趙秀蘭，張 富，張金霞，張宏奎，王玲莉

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，730070，蘭州；2.甘肅中和育生態(tài)環(huán)境咨詢中心，730030，蘭州；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院，730070，蘭州；4.崇信縣林業(yè)技術(shù)推廣站，744200，甘肅平?jīng)?

黃土高原是我國(guó)水土流失的重點(diǎn)治理區(qū)，嚴(yán)重的水土流失造成生態(tài)平衡失調(diào)、土地資源破壞、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境惡化，制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，是導(dǎo)致區(qū)域貧困的重要原因之一[1-2]。馬寧等[3]研究表明，在黃土丘陵溝壑區(qū)小流域泥沙侵蝕量中溝谷地占73%，溝間地占27%。坡溝系統(tǒng)既是治理生態(tài)環(huán)境的基本單元，又是區(qū)域侵蝕產(chǎn)沙的主要源地[4]，所以侵蝕溝道治理在小流域水土流失治理中，具有重要意義。眾多專家學(xué)者在溝道侵蝕治理工作方面做了大量的研究和實(shí)踐工作，劉彥隨等[5]提出“干-支-毛”分層防控、“渠-堤-壩”系統(tǒng)配套、“喬-灌-草”科學(xué)搭配的溝道治理技術(shù)體系。高若武等[6]等提出溝頭防護(hù)、護(hù)岸工程及溝道防護(hù)林措施體系。畢華興等[7]對(duì)黃土高塬溝壑區(qū)南小河溝的“三道防線”治理模式進(jìn)行細(xì)化，在溝坡發(fā)展地埂經(jīng)濟(jì)林、刺槐護(hù)坡林與耕地牧草相結(jié)合的溝坡防護(hù)措施配置模式；在溝谷布設(shè)反坡臺(tái)、植物固溝林、谷坊群、防沖林為主體的溝谷防護(hù)措施配置模式。雖然在侵蝕溝道治理方面有許多治理典型，但缺乏深入的理論探討，尤其在植物措施與立地條件配置方面，所以常出現(xiàn)“小老樹(shù)”和植物“三低”現(xiàn)象[8]，使水土保持措施效益發(fā)揮受到限制。侵蝕溝道的環(huán)境資源位是指在侵蝕溝道實(shí)際存在的環(huán)境資源所構(gòu)成的多維空間中，能夠被植物措施占據(jù)、利用或適應(yīng)的環(huán)境資源。如何從溝道環(huán)境資源位與植物生態(tài)需求位匹配入手研究水土保持植物措施布設(shè)，在理論上進(jìn)行適地適樹(shù)定量化研究，使立地條件與植物種相互適應(yīng)，提高水土保持植物措施效益、深化治理典型成果，形成侵蝕溝道植物措施對(duì)位配置模式，是侵蝕溝道治理工作中亟待解決的問(wèn)題，具有普遍的指導(dǎo)意義。

筆者參考小流域坡面對(duì)位配置模式[9]，以生態(tài)位理論為指導(dǎo)，通過(guò)對(duì)小流域侵蝕溝道不同部位環(huán)境資源位、不同植物種生態(tài)需求位進(jìn)行分析科學(xué)確定植物措施與工程措施組合，提出小流域侵蝕溝道水土保持植物措施配置模式及技術(shù)，為溝道治理措施的選擇及措施間科學(xué)配置提供理論依據(jù)，以指導(dǎo)黃土高原小流域溝道水土流失治理的實(shí)踐。

1 研究區(qū)概況

甘肅黃土高原地區(qū)位于甘肅省中東部，西北黃土高原的西部，西至烏鞘嶺和青海，東鄰陜西，南以迭山、西秦嶺分水嶺為界，北接寧夏。地理位置位于E 100°43′～108°42′，N 33°6′～37°39′。區(qū)內(nèi)大部被黃土覆蓋，只有少量的土石山地區(qū)，黃土厚度一般為10～300 m，海拔在1 000～3 000 m之間，地勢(shì)西北高向東南低，溝壑密度1.8～2.5 km/km2之間，平均為2.13 km/km2。年降水量為500～650 mm，年內(nèi)降水分配不均，土壤主要以黃綿土、黑壚土為主。植被為暖溫帶森林草原，天然森林植被稀少，天然草本植被不連片地分布在溝谷和山坡，植被覆蓋度為10%～70%[10]。該區(qū)域包括黃土丘陵溝壑第三、五副區(qū)和黃土高塬溝壑區(qū)(簡(jiǎn)稱“丘三區(qū)”“丘五區(qū)”和“高塬區(qū)”，下同)，溝道侵蝕特征為溝壑縱橫、梁峁(塬)起伏、地形破碎、坡陡溝深、溝道比降大、植被稀疏，支溝多處在發(fā)育階段，暴雨徑流使溝床下切、溝頭延伸、溝岸崩塌滑坡，溝道內(nèi)土壤類型主要以黃綿土和紅土為主。

在甘肅黃土高原區(qū)選擇自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況、水土保持工作開(kāi)展情況及溝道特征等方面均具有代表性，有較長(zhǎng)的監(jiān)測(cè)資料序列，開(kāi)展過(guò)多項(xiàng)試驗(yàn)研究課題，有較為全面的流域治理資料和相對(duì)便利的交通條件的流域作為侵蝕溝道植物措施對(duì)位配置研究的典型小流域，主要為丘三區(qū)的羅玉溝、呂二溝；丘五區(qū)的安家溝、稱溝河和高塬區(qū)的南小河溝流域。

2 指標(biāo)與方法

1)侵蝕溝道不同地形部位的環(huán)境資源位分析與計(jì)算。以溝道部位、坡向、坡度、土壤類型以及土壤水分狀況等不同地形部位間差異顯著的環(huán)境因子為指標(biāo)，對(duì)侵蝕溝道立地條件類型進(jìn)行劃分。基于氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)和不同類型侵蝕溝道的坡向、坡度、海拔等下墊面條件，采用氣象學(xué)統(tǒng)計(jì)[11]和空間插值法[12]，對(duì)侵蝕溝道的小氣候因子的分布規(guī)律及其數(shù)量變化進(jìn)行分析及計(jì)算，為環(huán)境資源位分析提供依據(jù)。

2)不同植物生態(tài)需求位分析。在現(xiàn)有資料的基礎(chǔ)上，查閱文獻(xiàn)資料[13-14]，了解植物種的生長(zhǎng)發(fā)育所需要的生態(tài)條件，主要包括：海拔、≥10 ℃有效積溫、降雨量、土壤含水量、全年日照時(shí)間、土壤含鹽量等因子的最低、最高和最適值。

3)植物種生態(tài)位適宜度計(jì)算。生態(tài)位適宜度指數(shù)反映區(qū)域現(xiàn)狀資源條件對(duì)發(fā)展需求的適宜程度，采用生態(tài)適宜度模型[8]，對(duì)侵蝕溝道立地條件下的植物種進(jìn)行生態(tài)適宜度的計(jì)算。

4)植物措施對(duì)位配置模式。對(duì)不同立地條件下的整地工程及植物種進(jìn)行適宜性分析，適宜度指數(shù)≥0.5的植物種生長(zhǎng)量較高[15]，生長(zhǎng)發(fā)育狀況表現(xiàn)良好。篩選出適宜度指數(shù)≥0.5的植物種進(jìn)行配置，提出植物措施對(duì)位配置模式。由于半干旱區(qū)自然降雨不能滿足植物生長(zhǎng)發(fā)育的需求，必須配套相應(yīng)的工程，通過(guò)降雨徑流的富集利用，滿足植物對(duì)水分的要求。

3 結(jié)果與分析

3.1 侵蝕溝道環(huán)境資源位分析

1)侵蝕溝道立地條件類型劃分。將研究區(qū)侵蝕溝道分為10種立地條件。立地條件主要以溝坡和溝臺(tái)地為主，溝臺(tái)地以陰陽(yáng)坡的不同分為Ⅰ和Ⅱ，溝坡以坡向、坡度、土壤類型和土壤水分不同分為Ⅲ至Ⅹ，結(jié)果詳見(jiàn)表1。10種立地類型中第Ⅰ至Ⅵ立地類型的水分條件良好，而后4種在陽(yáng)坡上的水分條件為差，土壤類型主要有紅土和黃土2類。

表1 小流域溝道立地條件類型劃分表Tab.1 Classification table of site condition types of erosion gullies in small watershed

2)侵蝕溝道環(huán)境資源位分析。安家溝(丘五區(qū))小流域地形小氣候研究表明，氣溫、地溫、水氣壓、相對(duì)濕度、風(fēng)速5項(xiàng)地形小氣候因子中，除了風(fēng)速、相對(duì)濕度外，其余因子在陰坡、陽(yáng)坡和溝底3個(gè)部位均隨著月份有規(guī)律性變化，無(wú)顯著差異。由于地形對(duì)風(fēng)的抬升作用，隨坡位抬升風(fēng)速增大，且陽(yáng)坡高于陰坡。溝底相對(duì)濕度較其他部位為高，氣溫在整個(gè)溝道內(nèi)變化較小，水汽壓隨地形高度的上升而降低，降水差異較小。2 m土層內(nèi)土壤含水率在同一坡向上不同地形部位無(wú)顯著差異；不同坡向上同一部位差異顯著，陰坡比陽(yáng)坡平均多蓄水70.5 mm。

對(duì)不同溝道類型的有效積溫、全年日照的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2，可知，在坡度相同時(shí)，陽(yáng)坡的全年日照時(shí)間和有效積溫明顯高于陰坡；在不同種類型區(qū)，全年日照時(shí)間丘三區(qū)>高塬區(qū)>丘五區(qū)，積溫值丘三區(qū)>丘五區(qū)>高塬區(qū)。

表2 不同立地條件類型環(huán)境資源位Tab.2 Environmental resource level of different site condition type

3.2 植物生態(tài)需求位分析

選取研究區(qū)常見(jiàn)的39種植物分析生態(tài)需求位，部分結(jié)果見(jiàn)表3。不同植物種對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境的需求不同，白皮松(Pinusbungeana)在海拔500～2 000 m范圍內(nèi)適宜生長(zhǎng)，披堿草(Elymusdahuricus)在450～4 500 m范圍內(nèi)可以生長(zhǎng)，從低海拔到高海拔地區(qū)都有分布；葡萄(Vitisvinifera)生長(zhǎng)的海拔最適值是400～600 m，土壤含水量的最適值是15%～17.5%，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性較差；白皮松比較抗旱，在土壤含水量5%～7.5%最適宜生長(zhǎng)，紅三葉(Trifoliumpratense)最適宜的耐鹽含量為0.25%，超過(guò)0.6%則沒(méi)法生長(zhǎng)，老芒麥(Elymussibiricus)最適宜的積溫范圍700～800 ℃。所以在溝道配置植物措施時(shí)要根據(jù)植物種的生態(tài)需求位進(jìn)行配置，才能夠提高植物種的成活率，達(dá)到水土保持的目的。

表3 部分適宜植物生態(tài)需求位Tab.3 Ecological demand level of partially suitable plant

3.3 植物種生態(tài)適宜度計(jì)算及對(duì)位配置模式

對(duì)10種立地條件下的植物種進(jìn)行生態(tài)適宜度的計(jì)算，部分結(jié)果見(jiàn)表4。同種區(qū)域不同立地條件下，植物的生態(tài)適宜度不同，油松(Pinustabuliformis)、毛白楊(Populustomentosa)在丘三區(qū)第Ⅰ種立地條件下適宜度指數(shù)分別為0.456 6、0.916 8，而在第Ⅱ立地條件下為0.921 5、0.682 4，表明油松在丘三區(qū)第Ⅱ種立地條件下更適宜生長(zhǎng)，毛白楊則在第Ⅰ種立地條件下更適宜。不同類型區(qū)相同立地條件下同種植物的生態(tài)適宜度差異明顯，油松在丘五區(qū)、高塬區(qū)第Ⅰ種立地條件下的適宜度指數(shù)為0.452 3、0.240 3，說(shuō)明油松生態(tài)適宜性丘三區(qū)>丘五區(qū)>高塬區(qū)，毛白楊的生態(tài)適宜性丘三區(qū)>高塬區(qū)>丘五區(qū)；而在第Ⅱ種立地條件下，油松的適宜性丘三區(qū)>丘五區(qū)>高塬區(qū)；毛白楊的適宜性丘三區(qū)>高塬區(qū)>丘五區(qū)，毛白楊在丘三區(qū)和高塬區(qū)更適宜生長(zhǎng)。

表4 環(huán)境資源位與植物生態(tài)需求位宜度指數(shù)Tab.4 Suitability index on environmental resource level and plant ecological demand level

根據(jù)環(huán)境資源位與植物生態(tài)需求位適宜度指數(shù)計(jì)算結(jié)果，篩選出適宜度指數(shù)≥0.5的植物種進(jìn)行對(duì)位配置，根據(jù)GB/T 16453—2008《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范》確定不同立地條件下的整地工程，對(duì)降雨徑流進(jìn)行富集，主要為反坡臺(tái)、臺(tái)地、水平階、魚(yú)鱗坑和穴狀整地。部分結(jié)果見(jiàn)表5。白皮松在丘三區(qū)適宜性較好，但在丘五區(qū)和高塬區(qū)適宜性太差；第Ⅳ、Ⅵ、Ⅷ和Ⅹ種立地類型下適宜生長(zhǎng)的植物種較少，只有耐旱耐瘠薄樹(shù)種適宜配置，其余類型適宜植物種較多。在坡度較小，土地較平緩的溝臺(tái)地可以種植喬木，并配套反坡臺(tái)、水平階等整地工程，提高植物的成活率和生長(zhǎng)量；在坡度較陡、且水分較差的地區(qū)，應(yīng)種植耐旱、抗瘠薄的植物種，并配套魚(yú)鱗坑及穴狀整地工程。

表5 不同立地條件類型適宜植物種及徑流聚集工程配置模式Tab.5 Suitable plant species for different types of site conditions and configuration mode of runoff aggregation engineering

3.4 結(jié)果驗(yàn)證與評(píng)價(jià)

在丘三區(qū)呂二溝、丘五區(qū)稱溝河及高塬溝壑區(qū)南小河溝流域?qū)Ρ?提出的配置模式進(jìn)行驗(yàn)證且做出適宜性評(píng)價(jià)。實(shí)地調(diào)查每個(gè)類型區(qū)存活年限較長(zhǎng)的白榆(Ulmuspumila)、山杏(Armeniacasibirica)、毛白楊、旱柳(Salixmatsudana)、側(cè)柏(Platycladusorientalis)、油松、刺槐(Robiniapseudoacacia)和紅柳(Tamarixramosissima)，結(jié)果如表6所示。

表6 對(duì)位配置結(jié)果驗(yàn)證表Tab.6 Verification of the alignment configuration result

由表可知，毛白楊在丘三區(qū)第Ⅲ種立地條件下的樹(shù)高是第Ⅴ種條件下的3.1倍，胸徑是2.0倍，適宜度指數(shù)較高，說(shuō)明毛白楊在第Ⅲ和Ⅴ種立地條件下適宜生長(zhǎng)，且在第Ⅲ種立地條件下生長(zhǎng)狀況優(yōu)于第Ⅴ種立地條件；紅柳在丘五區(qū)第Ⅳ種立地條件下的樹(shù)高是第Ⅸ種條件下的1.6倍，冠幅是1.2倍，均適宜生長(zhǎng)；在丘三區(qū)第Ⅶ種立地條件下，白榆樹(shù)高是山杏的1.4倍，胸徑是1.9倍，白榆和山杏均適宜生長(zhǎng)且白榆適宜度指數(shù)高于山杏，說(shuō)明白榆的生長(zhǎng)狀況更優(yōu)；刺槐在丘五區(qū)第Ⅵ種立地條件和高塬區(qū)第Ⅸ種立地條件下，適宜度較小，均不適宜生長(zhǎng)。結(jié)果表明在同種類型區(qū)，同種植物在立地條件較好的情況下生長(zhǎng)發(fā)育情況較好，適宜度指數(shù)高。

4 討論

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，由于地表下墊面對(duì)環(huán)境資源的再分配作用，使得侵蝕溝道不同地形部位的環(huán)境資源位產(chǎn)生顯著的差異，不同的環(huán)境資源條件只能滿足特定植物的生長(zhǎng)需求。在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，氣候、地形、植物生長(zhǎng)狀況會(huì)對(duì)土地生產(chǎn)潛力有很大影響[8]，植物生長(zhǎng)發(fā)育條件越好，生物量越大，消耗的土壤水分更多，會(huì)降低土地生產(chǎn)潛力，導(dǎo)致植物的生態(tài)適宜度降低，所以在侵蝕溝道中植物措施環(huán)境資源與植物生態(tài)需求對(duì)位配置時(shí)，還應(yīng)注意確定合理的造林處置密度，同時(shí)注意喬灌草的混交搭配，充分發(fā)揮植物間耗水量的自然調(diào)節(jié)和競(jìng)爭(zhēng)分配[16]。筆者僅從宏觀層面研究環(huán)境資源位的分布規(guī)律及植物種的生長(zhǎng)發(fā)育所需的生態(tài)條件，由于侵蝕溝道的立地條件分異大，影響因子復(fù)雜，還有許多微地形造成的變化因子沒(méi)有考慮，如溝道內(nèi)局部積水、局部地段土壤瘠薄、土壤鹽漬化嚴(yán)重等不利因素造成的影響還需進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論

筆者通過(guò)對(duì)黃土區(qū)侵蝕溝道環(huán)境資源位與植物生態(tài)需求位對(duì)位配置進(jìn)行研究，深入探討適地適樹(shù)定量化研究，提出侵蝕溝道水土保持植物措施對(duì)位配置模式。侵蝕溝道不同立地條件下環(huán)境資源位不同，在丘三區(qū)、丘五區(qū)和黃土高塬區(qū)，全年日照時(shí)間丘三區(qū)>高塬區(qū)>丘五區(qū)，有效積溫值丘三區(qū)>丘五區(qū)>高塬區(qū)。植物種對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境的生態(tài)需求也不相同，在溝臺(tái)地等環(huán)境資源位較好的立地條件類型下植物生態(tài)適宜度指數(shù)較高，適宜植物種類較多。在溝道配置植物措施時(shí)要根據(jù)植物種的生態(tài)需求條件選擇生態(tài)適宜度指數(shù)較高的植物種且應(yīng)配套相應(yīng)的整地工程，使溝道環(huán)境資源位與適宜的植物生態(tài)需求位相互配置，才能夠提高植物種的成活率，提高水土保持植物措施效益。對(duì)位配置模式的應(yīng)用具有良好的植物生長(zhǎng)發(fā)育效果，能為溝道治理措施的選擇及措施間科學(xué)配置提供理論依據(jù)。