基于多元化生物技术的辽东水土流失防治研究

陈作山

(清原满族自治县水利事业服务中心，辽宁 清原 113300)

0 引 言

辽东山区总面积7.08万km2，涉及鞍山(除台安县)和丹东、营口、大连、本溪、辽阳、铁岭、抚顺等7市的丘陵区、山地，该区域具有多雨、温湿的气候特征，坡耕地开发利用已逐渐形成山区特色产业[1]。然而，由于特殊的气候环境、地形地貌和人类高强度开发利用等，辽东山区面临着严重的土壤侵蚀，并且多沟蚀与面试，沟壑密度1.5km/km2。水土流失不仅会破坏土地资源、降低土壤生产力以及引起土壤荒漠化，同时还会加剧旱涝灾害、湖库淤积、森林系统失衡和生态环境恶化等，在很大程度上阻碍当地生产发展[1-2]。

因此，研究辽东生态退化区生物防治技术，结合实际情况因地制宜的对位配置各项防治措施，建立生物技术对位配置模式，切实提高土地资源利用效益与质量，对于保护辽东山区生态环境，合理开发利用优势特色资源，长效发挥绿色屏障作用以及促进区域经济可持续发展等具有重大意义。

1 辽东水土流失治理模式

1.1 植物护岸绿堤模式

辽东山区中小河流大多具有汇流时间短、洪水暴涨暴落、断面不规则、水流摆动性大、流动速度快、洪峰值高等特点，现有河道堤防防洪标准普遍偏低，遇强降雨破坏严重。因此，为恢复河道景观及其生态功能，有效控制洪水，合理利用固土防风能力强、侧根发达、主根明显、根蘖强、生长快、耐淹的乔木树种-枫杨，综合利用植物与工程措施，加快整治中小河流。

1)土筑河堤枫杨绿堤治理。针对土筑河道无护坡堤坝考虑利用枫杨绿堤措施进行整治，该措施能够改善生态景观，从而达到美堤、固堤的效果。一般地，枫杨栽植主要有坡面栽植、坡面与坡脚共同栽植两种形式，株行距为1.0m×0.5m或1.0m×1.0m。

2)石砌河堤枫杨护脚治理。传统的护堤材料以硬质浆砌石或干砌石为主，该模式投资成本高，硬性覆盖与周边环境协调性差，并阻断了岸坡与河流系统的循环，经长期运行堤脚冲刷严重，堤坝甚至出现掏空、毁坏等。为保证石砌堤坝工程效果，综合利用生物与工程技术，在堤脚处按照株行距1.0m×1.0m栽植枫杨，充分利用其根系加筋和茎叶防冲蚀作用，达到减少孔隙水压力、增大堤坝抗冲刷能力、减少土地自重、提高土体抗剪强度和边坡整体稳定性等目的。

3)自然河道枫杨护岸治理。自然护岸主要是利用枫杨茎叶、根系防护自然河岸的特性，加快形成林下植被复层结构以增大河岸生物多样性，实现营养与空间的充分利用，枫杨固坡护岸有利于恢复水陆过渡带生物多样性和生态功能[3]。一般地，该类护岸比较适用于河道的中下游，如河床下切稳定、地势平坦、流速较缓、两侧地势较高的河段。为了避免大洪水时河流改造，可将2-4行枫杨按株行距1.0m×0.5m或1.0m×1.0m栽植于河道两侧。

1.2 生态经济林植物封沟模式

辽东山区沟道多短促型，上游支沟少多直通山脊，并且土层较薄，中下游平缓而土层厚。强降雨条件下，沟道作为水沙汇集地发生相当严重的水土流失，致使生态系统呈现出逐年退化的趋势。因此，针对上游和中下游分别实施经济林植物封沟及谷坊工程，在加速恢复生态系统功能、重建与修复生态环境的同时，达到经济与生态效益同步、开发利用与治理相结合的目的[4]。根据辽东山区特有的土质和气候条件，选择适生的乡土树种——核桃楸，具体如下：

①树种设计：依据立地条件中温带东北半湿润区，适地适树和当地同类型治理模式选定栽植树种核桃楸。②造林密度：10000株/hm2，选择1年生地径≥0.6cm的苗木。③整地：春植苗造林，以穴状征地，株行距1.0m×1.0m，长(20cm)×宽(20cm)×深(20cm)，株行距为栽植时呈“品”字型排列。④造林季节及栽植方法：核桃楸为植苗造林，春季栽植，栽植时需要客土，春季解冻后立即造林，苗木用量如表1所示。

表1 核桃楸苗木用量明细表

1.3 缓坡耕地植物地埂模式

梯田梗和地埂植物带可以有效减少地表径流和土壤侵蚀，有利于抑制杂草的生长、改善水热系统环境、拦蓄泥沙和降水入渗，对控制土壤侵蚀以及改善流域环境具有重要作用，其适用范围也比较广泛。

1)紫穗槐护埂治理模式。由于特殊的地形条件和气候环境，辽东山区土质埂裸露受降雨冲刷强烈。结合现场调查资料，土质埂梯田经当年雨季后出现细沟侵蚀，局部土质埂经第二年雨季开始出现小范围塌落，春季小范围压苗现象时有发生，在雨水冲刷下土质埂田坎坡度变缓，占地也逐渐增大，随着修筑时间的延长其防护效果逐渐下降[5]。因此，为提高梯田质量以及延长使用年限，设计将紫穗槐栽植于土质埂上，从而有效保护土质埂，如图1所示。具体而言，将紫翠槐种子撒播在已修筑的土质埂水平梯田上，然后覆盖3-5cm厚土壤，或按株行距0.5m×0.5m的两年生紫穗槐苗，平茬每年2次。

图1 紫穗槐护埂断面图

2)经济植物穿带技术。经长期实践探索，当地发展形成一种能够有效控制水土流失、改善耕地环境、维持耕地面积和肥力水平的紫穗槐植物篱技术。虽然紫穗槐地埂植物带能够有效防治坡耕地土壤侵蚀，由于紫穗槐根蘖能力强、生长茂密、经济效益低且埂带占用耕地，在一定程度上影响埂带两侧农作物生长，所以大范围推广使用难度大[6]。文章综合考虑农民的经济收入和坡耕地水土流失控制要求，结合气候环境、土壤物理特征和当地种植习惯，选择刺嫩芽、刺五加作为埂带植物，具体如下：

①典型地块立地条件：坡耕地地埂，黑土，土层厚0.3m-0.4m，土壤侵蚀较重。②整地规格：人工带状整地，随造林随整地在带基线上挖0.2m宽、0.15m深。③造林方法及季节：春季植苗，每条土埂上栽植两行，株距0.2m，行距0.2m。④直苗造林：按照整地规格将一年生的刺五加(刺嫩芽)苗按0.2m错开放在沟内覆土踩实即可，每亩种苗量如表2所示。

表2 刺五加、刺嫩芽苗木数量计算表

1.4 板栗经济林地模式

1)板栗套种红松治理模式。板栗素有“干果之王”的美誉，这是辽东山区适宜的经济树种，但是由于栽植时缺少水土保持措施，使得土层变薄，水源涵养能力下降，树体老化、缺株问题突出，跑水、跑土、跑肥现象较重，生产力逐年下降。因此，本着保土、保水、保肥，布局合理，兼固周围，方便管理，提高经济效益的原则，采取人工补植的方法治理模式。在板栗园树下空间栽植红松，红松的栽植既不耽误板栗的生长，又可提高植被覆盖度，待红松8年结塔后可将老板栗树伐掉，以松树园替代板栗园，红松属于林果兼用林，这种治理方法既能增加农民的经济，又可保持水土维护生态，提高土地利用率，具体如下：

①整地规格标准：鱼鳞坑整地，株行距为2.5m×3m，造林密度为1320株/hm2。②鱼鳞坑典型设计：鱼鳞坑结合造林整地开挖，单坑呈半圆形，综合考虑造林密度、径流量等因素合理确定断面尺寸及密度。暴雨标准按10a一遇最大3-6h雨量设计，以公式：

W=F·c·m计算径流量

(1)

式中：W为单位面积径流量，m3/m2；F为集雨面积，m2；c为径流系数，c=0.5；m为设计最大降雨量，m=50mm，经计算，W=0.5×50/1000=0.025m3。③断面尺寸：鱼鳞坑半径r=0.4m，深h=0.4m，d=0.8m，平、断面如图2所示。

(a)平面图

(b)断面图

2)紫穗槐穿带生物治理模式。针对辽东山区板栗园不适合人工补植红松的区域进行植物穿带治理，选择灌木树种——紫穗槐。次穗槐属根系发达的多年生小灌木，栽植几年后可形成茂密的生物带，发挥控制泥沙下泄和拦蓄地表径流的作用，该方法投资少见效快，省工省力，即可苗栽又可直播，紫穗槐穿带二年便可见效[7-9]。

①措施：植物穿带，植物种类为紫穗槐，整地时间为春季，雨季来临之前。②整地规格标准：植苗栽植，在经济林中间沿等高线挖成单沟宽0.25m、深0.25m的单行沟，然后将1年生的紫穗槐按株距为0.05m错开放在沟内，复土踩实即可，带距为8-12m，栽植密度19584株/hm2，每亩种苗用量见表3。

表3 紫穗槐每亩种苗用量

2 水土流失防治效果分析

2.1 枫杨护岸锁龙式防护效果

针对小河道上游石砌堤坝段、中下游护岸和土质堤坝段分别采取枫杨护脚、护岸、绿堤技术，通过合理利用侧根发达、主根明显、固土防风能力强、耐淹、生长快、根蘖强的枫杨护岸构建完整的植物防洪体系，这既美化了生态环境，又促进了水生动植物生态平衡和人与自然协调发展[10]。

2.2 特色经济林开发治理效果

辽东山区土壤侵蚀剧烈，沟壑纵横，以土石质“V”型沟壑为主。因此，必须加快构成上下纵横、多功能、多层次、立体型开发体系，增强土壤抗冲蚀性、改善土壤结构、保持林下植被群落稳定及形成山核桃经济林规模，有效控制沟岸扩展、沟底下切和沟道侵蚀，为促进林下植物和山核桃生长提供较好的立地环境，促进沟道生态系统良性循环[11]。

2.3 特色植物穿带式护埂效果

充分考虑辽东山地土壤侵蚀特点，利用紫穗槐和刺五加、刺嫩芽等构建“宽带式”梯田护埂模式及“窄条式”植物穿带模式，绿植期可以达到180d，覆盖率接近90%，土层深0-40cm范围内植物根系密集，能够有效拦蓄泥沙和阻滞地表径流，减少坡度0.5°-1°，形成的7-12cm高土坎有利于减缓地表径流速度，对改善农作物立地条件、控制土壤侵蚀、遏制坡耕地生态系统逆向发展以及提高作物产量等发挥积极作用[12-14]。

2.4 山地红松镶嵌补植、植物穿带模式效果

通过采取紫穗槐穿带和红松套种技术建立“带式”修复模式及“镶嵌式”生态模式，这既能有效恢复林草植被和生态系统功能，还可有效恢复物种多样性，减少土壤侵蚀50%以上，加快促进森林系统良性循环。

3 结 语

为解决辽东山区生态环境退化、土壤侵蚀剧烈等问题，文章结合当地特色生物资源、地貌特点和地形特征，综合利用大面积推广和典型试验方法开展系统性、针对性研究，取得了较好成效，为实现人与自然协调发展、改善辽东生态环境和加快水土流失防治等提供了技术支持。