流域植被配置技術(shù)在新羅區(qū)拱橋溪植被空間優(yōu)化中的應(yīng)用

陳希玲

(福建省龍巖市新羅區(qū)水利局，福建 龍巖 364000)

0 引 言

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)部分地區(qū)水土流失形勢(shì)嚴(yán)峻，嚴(yán)重危害著人們賴(lài)以生存的水土資源，對(duì)水土保持治理措施的研究逐漸成為了眾多學(xué)者和水利部門(mén)研究的重點(diǎn)問(wèn)題[1]。環(huán)境保護(hù)中生態(tài)建設(shè)所發(fā)揮的積極作用也越來(lái)越受到人們的重視，相關(guān)的植物技術(shù)措施在水土保持治理中應(yīng)用日益增多。然而，目前的大量理論還在不斷完善與發(fā)展，傳統(tǒng)的植被配置在流域植被空間的應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)不適用的情況，使植被技術(shù)的生態(tài)功能難以達(dá)到理想的效果，不利于生態(tài)區(qū)的空間格局優(yōu)化和生態(tài)恢復(fù)[2]。新羅區(qū)拱橋溪是國(guó)家進(jìn)行生態(tài)治理的重點(diǎn)區(qū)域，在2018-2019年間，該流域局部暴發(fā)了松毛線蟲(chóng)災(zāi)害，使水土流失面積不斷擴(kuò)大，影響了該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及農(nóng)村經(jīng)濟(jì)建設(shè)。若該流域的水土流失問(wèn)題得不到有效治理，則會(huì)影響生態(tài)系統(tǒng)的平衡。為了改善流域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境，優(yōu)化該流域植被空間是十分必要的。

本文基于流域植被配置技術(shù)，優(yōu)化新羅區(qū)拱橋溪植被空間，為該流域植被恢復(fù)和林地建設(shè)提供重要的參考依據(jù)。

1 流域植被配置技術(shù)在新羅區(qū)拱橋溪植被空間優(yōu)化中的應(yīng)用

1.1 劃分拱橋溪植被空間優(yōu)化范圍

本文通過(guò)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)與遙感技術(shù)，獲取航測(cè)影像和遙感影像，分析拱橋溪小流域植被空間格局分布特征。拱橋溪小流域內(nèi)，地貌為中低山丘陵地貌，植被類(lèi)型為中亞熱帶常綠闊葉林帶，土壤以山地紅壤為主，該區(qū)域地質(zhì)情況較為穩(wěn)定，未發(fā)生過(guò)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。拱橋溪流域的最高海拔和最低海拔分別為1 370和503m，地勢(shì)從東北向西南升高，流域地貌特征見(jiàn)圖1。

圖1 拱橋溪流域地貌特征

對(duì)該流域進(jìn)行實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該流域水土流失問(wèn)題較為嚴(yán)重，具有較大的土壤侵蝕量，水土流失強(qiáng)度為中度、中-強(qiáng)度。該流域研究區(qū)域內(nèi)的植被覆蓋率為88.2%，受人為因素和自然因素的雙重影響，土壤抗侵蝕能力較低，且局部針葉林暴發(fā)了松線蟲(chóng)病害，該流域的植被類(lèi)型主要為馬尾松次生林、杉木、毛竹等。根據(jù)拱橋溪流域的土地利用類(lèi)型，劃分拱橋溪空間優(yōu)化范圍[3]。該地區(qū)土地利用以耕地、林地、園地為主，其他用地包括交通運(yùn)輸用地、水利設(shè)施用地和工礦用地等，這些用地所占比例較小，劃分空間優(yōu)化的總面積為47.27 hm2，建設(shè)4個(gè)地塊的水土保持生態(tài)林，改造12個(gè)地塊的低效林。

1.2 計(jì)算拱橋溪流域地表徑流量

為了選取空間優(yōu)化中所種植的植被種類(lèi)，需要對(duì)該流域的地表徑流量進(jìn)行計(jì)算。充分考慮該流域的土地利用類(lèi)型、土壤質(zhì)地以及降雨前的土壤水分情況，選取適宜該流域種植的植被，其計(jì)算公式為：

(1)

式中：Q為直接徑流深；J為日平均降雨量；γ為常數(shù)；S為不同土地利用類(lèi)型的潛在最大保水力。

由于S存在較大的變化幅度，因此需要引入一個(gè)無(wú)因次參數(shù)α，并與S建立關(guān)系，其表達(dá)式為：

(2)

由此可知拱橋溪流域內(nèi)的降雨量和不同土地利用類(lèi)型的潛在最大保水力。然后，對(duì)流域帶單位長(zhǎng)度下的徑流量大小進(jìn)行計(jì)算，具體公式為：

(3)

式中：Qi為單場(chǎng)次降雨徑流總量；Fi為第i種土地利用類(lèi)型的面積；h為該流域的庫(kù)岸帶長(zhǎng)度。

根據(jù)每種土地利用類(lèi)型的徑流總量和整個(gè)匯水區(qū)的徑流總量，計(jì)算整個(gè)匯水區(qū)最終流向庫(kù)岸帶的降雨徑流事件平均濃度值，具體公式為：

(4)

式中：EMCi為第i種土地利用類(lèi)型的降雨徑流事件濃度值。

根據(jù)上述各式計(jì)算，得到該流域各項(xiàng)參數(shù)，見(jiàn)表1。

表1 拱橋溪流域空間各參數(shù)

根據(jù)拱橋溪流域現(xiàn)狀，綜合各項(xiàng)參數(shù)值，為進(jìn)一步討論流域植被配置及空間優(yōu)化提供重要的參考依據(jù)。只有根據(jù)該地區(qū)條件配置相應(yīng)的情景模式，才能真正達(dá)到空間優(yōu)化的要求。

1.3 植物種類(lèi)篩選與配置

植被配置與植物種類(lèi)的選擇需要根據(jù)植物的生態(tài)習(xí)性和生態(tài)功能綜合考慮進(jìn)行選擇，同時(shí)需要兼顧經(jīng)濟(jì)實(shí)用型原則，以本土植物為主，保持物種多樣性[4]。對(duì)拱橋溪流域植被空間各景觀類(lèi)型斑塊個(gè)數(shù)及密度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，具體見(jiàn)圖2。

由圖2可知，在研究區(qū)各景觀中，斑塊個(gè)數(shù)與斑塊密度的變化趨勢(shì)相一致。建筑用地的斑塊個(gè)數(shù)和斑塊密度均較大，其斑塊個(gè)數(shù)和斑塊密度分別為750 和 0.20 以上，表明建筑用地的空間地理分布較為零散。由于這些斑塊面積較小，對(duì)人類(lèi)活動(dòng)影響的抵抗能力較差，較為脆弱，根據(jù)各景觀類(lèi)型面積，篩選與配置植物種類(lèi)。

圖2 拱橋溪流域各景觀類(lèi)型斑塊及密度

不同的植物具有不同的生態(tài)習(xí)性。由于本文研究區(qū)域?yàn)楣皹蛳×饔?，該流域附近的土壤具有較高的含水量。因此，在篩選植物種類(lèi)時(shí)，應(yīng)選擇耐水濕的物種。植被空間格局的優(yōu)化能夠改善流域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境，起到固土護(hù)坡的作用。因此，本文植物種類(lèi)的選擇還應(yīng)考慮物種對(duì)水分的凈化功能，以及具有緩沖過(guò)渡功能的植物。該流域本土所固有的植物更能適應(yīng)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件和氣候條件，本土植物的應(yīng)用在起到防護(hù)作用的同時(shí)，能夠保證植物管理的質(zhì)量和效率。為了提高植物的成活率，減少拱橋溪流域的松線蟲(chóng)病害，本文主要選擇杉木樹(shù)以維持該流域生態(tài)平衡。為了提高該流域植物群落的抵抗力，避免外來(lái)物種的入侵，本文還選擇了楓香、木荷等樹(shù)種來(lái)增加植物種類(lèi)的多樣性，以不同的植物群落組合，為拱橋溪流域生態(tài)系統(tǒng)提供更豐富的異質(zhì)空間，容納更多生物。以常綠樹(shù)種與落葉樹(shù)種的混交原則[5]、物種共生原則和深淺根系結(jié)合原則進(jìn)行植物群落的配置，本文配置的植物種類(lèi)主要為杉木、楓香、木荷。

1.4 建設(shè)水土保持生態(tài)林

本文水土保持生態(tài)林建設(shè)的樹(shù)種配置中，杉木：木荷：楓香的配置比例為2：1：1，造林平均密度為1 800株/hm2，整地方式為穴狀整地。杉木選擇1年生容器苗，楓香和木荷均采用2年生實(shí)生苗，全冠裸根苗；整地方式根據(jù)本文苗木種類(lèi)決定，栽植穴規(guī)格為50cm ×40cm × 30cm，穴的大小和深度應(yīng)略大于苗木根系。春季的氣候條件適宜進(jìn)行造林，在苗木栽植前在穴內(nèi)施基肥1.5kg，對(duì)喬木苗木幼林進(jìn)行撫育管理，在栽植一年后追肥，以促進(jìn)林木及周邊灌木和草被生長(zhǎng)。在苗木植入時(shí)，應(yīng)注意種植深度適當(dāng)，保證根系的舒展，使苗木直立，填土一半時(shí)，進(jìn)行提苗踩實(shí)，踩實(shí)后繼續(xù)填土，進(jìn)行重復(fù)踩實(shí)操作，最后覆上虛土。造林后，需要根據(jù)苗木的生長(zhǎng)情況，采取一系列幼林撫育管理措施。若造林的成活率未滿足生態(tài)林地的建設(shè)要求，則需要在氣候條件合適的情況下進(jìn)行補(bǔ)植，選用同齡苗木。造林后一年內(nèi)進(jìn)行扶苗和除蔓，在松土后進(jìn)行1次追肥。為了保證造林地苗木的健康生長(zhǎng)，在苗木植被的覆蓋率在85%以上后，在林地設(shè)置封禁設(shè)施，進(jìn)行封禁管理，避免人與動(dòng)物的隨意進(jìn)入。

1.5 改造低效林優(yōu)化植被空間

為了突出植物群落的生態(tài)價(jià)值，應(yīng)用植物形成不同的空間類(lèi)型，將這些空間進(jìn)行組合，形成富有空間感的植物群落[6]。因此，對(duì)于現(xiàn)有的稀疏林地應(yīng)該進(jìn)行合理改造，構(gòu)成復(fù)層的群落空間。拱橋溪流域存在大量的稀疏林地，其稀疏性群落在郁閉型群落和空曠型群落之間，對(duì)于該群落空間的優(yōu)化主要突出休閑和觀賞功能，選擇適生的園林觀賞樹(shù)種，提升美感度。

本文選用木荷和楓香在原有的稀疏林地進(jìn)行補(bǔ)植，栽植比例1∶1，栽植密度根據(jù)實(shí)際穴地密度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，保證在1 125～1 665株/hm2之間，整地方式和栽植穴規(guī)格均與上文中相同，即為穴狀整地。在苗木種植前的施肥應(yīng)掌握在雨后施肥，每穴施入復(fù)合肥0.5kg，并在苗木栽植后，挖施肥穴2次，其木荷與楓香的種植株數(shù)均為19 063株，改造低效林的造林總面積為29.90 hm2。群落中，楓香和木荷具有不同的形體和色彩，具有多彩的空間和季相景觀。植物景觀從美學(xué)角度出發(fā)，注重植物群落的色彩和諧，楓香為紅色偏黃色，木荷的花為淡黃色，枝葉為綠色，能夠?yàn)槿藗儙?lái)溫馨和舒適的感受。

2 應(yīng)用效果分析

為驗(yàn)證本文方法進(jìn)行植被配置后的空間優(yōu)化效果，本文對(duì)研究區(qū)域內(nèi)的植被生長(zhǎng)情況及林地覆蓋率進(jìn)行實(shí)地調(diào)查與監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)。其中，研究區(qū)域內(nèi)杉木的長(zhǎng)勢(shì)良好，其水土保持生態(tài)林建設(shè)和低效林改造的造林面積分別為17.37和29.90 hm2，造林總面積為47.27 hm2；其林草植被覆蓋率從原來(lái)的88.2%提高至89.4%，林草覆蓋率提高1.2%，林地面積明顯的增加。其防護(hù)林類(lèi)型空間優(yōu)化配置前后變化情況見(jiàn)圖3。

圖3 防護(hù)林類(lèi)型空間優(yōu)化配置前后變化

由圖3可知，優(yōu)化前后的各防護(hù)林類(lèi)型變化差異明顯。其中，灌木林的減幅最大，達(dá)到21.5%；針闊混交林的增幅最大，達(dá)到20.2%。針葉林的分布范圍明顯縮小，闊葉林分布范圍有所擴(kuò)大，能夠起到改善水質(zhì)，涵養(yǎng)水源，以及對(duì)減少和防止侵蝕泥沙直接入庫(kù)和進(jìn)入河道的效果，發(fā)揮更大的防護(hù)作用，還可以增加森林生態(tài)系統(tǒng)中生物類(lèi)群的多樣性、多層次性，從根本上改善林分的生態(tài)環(huán)境，提高生產(chǎn)力。

拱橋溪流域內(nèi)的產(chǎn)水量和水源涵養(yǎng)功能在進(jìn)行植被配置優(yōu)化空間前后的變化見(jiàn)表2 。

表2 優(yōu)化前后產(chǎn)水量及水源涵養(yǎng)功能變化

由表2可知，經(jīng)過(guò)配置植被優(yōu)化空間后，研究區(qū)域內(nèi)產(chǎn)水量總量有所減少，但林地的產(chǎn)水量有所增加。這是由于經(jīng)過(guò)本文植被配置優(yōu)化植被空間后，林地面積得到增加，因此其產(chǎn)水量總量是增加的。但從其耕地和林地的平均產(chǎn)水功能來(lái)看，優(yōu)化后的產(chǎn)水功能分別減少31.49和11.16mm，表明優(yōu)化后的植被結(jié)構(gòu)空間更為合理，植被面積的增加能夠有效降低降雨的損失。隨著林地面積的增加，林地的涵養(yǎng)水源功能得到大幅提高，表明經(jīng)優(yōu)化后的林地更能發(fā)揮水源涵養(yǎng)功能，有效調(diào)節(jié)了徑流，減少?gòu)搅髁?。耕地的涵養(yǎng)水源功能雖有增加，增加幅度較小，但其蓄水保水功效得到有效保證，表明本文基于植被配置技術(shù)進(jìn)行植被空間優(yōu)化后，植被類(lèi)型結(jié)構(gòu)趨于合理，本文方法具有可行性。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)劃分拱橋溪植被空間優(yōu)化范圍，篩選與配置植物種類(lèi)，建設(shè)水土保持生態(tài)林，改造低效林優(yōu)化植被空間，取得了一定的研究成果。但由于時(shí)間和條件的限制，本文研究還存在著諸多不足，有待于在今后的研究中深入探討，如未涉及對(duì)于生態(tài)位的控制，在空間格局優(yōu)化中，僅對(duì)微觀空間格局的優(yōu)化進(jìn)行了實(shí)施，未來(lái)還將從宏觀和中觀的角度，對(duì)新羅區(qū)拱橋溪流域的植被空間格局進(jìn)行分析，并結(jié)合遙感技術(shù)與航測(cè)技術(shù)，進(jìn)該流域進(jìn)行更多的調(diào)研，進(jìn)一步細(xì)化植被類(lèi)型，為該研究區(qū)域的周?chē)坝^提供更多的植被配置模式。