基于多元化生物技術(shù)的遼東水土流失防治研究

陳作山

(清原滿族自治縣水利事業(yè)服務(wù)中心，遼寧 清原 113300)

0 引 言

遼東山區(qū)總面積7.08萬km2，涉及鞍山(除臺(tái)安縣)和丹東、營(yíng)口、大連、本溪、遼陽、鐵嶺、撫順等7市的丘陵區(qū)、山地，該區(qū)域具有多雨、溫濕的氣候特征，坡耕地開發(fā)利用已逐漸形成山區(qū)特色產(chǎn)業(yè)[1]。然而，由于特殊的氣候環(huán)境、地形地貌和人類高強(qiáng)度開發(fā)利用等，遼東山區(qū)面臨著嚴(yán)重的土壤侵蝕，并且多溝蝕與面試，溝壑密度1.5km/km2。水土流失不僅會(huì)破壞土地資源、降低土壤生產(chǎn)力以及引起土壤荒漠化，同時(shí)還會(huì)加劇旱澇災(zāi)害、湖庫(kù)淤積、森林系統(tǒng)失衡和生態(tài)環(huán)境惡化等，在很大程度上阻礙當(dāng)?shù)厣a(chǎn)發(fā)展[1-2]。

因此，研究遼東生態(tài)退化區(qū)生物防治技術(shù)，結(jié)合實(shí)際情況因地制宜的對(duì)位配置各項(xiàng)防治措施，建立生物技術(shù)對(duì)位配置模式，切實(shí)提高土地資源利用效益與質(zhì)量，對(duì)于保護(hù)遼東山區(qū)生態(tài)環(huán)境，合理開發(fā)利用優(yōu)勢(shì)特色資源，長(zhǎng)效發(fā)揮綠色屏障作用以及促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展等具有重大意義。

1 遼東水土流失治理模式

1.1 植物護(hù)岸綠堤模式

遼東山區(qū)中小河流大多具有匯流時(shí)間短、洪水暴漲暴落、斷面不規(guī)則、水流擺動(dòng)性大、流動(dòng)速度快、洪峰值高等特點(diǎn)，現(xiàn)有河道堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)普遍偏低，遇強(qiáng)降雨破壞嚴(yán)重。因此，為恢復(fù)河道景觀及其生態(tài)功能，有效控制洪水，合理利用固土防風(fēng)能力強(qiáng)、側(cè)根發(fā)達(dá)、主根明顯、根蘗強(qiáng)、生長(zhǎng)快、耐淹的喬木樹種-楓楊，綜合利用植物與工程措施，加快整治中小河流。

1)土筑河堤楓楊綠堤治理。針對(duì)土筑河道無護(hù)坡堤壩考慮利用楓楊綠堤措施進(jìn)行整治，該措施能夠改善生態(tài)景觀，從而達(dá)到美堤、固堤的效果。一般地，楓楊栽植主要有坡面栽植、坡面與坡腳共同栽植兩種形式，株行距為1.0m×0.5m或1.0m×1.0m。

2)石砌河堤楓楊護(hù)腳治理。傳統(tǒng)的護(hù)堤材料以硬質(zhì)漿砌石或干砌石為主，該模式投資成本高，硬性覆蓋與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)性差，并阻斷了岸坡與河流系統(tǒng)的循環(huán)，經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行堤腳沖刷嚴(yán)重，堤壩甚至出現(xiàn)掏空、毀壞等。為保證石砌堤壩工程效果，綜合利用生物與工程技術(shù)，在堤腳處按照株行距1.0m×1.0m栽植楓楊，充分利用其根系加筋和莖葉防沖蝕作用，達(dá)到減少孔隙水壓力、增大堤壩抗沖刷能力、減少土地自重、提高土體抗剪強(qiáng)度和邊坡整體穩(wěn)定性等目的。

3)自然河道楓楊護(hù)岸治理。自然護(hù)岸主要是利用楓楊莖葉、根系防護(hù)自然河岸的特性，加快形成林下植被復(fù)層結(jié)構(gòu)以增大河岸生物多樣性，實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)與空間的充分利用，楓楊固坡護(hù)岸有利于恢復(fù)水陸過渡帶生物多樣性和生態(tài)功能[3]。一般地，該類護(hù)岸比較適用于河道的中下游，如河床下切穩(wěn)定、地勢(shì)平坦、流速較緩、兩側(cè)地勢(shì)較高的河段。為了避免大洪水時(shí)河流改造，可將2-4行楓楊按株行距1.0m×0.5m或1.0m×1.0m栽植于河道兩側(cè)。

1.2 生態(tài)經(jīng)濟(jì)林植物封溝模式

遼東山區(qū)溝道多短促型，上游支溝少多直通山脊，并且土層較薄，中下游平緩而土層厚。強(qiáng)降雨條件下，溝道作為水沙匯集地發(fā)生相當(dāng)嚴(yán)重的水土流失，致使生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)出逐年退化的趨勢(shì)。因此，針對(duì)上游和中下游分別實(shí)施經(jīng)濟(jì)林植物封溝及谷坊工程，在加速恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)功能、重建與修復(fù)生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效益同步、開發(fā)利用與治理相結(jié)合的目的[4]。根據(jù)遼東山區(qū)特有的土質(zhì)和氣候條件，選擇適生的鄉(xiāng)土樹種——核桃楸，具體如下：

①樹種設(shè)計(jì)：依據(jù)立地條件中溫帶東北半濕潤(rùn)區(qū)，適地適樹和當(dāng)?shù)赝愋椭卫砟Ｊ竭x定栽植樹種核桃楸。②造林密度：10000株/hm2，選擇1年生地徑≥0.6cm的苗木。③整地：春植苗造林，以穴狀征地，株行距1.0m×1.0m，長(zhǎng)(20cm)×寬(20cm)×深(20cm)，株行距為栽植時(shí)呈“品”字型排列。④造林季節(jié)及栽植方法：核桃楸為植苗造林，春季栽植，栽植時(shí)需要客土，春季解凍后立即造林，苗木用量如表1所示。

表1 核桃楸苗木用量明細(xì)表

1.3 緩坡耕地植物地埂模式

梯田梗和地埂植物帶可以有效減少地表徑流和土壤侵蝕，有利于抑制雜草的生長(zhǎng)、改善水熱系統(tǒng)環(huán)境、攔蓄泥沙和降水入滲，對(duì)控制土壤侵蝕以及改善流域環(huán)境具有重要作用，其適用范圍也比較廣泛。

1)紫穗槐護(hù)埂治理模式。由于特殊的地形條件和氣候環(huán)境，遼東山區(qū)土質(zhì)埂裸露受降雨沖刷強(qiáng)烈。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料，土質(zhì)埂梯田經(jīng)當(dāng)年雨季后出現(xiàn)細(xì)溝侵蝕，局部土質(zhì)埂經(jīng)第二年雨季開始出現(xiàn)小范圍塌落，春季小范圍壓苗現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，在雨水沖刷下土質(zhì)埂田坎坡度變緩，占地也逐漸增大，隨著修筑時(shí)間的延長(zhǎng)其防護(hù)效果逐漸下降[5]。因此，為提高梯田質(zhì)量以及延長(zhǎng)使用年限，設(shè)計(jì)將紫穗槐栽植于土質(zhì)埂上，從而有效保護(hù)土質(zhì)埂，如圖1所示。具體而言，將紫翠槐種子撒播在已修筑的土質(zhì)埂水平梯田上，然后覆蓋3-5cm厚土壤，或按株行距0.5m×0.5m的兩年生紫穗槐苗，平茬每年2次。

圖1 紫穗槐護(hù)埂斷面圖

2)經(jīng)濟(jì)植物穿帶技術(shù)。經(jīng)長(zhǎng)期實(shí)踐探索，當(dāng)?shù)匕l(fā)展形成一種能夠有效控制水土流失、改善耕地環(huán)境、維持耕地面積和肥力水平的紫穗槐植物籬技術(shù)。雖然紫穗槐地埂植物帶能夠有效防治坡耕地土壤侵蝕，由于紫穗槐根蘗能力強(qiáng)、生長(zhǎng)茂密、經(jīng)濟(jì)效益低且埂帶占用耕地，在一定程度上影響埂帶兩側(cè)農(nóng)作物生長(zhǎng)，所以大范圍推廣使用難度大[6]。文章綜合考慮農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入和坡耕地水土流失控制要求，結(jié)合氣候環(huán)境、土壤物理特征和當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣，選擇刺嫩芽、刺五加作為埂帶植物，具體如下：

①典型地塊立地條件：坡耕地地埂，黑土，土層厚0.3m-0.4m，土壤侵蝕較重。②整地規(guī)格：人工帶狀整地，隨造林隨整地在帶基線上挖0.2m寬、0.15m深。③造林方法及季節(jié)：春季植苗，每條土埂上栽植兩行，株距0.2m，行距0.2m。④直苗造林：按照整地規(guī)格將一年生的刺五加(刺嫩芽)苗按0.2m錯(cuò)開放在溝內(nèi)覆土踩實(shí)即可，每畝種苗量如表2所示。

表2 刺五加、刺嫩芽苗木數(shù)量計(jì)算表

1.4 板栗經(jīng)濟(jì)林地模式

1)板栗套種紅松治理模式。板栗素有“干果之王”的美譽(yù)，這是遼東山區(qū)適宜的經(jīng)濟(jì)樹種，但是由于栽植時(shí)缺少水土保持措施，使得土層變薄，水源涵養(yǎng)能力下降，樹體老化、缺株問題突出，跑水、跑土、跑肥現(xiàn)象較重，生產(chǎn)力逐年下降。因此，本著保土、保水、保肥，布局合理，兼固周圍，方便管理，提高經(jīng)濟(jì)效益的原則，采取人工補(bǔ)植的方法治理模式。在板栗園樹下空間栽植紅松，紅松的栽植既不耽誤板栗的生長(zhǎng)，又可提高植被覆蓋度，待紅松8年結(jié)塔后可將老板栗樹伐掉，以松樹園替代板栗園，紅松屬于林果兼用林，這種治理方法既能增加農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)，又可保持水土維護(hù)生態(tài)，提高土地利用率，具體如下：

①整地規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)：魚鱗坑整地，株行距為2.5m×3m，造林密度為1320株/hm2。②魚鱗坑典型設(shè)計(jì)：魚鱗坑結(jié)合造林整地開挖，單坑呈半圓形，綜合考慮造林密度、徑流量等因素合理確定斷面尺寸及密度。暴雨標(biāo)準(zhǔn)按10a一遇最大3-6h雨量設(shè)計(jì)，以公式：

W=F·c·m計(jì)算徑流量

(1)

式中：W為單位面積徑流量，m3/m2；F為集雨面積，m2；c為徑流系數(shù)，c=0.5；m為設(shè)計(jì)最大降雨量，m=50mm，經(jīng)計(jì)算，W=0.5×50/1000=0.025m3。③斷面尺寸：魚鱗坑半徑r=0.4m，深h=0.4m，d=0.8m，平、斷面如圖2所示。

(a)平面圖

(b)斷面圖

2)紫穗槐穿帶生物治理模式。針對(duì)遼東山區(qū)板栗園不適合人工補(bǔ)植紅松的區(qū)域進(jìn)行植物穿帶治理，選擇灌木樹種——紫穗槐。次穗槐屬根系發(fā)達(dá)的多年生小灌木，栽植幾年后可形成茂密的生物帶，發(fā)揮控制泥沙下泄和攔蓄地表徑流的作用，該方法投資少見效快，省工省力，即可苗栽又可直播，紫穗槐穿帶二年便可見效[7-9]。

①措施：植物穿帶，植物種類為紫穗槐，整地時(shí)間為春季，雨季來臨之前。②整地規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)：植苗栽植，在經(jīng)濟(jì)林中間沿等高線挖成單溝寬0.25m、深0.25m的單行溝，然后將1年生的紫穗槐按株距為0.05m錯(cuò)開放在溝內(nèi)，復(fù)土踩實(shí)即可，帶距為8-12m，栽植密度19584株/hm2，每畝種苗用量見表3。

表3 紫穗槐每畝種苗用量

2 水土流失防治效果分析

2.1 楓楊護(hù)岸鎖龍式防護(hù)效果

針對(duì)小河道上游石砌堤壩段、中下游護(hù)岸和土質(zhì)堤壩段分別采取楓楊護(hù)腳、護(hù)岸、綠堤技術(shù)，通過合理利用側(cè)根發(fā)達(dá)、主根明顯、固土防風(fēng)能力強(qiáng)、耐淹、生長(zhǎng)快、根蘗強(qiáng)的楓楊護(hù)岸構(gòu)建完整的植物防洪體系，這既美化了生態(tài)環(huán)境，又促進(jìn)了水生動(dòng)植物生態(tài)平衡和人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展[10]。

2.2 特色經(jīng)濟(jì)林開發(fā)治理效果

遼東山區(qū)土壤侵蝕劇烈，溝壑縱橫，以土石質(zhì)“V”型溝壑為主。因此，必須加快構(gòu)成上下縱橫、多功能、多層次、立體型開發(fā)體系，增強(qiáng)土壤抗沖蝕性、改善土壤結(jié)構(gòu)、保持林下植被群落穩(wěn)定及形成山核桃經(jīng)濟(jì)林規(guī)模，有效控制溝岸擴(kuò)展、溝底下切和溝道侵蝕，為促進(jìn)林下植物和山核桃生長(zhǎng)提供較好的立地環(huán)境，促進(jìn)溝道生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)[11]。

2.3 特色植物穿帶式護(hù)埂效果

充分考慮遼東山地土壤侵蝕特點(diǎn)，利用紫穗槐和刺五加、刺嫩芽等構(gòu)建“寬帶式”梯田護(hù)埂模式及“窄條式”植物穿帶模式，綠植期可以達(dá)到180d，覆蓋率接近90%，土層深0-40cm范圍內(nèi)植物根系密集，能夠有效攔蓄泥沙和阻滯地表徑流，減少坡度0.5°-1°，形成的7-12cm高土坎有利于減緩地表徑流速度，對(duì)改善農(nóng)作物立地條件、控制土壤侵蝕、遏制坡耕地生態(tài)系統(tǒng)逆向發(fā)展以及提高作物產(chǎn)量等發(fā)揮積極作用[12-14]。

2.4 山地紅松鑲嵌補(bǔ)植、植物穿帶模式效果

通過采取紫穗槐穿帶和紅松套種技術(shù)建立“帶式”修復(fù)模式及“鑲嵌式”生態(tài)模式，這既能有效恢復(fù)林草植被和生態(tài)系統(tǒng)功能，還可有效恢復(fù)物種多樣性，減少土壤侵蝕50%以上，加快促進(jìn)森林系統(tǒng)良性循環(huán)。

3 結(jié) 語

為解決遼東山區(qū)生態(tài)環(huán)境退化、土壤侵蝕劇烈等問題，文章結(jié)合當(dāng)?shù)靥厣镔Y源、地貌特點(diǎn)和地形特征，綜合利用大面積推廣和典型試驗(yàn)方法開展系統(tǒng)性、針對(duì)性研究，取得了較好成效，為實(shí)現(xiàn)人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展、改善遼東生態(tài)環(huán)境和加快水土流失防治等提供了技術(shù)支持。