黃土丘陵溝壑區(qū)生態(tài)修復(fù)和植物景觀營造模式與策略
——以鄭州市濱黃河區(qū)域?yàn)槔?/h1>
2022-06-23 03:15徐恩凱周梓瀅胡永歌田國行
風(fēng)景園林 2022年5期
徐恩凱 周梓瀅 胡永歌 田國行*
黨的十九大以來，生態(tài)文明建設(shè)成為新時代的主旋律，全社會對生態(tài)環(huán)境的重視提升到了前所未有的高度[1]，退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建、山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)等工作在全國范圍內(nèi)開展。黃河流域是中國重要的生態(tài)走廊和生態(tài)屏障，在中國生態(tài)安全方面具有非常重要的地位，保護(hù)黃河流域生態(tài)安全是事關(guān)中華民族偉大復(fù)興的千秋大計(jì)[2]。長期以來，濱黃河黃土丘陵溝壑區(qū)的地形破碎、溝壑縱橫、坡陡溝深、土體松軟易蝕、植被稀疏等問題[3]，嚴(yán)重制約了區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會的和諧發(fā)展，對黃河流域甚至國家生態(tài)安全構(gòu)成威脅。
從20世紀(jì)50年代開始，甘肅省定西市[4-5]、甘肅省齊家川示范區(qū)[6]、陜西省延安市[7]等地采取修建淤地壩[8]、生物（植被）工程、自然修復(fù)、土地優(yōu)化、山水林田湖草綜合治理等各種手段對黃土丘陵溝壑區(qū)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行整治，黃土丘陵溝壑區(qū)生態(tài)修復(fù)取得了明顯的效果[9-10]。圍繞黃土丘陵溝壑區(qū)水土保持和生態(tài)修復(fù)問題，專家學(xué)者們從不同角度提出了自己的解決方案。鄭曉敏[11]根據(jù)河南省黃土丘陵溝壑區(qū)地形地貌及水土流失情況，提出了該區(qū)植被恢復(fù)與重建過程中應(yīng)采取的關(guān)鍵技術(shù)措施。張莉等[12]針對河南省黃土丘陵溝壑區(qū)的植被恢復(fù)問題，探討了該區(qū)植被恢復(fù)與重建中樹種選擇的原則、不同立地類型區(qū)造林樹種和主要樹種的配置模式。陸佩毅[13]根據(jù)隴中市黃土丘陵溝壑區(qū)存在的生態(tài)和植被重建問題，提出了該區(qū)植被恢復(fù)與重建的對策及建議，對黃土高原水土流失防治措施的實(shí)施具有參考意義。裴衛(wèi)國[14]針對豫西黃土丘陵溝壑區(qū)水土流失嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境脆弱等生態(tài)問題，提出了該區(qū)的植被恢復(fù)與重建模式，為該區(qū)的生態(tài)建設(shè)提供參考。針對黃土丘陵溝壑區(qū)脆弱生境的生態(tài)環(huán)境問題，如何在重建與恢復(fù)植被的同時營造良好的植物景觀一直以來也是學(xué)者們積極研究和探索的課題。李團(tuán)勝等[15]針對不同的黃土高原區(qū)景觀生態(tài)特征提出了不同的景觀建設(shè)策略；花東文等[16]應(yīng)用GIS技術(shù)和景觀格局指數(shù)分析方法，對1978—2010年延河（黃河的一級支流）流域的土地利用景觀結(jié)構(gòu)特征、斑塊特征和空間格局的變化規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)分析，給黃土丘陵溝壑區(qū)土地資源的合理利用和生態(tài)環(huán)境的改善提供了理論依據(jù)。以上理論與實(shí)踐中，大多數(shù)學(xué)者主要關(guān)注不同立地條件下的樹種選擇，但較少涉及黃土丘陵溝壑區(qū)的生態(tài)功能分區(qū)以及不同生境類型的植物配置。
鄭州市濱黃河黃土丘陵溝壑區(qū)作為黃河流域生態(tài)保護(hù)、修復(fù)與重建的重點(diǎn)區(qū)域和關(guān)鍵地帶，是河南省黃河濕地公園群的重要過渡區(qū)域、黃河國家文化公園的重要載體以及河南省黃河流域國土空間規(guī)劃中“黃河生態(tài)保護(hù)帶”和森林河南生態(tài)建設(shè)規(guī)劃中“沿黃生態(tài)保育帶”的重要節(jié)點(diǎn)。對濱黃河黃土丘陵溝壑區(qū)實(shí)施生態(tài)修復(fù)，對于構(gòu)建沿黃生態(tài)屏障，增加黃河沿岸生態(tài)綠量，提升生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能和自我恢復(fù)能力，實(shí)現(xiàn)黃河流域生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)和高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。因此，在對濱黃河黃土丘陵溝壑區(qū)基本特征以及退化機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究黃土丘陵溝壑區(qū)中生態(tài)脆弱區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)能力和景觀重建情況，不僅是區(qū)域生態(tài)安全和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切需要，更是當(dāng)前生態(tài)文明建設(shè)中刻不容緩的工作。
本研究以國土空間生態(tài)修復(fù)理論和方法為指導(dǎo)，堅(jiān)持重在保護(hù)、要在治理的根本方針，堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展的基本原則[17]，結(jié)合山水林田湖草綜合治理的理念，基于實(shí)地調(diào)研，采用遙感技術(shù)和地理信息技術(shù)，以生態(tài)保護(hù)、生態(tài)修復(fù)為主要思路，以植被恢復(fù)為區(qū)域生態(tài)恢復(fù)的突破口，對鄭州市濱黃河黃土丘陵溝壑區(qū)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)和植物景觀營造模式和策略的探索，旨在打造黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展長廊，實(shí)現(xiàn)以自然生態(tài)要素為主體的鄭州大都市圈東西向綠色發(fā)展軸，構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局，為后期中國濱黃河黃土丘陵溝壑區(qū)的生態(tài)修復(fù)和植物景觀營造提供相關(guān)思路和參考。
1 研究區(qū)自然地理概況
研究區(qū)位于河南省鄭州市滎陽市北部，S312省道以北，黃河大堤以南，西望洛陽，南眺嵩山，北瀕黃河，東接鄭州，面積約104 km2。研究區(qū)屬于邙山余脈，中部高，南北低，塬、梁、峁、溝、坡相間，溝壑縱橫，地貌復(fù)雜，地形切割嚴(yán)重，既有丘陵特征，又有明顯的溝壑特點(diǎn)，是黃河中下游沖積平原典型的黃土丘陵溝壑地形地貌[12]。土壤類型包括褐土和潮土2個土類，普通褐土、潮褐土、褐土性土、黃潮土4個亞類[18]。研究區(qū)屬于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，植被區(qū)劃分為暖溫帶落葉闊葉林區(qū)，以刺槐（Robinia pseudoacacia）、泡桐（Paulownia fortunei）、白榆（Ulmus pumila）、臭椿（Ailanthus altissima）、毛白楊（Populus tomentosa）、旱柳（Salix matsudana）、荊條（Vitex negundovar.heterophylla）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、酸棗（Ziziphus jujubavar.spinosa）等鄉(xiāng)土植物為主[19]。
2 研究區(qū)現(xiàn)狀分析
黃土丘陵溝壑區(qū)作為中國水土流失治理和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的關(guān)鍵區(qū)域，自20世紀(jì)80年代以來，各級政府實(shí)施了退耕還林、荒山造林等一系列治理措施，使該區(qū)域植被得到了一定程度的恢復(fù)[20]。但由于黃土丘陵溝壑區(qū)特有的自然環(huán)境特征決定了實(shí)施生態(tài)修復(fù)的難度，同時由于山水林田湖草綜合治理體系的缺失以及在引入物種時沒有考慮植物的地帶性規(guī)律、生態(tài)位以及喬木、灌木、草本的種植面積比例，該區(qū)依然存在水土流失嚴(yán)重、植被覆蓋率低和生態(tài)系統(tǒng)失衡等問題。
2.1 水土流失嚴(yán)重
研究區(qū)屬于黃河沿岸地區(qū)，筆者通過對無人機(jī)影像進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該區(qū)地形崎嶇，溝壑縱橫，因?yàn)樽匀缓腿藶榛顒有纬纱竺娣e裸露邊坡、土質(zhì)疏松，同時每年7—8月份的暴雨沖刷給地表造成大量的裂縫破壞，導(dǎo)致該區(qū)水土流失嚴(yán)重，不僅使地表千瘡百孔、景觀效果差，而且使該區(qū)土地生產(chǎn)力下降，自然生態(tài)環(huán)境十分脆弱。
2.2 植被覆蓋率低
筆者通過實(shí)地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)原有喬木主要為刺槐，灌木主要為荊條、酸棗，草本 主 要 為 馬 唐（Digitaria sanguinalis）、牛筋 草（Eleusine indica）、狗 尾 草（Setaria viridis）、蒼耳（Xanthium strumarium）、葎草（Humulus scandens）、牽 牛（Ipomoea nil）、藜（Chenopodium album）等?？傮w而言，研究區(qū)植物群落結(jié)構(gòu)簡單，其中林地生產(chǎn)力低，植被覆蓋率低的區(qū)域主要位于坡度、高程變化較大的地形破碎地帶，導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)在水土保持、生物多樣性維持、景觀美化、水源涵養(yǎng)等生態(tài)服務(wù)功能上存在顯著差異。
2.3 生態(tài)系統(tǒng)失衡
研究區(qū)的地形相對平坦處大多為已建村莊和開墾的農(nóng)田，隨著鄭州市城市空間的擴(kuò)張，人為活動的入侵對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)造成了消極影響。表現(xiàn)為人類活動區(qū)域周邊土壤大面積裸露且植被難以存活、水土流失嚴(yán)重，景觀效果差。
3 研究區(qū)生態(tài)敏感性分析
通過實(shí)地調(diào)研和無人機(jī)拍攝，筆者發(fā)現(xiàn)了黃土丘陵溝壑區(qū)普遍存在的問題，而后運(yùn)用GIS空間分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)生態(tài)敏感性定量分析，并針對不同生境類型提出植物優(yōu)化配置模式，為黃土丘陵溝壑區(qū)的生態(tài)修復(fù)和植物景觀營造提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。
3.1 數(shù)據(jù)來源
生態(tài)敏感性分析能夠明確研究區(qū)可能發(fā)生的主要生態(tài)環(huán)境問題類型及其可能性大小。分析黃土丘陵溝壑區(qū)生態(tài)環(huán)境問題的形成機(jī)制及生態(tài)環(huán)境敏感性區(qū)域分布規(guī)律，是進(jìn)行黃土丘陵溝壑區(qū)不同生境類型生態(tài)修復(fù)和植物景觀營造的基礎(chǔ)。筆者選取高程、坡度、坡向、用地類型、可視域5個在生態(tài)敏感性上起主導(dǎo)作用的影響因子作為評價因子[21]，其中高程、坡度、坡向數(shù)據(jù)來源于ALOS 12.5 m數(shù)字高程模型（digital elevation model, DEM）和ArcGIS軟件分析，用地類型數(shù)據(jù)來源于2017年高分二號（GF-2）遙感影像和ArcGIS軟件分析，可視域數(shù)據(jù)來源于ArcGIS軟件和LSV軟件分析。
3.2 研究方法
以影響黃土丘陵溝壑區(qū)生境的生態(tài)敏感性程度大小作為等級劃分的標(biāo)準(zhǔn)，對在生態(tài)敏感性上起主導(dǎo)作用的影響因子進(jìn)行等級劃分，賦值為1~7，分別代表單因子的極低敏感區(qū)、低敏感區(qū)、中低敏感區(qū)、中敏感區(qū)、中高敏感區(qū)、高敏感區(qū)、極高敏感區(qū)（表1）。
表1 生態(tài)敏感性影響因子等級劃分Tab. 1 Grading of factors influencing ecological sensitivity
針對高程、坡度、坡向、用地類型、可視域5個影響因子構(gòu)建五階判斷矩陣（表2），在Yaahp軟件中利用層次分析法（analytic hierarchy process, AHP）計(jì)算出5個影響因子對應(yīng)的權(quán)重值和最大特征根值（5.27），隨后利用最大特征根值計(jì)算得到整合度置信區(qū)間（confidence interval, CI）值為0.061。結(jié)果表明，CI值通過了一致性檢驗(yàn)（CI值＜0.100），各影響因子的權(quán)重值計(jì)算方法科學(xué)可行[21]。
表2 生態(tài)敏感性影響因子五階判斷矩陣Tab. 2 Fifth-order judgment matrix of factors influencing ecological sensitivity
3.3 生態(tài)敏感性影響因子等級劃分
利用ArcGIS的空間分析模塊功能依次對高程、坡度、坡向、用地類型和可視域因子的生態(tài)敏感性進(jìn)行等級劃分，并繪制各單因子現(xiàn)狀特征分布圖（圖1）。結(jié)合實(shí)地調(diào)研以及DEM數(shù)據(jù)得到研究區(qū)高程，最低為48 m，最高為242 m，將高程劃分為7個等級，分類節(jié)點(diǎn)為80、110、140、170、200、230 m（圖1-1）；結(jié)合實(shí)地勘察以及無人機(jī)影像，對研究區(qū)復(fù)雜的坡度進(jìn)行劃分，分類節(jié)點(diǎn)為3°、7°、12°、20°、30°、40°（圖1-2）；結(jié)合無人機(jī)影像，將研究區(qū)的坡向劃分為平面、北坡、東北坡、東坡、東南坡、南坡、西南坡、西坡、西北坡①（圖1-3）；結(jié)合2017年高分二號遙感影像數(shù)據(jù)將研究區(qū)用地類型劃分為喬木林、灌木林、草地、農(nóng)田、水體、裸地和建設(shè)用地（圖1-4）?？梢曈蚍治隹梢苑从滁S土丘陵溝壑區(qū)沿路的視覺敏感性變化，基于遙感影像數(shù)據(jù)對研究區(qū)主干路網(wǎng)定位并將觀察點(diǎn)沿路網(wǎng)均勻布設(shè)，結(jié)合DEM數(shù)據(jù)作為可視域分析的數(shù)據(jù)源，輸出結(jié)果代表研究區(qū)各個位置能被觀察點(diǎn)觀察到的觀察點(diǎn)個數(shù)。由于黃土丘陵溝壑區(qū)水土流失嚴(yán)重，可視區(qū)域的生態(tài)環(huán)境受到一定的積極保護(hù)而呈現(xiàn)相對平衡，而不可視區(qū)域的生態(tài)環(huán)境問題往往被忽視，植物群落的結(jié)構(gòu)趨于簡單化，土地生產(chǎn)力較低，容易退化為裸土地，生態(tài)敏感性較高。對研究區(qū)的可視域進(jìn)行劃分，以52、153、292、468、669、907個為分類節(jié)點(diǎn)（圖1-5）。
圖1 生態(tài)敏感性影響因子分析Analysis of factors influencing ecological sensitivity1-1 高程分析Analysis of elevation1-2 坡度分析Analysis of slope1-3 坡向分析Analysis of slope aspect1-4 用地類型分析Analysis of land use type1-5 可視域分析Analysis of visibility area
3.4 研究區(qū)生態(tài)敏感性評價
根據(jù)生態(tài)敏感性多因素綜合評價模型[22]，將5個單因子生態(tài)敏感性數(shù)值結(jié)合Yaahp軟件確定的權(quán)重進(jìn)行空間疊加分析（圖2），加權(quán)求和的結(jié)果值越高，表明研究區(qū)的生態(tài)敏感性越高。結(jié)果表明，研究區(qū)總體生態(tài)敏感性偏高，生態(tài)敏感性較高區(qū)域主要分布于黃土丘陵溝壑區(qū)高程較高、坡度較陡的濱河區(qū)域，現(xiàn)狀多為自然林地、地形變化豐富的丘陵地帶，植物類型主要為灌木以及草本，可視域較低，生態(tài)系統(tǒng)易受干擾和破壞，植物群落易走向消亡，鼓勵該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境以保護(hù)為主，嚴(yán)格布控土地利用，優(yōu)先進(jìn)行還林育林，充分發(fā)揮其最大生態(tài)效益。研究區(qū)南部區(qū)域整體生態(tài)敏感性相對較低，生態(tài)系統(tǒng)較為穩(wěn)定，地勢相對平坦，用地類型以農(nóng)田和喬木林為主，鼓勵該區(qū)域推進(jìn)一、三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，將農(nóng)田風(fēng)光與自然觀光相結(jié)合，促進(jìn)研究區(qū)農(nóng)牧業(yè)和旅游業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
圖2 研究區(qū)生態(tài)敏感性分析Analysis of ecological sensitivity in the study area
4 黃土丘陵溝壑區(qū)生態(tài)修復(fù)和植物景觀營造模式和策略
依據(jù)上述綜合分析結(jié)果，以生態(tài)修復(fù)和植物景觀營造為主線，從生態(tài)功能分區(qū)、植物空間配置模式、典型生境植物景觀營造策略3個方面，針對性地提出黃土丘陵溝壑區(qū)黃土塬、黃土梁、黃土峁和黃土溝谷四大類典型生境的規(guī)劃策略與植物配置方案。
4.1 生態(tài)功能分區(qū)
基于河南省生態(tài)功能區(qū)劃、建設(shè)規(guī)劃綱要、鄭州市自然本底現(xiàn)狀等，結(jié)合生態(tài)敏感性分析，將研究區(qū)分為高敏感性區(qū)、中敏感性區(qū)、低敏感性區(qū)，對不同敏感性地區(qū)進(jìn)行不同生態(tài)功能的建設(shè)引導(dǎo)，采取不同生態(tài)管控措施和修復(fù)力度。將低敏感性地區(qū)規(guī)劃為一般建設(shè)區(qū)，面積約為27.6 km2，主要分布于研究區(qū)南側(cè)，占總面積的26.6%，對人為活動有一定的耐受性，允許一定強(qiáng)度的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，此生態(tài)功能區(qū)應(yīng)采取保護(hù)天然林、營造人工林等措施以防治土地退化。將中敏感性地區(qū)規(guī)劃為景觀營造區(qū)，面積約為51.5 km2，穿插分布于一般建設(shè)區(qū)中，占總面積的49.7%，此生態(tài)功能區(qū)應(yīng)在生態(tài)保護(hù)的前提下，構(gòu)建綠色基礎(chǔ)設(shè)施，滿足城市居民游憩需求，對于有損生態(tài)修復(fù)的開發(fā)建設(shè)活動應(yīng)嚴(yán)令禁止。將高敏感地區(qū)規(guī)劃為修復(fù)保育區(qū)，面積約為24.6 km2，占總面積的23.7%，堅(jiān)持以自然恢復(fù)為主、人工修復(fù)為輔的中心思想，嚴(yán)禁一切形式的開發(fā)建設(shè)活動（圖3）。
圖3 研究區(qū)生態(tài)功能分區(qū)Ecological function division in the study area
4.2 植物空間配置模式
根據(jù)研究區(qū)的生態(tài)敏感性分析和生態(tài)功能分區(qū)，結(jié)合景觀視覺效益、植被生態(tài)習(xí)性和土地利用現(xiàn)狀，將植物空間配置模式主要劃分為五大類，13個子類（表3，圖4）。
圖4 研究區(qū)植物空間配置模式圖Schematic diagram of plant space allocation modes in the study area
表3 研究區(qū)植物空間配置模式分類Tab. 3 Classification of plant space allocation mode in the study area
綜合生態(tài)功能分區(qū)與植物空間配置模式，建立適合鄭州市濱黃河黃土丘陵溝壑區(qū)的生態(tài)修復(fù)體系，從空間布局上對黃土丘陵溝壑區(qū)全域進(jìn)行植物配置優(yōu)化，一方面是對黃土丘陵溝壑區(qū)受損的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行有力宏觀調(diào)控，另一方面也為典型生境植物景觀營造提供參考。
4.3 典型生境植物景觀營造策略
4.3.1 典型生境劃分
利用精度為0.8 m的高分二號遙感影像，結(jié)合實(shí)地調(diào)研和查閱資料，根據(jù)研究區(qū)地形地貌條件將其生境類型劃分為黃土塬、黃土梁、黃土峁和黃土溝谷四大類[23]。
1）黃土塬。黃土塬代表了黃土的最高堆積面，其頂面平坦而寬闊，邊緣傾斜3°~5°，周圍是較深的溝谷。黃土塬又可分為臺塬和破碎塬，臺塬指斷陷盆地中發(fā)育的塬，破碎塬則代表河流高階地形成的塬。
2）黃土梁。黃土梁是一長條黃土丘陵地帶，梁頂傾斜3°~10°是斜梁，梁頂平坦的是平梁，山丘形和馬鞍形交替分布的梁稱為峁梁。
3）黃土峁。黃土峁為溝谷分割的穹狀或饅頭狀黃土丘。峁頂?shù)拿娣e不大，以3°~10°向四周傾斜，并逐漸過渡成坡度為15°~35°的峁坡。若干個峁大體排列在一條線上的為連續(xù)峁，單個的叫孤立峁。
4）黃土溝谷。黃土溝谷可劃分為黃土溝坡和谷地2種類型，其中黃土溝坡地貌復(fù)雜，依照光照條件分類，可分為陰坡和陽坡；依照坡度分類，可分為緩坡（＜45°），陡坡（45°~75°），以及陡坎（＞75°），坡度越大，立地條件越差。谷地夾于兩溝坡之間，主要是溝谷流水侵蝕和坡面黃土物質(zhì)移動的結(jié)果，水分條件比黃土溝坡更好。
4.3.2 植物景觀營造
植被恢復(fù)是黃土丘陵溝壑區(qū)生態(tài)恢復(fù)的重要環(huán)節(jié)之一，水資源是黃土丘陵溝壑區(qū)植被恢復(fù)的主要限制性因子[20]，同時研究區(qū)內(nèi)處于不同坡面和海拔的生境會形成不同的光照、氣溫、降水、土壤特性和植被分布格局?；谝陨戏治?，在宏觀上參考生態(tài)功能分區(qū)以及典型生境劃分，匹配出不同生境類型所適宜的植物空間配置模式。
1）黃土塬植物配置。黃土塬部分地形平坦，塬面土壤侵蝕程度較低，土壤含水程度適中，適合種植經(jīng)濟(jì)固土型林草，以改善該區(qū)域生態(tài)環(huán)境以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，植物配置選用模式Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，以期形成多功能、多效益的農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。
2）黃土梁和黃土峁植物配置。黃土梁以及黃土峁是黃土丘陵溝壑區(qū)分布最廣泛的地貌類型，長期經(jīng)受嚴(yán)重的水土流失，生態(tài)平衡嚴(yán)重失調(diào)，適宜選用深根性或者側(cè)根發(fā)達(dá)的樹種，適當(dāng)輔以適應(yīng)性強(qiáng)、抗性強(qiáng)、具有耐貧瘠耐干旱等生態(tài)特性的固土保水型植物。相對較緩坡面可進(jìn)行梯田化，種植經(jīng)濟(jì)樹種，植物配置選用模式Ⅲ、Ⅳ，在保證抗風(fēng)固土的生態(tài)效果和層次分明的景觀效果的同時，最大限度提高土地利用率和生產(chǎn)率。
3）黃土溝谷植物配置。黃土溝谷分為黃土溝坡和谷地，依據(jù)光照條件，又可以將黃土溝坡分為溝陽坡、溝陰坡，針對不同生境選取了不同植物（圖5）。
圖5 黃土溝谷地貌以及植物景觀剖面圖Sectional diagram of landform and plant landscape of loess gully
①溝陽坡。溝陽坡光照相對充足，植物種植以具有固坡護(hù)土效益的陽性耐旱林草為主。基于坡度，通過不同的植物配置模式，改善局部土壤水分狀況，進(jìn)而影響整個坡面生態(tài)，促進(jìn)植物的生長與繁衍。其中坡度＜45°的陽緩坡的植物配置選用模式Ⅲ-2、Ⅲ-3；坡度在45°~75°的陽陡坡的植物配置選用模式Ⅰ-2、Ⅰ-3、Ⅱ-2、Ⅱ-3；坡度＞75°的陽陡坎的植物配置選用模式Ⅰ-2、Ⅰ-3，以藤本類植物為主。
②溝陰坡。溝陰坡比陽坡土壤含水量更高，立地條件相對較好，通過不同植物組合配置和群落構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)溝陰坡水土保持和景觀效果的提升。其中坡度＜45°的陰緩坡的植物配置選用模式Ⅲ-1、Ⅲ-2；坡度在45°~75°的陰陡坡的植物配置選用模式Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅱ-1、Ⅱ-2，植物選擇以灌木和草本為主，結(jié)合藤本類植物；坡度＞75°的陰陡坎的植物配置選用模式Ⅰ-1、Ⅰ-2。
③谷地。谷地地勢較低，土壤含水量相對較高，但是由于侵蝕作用強(qiáng)烈，溝谷兩側(cè)塌陷較重，所選植物作用主要在于減緩溝坡以及溝道的侵蝕，因此應(yīng)選用根系發(fā)達(dá)、密集的植物進(jìn)行固土，其植物配置選用模式Ⅲ。
4）典型生境植物選取。適地適樹是植樹造林的基本原則，是決定造林成敗的關(guān)鍵[24]。生態(tài)建設(shè)的實(shí)踐表明，黃土丘陵溝壑區(qū)植被建設(shè)，應(yīng)根據(jù)立地條件與植物的生物、生態(tài)和群落學(xué)特性，營造以地帶性植物優(yōu)勢種為主、伴生種為輔的群落結(jié)構(gòu)[25]。筆者依據(jù)現(xiàn)場植物資源調(diào)研結(jié)果和已有研究對造林樹種抗旱水分生理指標(biāo)的測定，在充分挖掘和利用當(dāng)?shù)刂参镔Y源的基礎(chǔ)上，根據(jù)研究區(qū)氣候、土壤、地形、地貌等特征，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[21,26-28]篩選生態(tài)位寬度大、林分穩(wěn)定性高、景觀視覺效果佳的植物作為研究區(qū)植物景觀營造的基調(diào)植物（表4）。
表4 典型生境植物配置名錄Tab. 4 Plant allocation list for typical habitats
同時，受研究區(qū)立地條件的影響，對于黃土溝坡來說，在溝坡頂不宜種植大型喬木，種植抗風(fēng)耐旱的小喬木和灌木相對較適宜。陰坡與陽坡坡面上部可種植喬木、灌木、草本植物，坡度較陡則以灌木、草本植物為主，坡面中部混植喬木、灌木植物，可將坡面下部修成梯田發(fā)展種植業(yè)或營造防護(hù)林。溝底水分相對較為充足，可滿足各類喬木、灌木、草本植物的生長需求。而坡向、坡位對草本植物生長影響不大，因此草本植物適宜在不同立地種植[25]。
因此，在微觀上依據(jù)優(yōu)勢植物生態(tài)習(xí)性的差異和不同立地條件下植物配置的適宜性，得出不同生境類型的植物配置名錄。
5 討論與總結(jié)
本研究通過大量的理論積累和實(shí)踐研究，以生態(tài)修復(fù)為切入點(diǎn)，針對鄭州市濱黃河黃土丘陵溝壑區(qū)生境現(xiàn)狀，從規(guī)劃層面，提出黃土丘陵溝壑生態(tài)功能區(qū)植物空間配置修復(fù)體系，包括五大類、13個子類的植物空間配置模式。從設(shè)計(jì)層面，提出四大類生境類型的植物景觀營造策略，為今后濱黃河黃土丘陵溝壑區(qū)相似立地條件的脆弱生境營造和景觀重建提供參考。
在研究對象選取方面，鄭州市濱黃河黃土丘陵溝壑區(qū)地貌條件具有典型性，包括所有黃土丘陵溝壑區(qū)典型地貌，原始信息豐富全面；在植物景觀營造效果方面，基于實(shí)地調(diào)研以及生態(tài)功能區(qū)植物空間配置模式，對四大生境類型提出了具體的植物配置模式建議，從理論上可實(shí)現(xiàn)各個植物類型在水平或垂直配置上錯落有序，在生態(tài)功能與效應(yīng)方面各顯其能。下一步還需在樣地選取和數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的設(shè)置上增加實(shí)地樣本數(shù)量，建立更多具有代表性的觀測站，長期開展黃土丘陵溝壑區(qū)植物群落特征和多種生態(tài)因子監(jiān)測工作，結(jié)合生理與生態(tài)實(shí)驗(yàn)開展相關(guān)研究，以期準(zhǔn)確預(yù)測黃土丘陵溝壑區(qū)植被的動態(tài)變化特征和發(fā)展趨勢，為不同生境類型的景觀優(yōu)化和經(jīng)營管理提供科學(xué)依據(jù)。
黃土丘陵溝壑區(qū)裸露地表及脆弱生境的修復(fù)是長期性、系統(tǒng)性工作，在推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、建立人-地耦合系統(tǒng)的影響下，需要更加注重人與自然之間的相互作用，后續(xù)研究還應(yīng)加入土壤養(yǎng)分、氣候環(huán)境、人為干擾強(qiáng)度等因子[29]，從保護(hù)對象識別、調(diào)適植物組合模式、功能和組分的補(bǔ)充與完善、干擾下的植物變化規(guī)律等方面開展深入研究，進(jìn)一步完善脆弱生境的調(diào)控理論和實(shí)踐體系，實(shí)現(xiàn)黃土丘陵溝壑區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。
注釋(Note)：
① 面朝正北方向設(shè)為0°，順時針旋轉(zhuǎn)一周為360°，依次劃分為北坡（0°~22.5°和＞337.5°~360°）、東北坡（＞22.5°~67.5°）、東坡（＞67.5°~112.5°）、東南坡（＞112.5°~157.5°）、南坡（＞157.5°~202.5°）、西南坡（＞202.5°~247.5°）、西坡（＞247.5°~292.5°）、西北坡（＞292.5°~337.5°）。平面沒有坡向概念，也不存在對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度。
猜你喜歡
CT聯(lián)合CA199、CA50檢測用于胰腺癌診斷的敏感性與特異性探討現(xiàn)代儀器與醫(yī)療(2022年4期)2022-10-08 基于InVEST模型的延安市生境質(zhì)量時空變化分析農(nóng)業(yè)與技術(shù)(2022年15期)2022-08-15 鹽分對不同生境海三棱藨草種子萌發(fā)的影響種子(2022年2期)2022-03-21 新媒體時代培養(yǎng)記者新聞敏感性的策略記者觀察·下旬刊(2019年12期)2019-09-10 適宜丘陵山區(qū)發(fā)展板栗生產(chǎn)的關(guān)鍵措施農(nóng)家科技下旬刊(2017年7期)2017-08-22 丘陵地區(qū)棗樹栽培及管理技術(shù)之我見科學(xué)與財富(2016年32期)2017-03-04 西部丘陵地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)村的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)之路農(nóng)家科技下旬刊(2016年12期)2017-02-14 基于多元線性回歸分析的冬季鳥類生境選擇研究中國科技縱橫(2016年15期)2016-12-29 何為鹽敏感性高血壓大家健康(2016年8期)2016-12-26 瞳孔大，決策力差戀愛婚姻家庭·養(yǎng)生版(2015年2期)2015-05-14
徐恩凱 周梓瀅 胡永歌 田國行*
黨的十九大以來，生態(tài)文明建設(shè)成為新時代的主旋律，全社會對生態(tài)環(huán)境的重視提升到了前所未有的高度[1]，退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建、山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)等工作在全國范圍內(nèi)開展。黃河流域是中國重要的生態(tài)走廊和生態(tài)屏障，在中國生態(tài)安全方面具有非常重要的地位，保護(hù)黃河流域生態(tài)安全是事關(guān)中華民族偉大復(fù)興的千秋大計(jì)[2]。長期以來，濱黃河黃土丘陵溝壑區(qū)的地形破碎、溝壑縱橫、坡陡溝深、土體松軟易蝕、植被稀疏等問題[3]，嚴(yán)重制約了區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會的和諧發(fā)展，對黃河流域甚至國家生態(tài)安全構(gòu)成威脅。
從20世紀(jì)50年代開始，甘肅省定西市[4-5]、甘肅省齊家川示范區(qū)[6]、陜西省延安市[7]等地采取修建淤地壩[8]、生物（植被）工程、自然修復(fù)、土地優(yōu)化、山水林田湖草綜合治理等各種手段對黃土丘陵溝壑區(qū)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行整治，黃土丘陵溝壑區(qū)生態(tài)修復(fù)取得了明顯的效果[9-10]。圍繞黃土丘陵溝壑區(qū)水土保持和生態(tài)修復(fù)問題，專家學(xué)者們從不同角度提出了自己的解決方案。鄭曉敏[11]根據(jù)河南省黃土丘陵溝壑區(qū)地形地貌及水土流失情況，提出了該區(qū)植被恢復(fù)與重建過程中應(yīng)采取的關(guān)鍵技術(shù)措施。張莉等[12]針對河南省黃土丘陵溝壑區(qū)的植被恢復(fù)問題，探討了該區(qū)植被恢復(fù)與重建中樹種選擇的原則、不同立地類型區(qū)造林樹種和主要樹種的配置模式。陸佩毅[13]根據(jù)隴中市黃土丘陵溝壑區(qū)存在的生態(tài)和植被重建問題，提出了該區(qū)植被恢復(fù)與重建的對策及建議，對黃土高原水土流失防治措施的實(shí)施具有參考意義。裴衛(wèi)國[14]針對豫西黃土丘陵溝壑區(qū)水土流失嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境脆弱等生態(tài)問題，提出了該區(qū)的植被恢復(fù)與重建模式，為該區(qū)的生態(tài)建設(shè)提供參考。針對黃土丘陵溝壑區(qū)脆弱生境的生態(tài)環(huán)境問題，如何在重建與恢復(fù)植被的同時營造良好的植物景觀一直以來也是學(xué)者們積極研究和探索的課題。李團(tuán)勝等[15]針對不同的黃土高原區(qū)景觀生態(tài)特征提出了不同的景觀建設(shè)策略；花東文等[16]應(yīng)用GIS技術(shù)和景觀格局指數(shù)分析方法，對1978—2010年延河（黃河的一級支流）流域的土地利用景觀結(jié)構(gòu)特征、斑塊特征和空間格局的變化規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)分析，給黃土丘陵溝壑區(qū)土地資源的合理利用和生態(tài)環(huán)境的改善提供了理論依據(jù)。以上理論與實(shí)踐中，大多數(shù)學(xué)者主要關(guān)注不同立地條件下的樹種選擇，但較少涉及黃土丘陵溝壑區(qū)的生態(tài)功能分區(qū)以及不同生境類型的植物配置。
鄭州市濱黃河黃土丘陵溝壑區(qū)作為黃河流域生態(tài)保護(hù)、修復(fù)與重建的重點(diǎn)區(qū)域和關(guān)鍵地帶，是河南省黃河濕地公園群的重要過渡區(qū)域、黃河國家文化公園的重要載體以及河南省黃河流域國土空間規(guī)劃中“黃河生態(tài)保護(hù)帶”和森林河南生態(tài)建設(shè)規(guī)劃中“沿黃生態(tài)保育帶”的重要節(jié)點(diǎn)。對濱黃河黃土丘陵溝壑區(qū)實(shí)施生態(tài)修復(fù)，對于構(gòu)建沿黃生態(tài)屏障，增加黃河沿岸生態(tài)綠量，提升生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能和自我恢復(fù)能力，實(shí)現(xiàn)黃河流域生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)和高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。因此，在對濱黃河黃土丘陵溝壑區(qū)基本特征以及退化機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究黃土丘陵溝壑區(qū)中生態(tài)脆弱區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)能力和景觀重建情況，不僅是區(qū)域生態(tài)安全和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切需要，更是當(dāng)前生態(tài)文明建設(shè)中刻不容緩的工作。
本研究以國土空間生態(tài)修復(fù)理論和方法為指導(dǎo)，堅(jiān)持重在保護(hù)、要在治理的根本方針，堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展的基本原則[17]，結(jié)合山水林田湖草綜合治理的理念，基于實(shí)地調(diào)研，采用遙感技術(shù)和地理信息技術(shù)，以生態(tài)保護(hù)、生態(tài)修復(fù)為主要思路，以植被恢復(fù)為區(qū)域生態(tài)恢復(fù)的突破口，對鄭州市濱黃河黃土丘陵溝壑區(qū)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)和植物景觀營造模式和策略的探索，旨在打造黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展長廊，實(shí)現(xiàn)以自然生態(tài)要素為主體的鄭州大都市圈東西向綠色發(fā)展軸，構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局，為后期中國濱黃河黃土丘陵溝壑區(qū)的生態(tài)修復(fù)和植物景觀營造提供相關(guān)思路和參考。
1 研究區(qū)自然地理概況
研究區(qū)位于河南省鄭州市滎陽市北部，S312省道以北，黃河大堤以南，西望洛陽，南眺嵩山，北瀕黃河，東接鄭州，面積約104 km2。研究區(qū)屬于邙山余脈，中部高，南北低，塬、梁、峁、溝、坡相間，溝壑縱橫，地貌復(fù)雜，地形切割嚴(yán)重，既有丘陵特征，又有明顯的溝壑特點(diǎn)，是黃河中下游沖積平原典型的黃土丘陵溝壑地形地貌[12]。土壤類型包括褐土和潮土2個土類，普通褐土、潮褐土、褐土性土、黃潮土4個亞類[18]。研究區(qū)屬于北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，植被區(qū)劃分為暖溫帶落葉闊葉林區(qū)，以刺槐（Robinia pseudoacacia）、泡桐（Paulownia fortunei）、白榆（Ulmus pumila）、臭椿（Ailanthus altissima）、毛白楊（Populus tomentosa）、旱柳（Salix matsudana）、荊條（Vitex negundovar.heterophylla）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、酸棗（Ziziphus jujubavar.spinosa）等鄉(xiāng)土植物為主[19]。
2 研究區(qū)現(xiàn)狀分析
黃土丘陵溝壑區(qū)作為中國水土流失治理和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的關(guān)鍵區(qū)域，自20世紀(jì)80年代以來，各級政府實(shí)施了退耕還林、荒山造林等一系列治理措施，使該區(qū)域植被得到了一定程度的恢復(fù)[20]。但由于黃土丘陵溝壑區(qū)特有的自然環(huán)境特征決定了實(shí)施生態(tài)修復(fù)的難度，同時由于山水林田湖草綜合治理體系的缺失以及在引入物種時沒有考慮植物的地帶性規(guī)律、生態(tài)位以及喬木、灌木、草本的種植面積比例，該區(qū)依然存在水土流失嚴(yán)重、植被覆蓋率低和生態(tài)系統(tǒng)失衡等問題。
2.1 水土流失嚴(yán)重
研究區(qū)屬于黃河沿岸地區(qū)，筆者通過對無人機(jī)影像進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該區(qū)地形崎嶇，溝壑縱橫，因?yàn)樽匀缓腿藶榛顒有纬纱竺娣e裸露邊坡、土質(zhì)疏松，同時每年7—8月份的暴雨沖刷給地表造成大量的裂縫破壞，導(dǎo)致該區(qū)水土流失嚴(yán)重，不僅使地表千瘡百孔、景觀效果差，而且使該區(qū)土地生產(chǎn)力下降，自然生態(tài)環(huán)境十分脆弱。
2.2 植被覆蓋率低
筆者通過實(shí)地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)原有喬木主要為刺槐，灌木主要為荊條、酸棗，草本 主 要 為 馬 唐（Digitaria sanguinalis）、牛筋 草（Eleusine indica）、狗 尾 草（Setaria viridis）、蒼耳（Xanthium strumarium）、葎草（Humulus scandens）、牽 牛（Ipomoea nil）、藜（Chenopodium album）等?？傮w而言，研究區(qū)植物群落結(jié)構(gòu)簡單，其中林地生產(chǎn)力低，植被覆蓋率低的區(qū)域主要位于坡度、高程變化較大的地形破碎地帶，導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)在水土保持、生物多樣性維持、景觀美化、水源涵養(yǎng)等生態(tài)服務(wù)功能上存在顯著差異。
2.3 生態(tài)系統(tǒng)失衡
研究區(qū)的地形相對平坦處大多為已建村莊和開墾的農(nóng)田，隨著鄭州市城市空間的擴(kuò)張，人為活動的入侵對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)造成了消極影響。表現(xiàn)為人類活動區(qū)域周邊土壤大面積裸露且植被難以存活、水土流失嚴(yán)重，景觀效果差。
3 研究區(qū)生態(tài)敏感性分析
通過實(shí)地調(diào)研和無人機(jī)拍攝，筆者發(fā)現(xiàn)了黃土丘陵溝壑區(qū)普遍存在的問題，而后運(yùn)用GIS空間分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)生態(tài)敏感性定量分析，并針對不同生境類型提出植物優(yōu)化配置模式，為黃土丘陵溝壑區(qū)的生態(tài)修復(fù)和植物景觀營造提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。
3.1 數(shù)據(jù)來源
生態(tài)敏感性分析能夠明確研究區(qū)可能發(fā)生的主要生態(tài)環(huán)境問題類型及其可能性大小。分析黃土丘陵溝壑區(qū)生態(tài)環(huán)境問題的形成機(jī)制及生態(tài)環(huán)境敏感性區(qū)域分布規(guī)律，是進(jìn)行黃土丘陵溝壑區(qū)不同生境類型生態(tài)修復(fù)和植物景觀營造的基礎(chǔ)。筆者選取高程、坡度、坡向、用地類型、可視域5個在生態(tài)敏感性上起主導(dǎo)作用的影響因子作為評價因子[21]，其中高程、坡度、坡向數(shù)據(jù)來源于ALOS 12.5 m數(shù)字高程模型（digital elevation model, DEM）和ArcGIS軟件分析，用地類型數(shù)據(jù)來源于2017年高分二號（GF-2）遙感影像和ArcGIS軟件分析，可視域數(shù)據(jù)來源于ArcGIS軟件和LSV軟件分析。
3.2 研究方法
以影響黃土丘陵溝壑區(qū)生境的生態(tài)敏感性程度大小作為等級劃分的標(biāo)準(zhǔn)，對在生態(tài)敏感性上起主導(dǎo)作用的影響因子進(jìn)行等級劃分，賦值為1~7，分別代表單因子的極低敏感區(qū)、低敏感區(qū)、中低敏感區(qū)、中敏感區(qū)、中高敏感區(qū)、高敏感區(qū)、極高敏感區(qū)（表1）。
表1 生態(tài)敏感性影響因子等級劃分Tab. 1 Grading of factors influencing ecological sensitivity
針對高程、坡度、坡向、用地類型、可視域5個影響因子構(gòu)建五階判斷矩陣（表2），在Yaahp軟件中利用層次分析法（analytic hierarchy process, AHP）計(jì)算出5個影響因子對應(yīng)的權(quán)重值和最大特征根值（5.27），隨后利用最大特征根值計(jì)算得到整合度置信區(qū)間（confidence interval, CI）值為0.061。結(jié)果表明，CI值通過了一致性檢驗(yàn)（CI值＜0.100），各影響因子的權(quán)重值計(jì)算方法科學(xué)可行[21]。
表2 生態(tài)敏感性影響因子五階判斷矩陣Tab. 2 Fifth-order judgment matrix of factors influencing ecological sensitivity
3.3 生態(tài)敏感性影響因子等級劃分
利用ArcGIS的空間分析模塊功能依次對高程、坡度、坡向、用地類型和可視域因子的生態(tài)敏感性進(jìn)行等級劃分，并繪制各單因子現(xiàn)狀特征分布圖（圖1）。結(jié)合實(shí)地調(diào)研以及DEM數(shù)據(jù)得到研究區(qū)高程，最低為48 m，最高為242 m，將高程劃分為7個等級，分類節(jié)點(diǎn)為80、110、140、170、200、230 m（圖1-1）；結(jié)合實(shí)地勘察以及無人機(jī)影像，對研究區(qū)復(fù)雜的坡度進(jìn)行劃分，分類節(jié)點(diǎn)為3°、7°、12°、20°、30°、40°（圖1-2）；結(jié)合無人機(jī)影像，將研究區(qū)的坡向劃分為平面、北坡、東北坡、東坡、東南坡、南坡、西南坡、西坡、西北坡①（圖1-3）；結(jié)合2017年高分二號遙感影像數(shù)據(jù)將研究區(qū)用地類型劃分為喬木林、灌木林、草地、農(nóng)田、水體、裸地和建設(shè)用地（圖1-4）?？梢曈蚍治隹梢苑从滁S土丘陵溝壑區(qū)沿路的視覺敏感性變化，基于遙感影像數(shù)據(jù)對研究區(qū)主干路網(wǎng)定位并將觀察點(diǎn)沿路網(wǎng)均勻布設(shè)，結(jié)合DEM數(shù)據(jù)作為可視域分析的數(shù)據(jù)源，輸出結(jié)果代表研究區(qū)各個位置能被觀察點(diǎn)觀察到的觀察點(diǎn)個數(shù)。由于黃土丘陵溝壑區(qū)水土流失嚴(yán)重，可視區(qū)域的生態(tài)環(huán)境受到一定的積極保護(hù)而呈現(xiàn)相對平衡，而不可視區(qū)域的生態(tài)環(huán)境問題往往被忽視，植物群落的結(jié)構(gòu)趨于簡單化，土地生產(chǎn)力較低，容易退化為裸土地，生態(tài)敏感性較高。對研究區(qū)的可視域進(jìn)行劃分，以52、153、292、468、669、907個為分類節(jié)點(diǎn)（圖1-5）。
圖1 生態(tài)敏感性影響因子分析Analysis of factors influencing ecological sensitivity1-1 高程分析Analysis of elevation1-2 坡度分析Analysis of slope1-3 坡向分析Analysis of slope aspect1-4 用地類型分析Analysis of land use type1-5 可視域分析Analysis of visibility area
3.4 研究區(qū)生態(tài)敏感性評價
根據(jù)生態(tài)敏感性多因素綜合評價模型[22]，將5個單因子生態(tài)敏感性數(shù)值結(jié)合Yaahp軟件確定的權(quán)重進(jìn)行空間疊加分析（圖2），加權(quán)求和的結(jié)果值越高，表明研究區(qū)的生態(tài)敏感性越高。結(jié)果表明，研究區(qū)總體生態(tài)敏感性偏高，生態(tài)敏感性較高區(qū)域主要分布于黃土丘陵溝壑區(qū)高程較高、坡度較陡的濱河區(qū)域，現(xiàn)狀多為自然林地、地形變化豐富的丘陵地帶，植物類型主要為灌木以及草本，可視域較低，生態(tài)系統(tǒng)易受干擾和破壞，植物群落易走向消亡，鼓勵該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境以保護(hù)為主，嚴(yán)格布控土地利用，優(yōu)先進(jìn)行還林育林，充分發(fā)揮其最大生態(tài)效益。研究區(qū)南部區(qū)域整體生態(tài)敏感性相對較低，生態(tài)系統(tǒng)較為穩(wěn)定，地勢相對平坦，用地類型以農(nóng)田和喬木林為主，鼓勵該區(qū)域推進(jìn)一、三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，將農(nóng)田風(fēng)光與自然觀光相結(jié)合，促進(jìn)研究區(qū)農(nóng)牧業(yè)和旅游業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
圖2 研究區(qū)生態(tài)敏感性分析Analysis of ecological sensitivity in the study area
4 黃土丘陵溝壑區(qū)生態(tài)修復(fù)和植物景觀營造模式和策略
依據(jù)上述綜合分析結(jié)果，以生態(tài)修復(fù)和植物景觀營造為主線，從生態(tài)功能分區(qū)、植物空間配置模式、典型生境植物景觀營造策略3個方面，針對性地提出黃土丘陵溝壑區(qū)黃土塬、黃土梁、黃土峁和黃土溝谷四大類典型生境的規(guī)劃策略與植物配置方案。
4.1 生態(tài)功能分區(qū)
基于河南省生態(tài)功能區(qū)劃、建設(shè)規(guī)劃綱要、鄭州市自然本底現(xiàn)狀等，結(jié)合生態(tài)敏感性分析，將研究區(qū)分為高敏感性區(qū)、中敏感性區(qū)、低敏感性區(qū)，對不同敏感性地區(qū)進(jìn)行不同生態(tài)功能的建設(shè)引導(dǎo)，采取不同生態(tài)管控措施和修復(fù)力度。將低敏感性地區(qū)規(guī)劃為一般建設(shè)區(qū)，面積約為27.6 km2，主要分布于研究區(qū)南側(cè)，占總面積的26.6%，對人為活動有一定的耐受性，允許一定強(qiáng)度的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，此生態(tài)功能區(qū)應(yīng)采取保護(hù)天然林、營造人工林等措施以防治土地退化。將中敏感性地區(qū)規(guī)劃為景觀營造區(qū)，面積約為51.5 km2，穿插分布于一般建設(shè)區(qū)中，占總面積的49.7%，此生態(tài)功能區(qū)應(yīng)在生態(tài)保護(hù)的前提下，構(gòu)建綠色基礎(chǔ)設(shè)施，滿足城市居民游憩需求，對于有損生態(tài)修復(fù)的開發(fā)建設(shè)活動應(yīng)嚴(yán)令禁止。將高敏感地區(qū)規(guī)劃為修復(fù)保育區(qū)，面積約為24.6 km2，占總面積的23.7%，堅(jiān)持以自然恢復(fù)為主、人工修復(fù)為輔的中心思想，嚴(yán)禁一切形式的開發(fā)建設(shè)活動（圖3）。
圖3 研究區(qū)生態(tài)功能分區(qū)Ecological function division in the study area
4.2 植物空間配置模式
根據(jù)研究區(qū)的生態(tài)敏感性分析和生態(tài)功能分區(qū)，結(jié)合景觀視覺效益、植被生態(tài)習(xí)性和土地利用現(xiàn)狀，將植物空間配置模式主要劃分為五大類，13個子類（表3，圖4）。
圖4 研究區(qū)植物空間配置模式圖Schematic diagram of plant space allocation modes in the study area
表3 研究區(qū)植物空間配置模式分類Tab. 3 Classification of plant space allocation mode in the study area
綜合生態(tài)功能分區(qū)與植物空間配置模式，建立適合鄭州市濱黃河黃土丘陵溝壑區(qū)的生態(tài)修復(fù)體系，從空間布局上對黃土丘陵溝壑區(qū)全域進(jìn)行植物配置優(yōu)化，一方面是對黃土丘陵溝壑區(qū)受損的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行有力宏觀調(diào)控，另一方面也為典型生境植物景觀營造提供參考。
4.3 典型生境植物景觀營造策略
4.3.1 典型生境劃分
利用精度為0.8 m的高分二號遙感影像，結(jié)合實(shí)地調(diào)研和查閱資料，根據(jù)研究區(qū)地形地貌條件將其生境類型劃分為黃土塬、黃土梁、黃土峁和黃土溝谷四大類[23]。
1）黃土塬。黃土塬代表了黃土的最高堆積面，其頂面平坦而寬闊，邊緣傾斜3°~5°，周圍是較深的溝谷。黃土塬又可分為臺塬和破碎塬，臺塬指斷陷盆地中發(fā)育的塬，破碎塬則代表河流高階地形成的塬。
2）黃土梁。黃土梁是一長條黃土丘陵地帶，梁頂傾斜3°~10°是斜梁，梁頂平坦的是平梁，山丘形和馬鞍形交替分布的梁稱為峁梁。
3）黃土峁。黃土峁為溝谷分割的穹狀或饅頭狀黃土丘。峁頂?shù)拿娣e不大，以3°~10°向四周傾斜，并逐漸過渡成坡度為15°~35°的峁坡。若干個峁大體排列在一條線上的為連續(xù)峁，單個的叫孤立峁。
4）黃土溝谷。黃土溝谷可劃分為黃土溝坡和谷地2種類型，其中黃土溝坡地貌復(fù)雜，依照光照條件分類，可分為陰坡和陽坡；依照坡度分類，可分為緩坡（＜45°），陡坡（45°~75°），以及陡坎（＞75°），坡度越大，立地條件越差。谷地夾于兩溝坡之間，主要是溝谷流水侵蝕和坡面黃土物質(zhì)移動的結(jié)果，水分條件比黃土溝坡更好。
4.3.2 植物景觀營造
植被恢復(fù)是黃土丘陵溝壑區(qū)生態(tài)恢復(fù)的重要環(huán)節(jié)之一，水資源是黃土丘陵溝壑區(qū)植被恢復(fù)的主要限制性因子[20]，同時研究區(qū)內(nèi)處于不同坡面和海拔的生境會形成不同的光照、氣溫、降水、土壤特性和植被分布格局?；谝陨戏治?，在宏觀上參考生態(tài)功能分區(qū)以及典型生境劃分，匹配出不同生境類型所適宜的植物空間配置模式。
1）黃土塬植物配置。黃土塬部分地形平坦，塬面土壤侵蝕程度較低，土壤含水程度適中，適合種植經(jīng)濟(jì)固土型林草，以改善該區(qū)域生態(tài)環(huán)境以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，植物配置選用模式Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，以期形成多功能、多效益的農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。
2）黃土梁和黃土峁植物配置。黃土梁以及黃土峁是黃土丘陵溝壑區(qū)分布最廣泛的地貌類型，長期經(jīng)受嚴(yán)重的水土流失，生態(tài)平衡嚴(yán)重失調(diào)，適宜選用深根性或者側(cè)根發(fā)達(dá)的樹種，適當(dāng)輔以適應(yīng)性強(qiáng)、抗性強(qiáng)、具有耐貧瘠耐干旱等生態(tài)特性的固土保水型植物。相對較緩坡面可進(jìn)行梯田化，種植經(jīng)濟(jì)樹種，植物配置選用模式Ⅲ、Ⅳ，在保證抗風(fēng)固土的生態(tài)效果和層次分明的景觀效果的同時，最大限度提高土地利用率和生產(chǎn)率。
3）黃土溝谷植物配置。黃土溝谷分為黃土溝坡和谷地，依據(jù)光照條件，又可以將黃土溝坡分為溝陽坡、溝陰坡，針對不同生境選取了不同植物（圖5）。
圖5 黃土溝谷地貌以及植物景觀剖面圖Sectional diagram of landform and plant landscape of loess gully
①溝陽坡。溝陽坡光照相對充足，植物種植以具有固坡護(hù)土效益的陽性耐旱林草為主。基于坡度，通過不同的植物配置模式，改善局部土壤水分狀況，進(jìn)而影響整個坡面生態(tài)，促進(jìn)植物的生長與繁衍。其中坡度＜45°的陽緩坡的植物配置選用模式Ⅲ-2、Ⅲ-3；坡度在45°~75°的陽陡坡的植物配置選用模式Ⅰ-2、Ⅰ-3、Ⅱ-2、Ⅱ-3；坡度＞75°的陽陡坎的植物配置選用模式Ⅰ-2、Ⅰ-3，以藤本類植物為主。
②溝陰坡。溝陰坡比陽坡土壤含水量更高，立地條件相對較好，通過不同植物組合配置和群落構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)溝陰坡水土保持和景觀效果的提升。其中坡度＜45°的陰緩坡的植物配置選用模式Ⅲ-1、Ⅲ-2；坡度在45°~75°的陰陡坡的植物配置選用模式Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅱ-1、Ⅱ-2，植物選擇以灌木和草本為主，結(jié)合藤本類植物；坡度＞75°的陰陡坎的植物配置選用模式Ⅰ-1、Ⅰ-2。
③谷地。谷地地勢較低，土壤含水量相對較高，但是由于侵蝕作用強(qiáng)烈，溝谷兩側(cè)塌陷較重，所選植物作用主要在于減緩溝坡以及溝道的侵蝕，因此應(yīng)選用根系發(fā)達(dá)、密集的植物進(jìn)行固土，其植物配置選用模式Ⅲ。
4）典型生境植物選取。適地適樹是植樹造林的基本原則，是決定造林成敗的關(guān)鍵[24]。生態(tài)建設(shè)的實(shí)踐表明，黃土丘陵溝壑區(qū)植被建設(shè)，應(yīng)根據(jù)立地條件與植物的生物、生態(tài)和群落學(xué)特性，營造以地帶性植物優(yōu)勢種為主、伴生種為輔的群落結(jié)構(gòu)[25]。筆者依據(jù)現(xiàn)場植物資源調(diào)研結(jié)果和已有研究對造林樹種抗旱水分生理指標(biāo)的測定，在充分挖掘和利用當(dāng)?shù)刂参镔Y源的基礎(chǔ)上，根據(jù)研究區(qū)氣候、土壤、地形、地貌等特征，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[21,26-28]篩選生態(tài)位寬度大、林分穩(wěn)定性高、景觀視覺效果佳的植物作為研究區(qū)植物景觀營造的基調(diào)植物（表4）。
表4 典型生境植物配置名錄Tab. 4 Plant allocation list for typical habitats
同時，受研究區(qū)立地條件的影響，對于黃土溝坡來說，在溝坡頂不宜種植大型喬木，種植抗風(fēng)耐旱的小喬木和灌木相對較適宜。陰坡與陽坡坡面上部可種植喬木、灌木、草本植物，坡度較陡則以灌木、草本植物為主，坡面中部混植喬木、灌木植物，可將坡面下部修成梯田發(fā)展種植業(yè)或營造防護(hù)林。溝底水分相對較為充足，可滿足各類喬木、灌木、草本植物的生長需求。而坡向、坡位對草本植物生長影響不大，因此草本植物適宜在不同立地種植[25]。
因此，在微觀上依據(jù)優(yōu)勢植物生態(tài)習(xí)性的差異和不同立地條件下植物配置的適宜性，得出不同生境類型的植物配置名錄。
5 討論與總結(jié)
本研究通過大量的理論積累和實(shí)踐研究，以生態(tài)修復(fù)為切入點(diǎn)，針對鄭州市濱黃河黃土丘陵溝壑區(qū)生境現(xiàn)狀，從規(guī)劃層面，提出黃土丘陵溝壑生態(tài)功能區(qū)植物空間配置修復(fù)體系，包括五大類、13個子類的植物空間配置模式。從設(shè)計(jì)層面，提出四大類生境類型的植物景觀營造策略，為今后濱黃河黃土丘陵溝壑區(qū)相似立地條件的脆弱生境營造和景觀重建提供參考。
在研究對象選取方面，鄭州市濱黃河黃土丘陵溝壑區(qū)地貌條件具有典型性，包括所有黃土丘陵溝壑區(qū)典型地貌，原始信息豐富全面；在植物景觀營造效果方面，基于實(shí)地調(diào)研以及生態(tài)功能區(qū)植物空間配置模式，對四大生境類型提出了具體的植物配置模式建議，從理論上可實(shí)現(xiàn)各個植物類型在水平或垂直配置上錯落有序，在生態(tài)功能與效應(yīng)方面各顯其能。下一步還需在樣地選取和數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的設(shè)置上增加實(shí)地樣本數(shù)量，建立更多具有代表性的觀測站，長期開展黃土丘陵溝壑區(qū)植物群落特征和多種生態(tài)因子監(jiān)測工作，結(jié)合生理與生態(tài)實(shí)驗(yàn)開展相關(guān)研究，以期準(zhǔn)確預(yù)測黃土丘陵溝壑區(qū)植被的動態(tài)變化特征和發(fā)展趨勢，為不同生境類型的景觀優(yōu)化和經(jīng)營管理提供科學(xué)依據(jù)。
黃土丘陵溝壑區(qū)裸露地表及脆弱生境的修復(fù)是長期性、系統(tǒng)性工作，在推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、建立人-地耦合系統(tǒng)的影響下，需要更加注重人與自然之間的相互作用，后續(xù)研究還應(yīng)加入土壤養(yǎng)分、氣候環(huán)境、人為干擾強(qiáng)度等因子[29]，從保護(hù)對象識別、調(diào)適植物組合模式、功能和組分的補(bǔ)充與完善、干擾下的植物變化規(guī)律等方面開展深入研究，進(jìn)一步完善脆弱生境的調(diào)控理論和實(shí)踐體系，實(shí)現(xiàn)黃土丘陵溝壑區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。
注釋(Note)：
① 面朝正北方向設(shè)為0°，順時針旋轉(zhuǎn)一周為360°，依次劃分為北坡（0°~22.5°和＞337.5°~360°）、東北坡（＞22.5°~67.5°）、東坡（＞67.5°~112.5°）、東南坡（＞112.5°~157.5°）、南坡（＞157.5°~202.5°）、西南坡（＞202.5°~247.5°）、西坡（＞247.5°~292.5°）、西北坡（＞292.5°~337.5°）。平面沒有坡向概念，也不存在對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度。
猜你喜歡
現(xiàn)代儀器與醫(yī)療(2022年4期)2022-10-08
農(nóng)業(yè)與技術(shù)(2022年15期)2022-08-15
種子(2022年2期)2022-03-21
記者觀察·下旬刊(2019年12期)2019-09-10
農(nóng)家科技下旬刊(2017年7期)2017-08-22
科學(xué)與財富(2016年32期)2017-03-04
農(nóng)家科技下旬刊(2016年12期)2017-02-14
中國科技縱橫(2016年15期)2016-12-29
大家健康(2016年8期)2016-12-26
戀愛婚姻家庭·養(yǎng)生版(2015年2期)2015-05-14
