談黃土高原植被構(gòu)建及水資源保護(hù)
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摘要：多年來(lái)，植被對(duì)黃土高原生態(tài)環(huán)境恢復(fù)起到了積極作用，但是大面積植樹(shù)造林加劇了水資源短缺，影響了生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。今后應(yīng)根據(jù)不同的立地條件，結(jié)合不同植物特性，遵循自然恢復(fù)為主、人工種植為輔的原則，因地制宜，合理布局，減少對(duì)水資源的浪費(fèi)，恢復(fù)土壤水對(duì)地下水的補(bǔ)充。
關(guān)鍵詞：黃土高原；植被建設(shè)；土壤水分；自然恢復(fù)；人工植被
黃土高原溝壑縱橫、地形破碎、土質(zhì)松散，年降雨量少、時(shí)空分布不均，多以暴雨形式出現(xiàn)，土壤極易被地面徑流侵蝕，造成泥土和養(yǎng)分流失，影響植被生長(zhǎng)，進(jìn)一步加劇了水土流失。嚴(yán)重的水土流失造成生態(tài)環(huán)境不斷惡化，制約當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。同時(shí)，河水挾帶的泥沙不斷淤積抬高黃河河床，威脅著黃河下游河道的安全。經(jīng)過(guò)70余年的治理，黃土高原水土流失已經(jīng)得到控制，河流輸沙量明顯減少。黃河潼關(guān)站在2000—2015年測(cè)量的年均輸沙量為2.74億t，汛期含沙量為23.6kg/m3，相較于20世紀(jì)80年代分別減少了83％和61％。大面積退耕還林，植被耗水增加，造成土壤水分失衡，地下水得不到有效補(bǔ)充，不僅影響當(dāng)前的生態(tài)修復(fù)效果，而且對(duì)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展也極為不利。
1黃土高原水資源狀況
黃土高原處于大陸腹地的干旱半干旱地區(qū)，潛在蒸發(fā)量大于降雨量，土地干旱缺水。當(dāng)?shù)厝司?41m3，相當(dāng)于全球人均水量的5％，平均耕地水量2620m3/hm2，相當(dāng)于全球耕地水量的7.4％。隨著全球氣候變暖，1961—2010年黃土高原的平均氣溫升高了1.91℃，年降雨量減少了29.11mm，暖干化趨勢(shì)明顯[1]，水資源缺乏狀況進(jìn)一步加劇。水資源缺乏不僅影響當(dāng)?shù)厝罕姷纳a(chǎn)生活，而且制約了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)恢復(fù)。最新研究成果表明，在未來(lái)氣候變化條件下，黃土高原植被承載力閾值范圍在383～528gC•m-2•a-1之間波動(dòng)，目前植被平均凈初級(jí)生產(chǎn)力為400gC•m-2•a-1，已達(dá)到這一閾值[2]。這就決定了在今后植被建設(shè)中不宜再擴(kuò)大人工植被面積，而應(yīng)遵循自然修復(fù)為主、人工種植為輔的原則，應(yīng)根據(jù)不同植被的特性，科學(xué)規(guī)劃植被的配置，減輕土壤干燥化，逐步增加土壤水對(duì)地下水的補(bǔ)充。
2植被建設(shè)對(duì)水資源的影響
從國(guó)家開(kāi)展退耕還林還草工程以來(lái)，黃土高原植被蓋度由1999年的31.6％增長(zhǎng)到了2013年的59.6％，生態(tài)環(huán)境得到明顯改善。但是由于氣候干旱少雨，植被配置不合理，沒(méi)有遵循演替規(guī)律，植被耗水量大于土壤水的補(bǔ)給量，造成土壤水分長(zhǎng)期處于虧缺狀態(tài)，導(dǎo)致普遍存在林木成活率低、保存率低、生長(zhǎng)率低，逐步出現(xiàn)退化問(wèn)題。同時(shí)，土壤水分長(zhǎng)期虧缺，土壤水無(wú)法補(bǔ)充地下水，導(dǎo)致流域河川徑流減小，長(zhǎng)期下去會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境[3]。植被及枯落物能夠增大地面糙度，對(duì)水流產(chǎn)生截留作用，增加降水的入滲率，在達(dá)到一定密度后還可減少地面水分蒸發(fā)，發(fā)揮涵養(yǎng)水源的作用。但植被的蒸騰和截留作用同時(shí)也消耗著水資源，其中蒸騰作用消耗的水資源較多。多項(xiàng)研究表明，植被覆蓋區(qū)的含水率高于裸地區(qū)，植被的耗水作用大于涵養(yǎng)水源的作用，因此植被密度越大，對(duì)水資源的消耗也越多。
3不同類(lèi)型植被耗水特性比較
根據(jù)不同類(lèi)型植物地下與地上部分生長(zhǎng)的相關(guān)性[4]，喬木的冠層、根系密度、深度大于草灌，草類(lèi)根系密度最小也最淺，因此喬木蒸騰作用最強(qiáng)，生長(zhǎng)發(fā)育所消耗的水量大于草灌，消耗土壤水分深度也比草灌深。在植被建設(shè)中采取不同類(lèi)型植物混合搭配形式，可以減少植被之間水分消耗的競(jìng)爭(zhēng)，提高土壤水分的利用效率。研究數(shù)據(jù)表明，在坡地上采用草、灌帶狀混合配置，有利于形成穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)及不同組成層次的相互作用，在防止土壤侵蝕方面比單一的植物類(lèi)型效果更好。在土壤水分方面，草灌混交地的含水量平均在6.82％，比天然草地3.65％多3.17個(gè)百分點(diǎn)，比喬木林地3.59％多3.23個(gè)百分點(diǎn)，涵養(yǎng)水分也具有明顯優(yōu)勢(shì)。而且草、灌帶狀混交，每年大量的生物枯死覆蓋地表，在減少水土流失的同時(shí)，也減少了土壤水分蒸發(fā)[4]。植物的耗水量除了與日照、季節(jié)、溫度和濕度相關(guān)，還與植物的生長(zhǎng)階段和生長(zhǎng)年限密切相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，同種植物生長(zhǎng)旺盛期消耗水分多，多年生的植物比一年生的植被消耗水分多。因此在植被建設(shè)中，根據(jù)土壤水分狀況，結(jié)合不同植物耗水特性合理配置植物的品種、類(lèi)型和密度，對(duì)于水資源的充分利用有重大意義。
4不同立地條件植被類(lèi)型的選擇
4.1不同氣候條件下植被類(lèi)型的選擇
黃土高原面積廣闊，氣候差異明顯，降雨量從東南到西北逐級(jí)減少，跨越半濕潤(rùn)區(qū)、半干旱區(qū)和干旱區(qū)。氣候決定了植被的類(lèi)型：在干旱的荒漠地帶，年降雨量?jī)H有300～350mm，僅能生長(zhǎng)稀疏的草被和灌木，不適宜發(fā)展人工植被；年降水量350～500mm的半干旱區(qū)屬于草原氣候，草類(lèi)和灌木可良好生長(zhǎng)，適宜發(fā)展草原生態(tài)；在降水量500～600mm的半干旱向半濕潤(rùn)過(guò)渡地帶，較適宜林木生長(zhǎng)。目前，在降雨量550mm的延安地區(qū)，子午嶺、黃龍山、清泉溝已有成片的矮生喬木林生長(zhǎng)[5]。如果在植被建設(shè)中沒(méi)有遵循這種生態(tài)適應(yīng)性規(guī)律，在不適宜林木種植的區(qū)域發(fā)展森林，必然出現(xiàn)樹(shù)木“三低”現(xiàn)象，不但無(wú)法取得預(yù)期的生態(tài)效果，而且會(huì)浪費(fèi)水資源。
4.2不同地形地貌植被的選擇
黃土高原溝壑縱橫、坡陡溝深、水資源短缺，植被建設(shè)完全依靠人工灌溉不切實(shí)際，主要應(yīng)靠自然降水來(lái)解決，因此要根據(jù)土壤水分情況種植植物。在黃土層較厚的區(qū)域，土壤水分較差，只適合種植草類(lèi)和低灌木，發(fā)展草原生態(tài)系統(tǒng)。而薄層黃土坡地由于下伏不透水層巖層埋藏淺，地下水位較高，樹(shù)木往往可以通過(guò)發(fā)達(dá)的根系汲取地下水[6]，適合種植林木和高灌木，適合發(fā)展森林生態(tài)。塬面、梁峁由于地勢(shì)較高，地表徑流和土壤重力自由水向下運(yùn)移，土壤水分較差，再加上風(fēng)較大，日照較強(qiáng)，潛在的蒸發(fā)量較大，只適合配置草灌。溝谷及溝坡中下部等負(fù)地形部位，土壤含水量較高，地下水埋藏淺，可種植林木或灌木[7]。坡位和坡向不同，土壤水分也存在差異，由于日照和風(fēng)速的原因，導(dǎo)致坡位較高的土壤水分也越差，陰坡土壤水分條件比陽(yáng)坡好?？筛鶕?jù)土壤水分條件在陰坡和坡底適當(dāng)種植喬灌，并配合魚(yú)鱗坑或水平溝，不但可以預(yù)防水土流失，還可以為植物生長(zhǎng)截留蓄水。4.3自然演替規(guī)律對(duì)植被類(lèi)型的選擇自然植被恢復(fù)遵循特定的演替規(guī)律，經(jīng)歷由初級(jí)階段到高級(jí)階段的發(fā)展過(guò)程。在不同階段，植物經(jīng)過(guò)競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)生不同的優(yōu)勢(shì)品種，適合不同類(lèi)型植被生長(zhǎng)。人工植被建設(shè)中也應(yīng)順應(yīng)這種規(guī)律，選擇與演替階段相應(yīng)的植被類(lèi)型，宜樹(shù)則樹(shù)、宜草則草。并根據(jù)演替階段的變化，適時(shí)調(diào)整植物配置類(lèi)型，與自然植被形成穩(wěn)定和諧的植物群落[8-9]。
5人工植被建設(shè)與自然恢復(fù)的關(guān)系
自然植被恢復(fù)形成的群落是不同植物在長(zhǎng)期環(huán)境變化中，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)和互惠形成的動(dòng)態(tài)平衡和功能穩(wěn)定的組合。群落植物種類(lèi)豐富、層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相較于人工植被有較高的適應(yīng)性、穩(wěn)定性和抗逆性，在涵養(yǎng)水源方面也具有優(yōu)勢(shì)。但是自然植被的恢復(fù)需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，特別是在土壤貧瘠、干旱少雨的黃土高原地區(qū)，時(shí)間可能會(huì)更長(zhǎng)。在惡劣的立地條件下，單純依靠自然恢復(fù)不科學(xué)，應(yīng)采取人工播種或種植的方式，加速植被的恢復(fù)。而在較好的立地條件下，應(yīng)以封禁、封育自然修復(fù)為主，人工種植為輔的方式，成活的人工植被不但可以減少恢復(fù)期的水土流失，而且可以促進(jìn)群落的演替進(jìn)程。自然植被的恢復(fù)是自然選擇平衡調(diào)整的過(guò)程，對(duì)土壤水分的影響較小，不需要考慮水資源承載能力。而在人工植被建設(shè)中，土壤水分的平衡可能會(huì)打破，造成水分長(zhǎng)期虧缺，對(duì)水資源保護(hù)極為不利。在植被的規(guī)劃布局方面，必須以水資源承載能力為條件，合理控制植被覆蓋面積和密度，避免土壤干旱化加劇。
6問(wèn)題和建議
黃土高原地區(qū)黃土層深厚，地下水的補(bǔ)給機(jī)理尚不明確，科學(xué)界也存在頗多爭(zhēng)論，但近些年地面長(zhǎng)年徑流逐漸減少，不排除是由于植被面積擴(kuò)大、土壤水分消耗增加，從而導(dǎo)致地下水補(bǔ)給減少造成的。因此，有必要對(duì)水土保持治理措施對(duì)地下水的影響進(jìn)行深入研究，在植被建設(shè)和工程建設(shè)中加強(qiáng)對(duì)水資源的保護(hù)，增加土壤水對(duì)地下水的補(bǔ)充，逐步恢復(fù)地下水平衡，為生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供保障。
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作者： 張榆興 單位：黃河水土保持綏德治理監(jiān)督局