流域植被配置技術在新羅區(qū)拱橋溪植被空間優(yōu)化中的應用

陳希玲

(福建省龍巖市新羅區(qū)水利局，福建 龍巖 364000)

0 引 言

近年來，國內(nèi)部分地區(qū)水土流失形勢嚴峻，嚴重危害著人們賴以生存的水土資源，對水土保持治理措施的研究逐漸成為了眾多學者和水利部門研究的重點問題[1]。環(huán)境保護中生態(tài)建設所發(fā)揮的積極作用也越來越受到人們的重視，相關的植物技術措施在水土保持治理中應用日益增多。然而，目前的大量理論還在不斷完善與發(fā)展，傳統(tǒng)的植被配置在流域植被空間的應用中經(jīng)常出現(xiàn)不適用的情況，使植被技術的生態(tài)功能難以達到理想的效果，不利于生態(tài)區(qū)的空間格局優(yōu)化和生態(tài)恢復[2]。新羅區(qū)拱橋溪是國家進行生態(tài)治理的重點區(qū)域，在2018-2019年間，該流域局部暴發(fā)了松毛線蟲災害，使水土流失面積不斷擴大，影響了該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及農(nóng)村經(jīng)濟建設。若該流域的水土流失問題得不到有效治理，則會影響生態(tài)系統(tǒng)的平衡。為了改善流域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境，優(yōu)化該流域植被空間是十分必要的。

本文基于流域植被配置技術，優(yōu)化新羅區(qū)拱橋溪植被空間，為該流域植被恢復和林地建設提供重要的參考依據(jù)。

1 流域植被配置技術在新羅區(qū)拱橋溪植被空間優(yōu)化中的應用

1.1 劃分拱橋溪植被空間優(yōu)化范圍

本文通過無人機航測技術與遙感技術，獲取航測影像和遙感影像，分析拱橋溪小流域植被空間格局分布特征。拱橋溪小流域內(nèi)，地貌為中低山丘陵地貌，植被類型為中亞熱帶常綠闊葉林帶，土壤以山地紅壤為主，該區(qū)域地質情況較為穩(wěn)定，未發(fā)生過滑坡、崩塌等地質災害。拱橋溪流域的最高海拔和最低海拔分別為1 370和503m，地勢從東北向西南升高，流域地貌特征見圖1。

圖1 拱橋溪流域地貌特征

對該流域進行實地調查發(fā)現(xiàn)，該流域水土流失問題較為嚴重，具有較大的土壤侵蝕量，水土流失強度為中度、中-強度。該流域研究區(qū)域內(nèi)的植被覆蓋率為88.2%，受人為因素和自然因素的雙重影響，土壤抗侵蝕能力較低，且局部針葉林暴發(fā)了松線蟲病害，該流域的植被類型主要為馬尾松次生林、杉木、毛竹等。根據(jù)拱橋溪流域的土地利用類型，劃分拱橋溪空間優(yōu)化范圍[3]。該地區(qū)土地利用以耕地、林地、園地為主，其他用地包括交通運輸用地、水利設施用地和工礦用地等，這些用地所占比例較小，劃分空間優(yōu)化的總面積為47.27 hm2，建設4個地塊的水土保持生態(tài)林，改造12個地塊的低效林。

1.2 計算拱橋溪流域地表徑流量

為了選取空間優(yōu)化中所種植的植被種類，需要對該流域的地表徑流量進行計算。充分考慮該流域的土地利用類型、土壤質地以及降雨前的土壤水分情況，選取適宜該流域種植的植被，其計算公式為：

(1)

式中：Q為直接徑流深；J為日平均降雨量；γ為常數(shù)；S為不同土地利用類型的潛在最大保水力。

由于S存在較大的變化幅度，因此需要引入一個無因次參數(shù)α，并與S建立關系，其表達式為：

(2)

由此可知拱橋溪流域內(nèi)的降雨量和不同土地利用類型的潛在最大保水力。然后，對流域帶單位長度下的徑流量大小進行計算，具體公式為：

(3)

式中：Qi為單場次降雨徑流總量；Fi為第i種土地利用類型的面積；h為該流域的庫岸帶長度。

根據(jù)每種土地利用類型的徑流總量和整個匯水區(qū)的徑流總量，計算整個匯水區(qū)最終流向庫岸帶的降雨徑流事件平均濃度值，具體公式為：

(4)

式中：EMCi為第i種土地利用類型的降雨徑流事件濃度值。

根據(jù)上述各式計算，得到該流域各項參數(shù)，見表1。

表1 拱橋溪流域空間各參數(shù)

根據(jù)拱橋溪流域現(xiàn)狀，綜合各項參數(shù)值，為進一步討論流域植被配置及空間優(yōu)化提供重要的參考依據(jù)。只有根據(jù)該地區(qū)條件配置相應的情景模式，才能真正達到空間優(yōu)化的要求。

1.3 植物種類篩選與配置

植被配置與植物種類的選擇需要根據(jù)植物的生態(tài)習性和生態(tài)功能綜合考慮進行選擇，同時需要兼顧經(jīng)濟實用型原則，以本土植物為主，保持物種多樣性[4]。對拱橋溪流域植被空間各景觀類型斑塊個數(shù)及密度進行統(tǒng)計，具體見圖2。

由圖2可知，在研究區(qū)各景觀中，斑塊個數(shù)與斑塊密度的變化趨勢相一致。建筑用地的斑塊個數(shù)和斑塊密度均較大，其斑塊個數(shù)和斑塊密度分別為750 和 0.20 以上，表明建筑用地的空間地理分布較為零散。由于這些斑塊面積較小，對人類活動影響的抵抗能力較差，較為脆弱，根據(jù)各景觀類型面積，篩選與配置植物種類。

圖2 拱橋溪流域各景觀類型斑塊及密度

不同的植物具有不同的生態(tài)習性。由于本文研究區(qū)域為拱橋溪小流域，該流域附近的土壤具有較高的含水量。因此，在篩選植物種類時，應選擇耐水濕的物種。植被空間格局的優(yōu)化能夠改善流域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境，起到固土護坡的作用。因此，本文植物種類的選擇還應考慮物種對水分的凈化功能，以及具有緩沖過渡功能的植物。該流域本土所固有的植物更能適應當?shù)氐牡刭|條件和氣候條件，本土植物的應用在起到防護作用的同時，能夠保證植物管理的質量和效率。為了提高植物的成活率，減少拱橋溪流域的松線蟲病害，本文主要選擇杉木樹以維持該流域生態(tài)平衡。為了提高該流域植物群落的抵抗力，避免外來物種的入侵，本文還選擇了楓香、木荷等樹種來增加植物種類的多樣性，以不同的植物群落組合，為拱橋溪流域生態(tài)系統(tǒng)提供更豐富的異質空間，容納更多生物。以常綠樹種與落葉樹種的混交原則[5]、物種共生原則和深淺根系結合原則進行植物群落的配置，本文配置的植物種類主要為杉木、楓香、木荷。

1.4 建設水土保持生態(tài)林

本文水土保持生態(tài)林建設的樹種配置中，杉木：木荷：楓香的配置比例為2：1：1，造林平均密度為1 800株/hm2，整地方式為穴狀整地。杉木選擇1年生容器苗，楓香和木荷均采用2年生實生苗，全冠裸根苗；整地方式根據(jù)本文苗木種類決定，栽植穴規(guī)格為50cm ×40cm × 30cm，穴的大小和深度應略大于苗木根系。春季的氣候條件適宜進行造林，在苗木栽植前在穴內(nèi)施基肥1.5kg，對喬木苗木幼林進行撫育管理，在栽植一年后追肥，以促進林木及周邊灌木和草被生長。在苗木植入時，應注意種植深度適當，保證根系的舒展，使苗木直立，填土一半時，進行提苗踩實，踩實后繼續(xù)填土，進行重復踩實操作，最后覆上虛土。造林后，需要根據(jù)苗木的生長情況，采取一系列幼林撫育管理措施。若造林的成活率未滿足生態(tài)林地的建設要求，則需要在氣候條件合適的情況下進行補植，選用同齡苗木。造林后一年內(nèi)進行扶苗和除蔓，在松土后進行1次追肥。為了保證造林地苗木的健康生長，在苗木植被的覆蓋率在85%以上后，在林地設置封禁設施，進行封禁管理，避免人與動物的隨意進入。

1.5 改造低效林優(yōu)化植被空間

為了突出植物群落的生態(tài)價值，應用植物形成不同的空間類型，將這些空間進行組合，形成富有空間感的植物群落[6]。因此，對于現(xiàn)有的稀疏林地應該進行合理改造，構成復層的群落空間。拱橋溪流域存在大量的稀疏林地，其稀疏性群落在郁閉型群落和空曠型群落之間，對于該群落空間的優(yōu)化主要突出休閑和觀賞功能，選擇適生的園林觀賞樹種，提升美感度。

本文選用木荷和楓香在原有的稀疏林地進行補植，栽植比例1∶1，栽植密度根據(jù)實際穴地密度進行適當調整，保證在1 125～1 665株/hm2之間，整地方式和栽植穴規(guī)格均與上文中相同，即為穴狀整地。在苗木種植前的施肥應掌握在雨后施肥，每穴施入復合肥0.5kg，并在苗木栽植后，挖施肥穴2次，其木荷與楓香的種植株數(shù)均為19 063株，改造低效林的造林總面積為29.90 hm2。群落中，楓香和木荷具有不同的形體和色彩，具有多彩的空間和季相景觀。植物景觀從美學角度出發(fā)，注重植物群落的色彩和諧，楓香為紅色偏黃色，木荷的花為淡黃色，枝葉為綠色，能夠為人們帶來溫馨和舒適的感受。

2 應用效果分析

為驗證本文方法進行植被配置后的空間優(yōu)化效果，本文對研究區(qū)域內(nèi)的植被生長情況及林地覆蓋率進行實地調查與監(jiān)測統(tǒng)計。其中，研究區(qū)域內(nèi)杉木的長勢良好，其水土保持生態(tài)林建設和低效林改造的造林面積分別為17.37和29.90 hm2，造林總面積為47.27 hm2；其林草植被覆蓋率從原來的88.2%提高至89.4%，林草覆蓋率提高1.2%，林地面積明顯的增加。其防護林類型空間優(yōu)化配置前后變化情況見圖3。

圖3 防護林類型空間優(yōu)化配置前后變化

由圖3可知，優(yōu)化前后的各防護林類型變化差異明顯。其中，灌木林的減幅最大，達到21.5%；針闊混交林的增幅最大，達到20.2%。針葉林的分布范圍明顯縮小，闊葉林分布范圍有所擴大，能夠起到改善水質，涵養(yǎng)水源，以及對減少和防止侵蝕泥沙直接入庫和進入河道的效果，發(fā)揮更大的防護作用，還可以增加森林生態(tài)系統(tǒng)中生物類群的多樣性、多層次性，從根本上改善林分的生態(tài)環(huán)境，提高生產(chǎn)力。

拱橋溪流域內(nèi)的產(chǎn)水量和水源涵養(yǎng)功能在進行植被配置優(yōu)化空間前后的變化見表2 。

表2 優(yōu)化前后產(chǎn)水量及水源涵養(yǎng)功能變化

由表2可知，經(jīng)過配置植被優(yōu)化空間后，研究區(qū)域內(nèi)產(chǎn)水量總量有所減少，但林地的產(chǎn)水量有所增加。這是由于經(jīng)過本文植被配置優(yōu)化植被空間后，林地面積得到增加，因此其產(chǎn)水量總量是增加的。但從其耕地和林地的平均產(chǎn)水功能來看，優(yōu)化后的產(chǎn)水功能分別減少31.49和11.16mm，表明優(yōu)化后的植被結構空間更為合理，植被面積的增加能夠有效降低降雨的損失。隨著林地面積的增加，林地的涵養(yǎng)水源功能得到大幅提高，表明經(jīng)優(yōu)化后的林地更能發(fā)揮水源涵養(yǎng)功能，有效調節(jié)了徑流，減少徑流量。耕地的涵養(yǎng)水源功能雖有增加，增加幅度較小，但其蓄水保水功效得到有效保證，表明本文基于植被配置技術進行植被空間優(yōu)化后，植被類型結構趨于合理，本文方法具有可行性。

3 結 語

本文通過劃分拱橋溪植被空間優(yōu)化范圍，篩選與配置植物種類，建設水土保持生態(tài)林，改造低效林優(yōu)化植被空間，取得了一定的研究成果。但由于時間和條件的限制，本文研究還存在著諸多不足，有待于在今后的研究中深入探討，如未涉及對于生態(tài)位的控制，在空間格局優(yōu)化中，僅對微觀空間格局的優(yōu)化進行了實施，未來還將從宏觀和中觀的角度，對新羅區(qū)拱橋溪流域的植被空間格局進行分析，并結合遙感技術與航測技術，進該流域進行更多的調研，進一步細化植被類型，為該研究區(qū)域的周圍景觀提供更多的植被配置模式。