李戰(zhàn)剛，姚 巍，劉 菁

(陜西省防護林建設工作站，西安 710082)

1 引言

多年來，筆者針對黃土高原溝壑區(qū)生態(tài)修復技術開展了廣泛的研究，在黃土高原抗旱造林、容器苗造林、大苗深栽、徑流林業(yè)等造林技術方面取得了一系列相對成熟的技術。但是，長期以來，在林業(yè)工程建設中，缺乏用植物生態(tài)學理論系統(tǒng)分析和研究植物空間配置，“因地制宜，適地適樹”原則落實不到位，注重喬木，忽視灌草；強調(diào)集中連片，忽視立地條件，在適宜草本植物發(fā)育和灌木生長的立地上盲目“造林”；有的無論陡坡緩坡、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)學原理，反映出喬灌草空間配置不合理、植被恢復穩(wěn)定性和適應性差、水土保持效果不佳等問題。如在黃土高原溝壑區(qū)，缺乏對小流域地貌細部的劃分，造林作業(yè)小班區(qū)劃不合理，只考慮陽坡、陰坡方位及上、中、下位置，而少有針對侵蝕嚴重的溝谷坡和侵蝕溝緣的技術措施。據(jù)對20世紀70年代以來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，攔沙量僅16.7%[1]。甚至更極端研究認為，整個黃河中游地區(qū)造林措施攔沙量不足1%[2]。這一度曾引起一些人對黃土高原生物治理前景的懷疑。

2003年，國家林業(yè)局確定在黃土高原溝壑區(qū)、贛南紅壤山地以及三峽庫區(qū)中低山丘陵紫色山丘三個水土流失非常嚴重的典型地區(qū)，開展“生物措施治理水土流失試點”。通過試點，探索生物措施治理水土流失技術模式，給同類地區(qū)提供生物措施治理水土流失經(jīng)驗和示范，并逐步向全國推廣。陜西省千陽縣試點工作于2003年正式啟動，陜西省林業(yè)勘察設計院受原國家林業(yè)局造林司和原陜西省林業(yè)廳造林處委托，承擔千陽縣試點項目實施方案編制。在無編制大綱和具體技術要求情況下，通過大量調(diào)研和方案比選論證，最終形成《陜西省千陽縣生物措施治理水土流失試點實施方案》(2004)[3]，并唯一通過國家林業(yè)局組織的專家評審。

本文借當前社會高度關注黃河流域生態(tài)保護和高質(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)劃設計新思路和技術方向，為擴展黃土高原溝壑區(qū)生態(tài)修復技術思路提供借鑒。“他山之石，可以攻玉”。

2 試驗區(qū)概況

千陽縣地處渭北黃土高原丘陵溝壑區(qū)西部，由山地、臺塬、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個水土流失重點縣之一。年平均氣溫10.8 ℃，≥10 ℃活動積溫3 477.9 ℃，年平均日照時數(shù)2 092.7 h，日照百分率47%，多年平均無霜期197 d(最長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%，夏秋暴雨多且強度大。

試驗區(qū)位于千陽縣南部柿溝鄉(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?！傲骸?、“峁”頂較平坦，多為農(nóng)耕地?！傲骸?、“峁”坡面以下，急轉成陡坡，一般坡度大于35°。主溝道長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，結構較緊，有明顯的碳酸鹽分離層，土壤有機質(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，喬木樹種以人工栽植的刺槐、側柏為主，天然次生林主要是少量的側柏、山楊林，灌木主要有荊條、黃薔薇、酸棗、胡枝子等，草本以蒿類、菅草、莎草等為主。

冉家溝村以農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)為主，2002年全村總人口1 340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。為推動縣域經(jīng)濟發(fā)展，2003年縣委、縣政府提出“穩(wěn)糧擴經(jīng)，強牧興桑”發(fā)展思路。

3 研究內(nèi)容和方法

國家林業(yè)局強調(diào)“生物措施治理水土流失試點”不是簡單的造林項目，在造林措施上要總結探索新的技術思路。采用生物措施治理水土流失是本項目的基本要求。

方案設計首先從做好前期本底調(diào)查開始，包括社會經(jīng)濟調(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)查并采樣測定土壤容重、總孔隙度、最大持水量等指標。其次，調(diào)整和優(yōu)化試驗區(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，遵循因害設防、因地制宜、適地適樹的原則，增強喬灌草空間配置的科學性、合理性和針對性，充分發(fā)揮多林種、多樹種、多層次生物群體的多功能和效益，不僅達到治理水土流失、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，為評估生物措施治理水土流失的有效性，方案設計了6處徑流場及典型地塊、典型農(nóng)戶，定點監(jiān)測水土流失變化及農(nóng)民經(jīng)濟效益變化。

3.1 土地資源現(xiàn)狀

試驗區(qū)土地總面積551.87 hm2,經(jīng)現(xiàn)地調(diào)查，共區(qū)劃157個小班，包括林地、草地、園地、農(nóng)耕地、荒山荒地和未利用地六個一級地類(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，試驗區(qū)水土流失面積551.87 hm2,其中：輕度66.64 hm2，中度393.33 hm2，強度70.90 hm2，極強度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系，坡耕地水土流失最為嚴重，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，有面蝕和溝蝕同時進行，但侵蝕強度明顯減弱。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、溝岸擴張。

表2 項目區(qū)坡度構成表

3.3 土地適應性評價

為遵循宜林則林、宜草則草的原則，對試驗區(qū)各地塊進行土地資源適應性評價[4](見表3)。各地塊土地等級在三至六級，其中，三級土地面積占2.3%，四級土地面積占73.2%，五級土地面積占21.2%，六級土地面積占3.3%，即除六級外基本適宜農(nóng)、林、牧業(yè)用地。

表3 土地資源評價等級表

3.4 立地類型劃分

立地類型是根據(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)、坡勢等)和土壤、植被、土地利用性質(zhì)等主導因子的適應性與技術措施的相似性進行劃分的。項目區(qū)共劃分10個立地類型。 在立地類型劃分的基礎上，根據(jù)立地類型的特點與質(zhì)量，按照因地制宜、因害設防、適地適樹的原則，相應制定10個適宜的造林類型(見表4)。

表4 立地類型與造林類型表

3.5 空間配置設計

在植物空間配置上，突出以優(yōu)化土地利用結構為基礎，以增強水土保持功能為根本，以生態(tài)經(jīng)濟型防護林體系建設為準則，遵循因害設防、因地制宜、適地適樹的原則，建設功能完善、生物學穩(wěn)定、生態(tài)經(jīng)濟高效的防護林體系。

采取學習借鑒、吸收、集成組裝現(xiàn)有成熟技術，充分考慮當?shù)剞r(nóng)村生產(chǎn)現(xiàn)狀和縣域經(jīng)濟發(fā)展特點，因地制宜，做好生態(tài)治理與生產(chǎn)發(fā)展的有機結合，實現(xiàn)試驗區(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，按照每頭?；?只羊需0.07 hm2草地開展人工種草，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，以營造灌草護溝、保塬為主要措施，改變以往造林時“一個樹種滿山跑”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:平坦、寬闊、地勢高，侵蝕以擊濺侵蝕為主，易受大風、干旱、低溫等自然災害侵襲，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)。遠村陡坡及梁峁頂部，栽植側柏、沙棘等適生喬灌，形成梁峁頂生物防護帶。

(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措施保護農(nóng)田，近村緩坡耕地地埂上栽植桑樹；梁峁坡上營造等高灌木帶，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，侵蝕強烈，治理措施可距溝緣2 m左右，采取水平階或魚鱗坑整地，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。樹種以沙棘、紫穗槐為主。

(4)溝谷坡:地形復雜，溝蝕、重力侵蝕強烈，陡坡地形破碎地段，大多為大于35°的陡坡，采用魚鱗坑等整地工程，營造以沙棘為主的護坡林；坡度稍緩坡面，整地營造經(jīng)濟林、用材林；深窄小支毛溝密植沙棘封溝，同時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張。對水土流失嚴重支溝修筑柳谷坊，攔截泥沙、廢渣和地表徑流。

表5 項目區(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

試驗區(qū)在生物措施治理水土流失時主要采取了喬灌草相結合的生物工程技術、侵蝕溝固溝護坡防護林體系建設技術、柳谷坊護溝攔沙濾水技術、封山育林技術、坡耕地筑埂種桑等技術。因地制宜、因害設防，建立了結構合理、高效穩(wěn)定的生物措施治理水土流失配置模式。三年試點結束，累計完成生物措施治理任務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287 m，修筑地埂36 855 m[5]。

針對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)田對照監(jiān)測土壤水分及徑流變化情況；設置8個固定標準地，調(diào)查監(jiān)測治理措施的效益指標變化效果；設置3組對照6個徑流小區(qū)，每個徑流小區(qū)5 m×20 m，每次雨停后半小時內(nèi)觀測，推算泥水總體積，測算泥沙含量。

4.1 土壤理化性質(zhì)分析比較

為了便于分析，將各類型的0-20，20-40，40-60 cm三層土壤樣品測定的結果進行平均計算。結果顯示，不同模式對土壤肥力質(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,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、治溝與治坡緊密結合，協(xié)調(diào)發(fā)展，互相促進，建成了完整的水土流失防御體系。通過調(diào)查流域土地利用現(xiàn)狀、土壤侵蝕主要類型和土壤侵蝕強度級別，根據(jù)徑流場的連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)以及固定樣地觀測資料，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)過治理后，試驗區(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 試驗區(qū)水土流失強度面積變化表

4.4 社會經(jīng)濟情況變化

通過生物措施治理水土流失綜合措施的實施，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)濟發(fā)展和生態(tài)保護的有機結合，科技支撐，示范帶動群眾植樹種草、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)結構得到優(yōu)化，高效設施農(nóng)業(yè)和主導產(chǎn)業(yè)得到強化，土地利用結構得到調(diào)整并趨于合理，群眾的收入增長幅度較大，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 結論

(1)試驗結果表明，針對地形地貌理采取相應的生物措施，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)濟和社會效益，提供了有益的技術示范。宜在同類地區(qū)規(guī)劃設計中推廣。

(2)生物措施治理水土流失屬較新的研究項目，具體深度研究、成效監(jiān)測等方面少有報告。通過對冉家溝試點區(qū)域的資源、環(huán)境、社會經(jīng)濟發(fā)展狀況全面調(diào)查，并根據(jù)黃土高原不同地形地貘和立地條件類型特點，對梁峁頂、梁峁坡、侵蝕溝緣、溝谷坡、溝谷底等不同生態(tài)治理類型分區(qū)規(guī)劃設計了相應的生物措施。隨著生態(tài)空間修復力度加大、治理步伐加快，在技術、方法、模式上進一步探索，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，為類似地區(qū)推廣還有許多問題亟待深入具體的研究。

(3) 現(xiàn)階段機構改革賦予了林業(yè)部門新的職能和職責。實現(xiàn)新的職能轉換，盡快完成認知轉變和技術更新，在生態(tài)空間治理中科學分析、實事求是遵循“因害設防，適地適樹”“宜林則林，宜灌則灌，宜草則草”原則，有針對性地優(yōu)化喬灌草空間配置，擴展黃土高原溝壑區(qū)生態(tài)修復技術思路，提高造林種草作業(yè)設計水平，促進防護林提質(zhì)增效和區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展。