1.前言
在缓坡坡耕地上应该选择横坡垄种植, 还是顺坡垄种植? 这是现时在理论上和生产实践中还没有统一认识的问题。从过去和现在的中外的教科书中或探讨如何控制缓坡坡耕地水土流失的论文中, 都提出应改顺坡垄为横坡垄。这似乎已是天经地义的措施了。
在农业生产中, 有的地方的农民被告知把顺坡垄改为横坡垄, 结果有的地方改了, 有的农民改了, 而大多数未改。但是改了的和没有改的都认为是为了尽量减少水土流失, 保护土壤和农田永续利用。
2.横坡垄与纵坡垄水土流失对比
缓坡地, 不论是横坡垄、顺坡垄, 甚或是近于平川地农田, 所以能产生径流, 引起土壤侵蚀, 都是由于土壤的入渗率小于雨强。E .W.Russell 认为“极透水的土壤具有的渗透率可高达0 .01 cm/s, 或约35 cm/h ;而渗透性低的土壤所具有的渗透率为0 .000 1 cm/s,即0 .03 cm/h, 甚至更低。”在农田采取了土壤耕作后可以提高土壤的入渗率。如黑龙江省进行翻耙地后,春季初渗率可达到8 ～ 9 mm/10 min ;耥地( 中耕, 相当垄沟的深耕) 后初渗率达到23 mm/10 min 。苗期垄沟深松27 cm 深, 入渗率可再提高30 %～ 40 %, 初渗可达到32 mm/10 min, 20 min 后的稳渗率为1 .0 ～1 .2 mm/10 min, 而耥地的只有0 .5 ～ 0 .1 mm/10min 。在雨强不大的20mm 降雨条件下, 平均10 min只有0 .13mm 降雨量, 远小于土壤入渗率, 不论是横坡垄或顺坡垄都不会产生径流。如果是每1 h 降雨20mm, 平均10 min 有3 .3 mm 降雨量, 有深翻和深松基础的也不会产生径流。
但是雨强达到20 mm/10 min, 平川地上还可能允许在地面上或垄沟中累积水层, 而缓坡坡耕地的顺坡垄未及大部分入渗就产生了径流。1992 年我们进行的人工模拟降雨试验, 在3 .6 mm/min 降雨强度下, 4°坡大豆地经历了1′29″即产生径流, 15 min 入渗雨量5 .3 mm, 而6°坡只经历1′3″即产生径流, 15 min入渗仅3 .1mm 。黑龙江省缓坡坡耕地的坡度多为3°～ 4°坡。坡度虽不大, 但顺坡的坡长可达200 ～ 300m 。径流的汇集更增加了侵蚀力。严重侵蚀部位多在顺坡垄的坡脚处( 附图9) 。
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为了减轻顺坡垄水土流失, 有的地方改顺坡垄为横坡垄, 以垄台拦蓄就地降落在垄台和垄沟的雨水,以垄沟暂存未及入渗的雨水, 缓和了大瞬时雨率与入渗率低的矛盾。因此, 改顺坡垄为横坡垄的措施得到普遍的认承, 并进行了田间试验加以证明。
黑龙江省石长金等( 1994) 在中度侵蚀占总耕地80 %的赵光农场进行了这样的试验。结果证明横坡垄径流量比顺坡垄减少65 %, 土壤丢失减少70 %。一次40 ～ 50 mm 降雨, 水不出田;2 h 降雨61 .8 mm ;24 h 降雨146 mm, 横坡垄未断垄出沟。可能试验期间没有较大的雨强( 文中未注明瞬时雨率) , 这在某些年份是可能的。此外, 山西省离石县在10°～ 15°坡上, 改顺坡垄为横坡垄, 在1 h 降雨25 .2 mm( 平均10min 0 .6mm) , 顺坡比横坡的土壤侵蚀量增加了12 倍( 文中未注明瞬时雨率) 。印度Patil P .D .1993 年报道在坡降0 .56 %( 坡度0 .25°) 和0 .8 %( 0 .4°) 缓坡上, 改顺坡种植为横坡种植, 在1 h 降雨73 .1 mm( 平均10min 1 .2mm 雨强) 降雨条件下, 横坡径流量和土壤侵蚀量比顺坡的分别减少32 .6 %和34 .2 %。海伦县东风镇截止1986 年已将600 hm2 多顺坡垄改为横坡垄, 共投资30 000 元。拜泉县20 世纪90 年代曾决定3°～ 5°坡顺坡垄应改为横坡垄。顺改横显然可降低种植方向的坡度, 甚至可减少到0°～ 2°坡度, 何况还有垄台和垄沟拦截和蓄存雨水。上述多例都证明了顺改横可减少水土流失。
但是, 在最初开垦荒地时, 生产者, 不论中外, 为什么都宁愿选择水土流失较严重的顺坡垄? 从附图10 照片中可以看出, 既使在横向宽阔的大漫岗也采取顺坡种植。据黑龙江省农民反映, 小雨并不引起顺坡垄侵蚀。但在7 —8 月份雨季中常有大雨或暴雨。如哈尔滨市所属12 县统计( 1965 —1975) 10 min 最大降雨可达19 ～ 35 .9mm, 在此短历时中雨量的瞬时雨率条件下, 顺坡垄未及入渗的雨水可沿垄沟排出地外。虽然下坡土壤侵蚀严重, 但不伤及垄台上生长的庄稼。如图1 中垄沟中有侵蚀沟, 而大豆和谷子生长仍茁壮, 当年可有好收成。如果把此顺坡垄改为横坡垄, 农民反映“遇大雨, 水顺不出去” 或反问“改垄后,多余的雨水从哪儿顺出去?” 。由于横坡垄不是等高垄, 每条横垄沟中高低不平, 遇到短历时大雨, 垄沟中的积水从2 个方向向垄沟低处逐渐汇集, 最终超过该处垄台高度, 即越过垄台流向下一行垄沟, 再冲向下一行垄台, 集中到再下一个垄沟( 附图11) 。这样出现了一连串的、弯弯曲曲的, 从坡上直冲刷至坡下断垄。继而将其断垄冲涮沟冲成宽而直的大沟, 而后又被踩成田间道路( 附图12) 。
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黑龙江省水利厅水保办陆文翰在1959 年报道中, 曾指出在赵光农场一块完整高产大漫岗上的横坡垄( 长880m, 宽533 m) , 1958年出现了7 处断垄, 随即成为7 条大沟, 使田间机械作业由48 次增至163 次。黑龙江省西部中度侵蚀占总耕地85 .6 %的尖山农场, 保持水土是生产中的重要项目, 该场杨长江在论述“旱地农业蓄水、保水和用水问题”时( 1987) 曾报道, 顺坡垄改为横坡垄出现了新的问题, 即指横坡垄的断垄和断垄发展为冲刷沟,地块被断裂。他说“要及早治理, 否则冲刷沟越来越大。”1995 年课题组在以丘陵地为主的宾县和以漫岗地为主的拜泉县的坡耕地调查( 表1) 几乎所有的横坡垄都有一至数条程度不同的断垄。
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从发展的观点看来, 顺坡垄侵蚀较严重的部分是在坡脚处。长期运用顺坡垄, 坡长逐渐缩短;坡度更加增大( 图1 左) ;坡脚处的肥沃黑土被冲走, 露出黄土, 甚至露出石层并减少了可耕地的面积。但横坡垄不是等高的。既或改垄时是较平的横垄, 但在田间作业过程中还会使横垄出现高低不平。横坡垄一旦出现断垄, 断垄处就会逐渐成为越来越宽, 越来越深的洼沟( 图1 右) 。洼沟的左右两侧土地向洼沟倾斜, 可耕种地的坡度越来越大, 又成为顺坡垄。同样地, 横坡垄可种植土地面积也减少。
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图1 顺坡垄和横坡垄因侵蚀的坡面演变
人的一生只不过是大自然变化的一瞬, 只看到大自然的一个静点, 而不是动态的。我们对坡耕地坡度、坡型的演变观察也仅有10 a 多, 但已初步认识到, 现时的丘陵大多是漫岗断垄演变而来。正是由于顺坡垄改为横坡垄后有此风险, 使农民望而却步, 宁可选择顺坡垄。从现时大多数缓坡坡耕地的实际情况看来, 很少有单纯的顺坡垄或横坡垄( 表1) 。大多是在一块地中, 这一段看是横坡垄, 另一段是顺坡垄。即横坡顺坡垄并存。
3.垄向区田及其配套农具
针对上述对横坡垄与顺坡垄在保持水土方面的调查和分析, 横坡垄和顺坡垄都有较严重的侵蚀, 而且也都向更严重的侵蚀方向发展。从它们侵蚀的情况看, 难以说明它们孰轻孰重。因此要研究出适当的, 兼顾横、顺坡垄的保持水土的措施。
为了能在生产中实施这一措施, 不但在技术上要可行, 而且在成本投入、经济收入以及不妨碍承包户的土地公平分配上都要可行。为此, 我们研究出“垄向区田” 保持水土措施, 并研制了配套机具———1QD —3 型垄向区田筑挡机( 附图13) 。
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这项措施根据横坡垄或顺坡垄的垄向坡度决定土挡距离。以土挡和垄台在垄沟中构成的浅穴, 以拦蓄就地降落的雨水( 附图14) , 使其在横坡垄、顺坡垄或在横顺垄并存的坡耕地上的径流长度不超过0 .7～ 3m 。通过人工模拟降雨试验, 在3 .6 mm/min 大暴雨条件下, 如2°坡最佳挡距可承受15 min, 拦蓄雨量45mm 。同时筑挡作业与中耕作业结合, 几乎不花费成本, 当年作物可增产10 %～ 30 %。在当年无短历时大雨, 或在近平川地上, 因筑有土挡栏蓄降雨, 使作物每个植株都能获得同样多的雨水, 也可增产10 %或10 %以上的产量。
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