摘要:黄土高原水土保持生态建设突出的难点既是治理耕地干旱又是治理水土流失。而治理思路和设施一直沿袭着应急、防范性的“域外治理”之模式,在地域内滞后的用远远小于地域外雨水的最大变幅、变量的治水设施,减量的治理着雨水的最大变幅、变量和雨水再聚集集中后的变幅、变量所造成的水流失、水带土流失和干旱。
黄土高原地域内耕地的雨水因流失量太大、不能满足植物生态全过程直接需水量而恶化。实质是治理思路和设施没有找到快速、持久性根治之法。解决该难点问题的捷径,是用 “域内治理”专利技术模式,先根治耕地内雨水的最大变幅、变量造成的水流失、水带土流失,将流失水量就地域内改变为抗干旱的水源、水量,满足耕地生态环境所需的水环境;后教农民学现代农业科技整体成果,会在改造水环境后的耕地内中能创出高额产量;再引导农民按市场经济需求规律调整产业结构,把耕地高产在适时机转化成高效益。
在治理耕地水环境上以地域内建立体型、综合性的贮水容积大于地域内雨水最大变幅、变量的多贮存设施高效贮存雨水。用贮存雨水量大大于草本作物全生育过程、特别是生长需水关键期无水补充时的直接需水量使作物能有足够水量发展高效农业,实现非灌溉水利化治理耕地干旱、根治水土流失,保持生态不受、或少受雨水变化规律影响。
“域内治水”是将雨水被蒸发、渗漏、径流流失水量在流失前集中、增量,入渗到土壤含水率频变层下贮存。用容积大于200mm日降水量体积的贮存设施,拦堵强降水的径流就地域内贮存到草本作物根系直接需水地层间,减少雨水流失、雨水在贮存、利用时段的流失;将入渗水量先集中到作物根系直接需水地层;再将集中存留到的水存留到防渗溢流设施内,供草本作物在需水关键期无水补充时用;后将过量入渗水量分散贮存到土壤水库中补充地下水、防渍害。此项成果能快速、持久性根治300mm以上年降水的耕地水的宏观流失、水土流失,能在改造后耕地上创出高产量。年亩效益可提高5-10倍。已在河南西部、甘肃和陕西等省试验成功,已获得专利,公开号cn1456043a。
关键词:水土保持 域内雨水 高效贮存 耕地非灌溉化技术
1引言
雨水是地域内主要补给水源,是至关重要的命脉资源,与当地生态、生物生存和发展息息相关。研究高效调控、利用雨水的时空分布和存留时段,使之能将每寸土地上的每次降水中的每滴雨水贮存到每棵草本植物根系直接吸水地层间的思路、技术和设施,在治理黄土高原水流失、水土流失,减少流入黄河泥沙量时,雨水起着至关重要的关键作用。
黄土高原地域内水的补充水源、水量,主要靠天然降水。天然降水是个动态的无规律可循的人类及生态系统难以利用的脉冲式函数,只有经过地面、地下水量再分配系统后,才能转变成可以不断利用的连续性函数。人为现有治理不同步的思路、战略、策略和设施,只能在局部的小范围内起到丁点的改变不同步;治理、治理之结果又受多种自然的大尺度的环境因素变幻制约,改变不同步的力度、效果甚微;
黄土高原水土流失的“水”,主要是受制于‘天’的动态的变幅、变量硕大的无规律可循的不确定的雨水和雨水与地表土壤入渗率极不同步。人们对水、水治理、水土流失的治理、耕地水环境的治理等等问题,一直处在沿袭传统的“域外治理”的思路、设施和模式。致使地域内的水、雨水的存留、利用,成为古今中外长期得不到快速、持久性根治的大难题。
经典的治理黄土高原水流失、水带土流失、减少流入黄河泥沙量的思路、战略、策略和设施,均是沿袭着用地域内的微观治水设施,滞后的应急、防范治理着地域外水的宏观变幅、变量的水多和水少。这种“域外治水”模式既不能快速、持久性根治地域内的水流失、雨水带土流失、减少流入黄河泥沙量,又无法根治耕地干旱,甚至还造成水的二次宏观流失,使水治理陷入越治理危机越严重的困境。
地域内水的存留规律是个受诸多因素影响、制约的动态的滞后的减量的变量;耕地内作物根系直接需水地层间水的存留规律与作物全生育期根系的直接需水规律不同步;最终的治理结果仍是绝大多数耕地长时段大面积缺水干旱,短时段小面积多水水土流失。
域外治水的治理模式投资大、水的利用率低、见效慢、效果差、几乎是得不偿失的没有办法的不得不为之的办法,没有能在治水和治理耕地水环境上找到快速、持久性根治的捷径,不是科学的良策!
针对古今中外治理耕地雨水的水流失、水土流失现状和存在的问题,在总结前人治理的经验、教训基础上,遵循自然规律、顺应经济运行规律、驾驭市场经济需求规律,跳出经典的“域外治水” 的治理思路、战略、策略、施设和模式发明了“域内治水” 模式。从地域内雨水的高效贮存、利用上,研究出“用地域内的水治理地域内的水危机;用地域内的治水设施治理地域内的水流失、水土流失的水难题” 。该模式称之为“宏观节流体系”。
2高效贮存域内雨水
“域”的界定: “域”,宏观上指流域的空中、地表、地下;微观上指每棵草本植物根系、径杆、叶冠占据的地层深度和地表面积。各棵草本植物叶冠之间占据的地表面积与根系占据的地层垂直距离均小于2米。2米以内为“域”内, 2米以内的为“域”外。
2.1域内雨水的流失和流失途径:
2.1.1每次降水落到地表都会先在地表土壤含水率频变层间被蒸发流失5mm后,再入渗到地下草本植物根系直接需水地层间。蒸发流水量约是年降水量的1/3。据测量,600mm降水地域内蒸发流失量年均径流深达240mm。
2.1.2各次、各类有效降水,都是先在地表或地下土壤含水率频变层间被蒸发、径流流失5---10mm后,才能向草本作物根系直接需水地层下渗补充水量。径流流失量约是年降水量的1/3---1/2。据测量,600mm年降水地域径流流失水量年均径深180---240mm㎜。
2.1.3雨水能入渗到草本作物根系直接吸水地层间的水量,因重力作用会渗漏到草本植物根系直接吸水地层以下,使部分有效水渗漏变成无效水流失。下渗流失水量虽不占数量优势,却占时段优势,防治雨水渗漏对改变雨水存留规律,与作物根系直接需求规律相趋同步甚为关键。
2.1.4治理得到的雨水,在贮存、利用过程也会被蒸发、径流、渗漏等流失40---70%以上。
2.1.5“域外治理”治理雨水流失,只能局限于对耕地内的二、三十毫米以下日降水的弱降水量的径流流失水量拦堵治理,对三十至二百毫米的强降水、特强降水的日降水径流流失水量几乎无法治理。
2.1.6各次、各类无效降水在地表或地下土壤含水率频变层间被蒸发95%以上。无效降水在水量上虽不占优势,在补充时段上确占绝对优势。能把无效降水增量、转化成有效水将是水治理的关健。
2.2高效贮存雨水
域内降水的时空、强度、水量等等,是无规律可循的变量,与土壤入渗率极不同步,几乎无法改变。
“域外治理”对年降水量和各次、各类雨水被草本作物利用量的增大、利用时段的延长仅能局限在百分之几、十几、甚至几十范围;作物利用量的增大、利用时段的延长不能成倍、成几倍增加。对雨水的再分配存在着集蓄、贮存、利用的滞后性;利用与贮存的脱节性;治理设施小小于水的变幅、变量性;治理雨水流失的思路、战略、策略和设施存在着失当性等,对改变雨水的来量、流向、流失、贮存、利用等等的动态变幅、变量,与作物全生育期对水的需求规律不同步性的作用微乎其微。加之降水时空补充的无规律可循性、补充水量的多变性,使耕地内原本就有大于草本植物全生育期直接需求水量的雨水,因流失量达80%以上而显得十分缺乏,导致雨水能被草本植物全生育期直接利用率只能局限在5---20%左右,利用率甚低。
用先集中、后分散的治理思路、设施和方法,在就地域内“多贮存” 雨水上改变雨水的分布时空、强度、水量等等,则能在域内改变雨水在草本作物根系直接需水地层间的存留规律、延长存留时段。“多贮存”设施是从节省雨水被蒸发、径流、渗漏流失水量上为草本植物根系用水开辟了新水源,在年降水600 mm地域内新增加水量达400mm以上!
2.2.1减少雨水被蒸发流失的水量,设置“抗蒸发”设施。
若能抑制被蒸发流失水量80%,就相当于增大了2-3倍的年降水量在自然状态下被草本作物根系直接利用的水量。即200mm。
2.2.2减少雨水被径流流失的水量,设置“集径流”设施。
若能就地域内贮存径流流失的水量,就相当于增大了2倍以上的年降水量被植物根系直接利用的水量。即200mm。
2.2.3减少雨水入渗到作物根系直接需水地层以下的重力水流失,设置“防渗漏”设施。
在作物根系直接吸水地层间设置“防渗漏”设施,能将拦堵、贮存重力水的流失量,能改变雨水在作物根系直接吸水地层间的存留规律,延长雨水在各地层间的存留时段,就相当于增大了5倍以上的年降水量在自然状态下被草本植物根系直接利用的水量。
2.2.4地域内设置的贮水设施容积,大于地域内雨水的最大变幅、变量。
2.2.5地域内设置的“多贮存”设施,能增大雨水在地域内的存留量、延长存留时段。能减少雨水的流失量和雨水在贮存、利用过程的二次流失量。
2.2.6将每次无效降水的流失水量就地域内增量后贮存,转化成有效降水,能改变雨水的自然存留规律与草本作物全生育期根系直接需水时空规律不同步。
2.2.7将无效降水增量转变成有效降水。无效降水的次数占年降水次数的90%以上。将无效降水量增量后贮存到草本作物根系直接吸水地层间,就能改变雨水在各地层间的自然分布、存留规律,改变雨水与草本作物全生育期根系直接需水时空规律不同步现状。 设置“聚集”设施将平均降到耕地地表的每次雨水“聚集”增量贮存,使收集雨水的来量面积比自然状态下增大5倍以上,变无效降水为有效降水,变有效降水和有效降水中的强降水为更有效的降水;能将流失到地域外(蒸发流失到空中、地表径流流失到地域外)的水量,就地域内转化成有效降水量,贮存到作物根系直接需水层间,既减少各次、各类降水量的蒸发、径流流失量,又减少雨水在贮存、利用时段的流失。能使地域内作物根系直接吸水地层间的存留水量、时段,在降水无规律补充下,能有大于草本植物全生育期根系直接需水量3---5倍的存留量,满足作物全生育期的需水量。
就地域的耕地内拦堵、转化、贮存每次强降水的径流流失水量,既能消除百年一遇强降水造成的径流水流失、水带土流失,又能就地域内将流失水量转化成抗干旱水量,贮存到作物根系直接吸水地层间利用,起到干旱、水流失、水带土流失一齐治理。
2.2.8设置“溢流” 装置,将过量“聚集”集中、贮存到的雨水量分散贮存到地域外(下)土壤水库中防渍害。


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