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黑山小流域植物措施與徑流調控工程對位配置量化分析

2023-01-04 11:30孫玉玲
黑龍江水利科技 2022年8期
關鍵詞:對位梯田水土保持

孫玉玲

(朝陽市喀左縣六官營子鎮(zhèn)水利服務站,遼寧 朝陽 122300)

我國幅員遼闊,不同地域自然條件和地貌形態(tài)差異明顯,水土流失成因復雜,類型多樣,水土流失區(qū)面臨著改善生態(tài)環(huán)境、提高生活水平和發(fā)展生產的艱巨任務[1]。1980s我國提出小流域綜合治理策略,通過全面總結實踐經驗創(chuàng)新了水土流失防治技術路線,建設實施了一批先進典型的治理工程,對改善生態(tài)環(huán)境、防治水土流失等起到了重要作用,為遼西低山丘陵區(qū)乃至全國水土流失治理提供了技術支持[2]。其中,徑流調控理論與植物措施對位配置的提出,在實踐和認識上使小流域水土保持治理實現(xiàn)新的飛躍[3-4]。水土保持對位配置就是通過現(xiàn)有或潛在的經濟、技術、自然、社會等資源位與水保措施需求位的適宜性分析,以生態(tài)環(huán)境、社會、經濟發(fā)展的總目標協(xié)調需求位與資源位的關系,使資源位滿足所需的生態(tài)位達到兩者的相互吻合、彼此適宜。環(huán)境資源位與措施需求位是生境與措施之間作用關系的定量描述。

水土保持工作涉及生態(tài)環(huán)境、氣候水文、地質地貌、社會經濟等多領域學科,這是一項生態(tài)-社會-經濟相耦合的復雜系統(tǒng)工程,因此及時總結成功治理經驗和吸納最新科技成果使之理論化、系統(tǒng)化就顯得非常緊迫[5]。文章以黑山小流域為例,結合項目區(qū)干旱缺水特征,以對位配置植物所處環(huán)境資源位與生長發(fā)育所需生態(tài)位為出發(fā)點,通過系統(tǒng)化研究徑流調控工程與植物措施的對位配置,提出遼西低山丘陵區(qū)小流域治理技術體系以及可供借鑒的實體例證,以期促進小流域向“細、深、高”的方向發(fā)展和科學指導小流域整體治理。

1 小流域治理措施對位配置原則

1.1 基本內涵

對位配置是指考慮生態(tài)位能量級分布層次和小流域范圍內特定植物類型,揭示環(huán)境資源分布特征以及資源需求的關系,培育適合的生物種類達到環(huán)境資源與生物種類的協(xié)調能力。依據對位配置特點及其基本內涵,國內外學者針對不同地類深入探討了植物措施對位配置,并取得理想的成效[6]。

從對位配置的角度上,其內涵特征集中體現(xiàn)在以下幾點:①綜合分析小流域范圍的土地利用格局、地形條件和土壤類型等因素,在此基礎上提出生態(tài)防護的重點和目標,建立防護林植物體系實現(xiàn)涵養(yǎng)水源、蓄水保土等目標;②結合物元分析理論和對位配置原則確定樹種、植物類型,保證對位配置方案的科學性和可操作性;③以小流域為基礎改善大環(huán)境,最大程度地實現(xiàn)生態(tài)效能。因此,對植物措施與徑流調控工程的對位配置,資源位與植物需求位之間都要有理論支撐,以局部促進小流域的整體協(xié)調發(fā)展,并實現(xiàn)治理效益的最大化。

1.2 配置原則

1)自然景觀協(xié)調性原則。對位配置方案設計要遵循自然發(fā)展規(guī)律,綜合考慮人類發(fā)展與自然資源間的協(xié)調關系,實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的全面改善。通過全面分析土壤侵蝕現(xiàn)狀,并結合植物立地條件、生長習性等實際情況科學布設植物措施,逐步形成穩(wěn)定的植物群落確保自然景觀的協(xié)調發(fā)展。

2)生態(tài)環(huán)境適應性原則。對位配置時要充分利用現(xiàn)有自然資源,合理配置草本、樹木、地被等各種植被。優(yōu)先考慮本地樹種、適當引進外地樹種科學設計植物措施,通過合理搭配逐步形成適宜的植被營造模式。此外,徑流調節(jié)工程對位配置要遵循宜草則草、宜林則林的原則,通過協(xié)調植物立地條件與生態(tài)特性保證水土保持效果的達到最優(yōu)。

3)自然景觀多樣性原則。對位配置要重點考慮景觀多樣性原則,以層間搭配為例,植物設計過程中要全面發(fā)揮每種植物特性,通過合理搭配層間植物打造空間分布合理、彼此關系協(xié)調的森林植物系統(tǒng),增強小流域生態(tài)服務功能。

4)主體功能協(xié)調性原則。小流域水土保持工程涉及的管理部門和專業(yè)知識較多,具體實施時不可避免的會出現(xiàn)各種問題,特別是徑流調節(jié)工程與植物特性不協(xié)調時,將大大降低水土保持效能。因此,對于主體工程功能需求較多或有特殊要求的水土保持工作,植物選擇時要充分考慮區(qū)域性特點,選擇有效改善生態(tài)環(huán)境的植物類型和工程措施。

5)生態(tài)系統(tǒng)安全性原則。生態(tài)環(huán)境脆弱是小流域面臨的突出問題,若植物類型與徑流調節(jié)工程搭配不合理勢必會影響水土保持功能,甚至造成生物入侵等負面效應。具體而言,盡可能選用本地草種,外來樹種引進時要進行檢疫,在充分論證的基礎上決定外來樹種是否需要引進。此外,綜合考慮近、中、遠期的植物措施效益,以安全穩(wěn)定生長的植物營造植物群落結構,保證生態(tài)系統(tǒng)安全[7-8]。

1.3 技術要點

1)對位配置方法。目前,對位配置的實際操作和具體應用還具有一定難度,現(xiàn)有可以借鑒的研究理論和掌握的專業(yè)知識較少。在對位配置設計時應考慮水土保持多維性的特征,科學利用函數生態(tài)位和多元維度統(tǒng)計法獲取植物主體利用情況,但具體操作時以上方法比較繁瑣,對實際工程的應用難度較高??傮w而言,實地調查法是對位配置水土保持措施的主要方法,通過掌握小流域周邊生態(tài)環(huán)境與各生物類型的適應度及其共存狀況,為后續(xù)對位配置提供依據[9]。

2)水文條件分析。水文條件在很大程度上決定了植物生長狀況,特別是植物的生長對水分的依賴較強,因此水分條件分析應作為對位配置考慮的重點。以森林帶為例,植物生長需求水分能夠由自身所持有的量滿足,植物被采伐時在3個雨季內土壤水分便可恢復如初。對于典型草原帶,植物生長所需水分無法由自由條件滿足,植被被采伐時土壤水分通常難以恢復如初。因此,小流域水土保持工程應盡量緩解植物生長與生態(tài)環(huán)境所需水分之間的矛盾。

此外,對位配置要區(qū)分天然荒坡與人工造林區(qū),因地制宜地劃分植物種類與密度,考慮植物種植需水量、立地天然降水補給量等因素確定造林密度。對于遼西低山丘陵區(qū),喬木樹種和造林樹種的造林密度應控制為1500株/hm2、3000株/hm2。

3)合理選擇樹種。樹種選擇時必須全面分析小流域特點,特別是要考慮植物生長需求、資源分布情況、氣候條件、地質地形等因素,保證對位配置的科學合理性。因此,可以結合現(xiàn)有適地適樹理論成果確定適宜樹種方案,通過樹種選擇保證對位配置效果。

4)科學搭配樹種。通過科學搭配樹種能夠形成更加穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng),在改善植物群落多樣性的同時增強小流域保持水土的能力。搭配樹種時應全面分析區(qū)域氣候環(huán)境,遵循相克相生的原則以防品種單一化。例如,混交林種植時應考慮樹種速生、慢生、深根性和淺根性等特點,若搭配落葉松與楊樹則很容易引起黃粉病,大大降低混生林的生態(tài)防護功能[10-11]。所以,必須保證樹種搭配的科學性,盡可能保證混生林的防護效果。

2 黑山小流域應用實例

2.1 小流域概況

黑山小流域地處遼寧省西北部低山丘陵區(qū),屬于半濕潤、半干旱大陸性季風氣候,年均降水量491.5mm,降年內分配不均勻,多集中于7-9月,年季間變化大。流域內水土流失8.63km2,占總流域的60.06%,其中輕度、中度和強烈侵蝕面積12.11hm2、847.22hm2、3.84hm2,土壤侵蝕模數3700t/km2·a。

針對黑山小流域開展植物措施與徑流調控工程對位配置,應重點把握如下要點:①坡耕地防護體系,以水平梯田和保土耕作為主,以達到攔截徑流、蓄水保墑為目的,具體做法是對無法修建梯田的15°以下坡耕地沿等高線方向耕作,攔蓄部分降雨,對3°-15°適合修建梯田的地塊實施水平梯田,減少水土流失。②大力營造經濟林,考慮實際條件和市場的具體情況選擇附加值較高且不損害立地條件的樹種,通過水平槽整地提高經濟林植物成活率。③實施封山育林育草措施,保護現(xiàn)有人工林、天然林和疏林地等,充分利用森林系統(tǒng)的自修復功能增強小流域抗蝕及其水土保持能力,對封育治理區(qū)要訂立相關制度、政策和埋樁定界,安排專人管護。④水土保持造林位置要適宜,總體布局要合理,地形條件與工程整地形式相適應,施工質量與規(guī)格尺寸應滿足設計要求[12-13]。

2.2 植物措施

1)經濟林配置。結合流域內可實施經濟林地塊的立地條件及流域的水文氣象特點,黑山小流域選擇山杏作為經濟林栽植的主要樹種,苗木選用地徑2cm以上,主、側根發(fā)達的一級苗[14]。土地資源及光能能否得以充分利用與栽植密度直接相關,經濟林栽植密度因樹種、品種、立地條件及管理水平不同而異,山杏栽植的株行距3m×4m,造林密度833株/hm2。

2)油松補植配置。近幾年來,由于濫砍盜伐、毀林開荒、過度放牧等生產活動頻繁,嚴重破壞了植被,林地面積日益減少,只依靠天然更新難以迅速恢復植被,為改善生態(tài)環(huán)境,更好地發(fā)揮森林的生態(tài)、經濟及社會效益,必須對疏林地進行補植。根據適地適樹的原則,選擇適生的鄉(xiāng)土樹種,補(栽)植的樹種為油松。油松選用地徑2cm以上,主、側根發(fā)達的一級苗,根據補植林分的樹種、保存率等確定本流域所需油松苗木量。

2.3 徑流調節(jié)工程

1)水平梯田配置。不同坡度下的最優(yōu)斷面設計是水平梯田配置的關鍵環(huán)節(jié),必須考慮如下條件:有適當的田面寬度以適應機耕和灌溉的要求,合理選定田坎側坡以保證梯田穩(wěn)固安全,在達到上述要求的情況下盡量減少梯田的土方量和運移量,以加快速度、提高功效和降低費用[16]。水平梯田斷面要素,一般要求梯田田面寬>6m,機修>10m;地埂內坡1∶1,頂寬和高均為0.3m;軟坎側坡坡度45°-46°,田坎71°-76°。

2)保土耕作配置。對于難以修建梯田且坡度≤15°的坡耕地可以選用保土耕作措施,沿基本等高線作為耕作方向,從而達到攔蓄雨水的作用。為了提高蓄水保土能力將橫向攔水埂按壟向間隔進行設置。

3)果樹臺田配置。經現(xiàn)場勘查,流域內適宜修建果樹臺田的經濟林整地和老果園改造修建果樹臺田共計20.62hm2,果樹株行距為3m×3m,造林密度1110株/hm2。設計水平池與株樹一一對應,池埂寬0.3m,高0.25m,整地形式同水平槽,耕作期間防止破壞池埂及果樹。

3 結 論

對位配置小流域植物措施與徑流調控工程時,必須全面研究流域內各種因素條件,特別要重點分析當地經濟水平和水土流失特點,選用適宜的植物與工程措施提高小流域水土保持能力。此外,對位配置時要突出強調樹種搭配、水分條件和樹種選擇等內容,科學運用對位配置理論合理設計小流域水土保持方案。

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