水土保持战略

了解和结合水土保持的几项实用原则很重要,包括如何使用它们,使它们有助于水土保持而不是加以损害,并在有限的时间内以有限的成本带来多种效益。

近地表的植物和土壤覆盖有助于水土保持,但树木的种植即可以帮助耕地,也可以损害耕地。

土地整地后会导致植被覆盖低或建立缓慢的现象,至少在种植季节开始时,土壤会持续暴露在风和雨中(请参见下图1)。植物对土壤的覆盖不完全还可能是由于密集耕作(土壤扰动)、栽培和种植方法不当或由于土壤养分和土壤有机质的耗竭造成的。有些人会混淆地指责“集约化”管理,有些人会指责“粗放化”管理,但这应该取决于什么是集约化以及如何进行集约化管理农业。缓慢的植物生长和一些栽培方法和作物会导致土壤有机质和地表覆盖度的减少。但含有矿物的肥料可以使植物生长得更快,但有时它们也会被用来取代其他土壤保护或改良的方法,如间作和植被覆盖的休耕。

靠近土壤表层的覆盖物对于土壤保护十分重要。且在土壤表面或其上方防止雨滴的滴落是非常重要的。在地面或略高于地面的地方设置覆盖物可以有效地保护土壤结构不受雨水的影响,从而防止水土流失。例如,大豆或其他覆盖作物的对土壤的良好覆盖是有效的。在非洲进行的一项田间试验中,使用20厘米高的蚊帐支撑在土壤表面上是对土壤保护有效的;但它仅用于研究土壤覆盖的效果,而没有作为一种实用方法应用于实际田地中。在天然森林中,土壤表面通常覆盖得很好。然而雨滴在树叶上汇合并从高大的作物或树木上会以更大的加速度和每平方米的运动能量下落。几十年来,这种现象所带来的损失一直被记录在案,但鲜为人知。

土壤表面的有机物和枯死的植物部分(凋落物)有助于稳定土壤结构,使水分进入孔隙还可以帮助土壤保持原有结构并促进吸收水分。植物的深根和它们在未夯实的土壤中腐烂时留下的孔隙也有助于水迅速深入地下。靠近地表的根也可以通过稳定土壤结构(团聚体)和保持孔隙开放让水进入来起到辅助作用。在地表附近覆盖树叶、石头或死的材料可以保护其表层土壤。适当的等高线或斜坡上的场地边界也可以提供帮助(参见下图1)。

图1. 水土保持的原则(作者:Torsten Mandal)

1。如果没有水土保持(左),耕作或过度放牧的山丘会出现裸露的岩石(灰色)、细沟侵蚀(黄色)、植被生长不良(绿色)和水污染(黄色-蓝色)。黄色土壤有机质含量低。被保护的山丘(右)植被覆盖高且颜色健康(深绿色),梯田和水道有永久的作物覆盖,水流干净稳定(蓝色)。植被有助于景观中的生物多样性以及云的形成。托斯滕·曼达尔,2022年。

根和腐烂的有机物质可以通过形成真菌菌丝(很难形成威胁)和粘性液体也有助于保持良好、稳定的土壤结构。又深又壮的根还可以帮助保持土层不发生滑坡。有时植物根系(例如一些草垫类型植物)也可以起到减缓水流的作用。然而,有些根却很少或不会影响土壤结构,因为它们只延伸到表层土壤以下。如果未受保护的聚集土壤部分已经分散在水中,根系想要继续加固它们的结构可能为时已晚。此外,地表上一些较大的植物根系无法阻挡水流从而导致水形成集中、更快、更具侵蚀性的水流。

修正通用土壤流失方程(RUSLE)——土壤损失的估算。目前,由水引起的土壤侵蚀通常采用修订的通用土壤流失方程(RUSLE)来估算。每年每公顷土壤损失超过10吨(1公斤/平方米)通常被认为是重大和不可持续的土壤流失。RUSLE是类似的“USLE”的替代,如在被认为可以导致水土流失的雨的类型上有所不同,还包括防止石头和田地内的沉降标准也不同。本地相关数据的使用是模型使用的一个关键因素。2021年发表了一个肯尼亚西部的使用该方程的实例,其中还包括一份附有插图的保护措施经验概述(Watene和同事,2021年)。

在此介绍之后,将更详细地解释土壤保持策略。

  • 土壤保持构筑物包括:围栏、防护林、防风林、永久保护线、梯田、截水渠、沟渠修复等。

 

如果农田土壤在被植物覆盖之前就已经被侵蚀了,那么有必要建造某种永久性的结构来抵御侵蚀——但植物也可以帮助建构。

水土保持结构可以是栅栏、梯田、集水、截水渠和沟渠修复。在某些地区可能需要这些结构以阻止或减缓风或水流和侵蚀。一些节水建筑通过使用管道或水桶以收集水流。但是水的积聚、突破或通过巨大的障碍以增加速度和侵蚀力,可能会导致更多的土壤侵蚀。如果水土保持结构没有很好地得以建造,满额可以用生长持久的植被得以保护和维护。此外,对工作、土地、金钱和专业知识的投资也是相当昂贵的。如果水流流速增加,那么在不牢固的结构之间或周围可能会发生更大的侵蚀。详细操作还包括了不同的几种解决方案。与其他方法相结合也是十分必要的,同时也需要因地制宜。

  • 耕作方式包括:少耕和免耕、保护性耕作、凿耕、翻耕、耙耕、使用模板犁或圆盘犁:耕作即可以有助于水土保持也可以对其有害。

锄地、挖地、犁地、耙地、起垄、凿地和熟化都是不同的耕作方式。耕作有时有助于水土保持或有时有害于水土保持。

耕作对土壤保持的好处包括:

  1. 活动紧凑的土壤表面,便于土壤渗水和土壤表面不平整;
  2. 沿坡面或风向进行等高线耕作以减少水的流速。例如,设立固定的等高线垄,这样水就不会积聚并可以细沟侵蚀;
  3. 深凿或深挖,使水和植物根系能深入底土;
  4. 减少对作物秸秆的燃烧,在需要铲除主要作物时,在覆盖作物植株高度以下对其进行切割;
  5. 通过减少植物生长来节约用水。

缺点包括:

  1. 粉碎土壤团聚体减少了水分汇集和渗透;
  2. 打破土块的氧化并进一步分解有机物;
  3. 植物和作物残余物下进行翻动,如翻耕;
  4. 至少暂时破坏了一些土壤微生物;
  5. 用于耕作的重型拖拉机轮胎压实过于潮湿的粘土层;
  6. 移除树木和灌木以便拖拉机或牲畜耕作;
  7. 出于安全和舒适的考虑,司机们可能更喜欢在斜坡上行驶,但这会造成土壤侵蚀;
  8. 免耕或少耕的策略要求用植物和凋落物覆盖土壤,但正如下面几节所提到的需要坚守一些原则。

作物种植和生长、覆盖作物和植物覆盖

种植多年生植物或至少在生长季节早期保护土壤的植物对土壤保持(包括水分渗透)很重要。它可以帮助建立生长较高的种群,且构建跨越风向或斜坡方向的成排种植区并在形成适当的山脊。这些可以帮助甚至在早期甚至在前一季种植的物种,还可以帮助在近地面处快速早期生长植物和覆盖作物形成合适的生长条件。

覆盖作物可改善和保护土壤,保留养分并添加土壤中有机质等。它们可能会在建立主要作物之前死亡或被削弱,或者被除草。

土壤表面存在石头也可以防止侵蚀,但也是水土流失的一个指示器。如果水流减慢而不是被土壤表面的障碍物集中的话,斜坡上的石头摆列的分界线也能起到作用。

间作

间作可以通过作物生长期在同一土地上或彼此相邻时的重叠来增加土壤的植被覆盖。由于不同作物在种植时间、高度、根系、土壤养分需求、病虫害等方面的差异,间作往往能更有效地利用土地。

农用林业

农用林业(农场的树木)有助于:

A)防风林或防护林穿过斜坡的等高线树篱,但由于风无法穿过过于密集的树篱而导致在防风林周围、下面或后面一段距离的风速增加

B)作为等高线树篱,在土壤表面及其附近有永久性的覆盖,而在作物的生长季节,其作物顶部可以保留少许叶子。在土壤上或土壤附近没有覆盖物种植的树木可能会增加土壤侵蚀,因为雨滴会附着在树叶上而导致水滴下降得更快。

流域综合管理

综合流域管理方法考虑了具有多种用途、目的和利益的河流集水区和景观。例如,土壤层较浅的陡坡最好由树木或牧场覆盖。下游地区可以从水土保持等生态系统服务获利并应为此支付账单。当地人民和组织应被纳入现代流域管理的规划中。

改进低成本农林业及其方法

改进的低成本投入种植方法有助于将土壤保护型植物种植在其他植物之间,并可以更好的适应短期优先事项和资金、劳动力、土地和运输短缺的情况。它们可以促进植株快速发芽和早期生长,至少木本豆科植物在具有一些具有挑战性的地点可以达到这一目标。对其进行一定的改进管理有助于其近地面处获得良好的植物掩蔽。Mandal(2010)提供了该内容的细节和参考资料。

节约用水

田间节水(“就地节水”是上述所有要点中的一部分,尽管植物之间的竞争也很重要)。节约用水还包括:

  • 收集建筑物中的液态水
  • 废水循环利用
  • 最大限度地减少灌溉和其他用水需求

 

参考文献

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Mandal T. 2010. Low-cost soil and water conservation with many early benefits. Presentation Researchers’ Day: Climate Change Impact, Adaptation and Mitigation GEUS, Inst. of Geography, University of Copenhagen. 7 October 2010. Arranged by the Climate Change Task Force. https://www.yumpu.com/en/document/view/35209735/present-danish-water-forum

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Yoshinori et al. 2018 Factors influencing the erosivity indices of raindrops in Japanese cypress plantations. Catena 171, 54-61, December 2018, DOI:10.1016/j.catena.2018.06.030  http://www.ffpri.affrc.go.jp/ffpri/en/research/results/2018/20180910-06.html

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