楊 軍
(山西省水土保持科學(xué)研究所,山西太原030013)
山西省中陽(yáng)縣武家莊生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目,屬黃河水土保持生態(tài)工程建設(shè)項(xiàng)目之一。2005年5月,山西省水利廳以晉水保發(fā)[2005]20 號(hào)文向黃河上中游管理局報(bào)送了《中陽(yáng)縣黃河水土保持生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目工程初步設(shè)計(jì)》。2005年8月,黃河上中游管理局以黃規(guī)計(jì)發(fā)[2005]49 號(hào)文對(duì)其初步設(shè)計(jì)進(jìn)行了批復(fù),項(xiàng)目正式立項(xiàng)實(shí)施。根據(jù)項(xiàng)目批復(fù),中陽(yáng)縣水務(wù)局委托山西省水土保持科學(xué)研究所承擔(dān)了專(zhuān)項(xiàng)監(jiān)測(cè)任務(wù)。
1.1.1 地形地貌
項(xiàng)目區(qū)位于中陽(yáng)縣城西部45 km 處的武家莊鎮(zhèn),總面積95 km2。地貌類(lèi)型以黃土丘陵溝壑為主體,梁峁起伏,溝壑縱橫。最高海拔2 100 m,最低海拔890 m。溝壑密度4.2 km/km2。據(jù)坡度分級(jí)資料,15°以下的面積18.62 km2,占總面積的19.6%;15°—25°的面積34.01 km2,占35.8%;大于25°的面積42.37 km2,占44.6%。
1.1.2 氣象與水文
項(xiàng)目區(qū)屬溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候區(qū),冬季寒冷干燥,春季多風(fēng)少雨,夏季雨熱同步,秋季涼爽濕潤(rùn)。據(jù)縣氣象站1971—2000年觀(guān)測(cè)資料,多年平均氣溫8.2 ℃,極端最高氣溫35.6 ℃,極端最低氣溫-24.9 ℃,≥10 ℃的年積溫為3 150 ℃。年均降水量497.1 mm,大多集中在6—9月份,期間降水量占年降水量的73.6%。年均蒸發(fā)量1 990.6 mm,相對(duì)濕度55%,無(wú)霜期182 d,年日照時(shí)數(shù)2 724.9 h。年均風(fēng)速3.4 m/s,瞬時(shí)最大風(fēng)速21 m/s,年大風(fēng)日數(shù)21 d。
項(xiàng)目區(qū)水資源的補(bǔ)給主要依靠天然降水,豐枯年水量相差很大,河流均為季節(jié)性河流。多年平均水資源總量946.6 萬(wàn)m3,其中河川徑流量765.58 萬(wàn)m3,地下水資源量181.02 萬(wàn)m3。項(xiàng)目區(qū)每年利用地下水資源量26 萬(wàn)m3,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足群眾生產(chǎn)生活的需要。
1.1.3 土壤與植被
項(xiàng)目區(qū)的土壤主要以灰褐土、黃綿土為主,發(fā)育較差,易風(fēng)化,黏化過(guò)程微弱,結(jié)構(gòu)松散,有機(jī)質(zhì)含量不高,抗蝕力很弱。
項(xiàng)目區(qū)植被分布不均,沿分水嶺一帶有少量天然林,面積79.2 hm2,隨水流走向過(guò)渡為次生林、荒草地和耕地。植物種類(lèi)主要有油松、楊樹(shù)、樺樹(shù)及落葉灌木叢,經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種主要以核桃、蘋(píng)果為主。植被覆蓋度在30%左右。
項(xiàng)目區(qū)涉及武家莊鎮(zhèn)的武家莊、張家莊、棗坪、福祿峪、劉家圪垛、穆家莊等6 個(gè)行政村,總戶(hù)數(shù)395 戶(hù),總?cè)丝? 520 人,勞動(dòng)力380 個(gè),人口密度16 人/km2。共有耕地844.16 hm2,人均耕地0.56 hm2。
項(xiàng)目區(qū)主要以農(nóng)作物生產(chǎn)為主,單產(chǎn)較低,僅能達(dá)到糧食自給略有富余。據(jù)統(tǒng)計(jì),2004年底,糧食總產(chǎn)85.12 t,人均560 kg,農(nóng)民年人均純收入1 100 元,農(nóng)村經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值250.8 萬(wàn)元,其中:農(nóng)業(yè)產(chǎn)值70.22 萬(wàn)元,占28%;林業(yè)產(chǎn)值47.65 萬(wàn)元,占19%;牧業(yè)產(chǎn)值32.61 萬(wàn)元,占13%;工副業(yè)產(chǎn)值100.32 萬(wàn)元,占40%。由于項(xiàng)目區(qū)人少地多,荒草地面積大,所以林牧業(yè)發(fā)展?jié)摿^大。
項(xiàng)目區(qū)為黃河中游多沙粗沙區(qū),屬?lài)?guó)家劃定的水土流失重點(diǎn)治理區(qū)。土壤侵蝕類(lèi)型以水蝕為主,局部重力侵蝕亦較嚴(yán)重,汛期暴雨時(shí)經(jīng)常形成細(xì)溝、淺溝,甚至切溝。水土流失面積94.2 km2,占項(xiàng)目區(qū)總面積的99.2%,年均土壤侵蝕模數(shù)1.35萬(wàn)t/km2,年輸沙量127.17 萬(wàn)t。
嚴(yán)重的水土流失是自然因素與人為因素綜合影響的產(chǎn)物,特別是人們不合理的生產(chǎn)活動(dòng),如陡坡開(kāi)荒、毀林毀草、順坡耕作、過(guò)度放牧等,是形成水土流失的主要誘因。多年來(lái),為了治理水土流失,發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn),項(xiàng)目區(qū)大力開(kāi)展了以基本農(nóng)田建設(shè)和林草植被恢復(fù)為主的綜合治理。據(jù)2006年底的土地利用現(xiàn)狀調(diào)查資料,累計(jì)建設(shè)梯田502.3 hm2、壩地168.0 hm2、灘地88.6 hm2,營(yíng)造水土保持防護(hù)林6 567.12 hm2(包括天然林79.2 hm2),人工種草504.06 hm2,發(fā)展果園經(jīng)濟(jì)林766.7 hm2,累計(jì)治理面積8 517.58 hm2(不計(jì)天然林),治理度達(dá)90.4%。治理度雖然很高,但從治理措施來(lái)看,水土保持防護(hù)林的比例占到76.2%,這些林地,由于多種原因,毀壞較為嚴(yán)重,大多數(shù)為疏林地,所以很難起到水土保持作用。
根據(jù)項(xiàng)目批復(fù)與計(jì)劃安排,要求2006、2007年完成生態(tài)修復(fù)所有任務(wù),但在2008年仍要進(jìn)行水土保持生態(tài)修復(fù)效益監(jiān)測(cè)。
據(jù)2006年8月14日和2007年6月28日山西省水利廳水保局下達(dá)的投資計(jì)劃,2年間共需完成生態(tài)修復(fù)面積64.3 km2,樹(shù)立封育標(biāo)志碑100 座,人工造林533.74 hm2,疏林人工補(bǔ)植554.90 hm2,人工種草55.97 hm2,人工撫育林地568.91 hm2。根據(jù)西安黃河監(jiān)理公司2006、2007年的工程建設(shè)監(jiān)理資料,人工造林、人工種草、人工補(bǔ)植和人工撫育措施的折算系數(shù)均達(dá)到90%以上,批復(fù)的生態(tài)修復(fù)工程計(jì)劃已經(jīng)全部完成,個(gè)別指標(biāo)甚至超額完成。另外,為強(qiáng)化水土保持生態(tài)修復(fù)宣傳,還建大型標(biāo)志碑1 座。
原計(jì)劃2006年新建徑流小區(qū)2 個(gè)(小區(qū)長(zhǎng)20 m、寬5 m),配套建設(shè)集流池2 個(gè),新建小流域量水堰1 座,購(gòu)置水工251 型流速儀2 臺(tái)。由于計(jì)劃下達(dá)較晚,所以當(dāng)年沒(méi)有開(kāi)工建設(shè),僅購(gòu)置了儀器設(shè)備,并通過(guò)野外實(shí)地考察,在王家圪塔和高家莊選定了新建的徑流小區(qū)觀(guān)測(cè)場(chǎng)地,在王家圪塔溝選定了小流域量水堰建設(shè)地址,同時(shí)進(jìn)行了小流域的土地利用現(xiàn)狀調(diào)查。2007年5月完成了2 處徑流小區(qū)與1 處測(cè)流堰的設(shè)施建設(shè),并開(kāi)始觀(guān)測(cè)產(chǎn)流產(chǎn)沙情況。
3.1.1 王家圪塔小區(qū)
王家圪塔小區(qū)地類(lèi)為撂荒地,坡度20°,種有苜蓿,但出苗不全,長(zhǎng)有一些天然雜草,2007、2008年7月中旬觀(guān)測(cè)的植被覆蓋率分別為45%和49%。
從觀(guān)測(cè)資料可知,王家圪塔小區(qū)2007、2008年共發(fā)生了21次徑流(見(jiàn)表1),產(chǎn)流降雨量分別為221.2 和298.5 mm,占當(dāng)年降水量的40.8%和84.8%。從表1 可以看出:2年平均,王家圪塔撂荒地小區(qū)年均徑流總量為4.057 m3,年均徑流模數(shù)為40 570 m3/km2;年均產(chǎn)沙總量0.452 5 t,年均土壤侵蝕模數(shù)為4 525 t/km2。對(duì)照山西省水保所多年來(lái)的坡耕地觀(guān)測(cè)資料,徑流量提高1.08 倍,土壤侵蝕量下降33.0%。由此來(lái)看,實(shí)行生態(tài)自然修復(fù)后,地表植被得到了有效恢復(fù),控制水土流失效果較好。徑流量較大的原因,主要是撂荒地多年未耕作,土壤較密實(shí),暴雨不易很快入滲。
3.1.2 高家莊小區(qū)
高家莊小區(qū)地類(lèi)為荒草地(荒山荒坡),坡度16°,天然雜草叢生,2007、2008年7月下旬觀(guān)測(cè)植被覆蓋率分別為60%和65%。
從觀(guān)測(cè)資料可知,高家莊小區(qū)2007、2008年共發(fā)生了15 次徑流(見(jiàn)表2)。產(chǎn)流降雨量分別為305.4 和64.8 mm,占當(dāng)年降水量的56.4%和11.7%。從表2 可以看出:2年平均,高家莊荒草地小區(qū)年均徑流總量3.436 m3,年均徑流模數(shù)為34 360 m3/km2;年均產(chǎn)沙總量0.107 1 t,年均土壤侵蝕模數(shù)為1 071 t/km2。對(duì)照山西省水保所多年來(lái)的自然荒坡觀(guān)測(cè)資料,徑流量減少14.2%,土壤侵蝕量減少96.1%。說(shuō)明實(shí)行生態(tài)自然修復(fù)后,地表植被得到了有效恢復(fù),控制水土流失效果良好。徑流量較大的原因,主要是荒草地土體較密實(shí),暴雨時(shí)極易產(chǎn)流。由于植被覆蓋率高,所以土壤侵蝕量大大減少。
表1 王家圪塔小區(qū)2007、2008年徑流泥沙觀(guān)測(cè)計(jì)算成果
表2 高家莊小區(qū)2007、2008年徑流泥沙觀(guān)測(cè)計(jì)算成果
小流域選在王家圪塔溝,流域面積0.195 km2。據(jù)調(diào)查,流域的土地利用現(xiàn)狀為:梯田4.30 hm2,占22.05%;溝壩地0.43 hm2,占2.21%;果園3.20 hm2,占16.41%;荒草地10.97 hm2,占56.26%;裸土陡崖0.6 hm2,占3.08%。治理度為40.7%,自然荒坡的植被覆蓋率達(dá)60%~70%。2007、2008年,王家圪塔溝共發(fā)生了21 次徑流(見(jiàn)表3)。
據(jù)表3 分析,王家圪塔溝2007、2008年年均徑流總量為3 822 m3,年均徑流模數(shù)為19 600 m3/km2;年均產(chǎn)沙量241.2 t,土壤侵蝕模數(shù)為1 236.9 t/km2。對(duì)照山西省水保所多年來(lái)的王家溝流域觀(guān)測(cè)資料,徑流量減少31.2%,土壤侵蝕量減少92.2%。從分析計(jì)算結(jié)果可知,流域的年徑流量和輸沙量均較少。其原因:一是流域的治理程度較高,治理措施發(fā)揮了攔蓄功能;二是封禁使大面積的荒坡植被得以自然恢復(fù),對(duì)控制水土流失發(fā)揮了重要作用;三是雨型多為中到大雨,沒(méi)有暴雨,且降水歷時(shí)較長(zhǎng),雨強(qiáng)較小,故徑流量和輸沙量均較小。
表3 王家圪塔溝2007、2008年徑流泥沙觀(guān)測(cè)計(jì)算成果
從2007、2008年2年的水土保持效益監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看,實(shí)施生態(tài)自然修復(fù)后植被覆蓋率明顯提高,水土保持效益明顯。
(1)王家圪塔撂荒地小區(qū)年均徑流總量為4.057 m3,年均徑流模數(shù)為40 570 m3/km2;年均產(chǎn)沙總量0.452 5 t,年均土壤侵蝕模數(shù)為4 525 t/km2。對(duì)照山西省水保所多年來(lái)的坡耕地觀(guān)測(cè)資料,徑流量提高1.08 倍,但土壤侵蝕量下降33.0%。
(2)高家莊荒草地小區(qū)年均徑流總量3.436 m3,年均徑流模數(shù)為34 360 m3/km2;年均產(chǎn)沙總量0.107 1 t,年均土壤侵蝕模數(shù)為1 071 t/km2。對(duì)照山西省水保所多年來(lái)的自然荒坡觀(guān)測(cè)資料,徑流量減少14.2%,土壤侵蝕量減少96.1%。
(3)王家圪塔溝年均徑流總量為3 822 m3,年均徑流模數(shù)為19 600 m3/km2;年均產(chǎn)沙量241.2 t,土壤侵蝕模數(shù)為1 236.9 t/km2。對(duì)照山西省水保所多年來(lái)的王家溝流域觀(guān)測(cè)資料,徑流量減少31.2%,土壤侵蝕量減少92.2%。
2年的水土保持效益監(jiān)測(cè)資料,雖然也能說(shuō)明一些問(wèn)題,但由于歷時(shí)較短,難免帶有一定的偶然性。因此,應(yīng)進(jìn)行較長(zhǎng)系列的觀(guān)測(cè),只有這樣才能真正揭示生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目區(qū)的水土保持效果。