源的长效保护和可持续利用。

4.2 工程物资与资源分配

在侵蚀沟治理过程中，合理调配资源和材料是确保措施有效实施的关键。首先，应根据设计需求评估所需材料，确保石笼、格宾石笼、柳编等关键物资按时供应且符合质量标准，以保证其长期稳固性。在采购和运输中，严格控制材料质量，使用耐用材料保障工程的持久性。施工现场需合理分配材料，避免浪费或分配不均，并严格按照设计要求执行施工操作，确保工程质量。资源调配的科学管理不仅影响进度和成本，更决定治理措施的长期稳定性。

4.3 养护与效果评估

为确保侵蚀沟治理的长期稳定性，定期维护和科学监测至关重要。工程完成后，应建立监测机制，定期巡查沟头、沟道防护结构的稳定性、土壤侵蚀和植被恢复状况，确保水土保持效果。通过安装监测设备，持续跟踪土壤侵蚀速率、水流和植被覆盖率等关键指标，分析数据评估治理效果，并提前预防潜在问题。维护工作包括对防护工程的加固修复，特别是在雨季或极端天气后，同时管理植被以确保其固土保水功能。科学监测和定期维护可确保治理工程的长期稳定，防止侵蚀沟再度发生，持续保护黑土资源。随着水保措施的有序实施，耕地土壤侵蚀被有效控制，基本农田面积逐年扩大，为农业可持续发展奠定了坚实基础。在改良土壤理化性能方面，各项措施也发挥了巨大的作用，广辟肥源、保土耕作，结合工程措施、林草措施治理流失，使土壤养份及土体结构得以保蓄和逐年改善。流域的生态平衡机制重新转入正轨。

5、结论

本次侵蚀沟道的治理，使坡面来水安全的汇入河道，保证了侵蚀沟所在流域的安全作业的修筑也方便了当地群众进行生产作业，改善了当地群众的生产作业条件，对农民生产生活增收起到了积极的助推作用。黑土地是中国农业生产的关键资源，因其高肥力和独特生态功能，对国家粮食安全至关重要。然而，甘南县黑土区长期面临不合理土地利用和气候变化引发的水土流失，侵蚀沟的扩展严重威胁土壤质量和农业生产。因此，保护黑土资源和治理侵蚀沟刻不容缓。本研究分析了甘南县侵蚀沟现状，提出了以工程技术与生态修复相结合的治理措施。工程方面，采用石笼和柳编结构防护沟头，稳固土壤，格宾石笼谷坊结构治理沟道，抬高沟床，减缓水流。生态修复通过种植乡土草种增加植被覆盖，固土保水，减少径流侵蚀，并提升生物多样性。综合措施有效控制了水土流失，稳定了黑土资源，改善了区域生态系统功能，为其他黑土地区的治理提供了参考，促进了农业的可持续发展，奠定了黑土地长效保护的基础。

参考文献:

[1]王福坤,苏安双,高士军,等.寒区黑土侵蚀治理新技术研究[J].自然灾害学报,2024,33(04):211-220.

文章来源:刘倩楠.甘南县黑土保护侵蚀沟治理方法研究[J].黑龙江水利科技,2024,52(11):65-68.