黄土高原水蚀风蚀交错区坡地治理方案设想

夏永秋

我在文章《治理黄河黄土高原，植树种草先行》（http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=647）中提到植树种草对黄土高原治理的重要性，又在文章《为什么要在黄土高原开展植被承载力研究》（http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=682）中提出植树种草必须遵循科学的原则，根据土壤水分条件的好坏植树种草方案应该有所不同，植树种草的量也应该不同，为了达到水土保持的最大功效，宜开展植被承载力研究。本文在前面文章的基础上，对以坡地治理为单元的黄土高原水蚀风蚀交错带治理提出具体的方案以及依据。也是对在黄土高原开展植被承载力研究必要性的进一步说明。

水蚀风蚀交错带位于北纬35º20’～40º10’, 东经103º33’～113º53’, 海拔700～2 955m，年降水量为250~450mm，是黄土高原比较独特的自然地带。该地区气候变化剧烈，地形和产沙地层复杂，植被退化，加之人为不合理的开垦和放牧, 造成了以水土流失和土地沙化为突出问题的脆弱生态环境综合景观[1]，春季风蚀强烈，夏秋暴雨侵蚀频繁，两者交替进行，相互促进，年均侵蚀模数多在10000t/km2以上。通过“七五”考察研究查明[1, 2]，黄土高原侵蚀最严重的地区，不是出现在降雨量最多的水蚀地区，而是在降雨量为400mm 左右的水蚀风蚀交错带，面积约10 万km2。因此，研究这片地带的治理方案对于整个黄土高原，乃至对于世界日益扩大的干旱半干旱区都有重要的意义。

黄土高原水蚀风蚀区坡地治理自“六五”以来一直是研究的热点，“八五”国家科技攻关项目“神木水蚀风蚀交错带生态环境整治技术及试验示范研究”对水蚀风蚀交错带基本环境问题和治理方案进行的有益的探讨。对这一带的环境整治基本达成共识，即按照因地制宜的原则，适地适树适草，宜乔则乔，宜灌则灌，宜草则草，农林复合，乔灌草结合，科学建立与现实生态环境最为适宜的植被结构[1, 3-6]。但是植被到底恢复建设到什么程度，如何量化植被建设的程度，却回答甚少。因此必须遵循科学的原则，对具体的坡地从机理上探求治理方案，通过建立时空分布式的数学模型达到量化、检验、预测、规划的目的。

方案的提出：

黄土高原水蚀风蚀区坡地治理应从坡地的性质研究开始，不应该是一刀切、一个模式。应充分考虑各种因子的时空变异性，根据各种限制因子的权重、制定治理方案的流程，由一般到具体、总体到局部、定性到定量的流程对坡地进行治理，才能真正做到因地制宜、合理科学的效果。土壤水分是黄土高原水蚀风蚀交错区坡地植被主要限制因子[7] [8] ，地形地貌又是影响土壤水分和林草规划与量化的控制因子，所以应该从土壤水分和地形地貌着手进行治理方案的详细设计。

方案依据分析

目前在黄土高原已经进行了很多研究，取得一定的成果，本文基于现有研究基础之上，对水蚀风蚀交错带治理方案选择进行分析。

1 土壤水分

土壤水分是限制植被生长的主要因子[9]。而且水蚀风蚀交错带土壤水分含量不但在退耕地垂直坡面方向、沿坡长方向、沿垂直于坡长方向都空间变异性明显[10]，而且在灌木林地也存在明显的变异性[11]。土壤水分作为一项宝贵的资源，对于该区的旱作农业和植被生长具有十分重要的意义。影响这带土壤水分主要因素是土壤质地[12]，由于黄土的风成特点，其颗粒组成具有明显的区域分异特征，从而使土壤水分的物理特性与土壤水分状况呈现出明显的地域分异特征，形成特有的土壤水分背景。根据土壤所能提供的水分多少和质地初步进行宜林宜草生态恢复的确定。

2 气候条件

降雨是水蚀风蚀交错带土壤水分补充的主要来源。这一带的降雨总量相对较少，且年际、年内、空间分布不均[12]，且多暴雨[13]，土壤易于流失。进行植被的合理搭配不仅是充分利用有限的降雨资源的需要，而且是生物多样性的需要。由于这一带风蚀作用强烈，应根据坡地不同位置（梁茆顶、坡底）、不同坡向（迎风坡、背风坡）选择植被的配置，以达到减少水土流失和涵养水分的目的。农林搭配、林草搭配不仅能有效防止水土流失、而且能显著提高经济效益和生态效益[14, 15]。

3 植物生理

植物在生长过程中不断从土壤中吸收水分，又不断地把水分蒸腾出去；植物的光合作用是植物生长发育的基础，是支撑生态系统的原动力。蒸腾和光合作用相伴是植被生长发育必不可少的生理过程。光合和蒸腾性能对水分胁迫响应的变化,是判断不同树种抗旱性强弱的一条途径[16, 17]。因此，根据可以坡地不同位置水分条件对高光合、高蒸腾、低光合、低蒸腾植被进行科学选种。

4 地形地貌

黄土高原千沟万壑、梁茆起伏，坡度由茆顶的几度到坡面30多度，至沟缘线40度以上[18]。地形的强烈变异导致坡地侵蚀机理的变异。它通过影响降水的入渗、产流、产沙，太阳辐射从而影响土壤水分的含量，最终限制了植被的生长。在考虑坡位、坡向的基础上把坡地划分为陡坡地、缓坡地、沟谷地3种地貌类型进行植被恢复重建。计算每个单元内的植被承载能力，达到量化的目的。


总之，黄土高原水蚀风蚀交错带坡地治理多是定性的描述，对限制因子权重考虑较少。实际上，土壤水分和地形地貌是限制坡地生态恢复的主要限制因子，基于现有研究成果，通过限制因子权重逐步细化治理坡地的治理方案，使治理过程系统化、有序化、科学化。

为了对黄土高原水蚀风蚀交错带坡地造林种草进行宏观布局、微观布局，采用分布式建模方式量化治理，符合这带特殊的地形地貌和自然条件，模型集成与运行保证了方案的可行性，达到精准治理的目的。





参考文献：

1. 查轩，唐克丽, 水蚀风蚀交错带小流域生态环境综合治理模式研究. 自然资源学报, 2000. 15(1): p. 97-100.

2. 唐克丽, 黄土高原地区土壤侵蚀区域特征及其治理途径. 1990: 中国科学技术出版社. 213-222.

3. 唐克丽, 黄土高原水蚀风蚀交错带和神木试区的环境背景及整治方向. 西北水土保持研究所集刊, 1993. 18: p. 2-15.

4. 胡建忠 ，朱金兆, 黄土高原退化生态系统的恢复重建方略. 北京林业大学学报（社会科学版）, 2005. 4(1): p. 13-19.

5. 唐克丽, 黄土高原水蚀风蚀交错带小流域治理模式探讨. 1996: 水土保持研究. 46-55.

6. 候庆春, 神木试区自然条件及环境整治综合分析. 西北水土保持研究所集刊, 1993. 18: p. 136-144.

7. 胡良军，邵明安, 基于GIS的黄土高原水分生态环境空间格局研究. 应用生态学报, 2004. 15(11): p. 2132-2136.

8. 郭忠升，邵明安, 半干旱区人工林草地土壤旱化与土壤水分植被承载力. 生态学报, 2003. 23(8).




9 霍竹.邵明安, 黄土高原水蚀风蚀交错带沟岸灌木林地土壤水分变化. 农业工程学报, 2005. 21(6): p. 45-49.

10. 胡良军，邵明安, 黄土高原植被恢复的水分生态环境研究. 应用生态学报, 2002. 13(8): p. 1045-1048.

11. 李素清, 李斌, 张金屯, 不同降雨量下的黄土高原土壤侵蚀特征分析. 农业环境科学学报, 2005. 24(1): p. 94-97.

12. 蔡强国，黎四龙, 植物篱笆减少侵蚀的原因分析. 土壤侵蚀与水土保持学报, 1998. 4(2): p. 54-60.

13 Tadesse, T., J.F. Brown, and M.J. Hayes, A new approach for predicting drought-related vegetation stress:Integrating satellite, climate, and biophysical data over the U.S. central plains. I Photogrammetry and Remote Sensing, 2005. 59: p. 244-253.