水土保持结构建设

水土保持结构建设可以在季节性作物建立之前保护土壤。它们可以从作物种植开始就直接建造，也可以从具有保护等高线耕作区域进行发展。

在更广泛的意义上，水土保持结构包括从防护林或梯田上的未经开垦的种植带再到昂贵的工程。

从更广泛的意义上讲，水土保持结构可以是任何永久性的建设，也可以是任何阻挡风或水流的土壤、木材、石头或混凝土设施。

水土保持结构可以保持不变，因此即使是有永久性植被覆盖的地带也可以形成梯田。内倾斜或平整的梯田是最稳定的(图1)。梯田可以由典型的土壤结构、石头、混凝土或永久条纹组成，上面种植有死的或活的植物材料(残留物线或未开垦的等高线)从而慢慢形成梯田(图2)。梯田可以大也可以小，通过挖掘、耕作或在地面上放置石头、树枝或植物或种子来构建形成土壤田埂。植物覆盖的保护线可以通过避免由于耕作形成的狭窄轮廓带（有或没有播种保护植物）。即使在生长季节开始时，水也可以渗入田地沉积物并慢慢地形成梯田。像围栏这样的结构也有助于抵御水和风蚀。然而，在需要保护土壤的地区，有时会切断木棒围栏，以防止风蚀。

梯田也可以快速形成台地，但需要从一开始就投入更多的工作，并将表土滞留在上面。如果需要的话，其结构还可以包括截流和沟渠进行排水控制，并且如果做得很好的话，这些可以最终成为一些小型或大型项目。

节水和集水措施，如用铁丝网水泥

建设水利结构，如从屋顶和庭院中设置可以储存水的大容器，如大坝和池塘，可以保持部分液体形式的土壤和水。这不是本章的重点，如经验丰富的Erik Nissen Petersen在几本书和视频中描述了在非洲的情况。例如在部分区域建议请教经验丰富的专家来破坏大坝，因为如果单纯自己操作可能有风险。然而这些小水坝通常会被淤泥填满，因此在那里可以在受保护的泉水或泵来取水。其中一个有趣的建议是在可以获得好的建筑沙的地方，使用质地轻、低成本的铁丝网水泥(颗粒小于2mm，水泥和铁混合)筑坝。许多捆绑和带刺的电线以及铁丝网材料也多被使用。它的两边完全用坚固的水泥砂浆覆盖，且防水是靠使用适合的浓缩水泥实现的。早期推广的用树枝和芦苇建造的像铁丝网一样的结构被发现不能持续使用太长时间。

直接在田间进行水资源保护（称为“就地保护”），有助于水进入田间的土壤以及许多形式的土壤保护的进行。另见重点介绍水资源保护的章节，包括灌溉方法。

减缓水流比试图阻止水流更安全，如沟蚀防治。

大型结构可以集中且加速风或水流通过它们之间的空隙或薄弱点。但是这可能会增加风或水的侵蚀，这往往是一个被忽视的问题。这种情况可能发生在建筑结构上，甚至发生在某些植物群体上，如竹子、剑麻，甚至生长较为紧凑的香根草（见图3左侧），这些都与大多数较小的和生长分散的草不同。溢流应最好发生在安全的土壤表面，并防止其破坏土壤结构。减缓和过滤水流通常可以使结构更安全，还可以形成更平缓的梯田或台地。在沟壑或其他高度侵蚀地区建立植物，其土壤中可能需要一些缓慢释放的营养的固氮细菌和有益的根部真菌（例如，从草根到没有针叶的树木）。一个值得尝试的低成本的沟渠管理方法是将水引向更安全的保障路线。但这包括一个标准准则，人们也可以尝试将农作物残留物、树枝、刮伤的豆类种子、土壤和根倾倒在沟壑顶部。因为一旦它们在沟壑顶部固定了氮，所以它们有希望在水流缓慢的地区定居并稳定沟壑。Mandal（2010）的一张照片显示了豆科树种子如何导致石山变绿（下图）（图3右侧）

防风林：在某些地区很重要，但过于紧凑林地类型也有风险。

温带地区的防风林或防护林应该有大约半开可透，在效果最明显的季节——通常是播种期——30-70%的空间可透视。落叶乔木(冬天没有叶子)的防护林比常绿针叶树的积雪分布更均匀。

图1. 在肯尼亚基塔莱的维农林业，保护梯田边缘的香根草(左)。石山从种植固氮的豆科植物和先锋植物丽锥美合欢 (小叶)的种子开始，然后种植喜马拉雅冷杉(大叶)植株。Torsten Mandal分别于2019年和2017年在肯尼亚拍摄。

防风林中间应避免集中风和加速风通过的情况出现。防风林的两侧或道路穿过的地方不应该出现尽头。同样地，暴露在风中的树木需要一些低矮的树枝和靠近地面的灌木或矮树的搭配。正如苏丹一个光着脚的农场男孩向专家提到的那样，在热带低地的密集树篱中很少或几乎没有空气流动，但这样一来土壤可能会变得太热从而导致种子无法发芽。在热带地区，土壤表面温度高于人体温度是常见的现象。土壤过热会阻止种子的发芽(基于个人观察，肯尼亚1994-1996年)。因此，在萨赫勒地区中，公园农林业系统中多种植分散的或有价值的树木。在不是很热的地方，也可以逐渐降低防风林的高度，这样风在吹到防风林后就不会很快被阻挡下来。

寻找合适的坡度或等高线

野外的斜坡通常是不规则的，因此要建造一个没有坡度或恒定的小坡度(例如3%)的结构来慢慢引导水是很有挑战性的。一些入渗沟渠可以不设斜坡，但关于滑坡的情况详见下文。可以将水引走的沟渠通常设有1-5%的坡度，例如沿着道路的沟渠(DiBiaso，2000)。可以使用一根中间有水平尺的直绳或者一个由三根连接杆组成的A型框架进行测量斜率。用一根绳子从A型框架的顶部连接到负载上。根据A型架之间的坡度，绳子可以用于在水平棍上做标记，以显示不同的坡度，如3%的坡度。在没有凸起边缘的永久植被或石质覆盖层中，坡度的大小对是否渗水来说不是唯一影响因素。

如果想要将水从田间引到坡下，那么可以沿着宽阔的放牧水路引流。然而，这些地方经常被过度放牧，从而在山顶有共同牧场的土地上形成被侵蚀的牛道和沟壑。从而导致水不能被集中在排水沟或沟渠的下部，且会引起水流快速汇集流动。分段或瓦状结构的沟壑可以避免这种问题并应经常用于防止水的侧流。同样地，让大部分水在沟壑之间渗透流动可以帮助促进稳定、开放和生物活性较高土壤的水渗透。在某些情况下，测量坡度是不必要的，因为本身水就可以很好地渗透入土壤中。

山体滑坡、截水沟和渗透沟渠。

通常建议在保守的田地上方设置截水沟，以防止来自更高海拔区域不受控制的水流。如果将这些水收集在斜坡高处安全建造的池塘中，则可以方便在需要时更容易通过重力引导下去灌溉。如果使用渗水沟渠，水可能会被滞留，但在一些地区，大量注入的水会使表土不稳定并逐渐与底土分离，甚至可能会有滑坡的风险。具有致密粘土的底土可以阻挡水分渗入，因此上面的土层就变成了一种粘稠的不稳定液体混合物。滑坡也可能发生在坡度小的地区。然后，粗壮的树木会增加土壤额外的重量，而种植低矮的灌木树篱可能也不会有效防止这种情况发生。由大小颗粒稳定的团聚体混合而成的土壤往往结构更持久。如果渗透沟渠不以一条几乎连续的通道穿过土壤，那么土壤结构就会变得更安全。因此，渗水沟渠也可能引发山体滑坡。但可以可替换为孔洞或半月形结构，这样一来可分散水流。它们也可以设置在表面。相反，分散的集水孔、短沟渠或半月形结构可以使土壤结构更安全地使用。短小的灌木和分散的修剪过的树木，比沿等高种植的根系浅高大沉重的树木而导致等高线暴露得要好。向赫勒地区的沙地、半干旱等年降雨量超过1000毫米较为湿润的地区引进广泛推广的保护性耕作或扎伊坑耕作方法，会造成水涝问题并降低产量。此外，如果土壤肥力问题没有在播种地点得到解决，农民可能不会有很多精力做很多工作来解决水流管理的问题，反之亦然。如果使用太新鲜的堆肥或粪肥施肥，会损害植物根和种子，特别是当这种问题与内涝或由产生的恶臭有毒气体和有机酸引起的通气不良问题结合在一起，问题会更严重。但是可以进行适应性调整，比如选择将种子种在坑的两侧。

梯田形成：不同的构建策略及其风险和收益。

推土机和拖拉机可以用于形成梯田，因为这些设施可以压紧底土，但会造成更多的土壤侵蚀。保持土壤表土覆盖在底土上也是很重要的，只有这样幼苗才能快速生长，并在小雨过后其根系也能更多地利用水和养分。

梯田也可以通过水进入由低矮植被、残留物或石头保护的等高线而逐步或被动地形成。沿着这条线播种或种植草本植物、灌木和树木会帮助梯田的维护。种植灌木或矮树的树篱可以帮助稳定其他植物根系和土壤中有机物，并进一步减少雨水对土壤的侵蚀，没有生长在低矮处树叶的树木却没有这种效果(Luna等人，2000； Shinohara等人，2018)。除非小雨只湿润土壤表面，否则这些植物也可以从被底土覆盖的表土中获得营养。野生豆科植物的种子通常需要经过预处理后才能发芽以存活，因此它们可能需要帮助才能在炎热的土壤中生长或在年轻时与其他植物竞争，例如通过需要获得兼容的固氮细菌和磷酸盐。这种方法允许农民种植种间距较短（如10厘米）的小树，以阻挡植物残留物。这些富含蛋白质的凋落物形成了具有生物活性、多孔和稳定的土壤表面，这也是促进水渗透的理想条件。这种环境与全年在地表附近堆积的树叶和细枝相结合，为土壤生物活动提供了良好的饲料，并且在已建立的树篱下几乎不需要进行除草措施。参见Mandal(2010)改进的低投入方法，建立木本豆科植物的等高线树篱，可以使直接播种成功率更高。

在肯尼亚的经验教训：为推土机和下达命令找到更适当和高参与的方法。

在肯尼亚，例如在马查科斯和基图伊区，首先推广了使用推土机建造的梯田和自上而下建造顺序的方法。但这种方法在一定程度上被其他方法所取代。这些措施包括促进因侵蚀而形成的渐进梯田或被动梯田。首先，可以从沟渠中向斜坡上的大等高线上抛撒土壤，以防止溢出，并建立一个草和小果树或固氮灌木/树木的保护层，作为饲料、肥料和燃料等。在斯瓦希里语中，这些被称为fanya-juu(向上建造)梯田（见图2下方部分及上方文字）。节约用水的短期带来的效益可以激励农民。减少初始投资和增加永久性植被带所带来的综合效益也会如此。

Watene及其他人(2021)和Muriuki(2011)分别描述和说明了肯尼亚西部和东部的使用的方法和经验。

• 过量水、适应性、保护性植物和斜坡所带来的挑战。

维护和安全地引流过多的水会带来问题，但在肯尼亚的大多数地方采取了一些相应的侵蚀防控措施。这部分是由水果和奶制品的需求所驱动的。推广当地发展的援助工作在引进适当的方法和地方参与各级工作方面也发挥了重要作用。使用来自丘陵粘土土壤的指导方针在肯尼亚各地使用，但后来针对沙质和沿海地区进行了修订，因为在那里推广的土壤结构方案比需要的要大得多。坡度角设置也应与土壤类型相适应，因为最不稳定的土壤是沙质土壤和质地均匀且所含植物根系较少的土壤。在侵蚀地区，保持土壤肥力和植物覆盖是一项挑战，尽管一些土壤中的营养物质会随着侵蚀而沉积下来。覆盖在地面上的豆科植物与同一类型草本植物相比，可能只能活几年，却可以适用于轮种系统。将粪肥从马厩(和厕所)回收到梯田也是一项挑战，特别是在土壤固氮无效的情况下：如果雨水与牲畜粪便和尿液混合，那么大量饲料和营养物质就会从其中流失，或者无法完全组织土壤侵蚀。回收人畜粪便也是一种挑战，但大多数营养物质都储存在尿液中。多用途树篱及其残留物灰烬也可以用于回收并重新利用。

向外倾斜的梯田可以通过使其向内倾斜来进行稳定，但应该保持表土留在土壤上层，如果径流不能总是安全渗入，也要加以相应的管理。

• 台地：在建造其顶部和向内斜坡上需要投入精力

台地的建造在开始建造期间需要更多的工作，还需要注意保持表土并使斜坡有一个向内倾斜的趋势。由侵蚀形成的梯田也可以在建成之后逐渐改变。建造台地步骤：

第一，标出等高线，

第二，将表土放置在中间，

第三，将底土逐渐从上层移至下层，

第四，表土置在土壤最上层，

第五，种植水土保护性植被。参见土壤保持结构的详细介绍章节。

• 梯田尺寸适应当地条件

每个国家，如东非，往往都有不同的梯田建设指导方针。而划分的判定条件更多地依赖于政治边界，而不是基于当地不同的景观和农民。对土壤保持至关重要的因素有：降雨强度、斜坡长度和陡度、土壤、作物因素和保护方法。如果设计的梯田结构较小，但如果可以满足农作机械的需要，较小的梯田结构也是可以接受的。如果在梯田没有采用良好的保护策略，那么对于一些较大垂直距离的梯田，例如1.7米(常见的高度)，会暴露出梯田上部的大量底土。这样的建设指导方针是在殖民时期从乌干达引入的，因为当地的小官员、农民可以被说服使用这种方案。但其他人则建议设计更短垂直距离梯田(参见Muriuki和Macharia(2011，第4章：缓坡)。当地以往经验、预留时间、土地和材料的可用性可能是梯田建造的一个更重要的考虑因素。肯尼亚较晚才开始投入使用沙质土壤。在亚洲，传统的稻田梯田通常只有膝盖高，但坡度设置的很陡。最重要的是，这种结构将保持和汇集水潭。在一些受侵蚀地区，当地农民为了便于野外作业，必须将石块从田间移走，并沿等高线短距离放置石块。如果梯田垂直距离过大，梯田上部的浅层土壤会流失较为严重。重要的是整治需要从坡的上部开始并结合其他措施综合开展。当地强烈降雨是土壤侵蚀最重要的元凶，所以如果使用了小型建筑物，它们应该有助于防止水土流失而不是进一步加重极端事件的危害。在地表植被覆盖较低的季节，拥有一个有弹性的土壤保持措施尤为重要，这使得土壤结构变得需要时时重视且充满风险和挑战。

对于一些非常狭窄的永久植被种植带，如果它们的间隔足够短且可以减缓而不是阻塞水流的话即可以帮助形成梯田结构。然而，即使是像香根草这样的耐寒物种，它们相应的营养供应、多用途和种植成本也是必不可少的。且养分循环和固氮应包括在考虑范围内——特别是当土壤养分被去除用于植物消耗时。

参考资料

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