梯田水文生态及其效应研究

摘要

梯田是在坡地上沿等高线建造的阶梯式农田，是改善农业生产条件和治理水土流失的有效措施。在水土流失严重的黄土高原地区，梯田是一种十分有效地水土保持措施，可以增加土壤水分，达到雨水资源利用的目的，对解决制约旱作农业水资源短缺的问题起到重要的作用。
　　 本研究系统地论述了梯田的发展历史，对梯田水文生态系统进行了比较全面系统的分析，总结出了梯田的基本特征。以黄土高原的甘肃庄浪县梯田和陕西乾县梯田为例，采用调查研究与野外试验、定性分析与定量计算、分析与综合、数理统计等方法，研究了梯田水文生态问题及其效益，取得了如下主要研究性成果。
　　 (1)比较系统地阐述了梯田的来由、形成、历史、类型及其特征，结合黄土高原的实地情况进行调查研究，探讨了梯田的作用功能及其对生态环境的影响。
　　 (2)对梯田水文生态系统进行了探讨和研究。在水循环的过程中，梯田使得降雨入渗作用迅速加强，而与之伴生的减少或抑制了坡面径流，甚至使范围内的全部降雨就地入渗。在黄土高原地区，由于土壤具有高渗透性和高蓄水性固有属性，为降雨入渗提供了顺畅的通道。其结果是，梯田为植被的生长提供了充裕的水因子保证，为“水文生态”的良性发展提供了支持性的作用。
　　 (3)研究了梯田水文生态系统的作用机制。通过坡面土（壤）体分析，认为梯田水文生态系统的作用机制在于使得在坡地条件下，坡面径流系统及其伴随着土壤（体）非稳定性产生的土壤易流失性发生了改变，进而改变了水循环的路径和空间分布储存的特征，从而产生对生态环境的支配机制。
　　 (4)采用土钻烘干法，结合使用探针式时域反射仪(TRIME-PICO)，研究了三场降雨过程中，梯田土壤储水量与坡地土壤储水量的变化情况。结果表明，当三次降雨量之和为41.72mm时，梯田土壤储水量累计增加了37.12mm，坡地土壤储水量累计增加了17.98mm。梯田水文系统的入渗功能好于坡地水文系统。
　　 (5)研究了不同植物种植条件下，梯田土壤水分的变化情况。研究的结果是，土层深度0～2m处，豆科作物下梯田土壤含水量均值为14.76％，玉米地的土壤含水量均值为13.29％，果园地的土壤水分均值为11.98％。同时研究了不同植物下的梯田内侧、中部和外侧不同土层深度下的土壤水分的变化规律。
　　 (6)采用水保法和调查的方法，依据梯田有效面积和蓄水拦沙指标，计算了甘肃庄浪地区梯田效益。庄浪县丰水年拦蓄水量2211万m3，拦蓄泥沙1190万t；平水年拦蓄水量1700万m3，拦蓄泥沙850万t；枯水年拦蓄水量1304万m3，拦蓄泥沙567万t。梯田粮食增产量为5万t。梯田及其梯田水文生态系统具有蓄水拦沙和良好的粮食生产功能。