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等高线洼沟——最庞大的雨水储存库,就在我们脚下

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降雨是造成土壤侵蚀的主要因素之一,但真正的问题并不在于雨水本身,而在于不可持续的土地管理和耕作方法。人们通常只想怎么尽快把雨水排走,却忽略了怎么好好地储存和利用雨水。其实通过合适的设计,土壤能够成为最庞大、最低成本的雨水储存库。而这些储存起来的水不仅不会冲走表土,还能节省灌溉成本、延长生长季节、补给地下水,甚至改善当地气候。

降落到地表的雨水总是沿着阻力最小的路径流动,而任何裸露的土壤都不太会对雨水造成多少阻力。即使在坡度非常平缓的地方,如果土壤是裸露的,降雨的冲刷也会导致土壤侵蚀、表土流失。

在自然环境中,落叶枯枝、快速生长的先锋物种会迅速覆盖裸露的地表,这是自然内在的智慧,能够有效防止土壤侵蚀的发生,并且让水流慢下来、渗入土中。与此形成鲜明对比的是,现代农业的实践方式完全违背了自然规律。人们用除草剂把野草除得干干净净,每年多次翻耕土壤、使其暴露在风吹日晒之中,而且农药也破坏了土壤生物网,这样,即使是一场强度不大的降雨也必然会导致土壤侵蚀。

另外,现代农业还必须用大量的淡水来灌溉。而在很多地方,灌溉水的来源是不可持续的。比如在美国中西部,奥加拉拉蓄水层(Ogallala Aquifer)是冰川时期形成的巨大淡水库,而在最近不到100年的时间里,由于当地的农场抽出大量的水来灌溉农作物,几乎将这个地下水库完全耗尽。

很有讽刺意味的是,人们一方面花费巨额成本,从地下深处抽出难以再生的水,另一方面,本该好好利用的、免费的雨水却白白流走了,而且同时还冲走了珍贵的表土。

正如之前的文章中提到的,我们可以使用覆盖物、种植地被植物等多种方式,提高土壤的保水能力。而一些土方工程则能进一步增加土壤的储水量,比如传统的梯田,而本文要介绍的“等高线洼沟”(Swale)比梯田更容易建造,同时也能达到储水的效果。

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等高线洼沟示意图

等高线洼沟示意图

等高线洼沟的作用

等高线洼沟,顾名思义,就是沿着等高线挖掘出来的长条形的洼沟。因为其与等高线平行,底部也是水平的,所以能够拦截地表水流,让水慢慢地扩散并渗透到地下深处,而不是很快排走。通过这种方式,能防止土壤侵蚀,也能收集雨水中的养分和有机质。建造等高线洼沟后的几年时间里,土壤的含水量将慢慢增加,这能加强抗旱能力,并且补给地下水。

等高线洼沟也能收集来自道路和其他硬化地面的降水,并将水利用起来、而不是很快地排走。所以,建造等高线洼沟既能防洪又能抗旱,是非常实用的。

下雨后,等高线洼沟中的积水在慢慢渗入土中

下雨后,等高线洼沟中的积水在慢慢渗入土中

等高线洼沟通常也与其他集水区一起使用,尤其是水坝、池塘和灰水系统。比如,通过将等高线洼沟与水坝结合使用,我们能够增加水坝的集水区域。本来可能被直接排走的雨水,可以通过等高线洼沟和分流渠被倒入到水库中。通过适当的设计,当水库存满水时,溢流出的水也可以进入下坡处的等高线洼沟,并慢慢渗入土壤。

等高线洼沟不只和水有关。很重要的一点是,它们必须同时被用作种植树木。没有种树的等高线洼沟反而会是具有破坏性的。在湿润的气候条件下,没有种树的等高线洼沟可能会使土壤湿度太大,对农作物的生长不利。而树木会调节土壤含水量,并能使水分渗入土壤深处。树根也有固土的作用。在挖掘等高线洼沟时,挖出来的土被堆在下坡处,形成长条形的土墩,这些土墩中的土是比较疏松的,必须要通过树木的根系来固定。总之,等高线洼沟必须种上树木才有意义,否则,在湿润气候下,等高线洼沟可能会使土壤含水量过高,而在干燥气候下,等高线洼沟会很容易被冲坏,而且储存下来的水也会很快蒸发掉。

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使用方法

虽然等高线洼沟没有一个固定的尺寸,但建造时还须遵守一定的规则。首先,等高线洼沟必须是沿着等高线挖掘的,也就是说必须保持水平。特别是,等高线洼沟的底部也需要是水平的,以使水能够均匀地分布其中,分散开渗入到土中,而不是蓄积在低洼的地方。

等高线洼沟还必须有溢流口,以便在水量过剩的情况下自行外溢。可以使其流往低处的洼沟,也可以通过分流渠把溢出的水导到其他集水设施,比如水库中。分流渠也是在土地上挖出的水道,但是它不是沿着等高线水平挖掘,它的目的是将水从一处引到另一处,因此通常有一定的坡度。分流渠同样也适合建在比较平缓的坡地上,这样才不至于容易被大雨冲毁。

等高线洼沟的选址很重要,设计时,必须时刻牢记等高线洼沟和水流之间的关系。所以,陡峭的斜坡(坡度超过15度)不适合建造等高线洼沟,因为在大雨中容易导致滑坡。然而,就像水坝一样,我们还是要在坡度合适的前提下,把等高线洼沟的位置设计得尽可能高,因为水分渗入土中后,会因为重力而缓慢地往下坡移动;而反过来,下坡处的等高线洼沟收集的水却无法直接被上坡处的植物所利用。

还要再次强调的是,等高线洼沟的土墩上必须要种植树木。即使是使用等高线洼沟来扩大水坝集水区、或作为溢流系统的情况下,仍应种植树木。不仅土墩上要种树,在洼沟的上坡侧也最好种上树(特别是固氮树种)。

在相邻的等高线洼沟之间,也应有树木或其他植物来调节水和固定土壤。一个典型的错误是,假如在建筑物的上坡处建造了一条等高线洼沟,而在建筑物和洼沟之间没有任何植物,这就会造成不少风险。

等高线洼沟不仅能用于农田、花园,也能用于再造森林。随着树木的生长,可以任由洼沟中慢慢填满沉积物和枯枝落叶等有机物质,不必去人工清理。几年后,整个林下的土壤应该是已经有充足的含水量了,并且土壤表层也都有了大量枯枝落叶等覆盖物,这时森林的生态功能在慢慢恢复,能自然地防止土壤侵蚀并保存水分,不必重新修整等高线洼沟。

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建造步骤

1、观察:对于很多地方来说,降雨时,大部分雨水降落到地表后会迅速流失、没有机会渗入土壤中,即使在平坦的或坡度很缓的土地上也是如此。在动手建造等高线洼沟之前,先花些时间做观察和记录。特别是下雨时,到户外走走看看,观察雨水流经地表的模式,比较坡度较大和较缓的地方的不同,观察道路和停车场等硬化地面的雨水会流向哪里……还有必要做些功课,比如查询当地的年降水量。当亲眼看到被白白浪费的大量雨水,你也肯定会更有动力来做些改善措施。

2、选址:如上文提到的,等高线洼沟适用于较平缓的坡地,即坡度在15度以下。洼沟中收集的水会慢慢往下坡处渗透,被下坡处的植物所利用,这点在选址时需要考虑到。另外还有一些常用的选址规则,包括:距离建筑物至少3米;距离陡坡边缘至少6米;可建造在排水不通畅的区域的上坡处;进行土壤渗透速率测试,渗透速率(infiltration rate)至少达到2.5cm/hr的地点比较适于建造等高线洼沟。两条等高线洼沟之间的距离可以是其平均宽度的3-20倍,这根据降雨量而定,降雨量越高的地方,相邻的等高线洼沟的间距越小,以吸纳更多雨水。另外,一个很适合建造等高线洼沟的地点是在动物散养区的下坡处,这样被雨水冲刷下来的养分丰富的粪肥就能被收集并利用,而不是造成水污染。

3、标记等高线:精确地标记出等高线是很重要的。有条件的话可使用专业设备,或者自制一些简单廉价的测量设备,比如本耶普水平仪(Bunyip Water Level)。所需材料很简单,两根长1米左右的细木棍,和一根6米左右长度(或更长)的透明、柔软的塑料水管。将两根木棍对齐后并排放,从上往下标出相同的刻度(从1cm-100cm)。水管中灌水后,两端分别固定于两根木棍上。这样,当两根木棍底端位于相同水平面时,水管两头的水面所处的刻度应该是相同的。

本耶普水平仪示意图,上图中两点间有7英寸的高度差,下图中两点是处于同一水平面的

本耶普水平仪示意图,上图中两点间有7英寸的高度差,下图中两点是处于同一水平面的

本耶普水平仪使用方法

本耶普水平仪使用方法

使用时,两人分别拿着木棍站在相距2-3米的两个点上,根据水管两头的水面所处刻度的差异,来进行微调,找出处于相同水平面的两点,并在地面上插旗帜作为标记,测量出多个点后连成线,就是等高线了。在后期校准时,可以将水平仪换上更长的水管(比如50米长),这样能较方便地测量相隔较远的两点是否处于同一水平面上。

4、沿着等高线挖掘洼沟:通常,等高线洼沟的深度在15-50cm左右,宽度在45-150cm左右,一般来说宽度是深度的3倍。长度根据当地需要而定,但越长越好,因为这样水分分布和渗透的区域也就越大。洼沟的规模越大,集水量就越大,当然建造也更加费时费力。注意要留出溢流处,比如用分流渠将溢流的水导入水库。溢流口的宽度最好跟等高线洼沟本身的宽度差不多,并且最好用石块或水泥来加固,防止被冲垮。

5、挖出的土壤堆在下坡处,形成长条形的土墩。土墩的斜坡不要太陡,不超过1:3的坡度。堆土墩时注意次序,将表土保留在最上层。

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6、测试并进行调整:挖掘后,再次用本耶普水平仪测量,特别是确保等高线洼沟底部是处于水平面上的。测量后再进一步调整。挖掘完成后,等到下雨天时留意观察,看看新建造的等高线洼沟的效果如何。如果发现很容易溢流的话,就需要将洼沟加宽加深。

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7、种植:等下过几场雨后,再开始在等高线洼沟种植植物。在洼沟两侧,包括土墩上,很适合种植果树和浆果灌木。豆科固氮草本和其他根系发达的多年生草本可以作为地被植物。而在湿润气候下,在洼沟底部也可种植一些耐涝植物,比如芋头。等高线洼沟既能收集雨水也能拦截上坡处被冲刷下来的养分,因而能成为一个产出丰富的食物系统。别忘了种植后在土壤表面加上天然覆盖物,以减少水分蒸发和土壤侵蚀。

植被生长旺盛的等高线洼沟

植被生长旺盛的等高线洼沟

等高线洼沟的设计看似简单,其实建造过程中有不少讲究,在具体实践中还需我们多多观察、根据实际情况来不断做出改进。其建造虽然费时费力,却能达成许多重要的功能,保留住珍贵的雨水和土壤养分,长远来看能够发挥的价值是巨大的,是很值得尝试的一项生态农业技术。

参考信息来源:Tenth Acre Farm, Permaculture Research Institute

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