郭勝利, 姬洪飛, 郝明德, 高長青

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所， 陜西 楊凌 712100； 2.中國科學(xué)院 水利部水土保持研究所， 陜西 楊凌 712100； 3.陜西省長武縣旱作小麥育種試驗(yàn)中心, 陜西 長武 713600)

黃土高塬溝壑區(qū)地處黃土高原南部，是黃土高原—川滇生態(tài)屏障的重要組成部分，對全國生態(tài)屏障的建設(shè)起著舉足輕重的作用[1]。該區(qū)域歷史積淀深厚，中華文明和中華農(nóng)耕文化源遠(yuǎn)流長。后稷的曾孫公劉在此“教民稼穡”，開啟了華夏農(nóng)耕文化之先河[2]。該區(qū)域既是晉、陜、甘三省糧食生產(chǎn)基地,又是全國優(yōu)質(zhì)蘋果的適生區(qū)。但是，在甘肅省慶陽市等部分區(qū)域由于溝頭溯源侵蝕蠶食塬面，加劇流域產(chǎn)沙輸沙強(qiáng)度，損毀基礎(chǔ)設(shè)施，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展。因此，在該區(qū)開展水土流失治理不僅是促進(jìn)黃土高塬溝壑區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、適宜生存、綠色生態(tài)發(fā)展的重要內(nèi)容，也是保障國家生態(tài)安全、社會(huì)穩(wěn)定和區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展的重要措施。

20世紀(jì)80年代以來，伴隨著農(nóng)村各項(xiàng)改革措施深入實(shí)施，尤其聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的實(shí)施，黃土高塬溝壑區(qū)的水土流失治理進(jìn)入了以小流域綜合治理為基本單元，治理與開發(fā)并舉的新階段。30 a多來，經(jīng)過國家和省部級(jí)科技攻關(guān)項(xiàng)目的持續(xù)支持，黃土高原地區(qū)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)狀況發(fā)生顯著改善，成功地解決了區(qū)域內(nèi)人民群眾的口糧問題，遏制了嚴(yán)重水土流失等環(huán)境問題。中國共產(chǎn)黨第十九次代表大會(huì)以來，隨著中國特色社會(huì)主義進(jìn)入新時(shí)代，開展生態(tài)文明建設(shè)，維持人與自然和諧共存成為新時(shí)代的主旋律。在新的形勢下，如何實(shí)現(xiàn)流域高質(zhì)量發(fā)展成為當(dāng)前亟待解決的理論與現(xiàn)實(shí)問題。

黃土高原綜合治理是一項(xiàng)世紀(jì)性工程[3-4]。本文以黃土高塬溝壑區(qū)的典型區(qū)域王東溝小流域?yàn)槔?，基?986年以來的長期監(jiān)測和研究資料，分析該流域生態(tài)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展不同階段的主要任務(wù)及治理成果，研究黃土高塬溝壑區(qū)小流域綜合治理的成效以及生態(tài)文明建設(shè)時(shí)期面臨的問題，旨在為該區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展提供理論支持和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 研究區(qū)概況

黃土高塬溝壑區(qū)位于嶗山—白于山一線以南，關(guān)中盆地以北，汾河以西，六盤山以東。該區(qū)涉及甘肅省、陜西省和山西省共7個(gè)市的34個(gè)縣(區(qū))，區(qū)域總面積約5.58×104km2。2015年區(qū)域總?cè)丝跀?shù)量為8.15×106人，農(nóng)業(yè)人口數(shù)量5.97×106人。該區(qū)2015年國內(nèi)生產(chǎn)總值2.09×109元，糧食總產(chǎn)量3.56×106t，農(nóng)業(yè)人均純收入8 433元/a。區(qū)域山地占45.05%，黃土塬占50.57%，其他類型地貌占4.38%，海拔1 000～2 000 m，平均海拔1 200 m，主要涉及涇河、北洛河、昕水河等流域[5]。氣候?qū)儆谥袦貛О霛駶檯^(qū)，多年平均氣溫8.4 ℃，多年平均風(fēng)速1.4～4.3 m/s，多年平均降水量460～667 mm。該區(qū)土壤類型以黃綿土、黑壚土和褐土為主，植被類型主要為溫帶落葉闊葉林，2015年林草覆蓋率56.17%。區(qū)域內(nèi)2015年水土流失面積2.13×104km2，占區(qū)域總面積的38.17%，區(qū)域內(nèi)以溝蝕為主，塬邊溝壁崩塌、滑塌、瀉溜等重力侵蝕活躍。

1984年，中國科學(xué)院水利部水土保持研究所按照國家重點(diǎn)科技項(xiàng)目(黃土高原綜合治理)的總體部署，選取了位于黃土高塬溝壑區(qū)的陜西省和甘肅省交界的長武縣王東溝小流域(東經(jīng)107°40′30″—107°42′30″北緯35°12′—35°16″)作為試驗(yàn)示范區(qū)(2005年科技部建立“陜西長武農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站”；2019年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部又在此建立“國家農(nóng)業(yè)環(huán)境長武觀測實(shí)驗(yàn)站”)，從資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)多方面進(jìn)行綜合研究。王東溝小流域所在的陜西省長武縣是黃河中游100個(gè)水土流失重點(diǎn)縣之一。王東溝小流域總土地面積8.3 km2，地貌分為塬面和溝壑兩大單元，為高塬溝壑區(qū)的典型代表。從生產(chǎn)利用角度可將該地區(qū)的地貌分為塬、梁、溝三大類型，各類型面積均占約1/3。流域內(nèi)地帶性土壤屬于黏黑壚土，母質(zhì)是深厚的中壤質(zhì)馬蘭黃土。梁頂和梁坡是黃墡土，無明顯剖面發(fā)育。流域所在地區(qū)屬于暖溫帶半濕潤大陸季風(fēng)氣候，年均氣溫9.1 ℃，塬面全年≥0 ℃活動(dòng)積溫是3 688 ℃，≥10 ℃活動(dòng)積溫是3 029 ℃，無霜期為171 d。熱量供作物一年一熟有余。地下水埋深60～80 m。溯源侵蝕、坡面侵蝕與重力侵蝕并存，土壤侵蝕模數(shù)達(dá)1 860 t/(km2·a)。溝壑密度2.78條/km2，主溝道平均比降5.47%。塬面最高點(diǎn)海拔1 226 m，溝口最低點(diǎn)946 m，高程差280 m[6]。

王東溝小流域是典型的以農(nóng)為本的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)區(qū)，治理之初，該流域生產(chǎn)用地面積占流域總面積的54%，尚有約1/3面積的生產(chǎn)可利用地未得到利用。綜合治理前糧食產(chǎn)量僅有2 700 kg/hm2，農(nóng)田水分、養(yǎng)分循環(huán)強(qiáng)度低，無機(jī)氮磷的投入總量不過67.5 kg/hm2，溝坡梯田投入更低(22.5 kg/hm2)[7]。當(dāng)?shù)剞r(nóng)民只重視農(nóng)田特別是塬面農(nóng)田，忽視溝坡土地。王東溝小流域1985年底總?cè)丝? 778人，人口密度224人/km2，人均土地面積0.45 hm2。1986年建立試驗(yàn)示范區(qū)時(shí)，總收入組成中，種植業(yè)與工副業(yè)是兩個(gè)主要部分，合計(jì)比例高達(dá)85%；純收入中兩者合計(jì)達(dá)91.3%，種植業(yè)占50.1%，工副業(yè)占41.2%，而果、林、牧三者相加不足10%，人均收入230元。人—地—糧矛盾十分突出，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的生活狀況處于基本溫飽水平，并不富裕，缺乏改善經(jīng)營和擴(kuò)大生產(chǎn)的技術(shù)和資金。

2 王東溝小流域綜合治理發(fā)展階段及其成效

2.1 綜合治理階段(1986-1995)

該階段的治理目標(biāo)是：以提高土地生產(chǎn)力為突破口，重點(diǎn)提高糧食產(chǎn)量和人均經(jīng)濟(jì)收入，同時(shí)治理水土流失，合理開發(fā)利用土地。

(1) 增加物質(zhì)投入，大幅度提高糧食生產(chǎn)力[3，8-9]。 ①增加化肥使用量。王東溝小流域土壤貧瘠，流域治理初期，在堅(jiān)持重視農(nóng)家肥基礎(chǔ)上，化肥施用量由64.5 kg/hm2增加到157.5 kg/hm2，提高幅度達(dá)144%。進(jìn)而依據(jù)水分供應(yīng)，改善氮磷化肥的投入比例。豐水年份在保證磷肥用量的前提下，增大氮肥用量；常態(tài)年份氮磷化肥皆采取最佳施用量；干旱年份保證磷肥的投入。 ②通過品種改良優(yōu)化作物品種結(jié)構(gòu)。該區(qū)主要糧食作物是冬小麥和春玉米。小麥品種由早期的702，改良到旱肥高產(chǎn)長武131，89-134。玉米品種以丹玉131為主。通過增加肥料投入和改良作物品種措施，大幅度提高了土地生產(chǎn)力，改善了糧食生產(chǎn)的低產(chǎn)狀況。從而使得王東溝小流域糧食產(chǎn)量由治理之初的2 478 kg/hm2，增加到3 755 kg/hm2(表1)。

(2) 培育和發(fā)展果業(yè)，增加農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入[9]。由于王東溝小流域所在的渭北旱塬是中國乃至世界的優(yōu)質(zhì)蘋果生產(chǎn)基地，所以在提高糧食產(chǎn)量的同時(shí)，應(yīng)積極引導(dǎo)當(dāng)?shù)厝罕姺N植果樹，拓展當(dāng)?shù)厝罕姷慕?jīng)濟(jì)收入渠道。1986年，王東溝小流域在占土地面積75%的荒蕪低產(chǎn)溝壑山坡上修整梯田，建立蘋果種植區(qū)。90年代初，蘋果園產(chǎn)值已達(dá)到7.00×104元/hm2。1986—1995年，王東溝小流域果業(yè)的比例由治理前的不到2%發(fā)展到40%以上(表1)。其次，引進(jìn)推廣富士蘋果替代秦冠、黃元帥等蘋果品種。在此基礎(chǔ)上，實(shí)施優(yōu)果工程(如果實(shí)套袋技術(shù))，氮磷鉀配施技術(shù)，采用改良疏層型、細(xì)長紡錘型等改型修剪技術(shù)，配合果品專用生物鈣肥，果園覆蓋技術(shù)，改善水分條件等。通過上述技術(shù)和措施的實(shí)施，有力地促進(jìn)了王東溝小流域果業(yè)生產(chǎn)從產(chǎn)量型向產(chǎn)量、質(zhì)量型的轉(zhuǎn)變。蘋果產(chǎn)業(yè)成為當(dāng)?shù)厝罕娊?jīng)濟(jì)收入的重要支柱，顯著增加農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入。

(3) 溝坡地合理開發(fā)利用，控制水土流失[3，9]。在解決當(dāng)?shù)厝罕娍诩Z問題的同時(shí)，開展大規(guī)模退耕還林還草，實(shí)施土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整，控制水土流失。王東溝溝坡地占流域總面積的65%，因水土流失嚴(yán)重，土壤貧瘠，交通不便等原因大面積荒蕪或廣種薄收。塬面農(nóng)田生產(chǎn)力的大幅度提高，為坡耕地退耕或荒坡地的治理奠定了基礎(chǔ)。通過與生物工程防蝕措施結(jié)合，實(shí)施溝坡道路防蝕；通過溝坡地帶梯田化，陡坡地種植水保防護(hù)林，防治坡地水土流失。溝谷地帶進(jìn)行柳谷坊等建設(shè)，控制溝道泥沙不出溝。上述治理措施在流域不同部位的實(shí)施，不僅降低了流域的輸沙量，土壤侵蝕模數(shù)也降至800 t/(km2·a)(表1)。該階段整個(gè)流域土地利用結(jié)構(gòu)也發(fā)生顯著變化，糧、果園、林地、草地的面積由治理前的50%,2.1%,19.4%和12.9%變化為28%,13.5%,28%和12.5%。

表1 綜合治理期間王東溝小流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)生態(tài)指標(biāo)的變化

注：資料來源：①長武試驗(yàn)站“九五”課題研究報(bào)告《高塬溝壑區(qū)高產(chǎn)、高效農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展研究》； ②長武試驗(yàn)站“十五”課題研究報(bào)告《黃土高原南部溝壑區(qū)抗逆減災(zāi)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式與技術(shù)研究》。

2.2 生態(tài)保護(hù)階段(1996-2005)

該階段的治理目標(biāo)是：從塬面到溝道綜合整治水土流失，更新與升級(jí)糧果管理措施，保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境，進(jìn)一步穩(wěn)定和提高了土地的生產(chǎn)力。

(1) 小流域生態(tài)質(zhì)量明顯改善[9-10]。隨著流域水土流失的控制，流域土壤侵蝕模數(shù)多年穩(wěn)定在450 t/(km2·a)以下[11-12]。流域的土壤碳匯功能得到加強(qiáng)，土壤的碳氮磷含量顯著提高，土壤質(zhì)量和功能也逐步得到改善。相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，與1993年相比，2004年流域農(nóng)田、果園、林地、草地0—20 cm土層有機(jī)碳密度分別提高了30%，38%，33%和73%。提高土地生產(chǎn)力，采取保護(hù)性耕作和加強(qiáng)林草地的撫育管理是實(shí)現(xiàn)這一階段流域土壤固碳潛力的重要措施。

(2) 農(nóng)田管理措施的更新與升級(jí)。20世紀(jì)90年代中期以來，大面積實(shí)施高產(chǎn)抗逆的作物新品種、量水施肥技術(shù)和以覆蓋為主的農(nóng)田水分管理等措施，從水熱兩方面改善了農(nóng)田生態(tài)條件，進(jìn)一步穩(wěn)定和提高了土壤的生產(chǎn)力。其次，系統(tǒng)研究旱作覆膜作物養(yǎng)分需求規(guī)律、根層氮素監(jiān)控與管理、根系—水分利用—根層養(yǎng)分調(diào)控關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，拓展了以肥促根，以根提水，水肥協(xié)同，減施增效的途徑，構(gòu)建耦合光熱資源—作物群體—土壤水肥資源的氮肥減施增效技術(shù)體系。

(3) 進(jìn)一步推廣優(yōu)果工程[11]，促進(jìn)果業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化。果品儲(chǔ)藏有了較大發(fā)展，銷售渠道暢通，初步建成蘋果產(chǎn)、貯、銷一條龍產(chǎn)業(yè)化鏈條?；谒仲Y源的限制，為保障果業(yè)的持續(xù)發(fā)展，在栽培管理角度采取了以下措施： ①由喬化栽培轉(zhuǎn)向矮化栽培； ②地面管理由原來清耕轉(zhuǎn)為人工生草或自然生草[13-14]； ③修剪方式由原來的輕剪長放改為更新、量化修剪，降低果園水分消耗，維持生殖生長與營養(yǎng)生長之間的平衡。

2.3 區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展試驗(yàn)示范研究階段(2006-2019)

該階段的示范研究任務(wù)是：以王東溝小流域?yàn)樵圏c(diǎn)，從發(fā)展綠色高效技術(shù)的角度進(jìn)行研究和示范，探索適合小流域內(nèi)涵式高質(zhì)量綠色發(fā)展的技術(shù)體系，為黃土高塬溝壑區(qū)的高質(zhì)量發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

(1) 以水分承載力為中心的糧果與生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究。土壤水是糧田和果園生產(chǎn)力與生態(tài)恢復(fù)的重要資源，土壤水調(diào)控技術(shù)和措施的研究對該區(qū)生態(tài)文明建設(shè)具有重要影響。改變水資源消耗型的果業(yè)發(fā)展模式，基于降水資源的可持續(xù)利用，建設(shè)綠色高效果園生態(tài)經(jīng)濟(jì)。具體而言，一方面引進(jìn)低耗水的矮化型蘋果樹品種，另一方面合理布局果園的種植密度；同時(shí)栽培技術(shù)上實(shí)行降低水分消耗的管理技術(shù)。例如，果園量化修剪、天然生草等技術(shù)既可以改善產(chǎn)量，提高土壤有機(jī)碳又可以降低對水分的消耗。在種植布局上，構(gòu)建糧食和果園復(fù)合種植系統(tǒng)，果樹的深層耗水和糧食作物淺層耗水協(xié)調(diào)起來。在王東溝小流域，當(dāng)?shù)毓r(nóng)通過老果園的退果還耕，類似糧食作物的輪作，從而使土壤深層水分在一定時(shí)期內(nèi)得到恢復(fù)。

(2) 以化肥投入零增長為切入點(diǎn)的糧果生態(tài)系統(tǒng)綠色施肥技術(shù)研究。30 a多來王東溝小流域果品和糧食生產(chǎn)的提高依靠化肥的大量投入(果園化肥投入6～7 t/hm2，折合NPK大致為1 t/hm2)。通過大量化肥投入提高蘋果和糧食產(chǎn)量，彌補(bǔ)耕地資源的不足,導(dǎo)致化肥利用率低,營養(yǎng)元素隨水分淋溶下滲在土壤深層累積，或隨徑流遷移進(jìn)入地下水源和河流，對土壤環(huán)境質(zhì)量帶來潛在危害。在穩(wěn)定糧食生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，以特色果業(yè)發(fā)展為中心，依靠科技力量，改變以往主要靠化肥投入維持果園產(chǎn)量的經(jīng)營方式。提高糧果與豆科作物輪作/套種，增加生物固氮，降低對化肥的依賴。其次，探索通過微生物固氮釋放磷素，大幅度降低化肥投入，降低對資源投入的依賴和土壤中氮磷的積累，以減少流域面源污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。同時(shí)在保證糧果產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，研發(fā)和推廣降低溫室氣體排放的糧果生產(chǎn)技術(shù)。

(3) 提高果園生態(tài)服務(wù)功能多元化的技術(shù)集成研究。近年來，人們多以提高果園的產(chǎn)量，追求最大的經(jīng)濟(jì)效益為主要目的。隨著市場的競爭、黃土區(qū)果業(yè)鏈的形成和完善，在高塬溝壑區(qū)如何圍繞果園生態(tài)系統(tǒng)，發(fā)展其果園服務(wù)功能多樣化也是當(dāng)前果園升級(jí)所面臨的問題。在果園的開花期和鮮果成熟期，開展賞花、采摘功能生態(tài)旅游；其次，通過增加果園的附加值，實(shí)現(xiàn)果園產(chǎn)值的提升。例如，在果園中增加畜禽養(yǎng)殖一方面可以降低化肥和有機(jī)肥的投入，另一方面有利于消滅害蟲，同時(shí)發(fā)展綠色養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)。利用果園修剪的枝條開展蘑菇的栽培，培育新型產(chǎn)業(yè)。同時(shí)借助互聯(lián)網(wǎng)和物流網(wǎng)，開展蘋果的田間管理和銷售等技術(shù)服務(wù)。

(4) 重力侵蝕防治和固溝保塬技術(shù)措施體系研究。高塬溝壑區(qū)溝頭溯源侵蝕的因素為自然和人為因素兩類[15]。在氣候變化的背景下，極端性降水增多，塬面村莊硬化地面產(chǎn)流加劇的條件下，這一危害有加劇趨勢。塬面的綜合治理可以利用“攔、蓄、排、引”等措施。當(dāng)塬面措施不足以切斷徑流, 阻止徑流達(dá)到溝底時(shí)，應(yīng)同時(shí)修筑溝底谷坊,抬高侵蝕基準(zhǔn)面,防止溝床下切。但目前關(guān)于該區(qū)這一領(lǐng)域的相關(guān)研究和理論還十分薄弱，有效的治理模式尚有待進(jìn)一步驗(yàn)證。2015年以來，我們在王東溝流域開展了水分—土壤—大氣—生物系統(tǒng)的綜合大型科研平臺(tái)建設(shè)。并專門設(shè)立了重力侵蝕定位監(jiān)測場，利用多種新興技術(shù)(無人機(jī)技術(shù)、激光等)，通過多學(xué)科協(xié)作研究重力侵蝕的變化規(guī)律，為固溝保塬提供技術(shù)支撐。

同處黃土高塬溝壑區(qū)的陜西省淳化縣泥河溝小流域[16]、甘肅省慶陽市的南小河溝流域[17]的綜合治理也經(jīng)歷了相似的發(fā)展過程。這兩個(gè)流域在綜合治理初期，通過溝坡造林、修筑梯田等生物和工程措施控制水土流失、改善生態(tài)環(huán)境。第二階段在此基礎(chǔ)上，大力推行深耕、推廣良種、配方施肥、覆膜等綜合措施提高旱作農(nóng)業(yè)土地生產(chǎn)力。第三階段從流域自然資源的特點(diǎn)出發(fā)，大力發(fā)展林果業(yè)和畜牧業(yè)，不斷調(diào)整和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展農(nóng)業(yè)商品經(jīng)濟(jì)。

3 黃土高塬溝壑區(qū)近年來出現(xiàn)的新問題

由于長期以來各種復(fù)雜因素的影響，新時(shí)期黃土高塬溝壑區(qū)在發(fā)展過程中也出現(xiàn)了一些新的問題，這些問題將嚴(yán)重制約該區(qū)的進(jìn)一步發(fā)展。以王東溝小流域?yàn)槔m然經(jīng)過30 a多的綜合治理，但是隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和治理措施的加強(qiáng)等因素的影響，近年來出現(xiàn)了一些新的問題。類似的問題在黃土高原溝壑區(qū)其他流域也都有一定表現(xiàn)[16-21]，值得高度重視。

(1) 土壤干層的形成對果園生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性帶來威脅。黃土高塬溝壑區(qū)為國家商品化蘋果生產(chǎn)基地,果園的高入滲特性、低產(chǎn)流率和強(qiáng)烈的蒸騰耗水作用所形成的土壤干層, 蘋果種植面積擴(kuò)大甚至覆蓋整個(gè)塬面將不可避免地改變區(qū)域水循環(huán)方式,增強(qiáng)土壤—植物—大氣間垂直水分交換, 削弱降雨轉(zhuǎn)化為地表徑流和地下水的比例,從而最終影響區(qū)域人、畜、工、礦所賴以生存的地表水資源和地下水資源的數(shù)量, 這一水文生態(tài)環(huán)境現(xiàn)象應(yīng)該引起高度重視[18-20]。降水偏少且分布不均，水分不足是制約該區(qū)域果園生產(chǎn)力的重要因素。20世紀(jì)80年代建立的果園，其產(chǎn)量均呈現(xiàn)出先逐年升高達(dá)到最大值，之后隨當(dāng)?shù)亟涤炅孔兓▌?dòng)性降低趨勢，1～20 a 生果園平均年耗水量均高于同期年降水量，導(dǎo)致果園深層土壤干燥化強(qiáng)烈[20-21]。20世紀(jì)90年代初期王東溝小流域開始大規(guī)模果園種植，至今大部分果園已栽植20 a余以上，其深層土壤干燥化現(xiàn)象明顯[22-23]。氫氧同位素技術(shù)測定結(jié)果表明，蘋果樹耗水深度可達(dá) 25 m，栽植17 a的蘋果樹會(huì)利用土壤中幾十年的老水[22]。土壤干層的形成使得土壤水庫調(diào)節(jié)能力下降甚至消失，縮短了果園的生長年限[24-25]。

(2) 硝態(tài)氮的深層積累對地下水的污染造成潛在威脅。氮肥的投入是支撐這一地區(qū)糧食和蘋果持續(xù)高產(chǎn)的重要驅(qū)動(dòng)力，但由于化肥利用率低，氮?dú)埩袅扛遊26-28]。2017年10月，土壤剖面硝態(tài)氮含量監(jiān)測結(jié)果顯示，果園土壤0—400 cm剖面中，在80—100 cm層出現(xiàn)硝態(tài)氮累積峰，在380—400 cm也發(fā)現(xiàn)有高濃度硝態(tài)氮。在大于20 a的老果園，8 m深的剖面中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)硝態(tài)氮的積累峰值。不同利用年限的果園中，剖面土壤中的硝態(tài)氮積累峰值逐漸下移。關(guān)中盆地的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，由于土壤硝態(tài)氮積累顯著，部分地區(qū)地下水中氮素含量已經(jīng)超過飲用水標(biāo)準(zhǔn)。在極端降水增加的趨勢下，氮的殘留和積累不僅影響糧果生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展，且對區(qū)域地下水的危害帶來潛在威脅。

(3) 磷肥的殘留積累帶來面源污染的潛在威脅。20世紀(jì)80年代初，黃土區(qū)土壤有效磷含量屬于缺乏的水平[29]。但是，由于持續(xù)大量的磷肥投入，王東溝小流域已有70%果園土壤Olsen-P含量超過15 mg/kg，部分果園土壤Olsen-P含量甚至超過了100 mg/kg[30]。與1993年大規(guī)模建立果園時(shí)相比，2004年果園土壤全磷每年提高20～30 mg P/kg，Olsen-P含量每年提高3～4 mg/kg。20—60 cm土層的果園全磷和有效磷含量也逐漸提高[30]。在高磷含量果園中，土壤20—60 cm土層中Olsen-P含量相對提高。土壤磷素的最大吸附量則從不施肥土壤的909 mg/kg降低到500 mg/kg，降低了45.0%；飽和吸附度值由1.0%增加至8.3%，升高了約8.3倍；提高了潛在的淋失風(fēng)險(xiǎn)[31]。更令人擔(dān)憂的是，王東溝小流域2018年監(jiān)測資料顯示，溝道泥沙Olsen-P含量升高到20 mg/kg，而2008年溝道中土壤Olsen-P含量低于5 mg/kg。這一結(jié)果顯示了塬面或坡地農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，土壤磷素隨著徑流和泥沙遷移到了溝道。

(4) 塬面的硬地面產(chǎn)流加劇了對塬面蠶食。20世紀(jì)80年代初期，水土流失治理以“坡溝兼治，治坡為主”[3]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，流域內(nèi)村落建設(shè)不斷改善，流域村莊院落的庭院經(jīng)濟(jì)逐步被硬化后的地面和觀賞性植物所代替，原來的土路全部改造成了水泥路，村莊內(nèi)的部分生態(tài)綠地被硬化，造成集雨面積和地表徑流量的急劇增大。在極端降水增加的背景下，塬面硬地面產(chǎn)流加劇趨勢明顯。在30 a多綜合治理過程中，溝道的重力侵蝕治理相對薄弱。嵌入塬面的侵蝕溝系統(tǒng)綜合治理和塬面徑流疏導(dǎo)相對薄弱。塬邊支毛溝在頻繁的塬面來水沖刷下，溝頭不斷前進(jìn)，溝道變寬變深，塬面逐年萎縮，成為黃土塬區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)屏障建設(shè)的突出制約因素。

(5) 農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移和土地流轉(zhuǎn)問題，導(dǎo)致土地粗放經(jīng)營或荒蕪。自上20世紀(jì)80年代以來，隨著我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展和綜合國力的不斷增強(qiáng)，黃土區(qū)的農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移十分顯著。在上20世紀(jì)80年代初期， 王東溝小流域內(nèi)勞力人口為588人，其中以30～40歲壯年占主體。目前在農(nóng)村從事糧食種植和果業(yè)生產(chǎn)的勞力人口銳減為300多人，且主要是55歲以上人員。黃土區(qū)農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移致使農(nóng)地利用呈現(xiàn)粗放經(jīng)營的趨勢，耕地利用水平不斷降低。在王東溝小流域塬面的上等農(nóng)田和果園甚至出現(xiàn)了荒蕪局面。

4 黃土高塬溝壑區(qū)高質(zhì)量發(fā)展研究展望

生態(tài)系統(tǒng)是人與自然相互依存，相互影響的有機(jī)整體，維持人與自然和諧健康發(fā)展的基本導(dǎo)向是以人的福祉為目標(biāo)。中國共產(chǎn)黨第十九次代表大會(huì)以來，生態(tài)文明建設(shè)成為新時(shí)代的主旋律。國家關(guān)于黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施為推動(dòng)黃土高塬溝壑區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和綜合治理工作帶來了難得的發(fā)展機(jī)遇。

在未來10 a左右的時(shí)間里，黃土高塬溝壑區(qū)的治理研究，必須在生態(tài)文明理念指引下，基于區(qū)域自然資源的承載力，通過流域生態(tài)管理和技術(shù)創(chuàng)新，確保黃土丘陵溝壑區(qū)生態(tài)環(huán)境與人類社會(huì)和諧發(fā)展，共同繁榮。

(1) 突破治理開發(fā)的傳統(tǒng)思維，樹立生態(tài)適應(yīng)型的發(fā)展思路。傳統(tǒng)的高塬溝壑區(qū)治理開發(fā)利用模式以利用為目的，治理以功利性為導(dǎo)向，不僅存在投入大，穩(wěn)定性差等問題，而且治理開發(fā)集中于能迅速產(chǎn)生效益的領(lǐng)域或地形地貌上。高塬溝壑區(qū)地形地貌破碎，土地利用方式多樣，生態(tài)系統(tǒng)類型復(fù)雜。該區(qū)域主要治理目標(biāo)應(yīng)該是全面控制水土流失，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，保障人居環(huán)境的生態(tài)性，社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展的可持續(xù)性以及流域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的和諧和完整性。要針對這一區(qū)域資源環(huán)境稟賦，建立不同適應(yīng)性的生態(tài)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)區(qū)域整體生態(tài)服務(wù)功能的最大化。 ①在塬面建設(shè)區(qū)域性商品糧基地，同時(shí)發(fā)展優(yōu)質(zhì)果業(yè)(包括果品加工業(yè))等多種特色優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，構(gòu)建精致宜人的人居環(huán)境； ②在溝坡上構(gòu)建林、果、草鑲嵌的土地利用和生態(tài)保護(hù)格局，適度發(fā)展畜牧業(yè)等產(chǎn)業(yè)； ③溝道則以生態(tài)林草為主要土地利用方式，依托淤地壩發(fā)展設(shè)施蔬菜等高產(chǎn)值產(chǎn)業(yè)。

(2) 充分利用自動(dòng)化、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)工業(yè)技術(shù)促進(jìn)區(qū)域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展。基于王東溝小流域等已有的流域綜合治理成果和經(jīng)驗(yàn)，依托現(xiàn)代信息通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)空間技術(shù)、先進(jìn)的田間監(jiān)測技術(shù)(降水自動(dòng)監(jiān)測、土壤水分自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)、徑流泥沙的自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)等)，開展流域智能化高標(biāo)準(zhǔn)信息獲取。依托現(xiàn)有資源加強(qiáng)數(shù)字流域和智慧流域建設(shè)，加快物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、人工智能、第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代信息技術(shù)在水土流失綜合治理和糧果生產(chǎn)中的應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對小流域精準(zhǔn)化管理，資源高效利用，水土流失科學(xué)治理等目標(biāo)，從而適應(yīng)流域生態(tài)安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，并滿足流域內(nèi)居民對美好生活的追求。整個(gè)流域在地面通過防蝕道路相連，空中則通過先進(jìn)的無人機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)相通，實(shí)現(xiàn)天地一體化的立體監(jiān)測系統(tǒng)，為流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人居環(huán)境生態(tài)性協(xié)調(diào)發(fā)展提供保證。

(3) 廣泛且綜合利用綠色技術(shù)實(shí)現(xiàn)糧果產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。果業(yè)是黃土高原溝壑區(qū)的優(yōu)勢特色產(chǎn)業(yè)。它不但直接決定著當(dāng)?shù)厝罕姷慕?jīng)濟(jì)收入和區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展進(jìn)程，而且會(huì)影響到區(qū)域水土流失綜合治理的成效和可持續(xù)性。未來，在區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展期，必須依托已有信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)經(jīng)營管理經(jīng)驗(yàn)，在產(chǎn)前布局、產(chǎn)中田間管理、產(chǎn)后的加工與儲(chǔ)藏以及銷售等全鏈條開展蘋果產(chǎn)業(yè)技術(shù)集成和支持。其次，要加緊研發(fā)和推廣糧果綠色施肥技術(shù)，提高生物可降解農(nóng)膜的推廣使用，降低農(nóng)膜污染和糧果土壤的污染。黃土高塬溝壑區(qū)是我國生態(tài)功能區(qū)同時(shí)也是重要的糧果生產(chǎn)區(qū)。在做好生態(tài)保護(hù)基礎(chǔ)上，基于土壤有機(jī)質(zhì)含量低，土壤基礎(chǔ)肥力瘠薄的特點(diǎn)，通過加大秸稈還田，逐步實(shí)施少耕和免耕，進(jìn)一步培肥土壤，降低侵蝕。同時(shí)針對果園土壤推廣自然生草等技術(shù)加強(qiáng)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田和果園建設(shè)。再次，基于高塬溝壑區(qū)大量果園分布在溝坡地的梯田之上，且地塊單元小而分散的特點(diǎn)，研發(fā)適宜的田間耕作、運(yùn)輸、采摘等機(jī)械，不僅有助于提高生產(chǎn)效率，也能應(yīng)對未來勞動(dòng)力短缺的局面。最后，應(yīng)該加強(qiáng)高塬溝壑區(qū)居民生活區(qū)、糧果生產(chǎn)區(qū)和生態(tài)保護(hù)區(qū)的科學(xué)合理布局，把尚居住在溝道里的居民向塬面居民區(qū)集中，確保生態(tài)環(huán)境與人類社會(huì)和諧發(fā)展，共同繁榮。

未來10 a，高塬溝壑區(qū)塬、坡、溝生態(tài)空間布局將進(jìn)一步優(yōu)化，生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)一步加快，綠色智慧小流域建成并統(tǒng)籌使用，人民安居樂業(yè)，人與自然和諧共生的生態(tài)文明體系建成。在生態(tài)保護(hù)基礎(chǔ)上，著力建設(shè)中華文明農(nóng)耕文化傳承區(qū)，并從生態(tài)休閑(槐花節(jié)、蘋果花節(jié)、蘋果采摘節(jié)等)角度為周邊城鎮(zhèn)居民提供高品位綠色空間。至此，黃土高塬溝壑區(qū)將呈現(xiàn)出社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境全面高質(zhì)量發(fā)展的新面貌。