陜北晉西黃土丘陵溝壑殘塬區(qū)水土保持林有效覆蓋的探討

黃巍，楊濤，石長春

（1.陜西省榆林林業(yè)學(xué)校，陜西 榆林 719000；2.陜西省治沙研究所，陜西 榆林 719000）

陜北晉西黃土丘陵溝壑殘塬區(qū)是黃土高原主要地貌，地貌類型包括黃土梁澗、黃土梁狀、黃土峁?fàn)睢ⅫS土梁峁丘陵和黃土破碎塬等［1－2］。由于長期受自然因素和人為干擾因素的共同影響，水土流失嚴重，土壤侵蝕逐漸加強，塬面逐年萎縮，形成了陜北晉西黃土丘陵溝壑殘塬區(qū)特殊的地貌形式，水土環(huán)境問題異常嚴峻，盡管各界專家學(xué)者致力于尋求該區(qū)域環(huán)境治理措施的研究從未間斷［1］，但該區(qū)水土流失嚴重、生態(tài)環(huán)境脆弱的局面還未得到根本改觀［2］。對陜北晉西黃土丘陵溝壑殘塬區(qū)水土保持林的有效覆蓋進行研究，有助于開展本地區(qū)的水土保持林系統(tǒng)的重建和修復(fù)。

1 研究區(qū)概況

該區(qū)域面積廣闊，包括渭北洛川塬、渭北東部溝壑區(qū)，以及隴東塬區(qū)和山西西部的殘塬溝壑區(qū)，共涉及35個市縣，橫跨陜甘晉三省區(qū)，區(qū)域內(nèi)人口眾多，平均土壤侵蝕模數(shù)約5 400t·km－2·a－1。由于自然條件的限制，該區(qū)域工業(yè)并不發(fā)達，土地利用以農(nóng)業(yè)用地為主，區(qū)域內(nèi)塬面、溝坡和溝谷三大地貌單元共同構(gòu)成了陜北晉西黃土丘陵溝壑殘塬區(qū)的主要地形地貌，人類活動主要集中于塬面［3］。黃土梁狀丘陵腹地在延安、延川和安塞等地，梁脊坡度平緩、溝壑深切。黃土破碎塬主要分布在晉陜黃土丘陵以南、渭河谷地以北的大部，溝壑密度和破碎化程度中等，年侵蝕模數(shù)5 000～10 000t·km－2·a－1。

該區(qū)水土保持林系統(tǒng)因受到了人類長期活動的影響，具有防止﹑減少水土流失能力的森林發(fā)育類型復(fù)雜多樣，主要有以人工造林為起源的油松林、樟子松林、槐屬植物為主的喬木林，還有具有強次生性的天然林，如地帶性的遼東櫟林、山楊林、白樺林、側(cè)柏林和次生的灌木草甸。

2 水土保持林系統(tǒng)概述

水土保持林是指以防止﹑減少水土流失而營建的人工林和天然林（主要功能為防護性），包括喬木林和灌木林。在土壤侵蝕模數(shù)較高的陜北晉西黃土丘陵溝壑殘塬區(qū)，水土保持林主要防護功能表現(xiàn)為通過林冠層、林下地被物與枯落物及林木根系等形式在立體防護體系攔截降雨、減緩徑流、增加徑流入滲機會、固持土壤、增強土壤抗蝕抗沖性能來實現(xiàn)的［4］。本地區(qū)水土保持林的林業(yè)技術(shù)措施，其針對性也相對特殊，據(jù)其特殊功能的不同，可分為坡面、溝頭、溝底防護林和塬邊、水庫防護林、淤地壩護岸林、防風(fēng)固沙林等［3］。其主要從調(diào)節(jié)降水和地表徑流2個方面來實現(xiàn)，通過喬﹑灌木林冠層對天然降水的截留，改變降落在林地上的降水形式，削弱降雨強度和對地面的沖擊。

水土保持林體系是為了控制土壤侵蝕和流失、改善生態(tài)環(huán)境、提高系統(tǒng)環(huán)境容量、增加系統(tǒng)單位面積承載能力和經(jīng)濟收入［1］。在水土流失地區(qū)營造的一種專用防護林體系，陜北晉西黃土丘陵溝壑殘塬區(qū)的水土保持林體系通常由兩大部分組成，即形成林冠層的喬灌木林和林地地被物層（主要是良好的林地枯枝落葉層）。形成林冠層的喬灌木林，因地域的特殊形式而表現(xiàn)為由塬面農(nóng)田防護林、塬邊、溝邊防風(fēng)林、坡面防蝕林、梁峁和溝道防沖林等多林種組成。林地地被物是水土保持林體系中重要的組成部分，該層在陜北晉西黃土丘陵溝壑殘塬區(qū)以大于自身氣干重1.8－2.5倍的質(zhì)量水分比例吸收（浸含）林地的天然降水。而且林下微環(huán)境為主導(dǎo)的較大的地表粗糙度，會有效地削弱地表徑流。同時，在相當(dāng)程度上降低地表徑流攜帶泥沙的能力，降低徑流形成對地表的沖刷損害。

3 水土保持林的有效覆蓋

3.1 覆蓋的有效性

水土保持林是一種多功能全方位的立體防護體系，必須達到一定規(guī)模和面積才能充分發(fā)揮其系統(tǒng)功能。其有效覆蓋率是水土保持林建設(shè)的一個重要宏觀控制指標(biāo)，是表達這種防護體系在合理有效規(guī)模下的效益總和，重在表達水土保持林在特別地貌下的有效性，確定水土保持林有效覆蓋率對于制定水土流失區(qū)國土整治規(guī)劃，促進植被恢復(fù)健康發(fā)展具有重要意義［5］。一般用水土保持林形成的植物群落總體或各個體地上部分的垂直投影面積與樣方面積之比的百分數(shù)來計算。它反映水土保持林主導(dǎo)的植被茂密程度和植物進行光合作用面積的大小［4］。從防止水土流失和土壤水分容量2個方面出發(fā)，分析了以森林植被為主體的植物系統(tǒng)的覆蓋率、植被蓋度與形成健康的森林水分生態(tài)環(huán)境和水土保持功能的關(guān)系。

如前所述，在一個小流域或一定的生態(tài)類型區(qū)范圍內(nèi)需要有多大面積的水土保持林才能達到控制水土流失的目的？目前的研究成果表明，一般情況下覆蓋率達到30%即可，但也學(xué)者認為需達50%～60%或60%～75%［6］。研究結(jié)果的不統(tǒng)一，一方面嚴重影響了國家對林業(yè)及水保工作的宏觀決策，另一方面水保部門在治理驗收工作中沒有一個科學(xué)的衡量指標(biāo)。為此，有人綜合有關(guān)部門水?？蒲谐晒岢隽艘粋€有效覆蓋度的概念［4］，即水土保持林有效覆蓋度是指水土保持林控制水土流失的功能滿足人們對水土流失治理的需要或要求時的森林覆蓋度。

3.2 覆蓋的特別性

水土保持林主要強調(diào)水土保持功能，其樹種結(jié)構(gòu)、配置及功能都具有其特殊性。其系統(tǒng)由喬、灌、草共同組成，多層次、多樹種已從組、群落形式在生態(tài)位等的不同層次組織在一起。調(diào)查表明，盡管森林覆蓋率高達65%以上，但水土流失依然無法遏制，原因是人工建群種的質(zhì)量無法有效組織建群種以外的物種形成系統(tǒng)［7］，自身難以形成封閉或者開放的系統(tǒng)，其系統(tǒng)的水土保持功能與天然林相差甚遠，水土保持效應(yīng)低下。天然林和有效配置的異齡人工林才具有多年積累的厚實腐殖層，土壤下滲性能良好，能夠哺育和保護土壤，調(diào)節(jié)地表徑流，減少和遏制水土流失。只有對此類純?nèi)斯ぜ兞诌M行合理的人工優(yōu)化配置，引入近自然的植物群叢和從組逐漸實現(xiàn)水土保持林有效的自循環(huán)系統(tǒng)。

3.3 水土保持林有效覆蓋率的現(xiàn)實意義

水土保持林的重建和恢復(fù)需具備2個基本條件，一是足夠的植被規(guī)模來滿足減少水土流失的需求［4］；二是土壤水分和降水，限制了植被恢復(fù)。該區(qū)域降水在時空分布上的不均勻性則是引起和加劇本地區(qū)水土嚴重流失的主因。所以，水土保持林的重建和恢復(fù)與水的關(guān)系是左右水土保持林系統(tǒng)形成方向的導(dǎo)向標(biāo)。

該區(qū)域水資源的稀缺性和水資源配置的特異性，使得干旱季節(jié)的土壤水分供給嚴重不足，無法滿足水土保持林的重建和恢復(fù)。而且，黃土區(qū)的水土保持林森林覆蓋率與流域徑流泥沙之間存在負相關(guān)性［8］，即覆蓋率增加，地表徑流顯著減少，土壤侵蝕得到顯著遏制。當(dāng)覆蓋率達到一定程度時，土壤的侵蝕程度較為穩(wěn)定，不再增加，此時覆蓋率常作為本地區(qū)水土保持林的有效覆蓋率。

3.4 水土保持林有效覆蓋率和適宜覆蓋率的理論分析

水土保持林系統(tǒng)的有效覆蓋具備雙重含義，一是指被保護流域內(nèi)土壤所允許發(fā)生的最大侵蝕量，對應(yīng)的這個數(shù)據(jù)通常和有效覆蓋率臨界值相互映射。由于臨界值的脆弱性使得這個數(shù)值常被學(xué)者關(guān)注，但在水土保持林的實際營建中不被采納。二是指保持流域內(nèi)土壤的肥力不發(fā)生退化，所對應(yīng)的水土保持林最小覆蓋率；該值明顯高于第一類的數(shù)值，是實際水土保持林的營造和創(chuàng)建中有效指導(dǎo)實踐的數(shù)值，是水土保持林作業(yè)設(shè)計中的理論設(shè)計值最低限，通常在1.3～2.5之間［9］，以權(quán)衡水土保持林的有效性與投資關(guān)系，該設(shè)計值被稱之為設(shè)計作業(yè)區(qū)的水土保持林適宜覆蓋率。

4 干擾水土保持林有效覆蓋的影響因子

4.1 水土資源利用矛盾突出

該區(qū)地形以溝坡交錯為主，土地利用矛盾突出，其必然誘發(fā)水利用在布局上的不合理現(xiàn)象。無論是寬塬溝壑區(qū)還是殘塬溝壑區(qū)，溝坡地面積均占到60%以上，有的區(qū)域高達90%。區(qū)域內(nèi)村莊、城鎮(zhèn)、企業(yè)有90%以上集中在約占面積30%的塬面上［10］，這就加劇了局地塬面土地利用和水資源利用的壓力。使得水土保持林系統(tǒng)的重建在布局上缺乏生態(tài)用水量平衡的基礎(chǔ)，生物量、覆蓋率與水資源的環(huán)境容量不同步，不配套。針對這種狀況，在該區(qū)水土保持林系統(tǒng)的重建中，從水肥供耗關(guān)系和水土保持樹種的選擇等不同角度出發(fā)權(quán)衡［4］，以確定合適的措施和統(tǒng)籌步驟。

4.2 天然降水異常

干旱缺水問題是制約區(qū)域內(nèi)水土環(huán)境綜合治理的關(guān)鍵性問題。該區(qū)屬于暖溫帶干旱和半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，降水總體偏少且年內(nèi)分配不均，主要集中在夏秋交接季，易形成山洪和強力地表徑流。在水土保持林的營建上，缺乏對水分供耗關(guān)系在生態(tài)恢復(fù)層次上的研究，營林科學(xué)性不高，造林密度不適宜，導(dǎo)致了更加嚴重的林水矛盾，水土保持林重建層次低，在環(huán)境因子發(fā)生較大異動時，水土保持林系統(tǒng)表現(xiàn)為生長不良，系統(tǒng)功能衰退，甚至衰亡的情況。

5 水土保持林有效覆蓋優(yōu)化的策略

以小流域為基本單元，根據(jù)不同地形、不同防護要求以及配置形式和防護特點，水土保持林的配置可為分水嶺地帶防護林﹑護坡林﹑梯田地坎防護林﹑溝道防蝕林和山地河川護岸護灘林等［11］。在一個水土保持綜合治理的小流域范圍內(nèi)，要注意各個水土保持林種間在其防護作用和其配置方面的互相配合﹑協(xié)調(diào)和補充［12］。從流域的整體上注意保護和培育現(xiàn)有的天然林，使之與人工營造的各個水土保持林種相結(jié)合，同時又注意流域治理中水土保持林的合理﹑均勻地分布和林地覆被率問題。黃土丘陵溝壑殘塬區(qū)大部分分布的水土流失嚴重的片區(qū)，通常生物氣候、小生境條件惡劣，營造水土保持林的立地條件，特別是土壤干化嚴重。因而，研究區(qū)的水土保持林的重建和恢復(fù)需要特別的營造林措施。選擇抗性強和適應(yīng)性強的灌木和小喬木樹種，檸條、紫穗槐、狼牙刺一般優(yōu)先選用，作為恢復(fù)地段的先鋒樹種。同時注意采用適當(dāng)?shù)幕旖环绞胶托钏Ｍ疗旅婀こ?，如小平條﹑魚鱗坑﹑反坡梯田等造林整地措施。可采用各種造林方法［13］，以及人工促進更新和封山育林等。造林的初植密度宜稍大，以利提前郁閉。

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