方正三版《水土保持学》是由科学出版社出版,1958年4月一版一印,总印数为2655册,是我国解放后较早出版的水土保持学类教材之一。
在我们水土保持学发展史上,曾经出现了不少水土保持专业教材,他们对推动我国的水土保持事业发展发挥了不可替代的作用,虽然他们已经退出历史舞台,但是作为历史遗产,对我们后来者也是一笔不小的财富。
方正三版《水土保持》
毛主席曾说:“人类的知识只有两种,一种叫做阶级斗争的知识,它的结晶就是社会科学;一种叫做生产斗争的知识,它的结晶就是自然科学。这两种斗争的知识都是起源于实践”。根据这一论点,竺可桢对水土保持学曾作如下定义:“水土保持学是一门研究如何向自然界的水土流失现象作斗争的自然科学”(见《新黄河》1955年12月号)。这一门科学是极富有实践意义的。
水土保持必须采取农、林、牧、水的综合措施,进行统一规划和全面开发,是一项改造自然的巨大工作。为了要提高山区的生产以改善人民生活,根治河流的谁换和开发河流的水利,以及从根本上改造气候,以减免自然灾害,都必须要做好水土保持工作。
1956年1月23日中共中央政治局提出的全国农业发展纲要草案第十条中规定:“……在发展山区经济的统一规划之下,由地方和农业生产合作社负责,结合农业、牧业和林业的生产,开展水土保持工作,要求在12年内,在一切可能的地方,显著的收到水土保持的功效,基本消灭水土冲刷的灾害。……”
要胜利地完成这个水土保持工作的12年远景规划,是相当艰巨的。但是在党和人民政府的正确领导之下,我们完全有信心能够完成这个任务。
由于农业生产合作化高潮的到来,农民都已经组织起来了。这就替水土保持工作的开展,创造了极为有利的条件。土地不再是小块耕种了,而能根据地形坡度及其他条件加以整理和重新划分;在土地全面规划、合理利用的前提下,陡坡地亦可以退耕还林、还牧了;田庄道路亦有可能重新布置。并且劳动力统筹使用后,就能统一安排,在农闲时抽出大量时间大量人工来进行水土保持工作。同时政府还以贷款等方式拨出相当数量的经费,协助当地群众进行水土保持工作。水土保持的科学研究工作正在积极开展中,且已获得一定成绩,而在指导生产时间中发生了一定的作用。 因此说,要求在12年内,在一切可能的地方,显著的收到水土保持的功效,基本上消灭水土冲刷的灾害,乃是完全有可能做到的。
水土保持是改造自然的伟大工作,如果做好了这一工作,就能逐步改造气候,使干旱地区的降雨逐渐丰沛起来,并且下得更加均匀,因而得减少旱灾。于是农作物产量可逐步提高。
我们知道水分在海洋和大陆间的外部循环并没有平衡。如在欧洲和小亚细亚平均年雨量为590毫米,而流入海洋中的雨只有232毫米,苏联欧洲部分平原上降雨量由480毫米,而各河流的径流共仅168毫米。
这种不平衡是因为:雨降到地面后,并不立即亦不是完全流入河中,一部分渗入土中,或保存在河塘中,经蒸发重新升高为云,参加水分循环,因而增加降雨量。这种循环叫做内部循环。欧洲平原部分的水分内部循环,约一次半到三次以上,内部循环次数愈多,降雨亦就愈大。气候变干的基本原因主要因为水分循环不足之故。
……
如果做好了水土保持工作,增加了植被和水库,因蒸发和蒸腾作用,使水转变为水汽,因而消耗了大量太阳的辐射热,这样平均温度就会降低。
实施草田轮栽制、培育森林、修建涝池和水库以及扩大灌溉面积,就是在具有酷热气候的地区中,昼夜平均温度亦会因此而降低的。
……
因此苏联人民认识了斯大林改造自然计划的积极方面,现在正在为执行这个伟大计划而奋斗。
水土保持改造就是改造自然的工作。我们应该学习苏联的榜样,有计划有步骤的来完成改造祖国自然的伟大工作。这样才能稳定我们的农业生产,并使其不断提高。
“因流水和风的作用,使土壤和疏松的母质碎裂、移去的各种现象就是土壤侵蚀。”这是苏联柏拉索洛夫院士对土壤侵蚀所下的定义。
由于发展情形、外部形态以及破坏程度的不同,土壤侵蚀可分为基本的两类:正常侵蚀和加速侵蚀。前者主要有地形和气候条件所决定。在坡地上发生经流时,即有正常侵蚀存在。正常侵蚀的进行甚为缓慢,并且实际上亦不具有为害作用。此种侵蚀的结果,引起很难察觉的表土流失。流失的表土,亦常由土壤形成作用毫不察觉的把它恢复回去。这种过程可看做是自发的继续不断在进行着的土壤更新作用。
但是由于人类不合理的利用土地:滥伐森林,不知栽植养护;过度放牧,对草原不加经营管理;以及其他种种破坏性的生产活动,如放火烧山、垦种陡坡等,而大大地加快了自然侵蚀的速度。这种加速侵蚀可使在正常侵蚀作用下需百年或千年才能移去的表土,于一年或一月内流失。
根据形成加速侵蚀的主要因素,可把它区分为水力侵蚀和风力侵蚀两大类,而前者又可分为层状侵蚀、沟状侵蚀、道路冲刷、河岸冲刷以及因重力作用而形成的陷穴、滑塌和崩塌等若干种。下面一一加以讨论。
水力侵蚀
(一)层状侵蚀
坡地上每次暴雨之后,将肥沃的表土冲去一层。这种现象就是层状侵蚀。但是这种层状侵蚀是很难看出来的。等到能被察觉时,侵蚀程度已十分严重了。往往多年遭受此种层状侵蚀,而种地人但见产量日低,仍不知道究竟是什么原因。这种层状侵蚀普遍存在于产生径流的坡地上。
有植被覆盖的土壤,遭受层状侵蚀的程度较轻于裸露着的土壤。由于坡度、降雨强度、土壤的理化性质以及其他因素的差别,在不同环境下,每年由于层状侵蚀所损失的表土量变化很大,其范围从222吨到1.5吨,化作土层厚度约为15至0.1毫米。
朱显谟曾建议利用土壤发生层段的流失厚度,来区分黄土区土壤层状侵蚀的程度。
(二)沟状侵蚀
在坡地上地面径流集中到一定量之后,由于流量与流速的增加,冲刷能力也就加强,而将地表刻划成沟。开始时,沟很细小,到后来逐渐扩大。根据沟的不同发展阶段,可区分为三类:
1、细沟侵蚀: 在较陡坡地上,于暴雨后可见许多略成垂直方向的细沟,有时可形成错综复杂的网状分布。细沟的深度由数厘米至十余厘米,宽度约10-15厘米。细沟内冲失的都是最肥沃的表土。这种细沟侵蚀,是由地表的薄层流汇集至地表小凹槽内使径流具有更大的侵蚀力而引起的。细沟侵蚀虽然显著可见,而农民们多不予注意,以为一加耕犁就可把它除去,其实他的为害性,还是很大的。
2、浅沟侵蚀: 浅沟侵蚀是一个过渡过程。这种侵蚀也在耕作层中发展,但后来局切入母质层中。浅沟的一般深度约0.5-1米,宽度约1米。这种侵蚀沟已相当固定,牲口和轮式拖拉机曳引的犁已不能横沟犁耕,因此为害性更大。
3、切沟侵蚀: 浅沟侵蚀如不设法防止,即可发展为切沟侵蚀。他如存在地中的若干小洼地或径流汇集流出的跌水处,以及规划不当的水道和道路,亦都可成为切沟侵蚀的开端。切沟侵蚀的沟床下切至少在1米以上,大切沟常在20米以上。耕作时不能横过此种切沟,因此农耕收到阻碍,为害性当然最严重。
(三)陷穴
由于土内发生陷穴而使土壤下塌的侵蚀现象,在西北黄土区普遍存在。主要原因是由于黄土组织疏松,有垂直劈理,并且含有多量的可溶性碳酸钙,当雨水下渗入地后,石灰质随之下渗。积年累月,内部形成空洞,待至不能胜负上方土重,即崩塌形成陷穴,老乡叫做“窟圈”。从陷穴发生的位置来说,可分为以下两种情形:
1、塬地边缘或台地的下缘积水的地方,雨水下渗,地内形成空洞。 有时因为“瞎瞎”掏洞,助长了陷穴的冲刷。
2、沟脑或沟底跌水的上台地,沟脑上层的平地或道路,有时为积水下渗形成空洞。黄土的粉砂含量愈多,陷穴也愈常见,有些地区的山沟或长坡面上,往往有一连串的陷穴,故又有连珠陷穴的名称。
(四)滑塌和崩塌
按其生成的原因和位置来说,可分为以下五类
1、 地下水蠕动 :沟脑、狗壁、跌水等处,按地形的坡度来说似乎很平缓,但是由于没有根深的数目来固持土壤,一遇阴雨,地表变得湿软。地下水的潜流向下蠕动,地表也随着滑落。
2、 破坏了自然安全的坡度 :在安全坡度的界限内,不受外力的影响,土壤不会坍塌。但是一旦超过了安全坡度的界限,他就要崩塌了。由于集中地径流、坡面植被的破坏和演变、沟底的逐年刷深等,都会影响临界安全坡度而引起崩塌。
3、 沟脑跌水的崩塌: 沟脑跌水,逐年刷深往往造成崩塌。
4、 陡坡草地的滥牧: 牛、羊在陡坡上放牧,牛羊践踏的小路或牛蹄践踏的脚印,往往在雨后积水,再经过集中径流的冲刷,易于引起草地成片的滑落。
5、 冻裂: 平缓的坡地,靠近深沟陡壁,在积水处解冻后裂开,再遇径流灌入裂缝,也能形成崩塌。
(五)河岸冲刷
在河身弯曲处,河岸冲刷现象最为明显。当水流经过弧形的河身,由于离心力的作用,水点具有纵横方向的运动,在空间成为复杂的螺旋形水流,就使河的凹岸侵蚀而成深槽,凸岸沉淀形成浅滩。此种冲淀作用继续进行,使河道渐渐向凹岸移动。到后来,河身取直变得很弯曲,冲淀作用更加剧,就有可能突破旧槽,舍弯取直而使流水于较短的新路中运行。……
(六)道路冲刷
黄土高原农民生活之所以不易很快改善,交通困难亦是一个重要因素。山区交通的困难,主要由于暴雨把道路冲毁所造成。又因道路布置不合理,经牲畜尤其是大车的铁轮碾压后,地面下陷,形成晴天为路,雨天变沟的现象,这也引起了严重的道路冲刷。所以说水土保持不仅与农林牧水利直接发生密切关系,就是交通运输亦有很密切的关系。
二、风力侵蚀
在陕北一带,风力侵蚀使细小轻微的泥土随风吹走,逐渐变成沙漠状态。除了沙蒿、白草等耐旱野草外,很少有其他植物。归纳农民们的报告,扇贝的沙漠,每年以5-10米不等的速度向南移动。沙漠南移的原因,由于西北风的吹送。沙漠南移给陕北人民带来了很大的灾害,在神木县有很多房子被沙埋没了,接近沙漠的耕地一般减产20-30%。此外,我国好多地区的地面因受风的侵蚀作用而失去表土的现象亦很严重,如大同附近由于风蚀而失去的表土,每年有4分米左右的厚度。其他地区如内蒙、辽宁西北部、甘肃西部等地风的侵蚀作用亦很剧烈。
土壤侵蚀分区是水土保持工作中一个重要的工作项目。B.B.沃罗宁曾指出,编制流域规划应在研究自然条件的基础上,确定主要的需要,进行水土保持的土壤侵蚀区划。只有对侵蚀情况的区域类型了解之后,才能确定哪里需要进行水土保持以及各个区域进行的先后和办法。所以土壤侵蚀分区的工作是十分重要的。
黄秉维曾根据目前收集到的有关我国水土流失最严重的黄河中游地区的材料,编制了3幅分别表示土壤侵蚀分区、水力侵蚀程度和风力侵蚀程度的地图。水蚀和风蚀按其侵蚀的程度可分为5级:
第一级:异常强烈,表示在世界其他各土壤侵蚀特别强烈的去榆中也很少达到的强度。
第二级:甚强烈,表示侵蚀程度虽不及第一级,但其为害情况仍很严重。
第三级:强烈,表示侵蚀程度不算特别大,但为害仍然不小。
第四级:中度,表示为害较小。
第五级:微弱,代表基本上没有侵蚀为害的情况。
……
第四节 土壤侵蚀的为害性
一、降低土壤的肥力
因地表流失而引起的的土壤侵蚀,对农业以及国民经济的其他方面带来了严重的损害。由于冲刷,大量含有植物营养物质的肥沃表土,如氮磷钾等被流失到大洋中去,以至于必须施用人工肥料来补足这些损失。被冲失的土壤中含有大约0.2%氮、0.1%磷和2%的钾。
根据C.C.保列夫教授的研究,每年从苏联欧洲部分,因冲刷而流走的泥土超过142 000 000吨 ,其中含有近426 000吨的氮、142 000吨的磷和2 340 000吨的钾。
由于土壤侵蚀的结果,每年每公顷土地上所流失的植物营养料,超过这一公顷作物丰收所需要的养料。因此在遭受冲刷的土地上,作物产量显见减低。
……
我国是一个多山的国家,平原仅占土地总面积的13.5%,坡地在全国耕地面积中所占比重甚大,而坡地却由于常年冲刷的结果,土壤贫瘠,蓄水力很差,其产量和平原相差很远,以致坡地多的山区和丘陵地区,生产发展远落后于平原地区。
二、造成了水旱等自然灾害
普遍而有历史性的水、旱、山洪、内涝、冰雹等自然灾害,都和土壤侵蚀有不可分离的关系。从各地自然条件看来,大部地区含在的原因,不是雨量不足,而是雨量分布不均和所降雨水未能保存在土壤中和塘坝里为作物利用而迅速流走了,以致短期不雨即成旱灾。流失的雨水,在山沟里汇成山洪,冲毁田地及房屋;而在下游流速变缓时,所携泥沙又淤塞河床,造成洪水泛滥;在低洼处,因积水过多,宣泄不畅而成内涝。由此可见水、旱、山洪、内涝与水土流失现象有极大关系。如果在各河中、上游坡地上做好水土保持,使雨水就地渗入土中,缓和下流,不但能克服降雨不均的缺点,防止了旱灾,同时也将削弱山洪,减少下游洪水泛滥和内涝发生的可能性。并且土壤水分增加后,又能在一定程度上,缓和上升气流,从而减少下冰雹的机会。因此,水土保持工作实为防治水、旱、山洪、内涝和冰雹灾害的基本环节。
三、河流资源不能被开发利用
在正常情形下,河流可用来通航、发电和灌溉。但是我国许多大小河流由于流域面积上的土壤冲刷十分严重,含沙量过高,大大妨碍着他们的利用,例如,据黄河水利委员会调查,黄河由托克托到孟津的支流(无定河、延水、洛水、泾水、渭水等河流),每年流进黄河的泥土,就有8亿立方米。若把这些泥土铺成一犁深(17厘米)的土层,可以铺满700万亩地,每年生产粮食可达10亿斤。就是由于这样的水土流失,在黄河中、上游,约20万平方公里的地区内,40%以上的土地被破坏了。使黄河变成了地上河,淤塞、决口和改道经常发生。因此黄河的航运之利过去是微不足道的。黄河虽蕴藏有大量的水力,可是由于含沙量过高,在没有做好水土保持工作以前,水库的寿命是不能经久的。......
水土流失能带给蓄水库很大的害处。如苏联的穆尔加布河上的金都库什水库,其容积为1500万立方米,在13年之内就被泥沙所填满,而苏尔丹-本特斯蓄水池,其容积为7300万立方米,在16年内就被泥沙填塞了70%。
四、降低地下水位
由于地表径流加大,和沟壑的向下深切,使地下水位降低,水量减少,如在我国黄土高原,土壤冲刷严重,地下水位降低殊甚,打井取水是一件十分困难的工作,有时井深达60-70米,须有两个人来绞轱辘,花了很长时间和很大力气才能提上来一小桶水。在有些地方不管打井多深,都不见有水。由此可见因地表径流加大和沟壑的向下深切,引起地下水位下降而使取水不易或根本取不到水,对于人民生活的影响是很大的。
五、水流破坏农田道路和建筑物
侵蚀沟网对农地的影响很坏。侵蚀沟的扩展会减少可耕地的面积,并能把田地分割成不适于机械耕作的很小块地区。在侵蚀发展厉害的情况下,这种无价值的小区所占的百分数很大。如西北黄土高原的大块塬地,被水力侵蚀作用分割成许多断续连接或完全隔离的峁地和丘陵。此外,侵蚀沟还破坏运输线,如黄土高原的道路,天晴时可以行人行车,一到雨天就成水沟,交通完全断绝。并且每经一场大雨,路沟就冲深、冲宽了许多,且冲去沿沟的田地。有时侵蚀沟还破坏建筑物,如甘肃西峰镇的侵蚀沟脑已伸展至城脚跟,解放后由于水土保持工作推广站修建了治理工程,城镇才免于冲毁。
六、砂砾淹没城镇道路农田
根据周昌云氏记载“敦煌西150里有南湖,位于古阳关东侧,汉代为龙勒县,唐曰寿昌,宋元以降,没于流沙,但故迹遗址,斑斑可考。所谓湖者,仅一小水荡,有泉从中涌出,可资灌溉,今湖南四周皆为流沙所隔,可耕之地不及百顷,然土地肥沃,出产丰饶,居民数十户,熙来攘往,不啻世外桃源。阳关在其西数里,遗址早经烟没,毫无所见,徒增游人感叹耳”。再如开封于宋时可以种水稻,但是现在四周因为流沙掩盖,地力减低,农产远不如昔。朱仙镇原为国内四大名镇之一,近来亦因流沙淤塞河道,与皖北交通阻隔,镇四周,甚至城墙缺口处皆积流沙,今仅破落户数十而已。陕北沙漠南移,淹没了许多农田、房舍、道路,并使耕地产量日益下降。
方正三先生,浙江省东阳市城关镇人,生于1919年,九三学社成员.为中国农业工程研究设计院研究员,国家科学技术委员会农业工程学学科组成员,中国水土保持学会名誉理事,是我国著名的水土保持专家。
事迹
1942年他毕业于浙江大学农艺系.
1942年至1945年在中央农业实验所稻作系从事水稻气候的研究.
1945年在中央农业实验所稻作系从事水稻气候的研究.
1945年至1948年赴美国留学, 获硕士学位.
1948年至1955年在浙江大学任教.
1955年至1980年先后在中国科学院西北水土保持研究所, 中国科学院地理研究所工作, 曾任西北水保所土地利用研究室及中科院地理所水文研究室主任.
60年代他在中科院地理所工作期间, 曾辛勤培养了农田蒸发与土壤水分运动方面的研究生.
1980年调至中国农业工程研究设计院。
贡献
方正三先生重视科技为经济建设服务。新中国建立后, 他在浙江大学任教时, 利用假期, 曾先后赴水土流失严重的淮河上游、豫西山地及黄河中游黄土高原的晋西北, 陇东南等地区进行实地调查研究。 方先生为了更好地达到学以致用的目的, 他主动由浙江大学请调至西北水土保持研究所工作他带领青年同志跋山涉水深入水土流失严重地区, 进行综合考察和开展田间工程的专题研究方先生重视理论与实际相结合, 治学态度严谨,并在实际工作中重视群众经验的总结与提高。 因此, 他的研究成果, 既具有较深入的理论, 又有实践推广的价值。
方先生对工作一贯认真负贵, 无私奉献。60年代, 他在陕西省长安县石贬峪水库从事沥宵混凝土防渗墙的设计研究期间, 不幸得了一种较难治愈的地方病流行性出血热而方先生在病重之时, 仍念念不忘工作。
方正三先生的主要学术贡献有以下五个方面:
1.水土保持
在黄土高原田间工程及有关自然因素幕雨、渗透、径流、土壤的研究方面, 莫定了国内这方面科研工作的基础。
2.沥青混凝土应用于大坝防渗的研究
他倡议并亲自从事长安石贬峪水库大坝的沥青混凝土防渗的研究设计, 在余高的大坝上使用沥青混凝土防渗, 在国内尚属首例。
3.农机具方面
研究黄土高原畜力犁的牵引阻力与比阻, 作为改进畜力犁与提高耕作效率的依据还引进修梯田的工具并加以改进,已在黄土高原推广。同时还与同志们合作研制了机引翻转犁。
4.水平衡方面
在山东省德州与甘肃省民勒两地分别进行了农田蒸发与土壤水分运动的观测仪器及其方法的研究在国内首次研制成土壤水分测定仪负压计非饱和土壤水分运动的机理及其应用的研究, 填补了国内在这方面的空白沙地水量平衡与大面积绿化间的关系研究, 为沙地改造提供科学依据,
5.地理学方面
提出以微观自然综合体例如一个小流域作为研究对象的微观自然地理学, 《光明日报》曾特约报导, 年代曾研究过中国水稻气候, 对我国农业气象学的发展有一定的促进作用。
方正三先生的主要专著有《农具手册》、 《水土保持》 、《沥青混凝土在土石坝防渗上的应用》、《梯田》等, 已发表学术论文余篇。年方先生参加在英国召开的国际土壤保持会议时, 宜读了《中国黄土高原的梯田》学术论文, 得到了与会代表的较高评价和赞扬, 被脊为是该次学术会议最重要的文献之一沥青混凝土坝体边绮防渗技术的科研成果曾荣获年陕西省科学大会奖。
(——来自网络)
(来源:《水土保持》方正三 编著,1958年科学出版社一版一印,天天向上收藏本)
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