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2020.02.07
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溝道侵蝕是土地退化的最嚴(yán)重的表現(xiàn)，其危害表現(xiàn)在損毀土地，造成土地支離破碎，阻礙機(jī)械行走，降低機(jī)械作業(yè)效率，致使區(qū)域生態(tài)惡化，人們生產(chǎn)、生活甚至生命受到傷害。據(jù)全國(guó)第1次水利普查侵蝕溝專項(xiàng)調(diào)查，東北黑土區(qū)是我國(guó)除黃土高原外溝道侵蝕最為嚴(yán)重的區(qū)域，現(xiàn)有＞100m侵蝕溝數(shù)量為29.6萬條。另據(jù)調(diào)查，尚有相近數(shù)量＜100m的侵蝕溝，侵蝕溝總數(shù)量高達(dá)60萬條，僅侵蝕溝道自身就損毀土地5000km2以上。東北黑土區(qū)溝道侵蝕的顯著特征是多為近代新成溝、發(fā)展溝、耕地中溝，呈發(fā)展危害加劇的態(tài)勢(shì)，嚴(yán)重削減了作為我國(guó)最大商品糧生產(chǎn)基地的東北黑土區(qū)糧食可持續(xù)生產(chǎn)和生態(tài)安全能力。東北黑土區(qū)侵蝕溝的治理得到了國(guó)家的充分重視，2017年國(guó)家啟動(dòng)了東北黑土區(qū)侵蝕溝治理專項(xiàng)工程，使侵蝕溝得以規(guī)?；卫怼?/span>
溝道侵蝕最佳途徑是預(yù)防，其次是生態(tài)防治，均需將部分耕地轉(zhuǎn)換為林草地；然而，我國(guó)由于人口眾多，不能單純走生態(tài)治理的道路，需利用與保護(hù)、糧食生產(chǎn)與生態(tài)保護(hù)等協(xié)調(diào)發(fā)展。形成于耕地中的侵蝕溝，如采取傳統(tǒng)的修筑溝頭跌水、溝底谷坊、栽植水保林的生態(tài)修復(fù)模式，雖實(shí)現(xiàn)了溝道穩(wěn)固、植被恢復(fù)、功能提升的生態(tài)治理目標(biāo)，但溝道侵蝕造成田塊破碎、機(jī)械不能通過、損毀耕地等弊端未能解決，對(duì)東北黑土侵蝕區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、維持糧食產(chǎn)能、保障糧食安全未能發(fā)揮應(yīng)有的作用。鑒于多發(fā)育于耕地中的侵蝕溝形成時(shí)間短、小，易于治理，充分利用作物秸稈資源豐富和機(jī)械化的優(yōu)勢(shì)，在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的支持下，探索建立通過秸稈填埋實(shí)現(xiàn)溝毀耕地再造，恢復(fù)墾殖，變溝道地表匯流為地下暗管導(dǎo)排，填埋后不再重新成溝，創(chuàng)新研發(fā)的獨(dú)具東北特色的侵蝕溝復(fù)墾新技術(shù)，已獲得了國(guó)家授權(quán)發(fā)明專利，編制了地方技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，正在東北黑土區(qū)水土保持生態(tài)治理工程中應(yīng)用，深受農(nóng)民歡迎，是實(shí)現(xiàn)秸稈資源利用、黑土地保護(hù)、國(guó)土整治、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)保障措施，還可被我國(guó)其他生態(tài)類型區(qū)侵蝕溝治理所借鑒。
工程原理
東北農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有地塊大、大機(jī)械作業(yè)、集約化種植等特點(diǎn)。為了滿足大機(jī)械化作業(yè)，以往對(duì)形成于耕地中的侵蝕溝多就地取土填埋，但溝線仍為匯水線，夏季暴雨新成的股流沖刷，單純用土填埋的再次成溝，周而反復(fù)，耕地中侵蝕溝治理成為困擾當(dāng)?shù)赝恋毓芾碚叩闹饕y題，也是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展必須破解的問題。通過填埋消除耕地的侵蝕溝，恢復(fù)墾殖，保障機(jī)械行走，必須解決2個(gè)問題：一是填埋材料，二是填埋后穩(wěn)固不再成溝。
東北黑土區(qū)是我國(guó)最大的玉米產(chǎn)區(qū)，在禁燒的形勢(shì)下秸稈如何利用成為當(dāng)前的熱點(diǎn)。嘗試著將秸稈直接填入侵蝕溝，再利用機(jī)械上層覆土，但發(fā)現(xiàn)填埋后的侵蝕溝表土極易塌陷，再次成溝。發(fā)現(xiàn)問題主要源于秸稈過于疏松，在上層覆土的重力作用下壓塌，加之降雨時(shí)泥水極易進(jìn)入秸稈空隙，穩(wěn)定性差。隨著秸稈打捆機(jī)的出現(xiàn)和普及，利用打捆機(jī)將秸稈擠壓成緊實(shí)的方塊，擺放到侵蝕溝后，實(shí)施的效果顯著改善，滿足了填埋后機(jī)械通行的功能。監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)填埋后的侵蝕溝位在第2年雨季多打出淺溝，原溝道處種植的作物沖毀，需秋耕時(shí)填土恢復(fù)；秸稈只在溝道區(qū)填埋，未與下游排水溝連通，秸稈層水過飽和，在下游溢出地表；對(duì)于大中型侵蝕溝，再次成溝，復(fù)墾效果較差。分析得出，原溝道之所以發(fā)育形成侵蝕溝，是由于超出了侵蝕溝發(fā)生臨界條件，匯水形成股流在填埋處只有很少部分滲入秸稈層，仍是侵蝕溝形成的外營(yíng)力。削減地表徑流，減小地表沖刷，阻止溝道形成，是侵蝕溝復(fù)墾成功與否的關(guān)鍵。借鑒東北黑土區(qū)“魚眼泡”滲井和暗管排水的原理，增設(shè)暗管導(dǎo)排水系統(tǒng)，多點(diǎn)試驗(yàn)示范結(jié)果顯示，除極少數(shù)比降較大的區(qū)段有少許淺溝出現(xiàn)外，復(fù)墾后的溝道位土體穩(wěn)定，作物能夠很好地生長(zhǎng)，達(dá)到復(fù)墾目標(biāo)。
本侵蝕溝復(fù)墾工程原理為利用侵蝕溝道附近作物收獲后的秸稈，打包后填充到溝道內(nèi)，上層覆土，覆土厚度要兼顧有利于徑流垂直入滲和作物種植的需求；將原溝道位匯集的地表徑流通過表土入滲和滲井垂直導(dǎo)入地下暗管，由暗管將匯流導(dǎo)出到下游排水溝中，消除或削減地表徑流沖刷，復(fù)墾后不再形成新的侵蝕溝，以此實(shí)現(xiàn)溝毀耕地再造，恢復(fù)墾殖。核心關(guān)鍵技術(shù)為變地表徑流為地下暗管排水，地表徑流匯集和沖刷是侵蝕溝形成的主要外營(yíng)力，在填埋的同時(shí)構(gòu)建地下導(dǎo)排水系，削減沖刷，阻止再次形成侵蝕溝。
工程組成與施工要點(diǎn)
組成
侵蝕溝填埋復(fù)墾工程主要包含溝道整形、暗管布設(shè)、秸稈打捆、秸稈鋪設(shè)、表層覆土、截流埂修筑、滲井修筑和出口防護(hù)8項(xiàng)工程措施組成。
溝道整形：將侵蝕溝形狀修整成規(guī)整的長(zhǎng)方體，其作用一是為秸稈捆緊實(shí)鋪設(shè)創(chuàng)造條件，二是為表層覆土準(zhǔn)備土壤。
暗管布設(shè)：在整形后的溝底鋪設(shè)暗管，溝底需有一定的比降，以利于排水。
秸稈打捆；利用秸稈打捆機(jī)，將收獲后的作物秸稈打成緊實(shí)的方形捆。
秸稈鋪設(shè)：將秸稈作為主要填埋物鋪設(shè)于整形后的侵蝕溝中。
表層覆土：將溝道整形堆放在溝道兩側(cè)的土覆于秸稈捆上方，消除侵蝕溝。
截流埂修筑：在溝線中部，間隔橫向修筑的緩弧形土埂，起到攔截匯流的作用，機(jī)械可行走并耕種。
滲井修筑：在截流埂迎水面修筑方形井，下部與暗管相連，內(nèi)部用碎石填充，表層用粗砂填充。
出口防護(hù)：暗管末端延伸到排水溝，秸稈鋪設(shè)到出口近處，溝道出口處修建寬度不少于2 m的土擋墻或進(jìn)行漿砌石壩體護(hù)坡。
施工要點(diǎn)
1) 暗管鋪設(shè)于整形后溝底中部，秸稈層下，暗管直徑應(yīng)依據(jù)洪峰流量確定。
2) 秸稈填埋后上層留出覆土空間。
3) 表層覆土來自于溝道整形從溝道中開挖的土。
4) 溝道整形寬度依據(jù)侵蝕溝的自然寬度可分成若干寬度區(qū)段。
5) 整形后的溝道深度和寬度應(yīng)滿足覆土量需求。
6) 截流埂和滲井的布設(shè)應(yīng)依據(jù)復(fù)墾溝洪峰流量和復(fù)墾后溝道區(qū)域入滲能力設(shè)計(jì)。
案例分析
為了驗(yàn)證完善后的工程效果，在典型黑土帶的中部，漫川漫崗黑土區(qū)核心地帶，松嫩平原糧食核心產(chǎn)區(qū)，也是溝道侵蝕嚴(yán)重區(qū)域的黑龍江省海倫市前進(jìn)鄉(xiāng)光榮村，建設(shè)一條秸稈填埋復(fù)墾試驗(yàn)示范溝。侵蝕溝為發(fā)育于耕地中的小型溝，溝下端與橫向交叉的一條大型溝連接，切溝長(zhǎng)280m，寬約3m，深1.5m，上端與2條分叉的淺溝相連，淺溝長(zhǎng)各約100m，達(dá)分水嶺處。土壤屬典型黑土，黑土層厚度約30cm，過渡層40cm，下為母質(zhì)層，深約8m。橫坡壟作，種植作物為玉米和大豆。
秸稈打捆：秸稈來源于溝周圍2 km內(nèi)的玉米地，聯(lián)合收割機(jī)收獲后，玉米秸稈被粉碎后均勻拋撒于地表，利用秸稈打捆機(jī)收集打捆，打捆繩采用耐腐爛的塑料繩，盡量打成最為緊實(shí)，秸稈捆規(guī)格隨打捆機(jī)定，設(shè)為40cm×50cm×60cm，緊實(shí)度控制在不＜230kg/m3。
溝道整形：依據(jù)溝道自然形狀，將整形后的溝寬設(shè)定為3.5m和2m兩個(gè)寬度，采用日立120挖掘機(jī)，將前者挖成長(zhǎng)120m深2.0m和后者長(zhǎng)160m深1.5m 2個(gè)矩形斷面溝段。
暗管布設(shè)：暗管選取塑料排水盲管，管壁是由塑料絲編織而成，透水性極佳，外部土工布包裹，單管長(zhǎng)2m，管間用帶皮金屬線連接，直至溝底出水口，溝底比降3%~5%。
秸稈填埋：下端寬體段秸稈捆鋪設(shè)3層，上端窄體段秸稈捆鋪設(shè)2層。
攔截埂和豎井：共布設(shè)2道，分別位于距溝尾120m和200m處，單井規(guī)格2m×1m，內(nèi)填直徑2cm左右的碎毛石，上覆約20cm厚的粗沙。
出口防護(hù)：以暗管出口為中心，修筑磚混擋墻。
修復(fù)溝毀耕地再造面積740m2，工程投資2.53萬元，每再造1m2耕地35元。
示范溝復(fù)墾工程量
侵蝕溝填埋后的耕地
應(yīng)用前景
東北黑土區(qū)侵蝕溝以中小型為主，且多形成于耕地中，為本工程的應(yīng)用提供了廣闊空間。以技術(shù)發(fā)源地黑龍江省引龍河農(nóng)場(chǎng)為例，耕地面積2.3萬hm2，實(shí)測(cè)侵蝕溝447條，溝毀耕地面積92hm2，占總耕地的0.4%。依照工程適用條件，396條可復(fù)墾，占侵蝕溝總數(shù)量的88.6%；可再造耕地77.2hm2，占總溝毀耕地面積的83.9%。以每m2工程造價(jià)50元計(jì)，需投入資金3860萬元。以每hm2年種植糧食收益1.2萬元計(jì)，需41年收回成本。雖單純經(jīng)濟(jì)回報(bào)期較長(zhǎng)，但每年可增收糧食69.5萬kg，實(shí)現(xiàn)秸稈還田70萬t，尤其是解決了侵蝕溝阻礙大機(jī)械作業(yè)的問題，對(duì)保障現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)保護(hù)工作有效推進(jìn)乃至化解社會(huì)糾紛起到積極的作用。
黑龍江省引龍河農(nóng)場(chǎng)耕地中侵蝕溝及可復(fù)墾侵蝕溝
侵蝕溝填埋復(fù)墾工程是一項(xiàng)東北黑土區(qū)獨(dú)具特色的涵蓋水土保持、農(nóng)田生態(tài)修復(fù)、土地整理、糧食產(chǎn)能建設(shè)、資源高效利用及鄉(xiāng)村振興的創(chuàng)新技術(shù)體系，可應(yīng)用性強(qiáng)。通過侵蝕溝復(fù)墾，有如下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了耕地整理，增加了耕地面積提高糧食產(chǎn)量；平整了土地，解決了農(nóng)機(jī)行走問題，提高了農(nóng)機(jī)效率；創(chuàng)建了秸稈還田新模式，保護(hù)了環(huán)境，減少碳排放和霧霾的形成；修復(fù)了耕地，避免了用地矛盾，有利于社會(huì)和諧；實(shí)現(xiàn)了坡耕地水保高效種植，保障了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。被地方管理者和農(nóng)民接受，應(yīng)用前景廣。
國(guó)家給東北的首要任務(wù)是保證國(guó)家糧食安全，要求面積不能少，黑土不退化。東北黑土區(qū)勢(shì)必面臨糧食生產(chǎn)的長(zhǎng)期高壓態(tài)勢(shì)，所以只能走保護(hù)性利用的可持續(xù)發(fā)展道路，修復(fù)受損耕地。退化黑土保育是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要途徑。據(jù)測(cè)算，東北黑土區(qū)60萬條侵蝕溝中，20萬條上的侵蝕溝可通過本工程措施修復(fù)，可再造并恢復(fù)耕地1333km2，增糧6億kg/a，對(duì)保障國(guó)家糧食需求起到應(yīng)有的作用。此外，本工程還可適用于我國(guó)其他生態(tài)類型區(qū)，可供溝毀耕地修復(fù)工程所借鑒。
結(jié)論
1) 變地表徑流為地下導(dǎo)排水系統(tǒng)是溝毀耕地再造的關(guān)鍵。將草地和森林開墾為農(nóng)田，導(dǎo)致匯流量增大、匯流時(shí)間短、沖刷力增強(qiáng)是侵蝕溝形成的根本原因。在土地利用不改變的前提下，填埋消除侵蝕溝，并未消除侵蝕溝發(fā)生的流水動(dòng)能，溝道仍會(huì)重新發(fā)育。通過工程措施，削弱徑流動(dòng)能，是阻止侵蝕溝形成的根本途徑。筆者所構(gòu)建的秸稈填埋侵蝕溝復(fù)墾工程，組建了地表垂直入滲、滲井+暗管導(dǎo)排水體系，極大地削弱了地表沖刷，不再形成沖刷溝，使得填埋復(fù)墾得以實(shí)現(xiàn)。
2) 耕地中的侵蝕溝可通過秸稈填埋實(shí)現(xiàn)溝毀耕地再造復(fù)墾。侵蝕溝不但損毀耕地，減少種植面積，還造成耕地支離破碎，降低農(nóng)機(jī)作業(yè)效率。土地使用者治理需求迫切，每年秋整地時(shí)常以表土回填，多第二年再次沖刷成溝，耕地中的侵蝕溝成為困擾著農(nóng)民的難題。就近利用豐富的秸稈資源，打捆壓實(shí)后緊實(shí)碼放于侵蝕溝，具有不坍塌且有良好的導(dǎo)排水功能。通過表層覆土，消除侵蝕溝，恢復(fù)種植的同時(shí)，保證了機(jī)械行走；因此，秸稈填埋復(fù)墾技術(shù)是一項(xiàng)操作簡(jiǎn)單、可復(fù)制、可規(guī)模化應(yīng)用的實(shí)用技術(shù)，已被國(guó)家黑土地保護(hù)、侵蝕溝治理、土地整治等重大工程所采納，將成為東北糧食產(chǎn)能和生態(tài)安全建設(shè)的重要措施。
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