打壩如修倉，攔泥如積糧，村有百畝壩，再旱也不怕。長期以來，淤地壩在黃土高原水土流失治理和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。黃土高原淤地壩建設(shè)思想來源于古聚湫，即自然山體滑坡堵塞流域出口形成的堰塞湖，堰塞湖淤滿干涸后形成的天然壩地。黃土高原最為著名的古聚湫為陜西省子洲縣黃土洼，被稱為淤地壩的“鼻祖”，距今已有400多年歷史。明代隆慶三年（公元1569年），子洲縣裴家灣鄉(xiāng)王家圪洞（黃土洼），溝壑兩岸發(fā)生巨型滑坡，堵塞流域出口，聚水?dāng)r泥形成壩地，集水面積約2.72 km2，淤成壩地800多畝。黃土洼古聚湫既不發(fā)生積水，也沒有出現(xiàn)鹽堿化現(xiàn)象，旱澇保收，農(nóng)業(yè)產(chǎn)量高，是當(dāng)?shù)厥终滟F的土地資源。

為緩解人地矛盾、解決大規(guī)模退耕后黃土高原優(yōu)質(zhì)耕地不足問題，2012年黃土高原啟動實(shí)施了治溝造地工程，通過人工削斬山腳邊坡，取土填溝，修筑壩系，將溝道中零散分布的耕地?cái)U(kuò)展為大面積、可進(jìn)行機(jī)械耕作的農(nóng)田。治溝造地作為淤地壩建設(shè)的擴(kuò)展和延伸，由于是取土填溝、快速造地，部分新造耕地出現(xiàn)了較為普遍的地面積水和次生鹽堿化問題，影響新造耕地的可持續(xù)利用。因此，通過揭示黃土洼古聚湫壩地的水分條件和土壤質(zhì)量，能夠?yàn)楝F(xiàn)代治溝造地工程提供科學(xué)依據(jù)和參考。

鑒于此，地球關(guān)鍵帶與生態(tài)環(huán)境安全團(tuán)隊(duì)金釗研究員課題組以黃土洼古聚湫為研究對象，對古聚湫壩地土壤水分進(jìn)行了為期兩年的高頻監(jiān)測（2019-2020），并采用HYDRUS-1D模型評估了其儲水能力，同時利用隨機(jī)森林模型分析了影響土壤水分動態(tài)的因素。研究結(jié)果表明，黃土洼古聚湫土壤結(jié)構(gòu)具有多層次特征，支撐了其高質(zhì)量的耕作能力。表層土壤0-40 cm為快速反應(yīng)層，對降雨響應(yīng)迅速；60 cm左右為低含水量中間層，極端降雨期間水分波動劇烈，兼具暴雨時水分快速入滲和導(dǎo)水、干旱時阻止下層水分蒸發(fā)損失的功能；100 cm左右為水分穩(wěn)定層，土壤含水量波動較小（年平均值為16.6%），為作物肥力和耕作提供了穩(wěn)定的水分來源。模型分析顯示，黃土洼古聚湫壩地的土壤儲水量在低降雨條件下保持穩(wěn)定，但在降雨量超過9.8 mm時呈現(xiàn)快速上升的動態(tài)特征?？偨Y(jié)而言，黃土洼古聚湫壩地的持續(xù)耕作能力歸結(jié)于土層結(jié)構(gòu)、水分條件和養(yǎng)分的多維協(xié)同作用。因此，治溝造地工程可借鑒黃土洼古聚湫壩地的土層結(jié)構(gòu)特征，在地形重塑時預(yù)先設(shè)計(jì)垂直土壤層次分布，打造更高質(zhì)量、更可持續(xù)的溝道耕地資源。

圖1 黃土洼古聚湫土壤水分動態(tài)對降雨的響應(yīng)規(guī)律

上述研究成果發(fā)表于中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境類一區(qū)期刊Ecological Indicators。中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所金釗研究員為論文第一作者兼通訊作者，吳會峰博士為共同通訊作者。本研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和中國科學(xué)院（Ｂ類）戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)項(xiàng)目的共同資助。

Zhao Jin, H.Wu, H. Han, Y. Fu, J. Zhang, G. Cao, K. Xu. Soil water dynamics in a 450-year-old natural landslide-dammed valley farmland: Insights into precipitation responses. Ecological Indicators, 2025, 176: 113661.

https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2025.113661