李戰(zhàn)剛，姚 巍，劉 菁

(陜西省防護(hù)林建設(shè)工作站，西安 710082)

1 引言

多年來(lái)，筆者針對(duì)黃土高原溝壑區(qū)生態(tài)修復(fù)技術(shù)開(kāi)展了廣泛的研究，在黃土高原抗旱造林、容器苗造林、大苗深栽、徑流林業(yè)等造林技術(shù)方面取得了一系列相對(duì)成熟的技術(shù)。但是，長(zhǎng)期以來(lái)，在林業(yè)工程建設(shè)中，缺乏用植物生態(tài)學(xué)理論系統(tǒng)分析和研究植物空間配置，“因地制宜，適地適樹(shù)”原則落實(shí)不到位，注重喬木，忽視灌草；強(qiáng)調(diào)集中連片，忽視立地條件，在適宜草本植物發(fā)育和灌木生長(zhǎng)的立地上盲目“造林”；有的無(wú)論陡坡緩坡、坡頂坡腳都用同一種規(guī)格的整地方法、同一種苗木，看似整齊劃一，但卻違反了生態(tài)學(xué)原理，反映出喬灌草空間配置不合理、植被恢復(fù)穩(wěn)定性和適應(yīng)性差、水土保持效果不佳等問(wèn)題。如在黃土高原溝壑區(qū)，缺乏對(duì)小流域地貌細(xì)部的劃分，造林作業(yè)小班區(qū)劃不合理，只考慮陽(yáng)坡、陰坡方位及上、中、下位置，而少有針對(duì)侵蝕嚴(yán)重的溝谷坡和侵蝕溝緣的技術(shù)措施。據(jù)對(duì)20世紀(jì)70年代以來(lái)不同水土保持措施減少入黃泥沙的研究資料分析，占水土保持措施總面積50%以上的林地，攔沙量?jī)H16.7%[1]。甚至更極端研究認(rèn)為，整個(gè)黃河中游地區(qū)造林措施攔沙量不足1%[2]。這一度曾引起一些人對(duì)黃土高原生物治理前景的懷疑。

2003年，國(guó)家林業(yè)局確定在黃土高原溝壑區(qū)、贛南紅壤山地以及三峽庫(kù)區(qū)中低山丘陵紫色山丘三個(gè)水土流失非常嚴(yán)重的典型地區(qū)，開(kāi)展“生物措施治理水土流失試點(diǎn)”。通過(guò)試點(diǎn)，探索生物措施治理水土流失技術(shù)模式，給同類(lèi)地區(qū)提供生物措施治理水土流失經(jīng)驗(yàn)和示范，并逐步向全國(guó)推廣。陜西省千陽(yáng)縣試點(diǎn)工作于2003年正式啟動(dòng)，陜西省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)院受原國(guó)家林業(yè)局造林司和原陜西省林業(yè)廳造林處委托，承擔(dān)千陽(yáng)縣試點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)施方案編制。在無(wú)編制大綱和具體技術(shù)要求情況下，通過(guò)大量調(diào)研和方案比選論證，最終形成《陜西省千陽(yáng)縣生物措施治理水土流失試點(diǎn)實(shí)施方案》(2004)[3]，并唯一通過(guò)國(guó)家林業(yè)局組織的專家評(píng)審。

本文借當(dāng)前社會(huì)高度關(guān)注黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展之際，再論生物措施治理水土流失，目的在于探索現(xiàn)階段林業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)新思路和技術(shù)方向，為擴(kuò)展黃土高原溝壑區(qū)生態(tài)修復(fù)技術(shù)思路提供借鑒?！八街?，可以攻玉”。

2 試驗(yàn)區(qū)概況

千陽(yáng)縣地處渭北黃土高原丘陵溝壑區(qū)西部，由山地、臺(tái)塬、千河谷地三種地貌組成，故有“七山二塬一分川”之稱。千河自西北流向東南，將千陽(yáng)分成南北兩部分。全縣水土流失面積857 km2，占總土地面積的86%，平均土壤侵蝕模數(shù)為2 644 t·km-2·a-1，被列為陜西省48個(gè)水土流失重點(diǎn)縣之一。年平均氣溫10.8 ℃，≥10 ℃活動(dòng)積溫3 477.9 ℃，年平均日照時(shí)數(shù)2 092.7 h，日照百分率47%，多年平均無(wú)霜期197 d(最長(zhǎng)223 d，最短156 d)。多年平均降水量653 mm，降水多集中在7～9月，占全年降水量54%，夏秋暴雨多且強(qiáng)度大。

試驗(yàn)區(qū)位于千陽(yáng)縣南部柿溝鄉(xiāng)冉家溝，面積5.52 km2，屬于黃土覆蓋的丘陵，地貌由梁、峁和溝壑組成。“梁”、“峁”頂較平坦，多為農(nóng)耕地。“梁”、“峁”坡面以下，急轉(zhuǎn)成陡坡，一般坡度大于35°。主溝道長(zhǎng)5.5 km，溝壑密度0.7 km·km-2，溝道比降11.2%。流域中上游屬土石山地，中下游為黃土覆蓋。土層厚度在50 cm以上，質(zhì)地多為中壤或輕壤，結(jié)構(gòu)較緊，有明顯的碳酸鹽分離層，土壤有機(jī)質(zhì)含量21.4～42.9 mg·L-1，有效磷含量2.6～4.2 mg·L-1。區(qū)內(nèi)植被屬暖溫帶落葉闊葉林，喬木樹(shù)種以人工栽植的刺槐、側(cè)柏為主，天然次生林主要是少量的側(cè)柏、山楊林，灌木主要有荊條、黃薔薇、酸棗、胡枝子等，草本以蒿類(lèi)、菅草、莎草等為主。

冉家溝村以農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)為主，2002年全村總?cè)丝? 340人，養(yǎng)殖奶牛存欄34頭，出欄牛200頭、羊300頭、豬200頭，家禽800只。人均純收入1 000余元。為推動(dòng)縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，2003年縣委、縣政府提出“穩(wěn)糧擴(kuò)經(jīng)，強(qiáng)牧興?！卑l(fā)展思路。

3 研究?jī)?nèi)容和方法

國(guó)家林業(yè)局強(qiáng)調(diào)“生物措施治理水土流失試點(diǎn)”不是簡(jiǎn)單的造林項(xiàng)目，在造林措施上要總結(jié)探索新的技術(shù)思路。采用生物措施治理水土流失是本項(xiàng)目的基本要求。

方案設(shè)計(jì)首先從做好前期本底調(diào)查開(kāi)始，包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)調(diào)查、小班區(qū)劃和土地利用現(xiàn)狀調(diào)查、典型地段土壤調(diào)查并采樣測(cè)定土壤容重、總孔隙度、最大持水量等指標(biāo)。其次，調(diào)整和優(yōu)化試驗(yàn)區(qū)喬灌草空間配置，吸收和借鑒黃土高原溝壑區(qū)現(xiàn)有成功的水土保持植治措施，遵循因害設(shè)防、因地制宜、適地適樹(shù)的原則，增強(qiáng)喬灌草空間配置的科學(xué)性、合理性和針對(duì)性，充分發(fā)揮多林種、多樹(shù)種、多層次生物群體的多功能和效益，不僅達(dá)到治理水土流失、改善生態(tài)環(huán)境，而且保障農(nóng)民發(fā)展生產(chǎn)、增加收入。第三，為評(píng)估生物措施治理水土流失的有效性，方案設(shè)計(jì)了6處徑流場(chǎng)及典型地塊、典型農(nóng)戶，定點(diǎn)監(jiān)測(cè)水土流失變化及農(nóng)民經(jīng)濟(jì)效益變化。

3.1 土地資源現(xiàn)狀

試驗(yàn)區(qū)土地總面積551.87 hm2,經(jīng)現(xiàn)地調(diào)查，共區(qū)劃157個(gè)小班，包括林地、草地、園地、農(nóng)耕地、荒山荒地和未利用地六個(gè)一級(jí)地類(lèi)(表1)。

表1 土地利用現(xiàn)狀表

3.2 水土流失現(xiàn)狀

經(jīng)調(diào)查，試驗(yàn)區(qū)水土流失面積551.87 hm2,其中：輕度66.64 hm2，中度393.33 hm2，強(qiáng)度70.90 hm2，極強(qiáng)度21.00 hm2。侵蝕模數(shù)與地表形態(tài)、植被覆蓋度、土地利用狀況等因素有著密切的關(guān)系，坡耕地水土流失最為嚴(yán)重，據(jù)典型調(diào)查，一年農(nóng)閑地，坡度14°，土壤侵蝕模數(shù)3 187 t·km-2·a-1；坡度35°，侵蝕模數(shù)13 396 t·km-2·a-1。試驗(yàn)區(qū)中部以下區(qū)域，坡耕地分布集中，植被覆蓋度低，面蝕嚴(yán)重。中部以上區(qū)域，天然次生林、人工林呈塊狀分布，灌草植被覆蓋度較高，有面蝕和溝蝕同時(shí)進(jìn)行，但侵蝕強(qiáng)度明顯減弱。重力侵蝕主要發(fā)生在溝谷坡部位，主要侵蝕形式是在暴雨后溝谷坡面和侵蝕溝緣發(fā)生崩塌、滑坡、瀉溜。土壤侵蝕造成的后果是，溝道數(shù)逐漸增多、溝頭延伸、溝岸擴(kuò)張。

表2 項(xiàng)目區(qū)坡度構(gòu)成表

3.3 土地適應(yīng)性評(píng)價(jià)

為遵循宜林則林、宜草則草的原則，對(duì)試驗(yàn)區(qū)各地塊進(jìn)行土地資源適應(yīng)性評(píng)價(jià)[4](見(jiàn)表3)。各地塊土地等級(jí)在三至六級(jí)，其中，三級(jí)土地面積占2.3%，四級(jí)土地面積占73.2%，五級(jí)土地面積占21.2%，六級(jí)土地面積占3.3%，即除六級(jí)外基本適宜農(nóng)、林、牧業(yè)用地。

表3 土地資源評(píng)價(jià)等級(jí)表

3.4 立地類(lèi)型劃分

立地類(lèi)型是根據(jù)全省大地貌特征、地帶性氣候、林業(yè)發(fā)展方向、地形特征(地形部位、地面形態(tài)、坡勢(shì)等)和土壤、植被、土地利用性質(zhì)等主導(dǎo)因子的適應(yīng)性與技術(shù)措施的相似性進(jìn)行劃分的。項(xiàng)目區(qū)共劃分10個(gè)立地類(lèi)型。 在立地類(lèi)型劃分的基礎(chǔ)上，根據(jù)立地類(lèi)型的特點(diǎn)與質(zhì)量，按照因地制宜、因害設(shè)防、適地適樹(shù)的原則，相應(yīng)制定10個(gè)適宜的造林類(lèi)型(見(jiàn)表4)。

表4 立地類(lèi)型與造林類(lèi)型表

3.5 空間配置設(shè)計(jì)

在植物空間配置上，突出以優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，以增強(qiáng)水土保持功能為根本，以生態(tài)經(jīng)濟(jì)型防護(hù)林體系建設(shè)為準(zhǔn)則，遵循因害設(shè)防、因地制宜、適地適樹(shù)的原則，建設(shè)功能完善、生物學(xué)穩(wěn)定、生態(tài)經(jīng)濟(jì)高效的防護(hù)林體系。

采取學(xué)習(xí)借鑒、吸收、集成組裝現(xiàn)有成熟技術(shù)，充分考慮當(dāng)?shù)剞r(nóng)村生產(chǎn)現(xiàn)狀和縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)，因地制宜，做好生態(tài)治理與生產(chǎn)發(fā)展的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)區(qū)植物空間合理配置。在鄰近村莊、土質(zhì)較好的退耕地或撂荒地，在青貯飼料的同時(shí)，按照每頭?；?只羊需0.07 hm2草地開(kāi)展人工種草，支持畜牧業(yè)發(fā)展。溝谷坡是容易引發(fā)重力侵蝕的部位，以營(yíng)造灌草護(hù)溝、保塬為主要措施，改變以往造林時(shí)“一個(gè)樹(shù)種滿山跑”的現(xiàn)象。

從梁峁頂至溝谷底空間優(yōu)化配置順序：

(1)梁峁項(xiàng):平坦、寬闊、地勢(shì)高，侵蝕以擊濺侵蝕為主，易受大風(fēng)、干旱、低溫等自然災(zāi)害侵襲，因而可將近村緩坡的梁峁頂部種植紫花苜蓿等牧草，發(fā)展畜牧產(chǎn)業(yè)。遠(yuǎn)村陡坡及梁峁頂部，栽植側(cè)柏、沙棘等適生喬灌，形成梁峁頂生物防護(hù)帶。

(2)梁峁坡:是溝頭以上的集水區(qū)和主要耕作區(qū)，因人為活動(dòng)頻繁，植被差，易造成面蝕、溝蝕，治理措施主要是在20°以上梁峁坡上營(yíng)造喬、灌木林；在20°以下緩坡耕地，修筑地埂，并在溝邊采用林草防護(hù)措施保護(hù)農(nóng)田，近村緩坡耕地地埂上栽植桑樹(shù)；梁峁坡上營(yíng)造等高灌木帶，帶內(nèi)溝壟種植紫花苜蓿等優(yōu)良牧草。

(3)侵蝕溝緣:是臨近溝岸的邊際地帶，侵蝕強(qiáng)烈，治理措施可距溝緣2 m左右，采取水平階或魚(yú)鱗坑整地，栽植密集型沙棘等灌叢生物帶，攔截坡面徑流，防止溝緣崩塌。樹(shù)種以沙棘、紫穗槐為主。

(4)溝谷坡:地形復(fù)雜，溝蝕、重力侵蝕強(qiáng)烈，陡坡地形破碎地段，大多為大于35°的陡坡，采用魚(yú)鱗坑等整地工程，營(yíng)造以沙棘為主的護(hù)坡林；坡度稍緩坡面，整地營(yíng)造經(jīng)濟(jì)林、用材林；深窄小支毛溝密植沙棘封溝，同時(shí)大力封山封溝育林育草。

(5)溝谷底:是梁峁坡和溝坡產(chǎn)流的匯集地，侵蝕劇烈，治理措施以支溝治理為主，營(yíng)造以楊、柳為主的溝底防沖林，固定溝床，制止溝底下切和溝岸擴(kuò)張。對(duì)水土流失嚴(yán)重支溝修筑柳谷坊，攔截泥沙、廢渣和地表徑流。

表5 項(xiàng)目區(qū)生物措施治理現(xiàn)狀與措施規(guī)劃表 單位：hm2

4 治理成效監(jiān)測(cè)

試驗(yàn)區(qū)在生物措施治理水土流失時(shí)主要采取了喬灌草相結(jié)合的生物工程技術(shù)、侵蝕溝固溝護(hù)坡防護(hù)林體系建設(shè)技術(shù)、柳谷坊護(hù)溝攔沙濾水技術(shù)、封山育林技術(shù)、坡耕地筑埂種桑等技術(shù)。因地制宜、因害設(shè)防，建立了結(jié)構(gòu)合理、高效穩(wěn)定的生物措施治理水土流失配置模式。三年試點(diǎn)結(jié)束，累計(jì)完成生物措施治理任務(wù)419.94 hm2，工程措施筑壩、修筑谷坊，柳枝填充，攔截廢渣、泥沙和地表徑流，共修筑柳谷坊55個(gè)287 m，修筑地埂36 855 m[5]。

針對(duì)不同生物措施治理模式，選取封育與未封、有林地與荒山、有林地與農(nóng)田對(duì)照監(jiān)測(cè)土壤水分及徑流變化情況；設(shè)置8個(gè)固定標(biāo)準(zhǔn)地，調(diào)查監(jiān)測(cè)治理措施的效益指標(biāo)變化效果；設(shè)置3組對(duì)照6個(gè)徑流小區(qū)，每個(gè)徑流小區(qū)5 m×20 m，每次雨停后半小時(shí)內(nèi)觀測(cè)，推算泥水總體積，測(cè)算泥沙含量。

4.1 土壤理化性質(zhì)分析比較

為了便于分析，將各類(lèi)型的0-20，20-40，40-60 cm三層土壤樣品測(cè)定的結(jié)果進(jìn)行平均計(jì)算。結(jié)果顯示，不同模式對(duì)土壤肥力質(zhì)量提高差異明顯，林草混交模式、封山育林模式對(duì)土壤質(zhì)量的提高效果較好，混交林模式、純林模式次之[6](表6)。

表6 不同模式土壤理化性質(zhì)分析比較

4.2 年均地表徑流量及侵蝕量比較

由表7可以看出，封育比未封育、有林地1比荒山、有林地2比農(nóng)地的徑流量、徑流深、泥沙流失量相比顯著減少。這是由于采取生物措施后,植被迅速覆蓋地表,土壤不再被擾動(dòng),徑流量和泥沙侵蝕量迅速減少。

表7 三年平均地表徑流量及泥沙流失量

4.3 水土流失強(qiáng)度面積變化

從表8可以看出，在采取不同生物治理措施綜合治理后，喬灌草空間優(yōu)化配置，林草與工程、治溝與治坡緊密結(jié)合，協(xié)調(diào)發(fā)展，互相促進(jìn)，建成了完整的水土流失防御體系。通過(guò)調(diào)查流域土地利用現(xiàn)狀、土壤侵蝕主要類(lèi)型和土壤侵蝕強(qiáng)度級(jí)別，根據(jù)徑流場(chǎng)的連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及固定樣地觀測(cè)資料，流域水土流失面積由治理前的551.87 hm2下降為484.37 hm2，減少了43.4%，水土流失強(qiáng)度減輕，土壤侵蝕模數(shù)明顯減少。流域內(nèi)土壤侵蝕模數(shù)由治理前的2 552.93 t·km-2·a-1降低到2 136.06 t·km-2·a-1，治理程度由21.0%提高到75.3%，經(jīng)過(guò)治理后，試驗(yàn)區(qū)土壤侵蝕模數(shù)減少16.3%，平均每公頃每年減少土壤流失量104.25 t。

表8 試驗(yàn)區(qū)水土流失強(qiáng)度面積變化表

4.4 社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況變化

通過(guò)生物措施治理水土流失綜合措施的實(shí)施，流域內(nèi)植被覆蓋度增加，水土流失面積減小。協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)的有機(jī)結(jié)合，科技支撐，示范帶動(dòng)群眾植樹(shù)種草、發(fā)展蠶桑，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，糧食單產(chǎn)提高，農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，高效設(shè)施農(nóng)業(yè)和主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)得到強(qiáng)化，土地利用結(jié)構(gòu)得到調(diào)整并趨于合理，群眾的收入增長(zhǎng)幅度較大，人均年純收入由治理初期的1 063元增加到了2007年的1 950元以上[7]。

5 結(jié)論

(1)試驗(yàn)結(jié)果表明，針對(duì)地形地貌理采取相應(yīng)的生物措施，喬灌草空間配置合理，綜合治理水土流失效果顯著，并取得較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，提供了有益的技術(shù)示范。宜在同類(lèi)地區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)中推廣。

(2)生物措施治理水土流失屬較新的研究項(xiàng)目，具體深度研究、成效監(jiān)測(cè)等方面少有報(bào)告。通過(guò)對(duì)冉家溝試點(diǎn)區(qū)域的資源、環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r全面調(diào)查，并根據(jù)黃土高原不同地形地貘和立地條件類(lèi)型特點(diǎn)，對(duì)梁峁頂、梁峁坡、侵蝕溝緣、溝谷坡、溝谷底等不同生態(tài)治理類(lèi)型分區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)了相應(yīng)的生物措施。隨著生態(tài)空間修復(fù)力度加大、治理步伐加快，在技術(shù)、方法、模式上進(jìn)一步探索，篩選更合理的生物措施治理模式，獲得更佳的水土流失治理效果，為類(lèi)似地區(qū)推廣還有許多問(wèn)題亟待深入具體的研究。

(3) 現(xiàn)階段機(jī)構(gòu)改革賦予了林業(yè)部門(mén)新的職能和職責(zé)。實(shí)現(xiàn)新的職能轉(zhuǎn)換，盡快完成認(rèn)知轉(zhuǎn)變和技術(shù)更新，在生態(tài)空間治理中科學(xué)分析、實(shí)事求是遵循“因害設(shè)防，適地適樹(shù)”“宜林則林，宜灌則灌，宜草則草”原則，有針對(duì)性地優(yōu)化喬灌草空間配置，擴(kuò)展黃土高原溝壑區(qū)生態(tài)修復(fù)技術(shù)思路，提高造林種草作業(yè)設(shè)計(jì)水平，促進(jìn)防護(hù)林提質(zhì)增效和區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展。