黑山小流域植物措施與徑流調(diào)控工程對(duì)位配置量化分析

孫玉玲

(朝陽(yáng)市喀左縣六官營(yíng)子鎮(zhèn)水利服務(wù)站，遼寧 朝陽(yáng) 122300)

我國(guó)幅員遼闊，不同地域自然條件和地貌形態(tài)差異明顯，水土流失成因復(fù)雜，類(lèi)型多樣，水土流失區(qū)面臨著改善生態(tài)環(huán)境、提高生活水平和發(fā)展生產(chǎn)的艱巨任務(wù)[1]。1980s我國(guó)提出小流域綜合治理策略，通過(guò)全面總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)新了水土流失防治技術(shù)路線，建設(shè)實(shí)施了一批先進(jìn)典型的治理工程，對(duì)改善生態(tài)環(huán)境、防治水土流失等起到了重要作用，為遼西低山丘陵區(qū)乃至全國(guó)水土流失治理提供了技術(shù)支持[2]。其中，徑流調(diào)控理論與植物措施對(duì)位配置的提出，在實(shí)踐和認(rèn)識(shí)上使小流域水土保持治理實(shí)現(xiàn)新的飛躍[3-4]。水土保持對(duì)位配置就是通過(guò)現(xiàn)有或潛在的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、自然、社會(huì)等資源位與水保措施需求位的適宜性分析，以生態(tài)環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的總目標(biāo)協(xié)調(diào)需求位與資源位的關(guān)系，使資源位滿足所需的生態(tài)位達(dá)到兩者的相互吻合、彼此適宜。環(huán)境資源位與措施需求位是生境與措施之間作用關(guān)系的定量描述。

水土保持工作涉及生態(tài)環(huán)境、氣候水文、地質(zhì)地貌、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等多領(lǐng)域?qū)W科，這是一項(xiàng)生態(tài)-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)相耦合的復(fù)雜系統(tǒng)工程，因此及時(shí)總結(jié)成功治理經(jīng)驗(yàn)和吸納最新科技成果使之理論化、系統(tǒng)化就顯得非常緊迫[5]。文章以黑山小流域?yàn)槔?，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)干旱缺水特征，以對(duì)位配置植物所處環(huán)境資源位與生長(zhǎng)發(fā)育所需生態(tài)位為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)系統(tǒng)化研究徑流調(diào)控工程與植物措施的對(duì)位配置，提出遼西低山丘陵區(qū)小流域治理技術(shù)體系以及可供借鑒的實(shí)體例證，以期促進(jìn)小流域向“細(xì)、深、高”的方向發(fā)展和科學(xué)指導(dǎo)小流域整體治理。

1 小流域治理措施對(duì)位配置原則

1.1 基本內(nèi)涵

對(duì)位配置是指考慮生態(tài)位能量級(jí)分布層次和小流域范圍內(nèi)特定植物類(lèi)型，揭示環(huán)境資源分布特征以及資源需求的關(guān)系，培育適合的生物種類(lèi)達(dá)到環(huán)境資源與生物種類(lèi)的協(xié)調(diào)能力。依據(jù)對(duì)位配置特點(diǎn)及其基本內(nèi)涵，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)不同地類(lèi)深入探討了植物措施對(duì)位配置，并取得理想的成效[6]。

從對(duì)位配置的角度上，其內(nèi)涵特征集中體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①綜合分析小流域范圍的土地利用格局、地形條件和土壤類(lèi)型等因素，在此基礎(chǔ)上提出生態(tài)防護(hù)的重點(diǎn)和目標(biāo)，建立防護(hù)林植物體系實(shí)現(xiàn)涵養(yǎng)水源、蓄水保土等目標(biāo)；②結(jié)合物元分析理論和對(duì)位配置原則確定樹(shù)種、植物類(lèi)型，保證對(duì)位配置方案的科學(xué)性和可操作性；③以小流域?yàn)榛A(chǔ)改善大環(huán)境，最大程度地實(shí)現(xiàn)生態(tài)效能。因此，對(duì)植物措施與徑流調(diào)控工程的對(duì)位配置，資源位與植物需求位之間都要有理論支撐，以局部促進(jìn)小流域的整體協(xié)調(diào)發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)治理效益的最大化。

1.2 配置原則

1)自然景觀協(xié)調(diào)性原則。對(duì)位配置方案設(shè)計(jì)要遵循自然發(fā)展規(guī)律，綜合考慮人類(lèi)發(fā)展與自然資源間的協(xié)調(diào)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的全面改善。通過(guò)全面分析土壤侵蝕現(xiàn)狀，并結(jié)合植物立地條件、生長(zhǎng)習(xí)性等實(shí)際情況科學(xué)布設(shè)植物措施，逐步形成穩(wěn)定的植物群落確保自然景觀的協(xié)調(diào)發(fā)展。

2)生態(tài)環(huán)境適應(yīng)性原則。對(duì)位配置時(shí)要充分利用現(xiàn)有自然資源，合理配置草本、樹(shù)木、地被等各種植被。優(yōu)先考慮本地樹(shù)種、適當(dāng)引進(jìn)外地樹(shù)種科學(xué)設(shè)計(jì)植物措施，通過(guò)合理搭配逐步形成適宜的植被營(yíng)造模式。此外，徑流調(diào)節(jié)工程對(duì)位配置要遵循宜草則草、宜林則林的原則，通過(guò)協(xié)調(diào)植物立地條件與生態(tài)特性保證水土保持效果的達(dá)到最優(yōu)。

3)自然景觀多樣性原則。對(duì)位配置要重點(diǎn)考慮景觀多樣性原則，以層間搭配為例，植物設(shè)計(jì)過(guò)程中要全面發(fā)揮每種植物特性，通過(guò)合理搭配層間植物打造空間分布合理、彼此關(guān)系協(xié)調(diào)的森林植物系統(tǒng)，增強(qiáng)小流域生態(tài)服務(wù)功能。

4)主體功能協(xié)調(diào)性原則。小流域水土保持工程涉及的管理部門(mén)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)較多，具體實(shí)施時(shí)不可避免的會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，特別是徑流調(diào)節(jié)工程與植物特性不協(xié)調(diào)時(shí)，將大大降低水土保持效能。因此，對(duì)于主體工程功能需求較多或有特殊要求的水土保持工作，植物選擇時(shí)要充分考慮區(qū)域性特點(diǎn)，選擇有效改善生態(tài)環(huán)境的植物類(lèi)型和工程措施。

5)生態(tài)系統(tǒng)安全性原則。生態(tài)環(huán)境脆弱是小流域面臨的突出問(wèn)題，若植物類(lèi)型與徑流調(diào)節(jié)工程搭配不合理勢(shì)必會(huì)影響水土保持功能，甚至造成生物入侵等負(fù)面效應(yīng)。具體而言，盡可能選用本地草種，外來(lái)樹(shù)種引進(jìn)時(shí)要進(jìn)行檢疫，在充分論證的基礎(chǔ)上決定外來(lái)樹(shù)種是否需要引進(jìn)。此外，綜合考慮近、中、遠(yuǎn)期的植物措施效益，以安全穩(wěn)定生長(zhǎng)的植物營(yíng)造植物群落結(jié)構(gòu)，保證生態(tài)系統(tǒng)安全[7-8]。

1.3 技術(shù)要點(diǎn)

1)對(duì)位配置方法。目前，對(duì)位配置的實(shí)際操作和具體應(yīng)用還具有一定難度，現(xiàn)有可以借鑒的研究理論和掌握的專(zhuān)業(yè)知識(shí)較少。在對(duì)位配置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮水土保持多維性的特征，科學(xué)利用函數(shù)生態(tài)位和多元維度統(tǒng)計(jì)法獲取植物主體利用情況，但具體操作時(shí)以上方法比較繁瑣，對(duì)實(shí)際工程的應(yīng)用難度較高?？傮w而言，實(shí)地調(diào)查法是對(duì)位配置水土保持措施的主要方法，通過(guò)掌握小流域周邊生態(tài)環(huán)境與各生物類(lèi)型的適應(yīng)度及其共存狀況，為后續(xù)對(duì)位配置提供依據(jù)[9]。

2)水文條件分析。水文條件在很大程度上決定了植物生長(zhǎng)狀況，特別是植物的生長(zhǎng)對(duì)水分的依賴(lài)較強(qiáng)，因此水分條件分析應(yīng)作為對(duì)位配置考慮的重點(diǎn)。以森林帶為例，植物生長(zhǎng)需求水分能夠由自身所持有的量滿足，植物被采伐時(shí)在3個(gè)雨季內(nèi)土壤水分便可恢復(fù)如初。對(duì)于典型草原帶，植物生長(zhǎng)所需水分無(wú)法由自由條件滿足，植被被采伐時(shí)土壤水分通常難以恢復(fù)如初。因此，小流域水土保持工程應(yīng)盡量緩解植物生長(zhǎng)與生態(tài)環(huán)境所需水分之間的矛盾。

此外，對(duì)位配置要區(qū)分天然荒坡與人工造林區(qū)，因地制宜地劃分植物種類(lèi)與密度，考慮植物種植需水量、立地天然降水補(bǔ)給量等因素確定造林密度。對(duì)于遼西低山丘陵區(qū)，喬木樹(shù)種和造林樹(shù)種的造林密度應(yīng)控制為1500株/hm2、3000株/hm2。

3)合理選擇樹(shù)種。樹(shù)種選擇時(shí)必須全面分析小流域特點(diǎn)，特別是要考慮植物生長(zhǎng)需求、資源分布情況、氣候條件、地質(zhì)地形等因素，保證對(duì)位配置的科學(xué)合理性。因此，可以結(jié)合現(xiàn)有適地適樹(shù)理論成果確定適宜樹(shù)種方案，通過(guò)樹(shù)種選擇保證對(duì)位配置效果。

4)科學(xué)搭配樹(shù)種。通過(guò)科學(xué)搭配樹(shù)種能夠形成更加穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，在改善植物群落多樣性的同時(shí)增強(qiáng)小流域保持水土的能力。搭配樹(shù)種時(shí)應(yīng)全面分析區(qū)域氣候環(huán)境，遵循相克相生的原則以防品種單一化。例如，混交林種植時(shí)應(yīng)考慮樹(shù)種速生、慢生、深根性和淺根性等特點(diǎn)，若搭配落葉松與楊樹(shù)則很容易引起黃粉病，大大降低混生林的生態(tài)防護(hù)功能[10-11]。所以，必須保證樹(shù)種搭配的科學(xué)性，盡可能保證混生林的防護(hù)效果。

2 黑山小流域應(yīng)用實(shí)例

2.1 小流域概況

黑山小流域地處遼寧省西北部低山丘陵區(qū)，屬于半濕潤(rùn)、半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年均降水量491.5mm，降年內(nèi)分配不均勻，多集中于7-9月，年季間變化大。流域內(nèi)水土流失8.63km2，占總流域的60.06%，其中輕度、中度和強(qiáng)烈侵蝕面積12.11hm2、847.22hm2、3.84hm2，土壤侵蝕模數(shù)3700t/km2·a。

針對(duì)黑山小流域開(kāi)展植物措施與徑流調(diào)控工程對(duì)位配置，應(yīng)重點(diǎn)把握如下要點(diǎn)：①坡耕地防護(hù)體系，以水平梯田和保土耕作為主，以達(dá)到攔截徑流、蓄水保墑為目的，具體做法是對(duì)無(wú)法修建梯田的15°以下坡耕地沿等高線方向耕作，攔蓄部分降雨，對(duì)3°-15°適合修建梯田的地塊實(shí)施水平梯田，減少水土流失。②大力營(yíng)造經(jīng)濟(jì)林，考慮實(shí)際條件和市場(chǎng)的具體情況選擇附加值較高且不損害立地條件的樹(shù)種，通過(guò)水平槽整地提高經(jīng)濟(jì)林植物成活率。③實(shí)施封山育林育草措施，保護(hù)現(xiàn)有人工林、天然林和疏林地等，充分利用森林系統(tǒng)的自修復(fù)功能增強(qiáng)小流域抗蝕及其水土保持能力，對(duì)封育治理區(qū)要訂立相關(guān)制度、政策和埋樁定界，安排專(zhuān)人管護(hù)。④水土保持造林位置要適宜，總體布局要合理，地形條件與工程整地形式相適應(yīng)，施工質(zhì)量與規(guī)格尺寸應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求[12-13]。

2.2 植物措施

1)經(jīng)濟(jì)林配置。結(jié)合流域內(nèi)可實(shí)施經(jīng)濟(jì)林地塊的立地條件及流域的水文氣象特點(diǎn)，黑山小流域選擇山杏作為經(jīng)濟(jì)林栽植的主要樹(shù)種，苗木選用地徑2cm以上，主、側(cè)根發(fā)達(dá)的一級(jí)苗[14]。土地資源及光能能否得以充分利用與栽植密度直接相關(guān)，經(jīng)濟(jì)林栽植密度因樹(shù)種、品種、立地條件及管理水平不同而異，山杏栽植的株行距3m×4m，造林密度833株/hm2。

2)油松補(bǔ)植配置。近幾年來(lái)，由于濫砍盜伐、毀林開(kāi)荒、過(guò)度放牧等生產(chǎn)活動(dòng)頻繁，嚴(yán)重破壞了植被，林地面積日益減少，只依靠天然更新難以迅速恢復(fù)植被，為改善生態(tài)環(huán)境，更好地發(fā)揮森林的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益，必須對(duì)疏林地進(jìn)行補(bǔ)植。根據(jù)適地適樹(shù)的原則，選擇適生的鄉(xiāng)土樹(shù)種，補(bǔ)(栽)植的樹(shù)種為油松。油松選用地徑2cm以上，主、側(cè)根發(fā)達(dá)的一級(jí)苗，根據(jù)補(bǔ)植林分的樹(shù)種、保存率等確定本流域所需油松苗木量。

2.3 徑流調(diào)節(jié)工程

1)水平梯田配置。不同坡度下的最優(yōu)斷面設(shè)計(jì)是水平梯田配置的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，必須考慮如下條件：有適當(dāng)?shù)奶锩鎸挾纫赃m應(yīng)機(jī)耕和灌溉的要求，合理選定田坎側(cè)坡以保證梯田穩(wěn)固安全，在達(dá)到上述要求的情況下盡量減少梯田的土方量和運(yùn)移量，以加快速度、提高功效和降低費(fèi)用[16]。水平梯田斷面要素，一般要求梯田田面寬>6m，機(jī)修>10m；地埂內(nèi)坡1∶1，頂寬和高均為0.3m；軟坎側(cè)坡坡度45°-46°，田坎71°-76°。

2)保土耕作配置。對(duì)于難以修建梯田且坡度≤15°的坡耕地可以選用保土耕作措施，沿基本等高線作為耕作方向，從而達(dá)到攔蓄雨水的作用。為了提高蓄水保土能力將橫向攔水埂按壟向間隔進(jìn)行設(shè)置。

3)果樹(shù)臺(tái)田配置。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，流域內(nèi)適宜修建果樹(shù)臺(tái)田的經(jīng)濟(jì)林整地和老果園改造修建果樹(shù)臺(tái)田共計(jì)20.62hm2，果樹(shù)株行距為3m×3m，造林密度1110株/hm2。設(shè)計(jì)水平池與株樹(shù)一一對(duì)應(yīng)，池埂寬0.3m，高0.25m，整地形式同水平槽，耕作期間防止破壞池埂及果樹(shù)。

3 結(jié) 論

對(duì)位配置小流域植物措施與徑流調(diào)控工程時(shí)，必須全面研究流域內(nèi)各種因素條件，特別要重點(diǎn)分析當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)水平和水土流失特點(diǎn)，選用適宜的植物與工程措施提高小流域水土保持能力。此外，對(duì)位配置時(shí)要突出強(qiáng)調(diào)樹(shù)種搭配、水分條件和樹(shù)種選擇等內(nèi)容，科學(xué)運(yùn)用對(duì)位配置理論合理設(shè)計(jì)小流域水土保持方案。