陕北晋西黄土丘陵沟壑残塬区水土保持林有效覆盖的探讨

黄巍，杨涛，石长春

（1.陕西省榆林林业学校，陕西 榆林 719000；2.陕西省治沙研究所，陕西 榆林 719000）

陕北晋西黄土丘陵沟壑残塬区是黄土高原主要地貌，地貌类型包括黄土梁涧、黄土梁状、黄土峁状、黄土梁峁丘陵和黄土破碎塬等［1－2］。由于长期受自然因素和人为干扰因素的共同影响，水土流失严重，土壤侵蚀逐渐加强，塬面逐年萎缩，形成了陕北晋西黄土丘陵沟壑残塬区特殊的地貌形式，水土环境问题异常严峻，尽管各界专家学者致力于寻求该区域环境治理措施的研究从未间断［1］，但该区水土流失严重、生态环境脆弱的局面还未得到根本改观［2］。对陕北晋西黄土丘陵沟壑残塬区水土保持林的有效覆盖进行研究，有助于开展本地区的水土保持林系统的重建和修复。

1 研究区概况

该区域面积广阔，包括渭北洛川塬、渭北东部沟壑区，以及陇东塬区和山西西部的残塬沟壑区，共涉及35个市县，横跨陕甘晋三省区，区域内人口众多，平均土壤侵蚀模数约5 400t·km－2·a－1。由于自然条件的限制，该区域工业并不发达，土地利用以农业用地为主，区域内塬面、沟坡和沟谷三大地貌单元共同构成了陕北晋西黄土丘陵沟壑残塬区的主要地形地貌，人类活动主要集中于塬面［3］。黄土梁状丘陵腹地在延安、延川和安塞等地，梁脊坡度平缓、沟壑深切。黄土破碎塬主要分布在晋陕黄土丘陵以南、渭河谷地以北的大部，沟壑密度和破碎化程度中等，年侵蚀模数5 000～10 000t·km－2·a－1。

该区水土保持林系统因受到了人类长期活动的影响，具有防止﹑减少水土流失能力的森林发育类型复杂多样，主要有以人工造林为起源的油松林、樟子松林、槐属植物为主的乔木林，还有具有强次生性的天然林，如地带性的辽东栎林、山杨林、白桦林、侧柏林和次生的灌木草甸。

2 水土保持林系统概述

水土保持林是指以防止﹑减少水土流失而营建的人工林和天然林（主要功能为防护性），包括乔木林和灌木林。在土壤侵蚀模数较高的陕北晋西黄土丘陵沟壑残塬区，水土保持林主要防护功能表现为通过林冠层、林下地被物与枯落物及林木根系等形式在立体防护体系拦截降雨、减缓径流、增加径流入渗机会、固持土壤、增强土壤抗蚀抗冲性能来实现的［4］。本地区水土保持林的林业技术措施，其针对性也相对特殊，据其特殊功能的不同，可分为坡面、沟头、沟底防护林和塬边、水库防护林、淤地坝护岸林、防风固沙林等［3］。其主要从调节降水和地表径流2个方面来实现，通过乔﹑灌木林冠层对天然降水的截留，改变降落在林地上的降水形式，削弱降雨强度和对地面的冲击。

水土保持林体系是为了控制土壤侵蚀和流失、改善生态环境、提高系统环境容量、增加系统单位面积承载能力和经济收入［1］。在水土流失地区营造的一种专用防护林体系，陕北晋西黄土丘陵沟壑残塬区的水土保持林体系通常由两大部分组成，即形成林冠层的乔灌木林和林地地被物层（主要是良好的林地枯枝落叶层）。形成林冠层的乔灌木林，因地域的特殊形式而表现为由塬面农田防护林、塬边、沟边防风林、坡面防蚀林、梁峁和沟道防冲林等多林种组成。林地地被物是水土保持林体系中重要的组成部分，该层在陕北晋西黄土丘陵沟壑残塬区以大于自身气干重1.8－2.5倍的质量水分比例吸收（浸含）林地的天然降水。而且林下微环境为主导的较大的地表粗糙度，会有效地削弱地表径流。同时，在相当程度上降低地表径流携带泥沙的能力，降低径流形成对地表的冲刷损害。

3 水土保持林的有效覆盖

3.1 覆盖的有效性

水土保持林是一种多功能全方位的立体防护体系，必须达到一定规模和面积才能充分发挥其系统功能。其有效覆盖率是水土保持林建设的一个重要宏观控制指标，是表达这种防护体系在合理有效规模下的效益总和，重在表达水土保持林在特别地貌下的有效性，确定水土保持林有效覆盖率对于制定水土流失区国土整治规划，促进植被恢复健康发展具有重要意义［5］。一般用水土保持林形成的植物群落总体或各个体地上部分的垂直投影面积与样方面积之比的百分数来计算。它反映水土保持林主导的植被茂密程度和植物进行光合作用面积的大小［4］。从防止水土流失和土壤水分容量2个方面出发，分析了以森林植被为主体的植物系统的覆盖率、植被盖度与形成健康的森林水分生态环境和水土保持功能的关系。

如前所述，在一个小流域或一定的生态类型区范围内需要有多大面积的水土保持林才能达到控制水土流失的目的？目前的研究成果表明，一般情况下覆盖率达到30%即可，但也学者认为需达50%～60%或60%～75%［6］。研究结果的不统一，一方面严重影响了国家对林业及水保工作的宏观决策，另一方面水保部门在治理验收工作中没有一个科学的衡量指标。为此，有人综合有关部门水保科研成果提出了一个有效覆盖度的概念［4］，即水土保持林有效覆盖度是指水土保持林控制水土流失的功能满足人们对水土流失治理的需要或要求时的森林覆盖度。

3.2 覆盖的特别性

水土保持林主要强调水土保持功能，其树种结构、配置及功能都具有其特殊性。其系统由乔、灌、草共同组成，多层次、多树种已从组、群落形式在生态位等的不同层次组织在一起。调查表明，尽管森林覆盖率高达65%以上，但水土流失依然无法遏制，原因是人工建群种的质量无法有效组织建群种以外的物种形成系统［7］，自身难以形成封闭或者开放的系统，其系统的水土保持功能与天然林相差甚远，水土保持效应低下。天然林和有效配置的异龄人工林才具有多年积累的厚实腐殖层，土壤下渗性能良好，能够哺育和保护土壤，调节地表径流，减少和遏制水土流失。只有对此类纯人工纯林进行合理的人工优化配置，引入近自然的植物群丛和从组逐渐实现水土保持林有效的自循环系统。

3.3 水土保持林有效覆盖率的现实意义

水土保持林的重建和恢复需具备2个基本条件，一是足够的植被规模来满足减少水土流失的需求［4］；二是土壤水分和降水，限制了植被恢复。该区域降水在时空分布上的不均匀性则是引起和加剧本地区水土严重流失的主因。所以，水土保持林的重建和恢复与水的关系是左右水土保持林系统形成方向的导向标。

该区域水资源的稀缺性和水资源配置的特异性，使得干旱季节的土壤水分供给严重不足，无法满足水土保持林的重建和恢复。而且，黄土区的水土保持林森林覆盖率与流域径流泥沙之间存在负相关性［8］，即覆盖率增加，地表径流显著减少，土壤侵蚀得到显著遏制。当覆盖率达到一定程度时，土壤的侵蚀程度较为稳定，不再增加，此时覆盖率常作为本地区水土保持林的有效覆盖率。

3.4 水土保持林有效覆盖率和适宜覆盖率的理论分析

水土保持林系统的有效覆盖具备双重含义，一是指被保护流域内土壤所允许发生的最大侵蚀量，对应的这个数据通常和有效覆盖率临界值相互映射。由于临界值的脆弱性使得这个数值常被学者关注，但在水土保持林的实际营建中不被采纳。二是指保持流域内土壤的肥力不发生退化，所对应的水土保持林最小覆盖率；该值明显高于第一类的数值，是实际水土保持林的营造和创建中有效指导实践的数值，是水土保持林作业设计中的理论设计值最低限，通常在1.3～2.5之间［9］，以权衡水土保持林的有效性与投资关系，该设计值被称之为设计作业区的水土保持林适宜覆盖率。

4 干扰水土保持林有效覆盖的影响因子

4.1 水土资源利用矛盾突出

该区地形以沟坡交错为主，土地利用矛盾突出，其必然诱发水利用在布局上的不合理现象。无论是宽塬沟壑区还是残塬沟壑区，沟坡地面积均占到60%以上，有的区域高达90%。区域内村庄、城镇、企业有90%以上集中在约占面积30%的塬面上［10］，这就加剧了局地塬面土地利用和水资源利用的压力。使得水土保持林系统的重建在布局上缺乏生态用水量平衡的基础，生物量、覆盖率与水资源的环境容量不同步，不配套。针对这种状况，在该区水土保持林系统的重建中，从水肥供耗关系和水土保持树种的选择等不同角度出发权衡［4］，以确定合适的措施和统筹步骤。

4.2 天然降水异常

干旱缺水问题是制约区域内水土环境综合治理的关键性问题。该区属于暖温带干旱和半干旱季风气候区，降水总体偏少且年内分配不均，主要集中在夏秋交接季，易形成山洪和强力地表径流。在水土保持林的营建上，缺乏对水分供耗关系在生态恢复层次上的研究，营林科学性不高，造林密度不适宜，导致了更加严重的林水矛盾，水土保持林重建层次低，在环境因子发生较大异动时，水土保持林系统表现为生长不良，系统功能衰退，甚至衰亡的情况。

5 水土保持林有效覆盖优化的策略

以小流域为基本单元，根据不同地形、不同防护要求以及配置形式和防护特点，水土保持林的配置可为分水岭地带防护林﹑护坡林﹑梯田地坎防护林﹑沟道防蚀林和山地河川护岸护滩林等［11］。在一个水土保持综合治理的小流域范围内，要注意各个水土保持林种间在其防护作用和其配置方面的互相配合﹑协调和补充［12］。从流域的整体上注意保护和培育现有的天然林，使之与人工营造的各个水土保持林种相结合，同时又注意流域治理中水土保持林的合理﹑均匀地分布和林地覆被率问题。黄土丘陵沟壑残塬区大部分分布的水土流失严重的片区，通常生物气候、小生境条件恶劣，营造水土保持林的立地条件，特别是土壤干化严重。因而，研究区的水土保持林的重建和恢复需要特别的营造林措施。选择抗性强和适应性强的灌木和小乔木树种，柠条、紫穗槐、狼牙刺一般优先选用，作为恢复地段的先锋树种。同时注意采用适当的混交方式和蓄水保土坡面工程，如小平条﹑鱼鳞坑﹑反坡梯田等造林整地措施。可采用各种造林方法［13］，以及人工促进更新和封山育林等。造林的初植密度宜稍大，以利提前郁闭。

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