長江流域兩當(dāng)河上游水土保持生態(tài)修復(fù)技術(shù)及建設(shè)模式

土壤水生態(tài)恢復(fù)是指通過一定的人工輔助措施，促進(jìn)自然界自身固有的再生能力，最大限度地發(fā)揮植物的可持續(xù)生長發(fā)育和進(jìn)化，保護(hù)和改善受損生態(tài)系統(tǒng)的功能，建立和維護(hù)良好發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)。長江上游地區(qū)的生態(tài)修復(fù),不僅關(guān)系到長江流域經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展,也關(guān)系到我國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的大局。而長江上游的氣候條件、土壤條件和地帶性植被分布等,都有利于退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與修復(fù)。目前,在長江上游各主要水土流失區(qū),有大量成功的綜合治理模式及不同尺度的示范樣板,如陳奇伯等提出的自然恢復(fù)加人工誘導(dǎo)的適合金沙江干熱河谷地區(qū)的修復(fù)措施;張莉等以云南省姚安縣作為研究區(qū),采取封禁、人工補(bǔ)植和多功能互補(bǔ)等措施,取得了較好的效果。但這些模式實施中尚存在許多問題需要解決,如措施以封禁為主,在生態(tài)修復(fù)的途徑、方法、關(guān)鍵技術(shù)、區(qū)域差異、動態(tài)監(jiān)測與評價等方面研究極少,操作性差,定量分析研究尤為缺乏。而對生態(tài)修復(fù)項目進(jìn)行效果監(jiān)測和評價,則是確保生態(tài)修復(fù)工程實施的重要措施。因此,本文對長江上游的兩當(dāng)河上游進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀調(diào)查,在綜合分析生態(tài)修復(fù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上,提出自然與人工輔助相結(jié)合的水土保持生態(tài)修復(fù)技術(shù)及建設(shè)模式,并對依據(jù)此模式進(jìn)行的生態(tài)修復(fù)效益進(jìn)行監(jiān)測評價,以期為隴南山地及長江上游生態(tài)環(huán)境建設(shè)與恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。1水土保持現(xiàn)狀表1研究區(qū)位于甘肅省兩當(dāng)縣北部,屬長江上游嘉陵江水系,行政涉及5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)28個村民小組,面積327.27km2。屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年均氣溫11.4℃,平均風(fēng)速0.8m·s-1,年均降水量665mm,日照時數(shù)1969.2h,年蒸發(fā)量1239mm。區(qū)內(nèi)人口12749人,其中農(nóng)業(yè)人口10844人,耕地總面積3326.67hm2。2002年農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值1109萬元。植被以林地和草地為主,林地主要是天然次生林,多退化為雜灌,植物種類有櫟類(Quercusspp.)、山楊(Populusdavidiana)、青崗(Cyclobalanopsisglauca)等;少量純林分布在北部人為擾動較少的山區(qū)。林地群落層次結(jié)構(gòu)簡單,郁閉度較低。土壤類型主要有棕壤土、褐色土和山地草原土。區(qū)內(nèi)侵蝕溝發(fā)育頻繁,水土流失嚴(yán)重。甘肅省兩當(dāng)河流域水土保持生態(tài)修復(fù)工程實施期為3年(2002～2004年),3年共完成基本農(nóng)田66.7hm2,營造經(jīng)果林33.3hm2,營造水保林300hm2,封禁治理12940hm2,天然林保護(hù)8200hm2,推廣節(jié)能灶(坑)200處。在治理水土流失、改善項目區(qū)生態(tài)環(huán)境、增加農(nóng)民收入方面起到很大作用。2生態(tài)修復(fù)的內(nèi)涵生態(tài)修復(fù)模式是指人們在生態(tài)修復(fù)活動中所采取的定型的修復(fù)方式、生態(tài)要素的組織形式、生態(tài)演替所遵循的理論以及經(jīng)濟(jì)狀況和政策等的總稱。它具有穩(wěn)定性、完整性和系統(tǒng)性的特點。生態(tài)進(jìn)展演替的途徑則是生態(tài)修復(fù)模式的具體實現(xiàn)過程。生態(tài)修復(fù)包括生態(tài)自然修復(fù)和人工修復(fù)。兩當(dāng)河流域項目區(qū)在遵循自然規(guī)律的基礎(chǔ)上,應(yīng)用群落演替控制與恢復(fù)技術(shù)、水土流失控制與保護(hù)等技術(shù),建立生態(tài)自然修復(fù)和人工輔助相結(jié)合的水土保持生態(tài)修復(fù)模式。各子系統(tǒng)水土保持生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系和技術(shù)類型如表1所示。2.1封建區(qū)模式下的林分修復(fù)管理退化林地修復(fù)主要采取封山育林方式。對具有天然下種和萌芽根蘗條件的跡地、次生林地、灌木林地等采取封禁治理方式。根據(jù)植物分布、土地類型、地形條件,以面積在5～10km2的支溝為單元,將修復(fù)區(qū)劃分為52個封禁小區(qū)。按林分特征,對含有種質(zhì)資源稀缺或經(jīng)濟(jì)價值高的樹種的小區(qū),如白皮松林地等實行重點保護(hù);對疏林地、郁閉度在70%以下的灌木林地實施全封,禁止燒山、開荒、放牧、砍柴、割草等一切不利于林木生長繁育的人為活動,促使退化林地林木生長。對郁閉度在70%以上的灌木林地實施半封,允許農(nóng)民有秩序地進(jìn)山打柴、割草。2.2利用周邊天然“種籽島”恢復(fù)植被一是封禁治理,對包含在各封禁區(qū)內(nèi)的荒山荒坡實施全封,利用其周邊天然“種籽島”,在自然條件下通過種籽雨的擴(kuò)散恢復(fù)植被;二是人工造林,對封禁區(qū)以外的具有支持生命系統(tǒng)能力的宜林荒山荒坡營造坡面水保林和經(jīng)濟(jì)林。2.3復(fù)合農(nóng)林業(yè)技術(shù),保證農(nóng)田基本農(nóng)田建設(shè)達(dá)到“0.犯罪”的目標(biāo),滿足農(nóng)民生產(chǎn)生活需要,選用“1.采取梯田工程,在現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地的基礎(chǔ)上,按照近村、近水、近路的原則,對15°以下的連片坡耕地全部實施“坡改梯”工程,保證人均基本農(nóng)田達(dá)到0.07hm2以上,以滿足群眾生產(chǎn)生活需要。同時采取復(fù)合農(nóng)林業(yè)技術(shù),包括2種經(jīng)營類型:一是在梯田地埂上采用雙埂隔畦的方式,栽植以花椒為主的經(jīng)濟(jì)林。田面農(nóng)作物,地埂經(jīng)濟(jì)林,效益兼顧,長期復(fù)合。二是以林業(yè)為主,農(nóng)、牧復(fù)合,在坡耕地上栽植人工林或經(jīng)濟(jì)林,在幼林下進(jìn)行農(nóng)林牧間作,樹木郁閉后,復(fù)合終止。2.4改造傳統(tǒng)放牧,復(fù)育分離在修復(fù)區(qū)戶均建造1口節(jié)柴灶,建設(shè)1處圈舍,對現(xiàn)行使用的爐灶進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造;變傳統(tǒng)放牧為舍飼養(yǎng)畜。創(chuàng)造條件最大限度地減少人類生產(chǎn)生活對自然生態(tài)的破壞,促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)。兩當(dāng)河上游水土保持生態(tài)修復(fù)措施見表2。3水生態(tài)修復(fù)效果評價指標(biāo)群落結(jié)構(gòu)、生物量和生產(chǎn)力是衡量生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)程度的基本指標(biāo),為客觀評價兩當(dāng)河上游水土保持生態(tài)修復(fù)效果,采用常規(guī)監(jiān)測和遙感監(jiān)測結(jié)合方法,對退化生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)過程及結(jié)果進(jìn)行了動態(tài)監(jiān)測。3.1自然生長情況項目區(qū)生態(tài)修復(fù)實施期為3年(2002～2004年),按照實施方案的監(jiān)測技術(shù)要求,對水保林地、有林地、次生林地等8個監(jiān)測小區(qū)進(jìn)行了生物量、植被覆蓋度、泥沙、降水等指標(biāo)的常規(guī)監(jiān)測。并相應(yīng)建立人工監(jiān)測網(wǎng)點8處,通過連續(xù)觀測,建立監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。各監(jiān)測小區(qū)植物生長變化如下:1號監(jiān)測小區(qū)(水保林地):面積100m2,監(jiān)測對象是79株刺槐。2002年小區(qū)內(nèi)刺槐平均胸徑4.41cm,平均樹高1.38m,平均樹冠0.57m;2003年小區(qū)內(nèi)刺槐平均胸徑4.86cm,平均樹高1.66m,平均樹冠0.74m;2004年小區(qū)內(nèi)刺槐平均胸徑5.06cm,平均樹高1.99m,平均樹冠0.96m。2號小區(qū)(撂荒3年坡耕地):面積300m2,坡度22°。2002年小區(qū)自然萌發(fā)和生長的主要植物有艾蒿、水蒿、狼牙刺、刺莧、小蒿、野蒿;由于降雨及種群生存競爭綜合因素影響,2003年水蒿等枯死或消失,僅存艾蒿、黃花蒿、狼牙刺;2004年新增野棉花、莧草、野菊花、刺槐和黃莧等。3號小區(qū)(有林地):面積990m2,海拔高度1275m。林地內(nèi)有油松6株、刺槐7株、漆樹59株、臭椿2株、馬尾松4株。監(jiān)測結(jié)果見表3。4號監(jiān)測小區(qū)(次生林地):面積400m2,海拔高度1270m。植被種類有狼牙刺、刺槐、野菊、艾蒿等。2002年狼牙刺平均高度13cm,2003年平均高度15cm,2004年平均高度65cm。5號小區(qū)(1年撂荒地):面積300m2,坡度5°。2002年區(qū)內(nèi)植被覆蓋率為78.5%,2003年覆蓋率82.6%;2004年植物種增加了核桃、狼牙刺、燕麥、白蒿、桐蒿等,植被覆蓋率為78%。6號小區(qū)(撂荒1年的坡耕地):面積300m2,坡度18°。2002年植被覆蓋率36.3%,2003年覆蓋率增加到68%;2004年增加了臭椿、刺槐等樹種,植被覆蓋率為76%。7號小區(qū)(坡耕地):面積100m2,海拔998m,有3個面積為1m×1m監(jiān)測點。2002年種植農(nóng)作物為優(yōu)質(zhì)小麥“綿陽19號”,每個測點平均產(chǎn)投比為1∶2.05;2003種植黃豆,產(chǎn)投比為1∶0.75;2004年種植小麥,產(chǎn)投比為1∶1.71。8號小區(qū)(梯坪地):面積100m2,海拔996m,有3個面積為1m×1m監(jiān)測點。2002年種植優(yōu)質(zhì)小麥“綿陽19號”,每個監(jiān)測點平均產(chǎn)投比為1∶1;2003年種植優(yōu)質(zhì)玉米“中旦2號”,產(chǎn)投比為1∶1.06;2004年種植優(yōu)質(zhì)小麥“綿陽19號”,產(chǎn)投比為1∶7.6。3.2實地調(diào)查和遙感監(jiān)測結(jié)果遙感數(shù)據(jù)源包括2001年8月2日的Landsat5影像1景,30m分辨率,景號為128/036;2001年8月21日的SPOT4全色數(shù)據(jù)1景,景號為264/282,10m分辨率;2003年11月15日的SPOT5多光譜數(shù)據(jù),分辨率為10m。結(jié)合野外實地調(diào)查,采用人工目視判讀,獲得研究區(qū)在實施生態(tài)修復(fù)前后的土地利用數(shù)據(jù),在ArcGIS支持下獲得變化和轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)。解譯前后3次進(jìn)行實地調(diào)查,判讀精度在80%以上。遙感監(jiān)測結(jié)果如表4所示。從表4可知,2001～2003年增加幅度較大的類型是天然草地,增長了2.32km2。減少幅度最大的是坡耕地,減少了6.71km2。坡耕地減少的原因主要有兩個方面:其一是實施生態(tài)修復(fù)整治工程以后,實行了退耕還林還草工程,大部分坡耕地變?yōu)椴莸?2.32km2)和梯田(2.58km2),其次是轉(zhuǎn)化為居民地和灌木林等。梯田增加主要源于坡耕地,自實施生態(tài)修復(fù)工程以后,對工程實施區(qū)農(nóng)業(yè)用地進(jìn)行了規(guī)范化管理,實現(xiàn)了漸進(jìn)有序的發(fā)展,杜絕了亂開、亂墾。菜地減少了0.02km2,果園減少了0.11km2。菜地和果園的減少主要與生態(tài)工程區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整有關(guān),工程梯田的建設(shè)使坡耕地的零星園地成為連片梯田,在遙感影像上表現(xiàn)不十分明顯。喬木林減少了0.36km2,減少的喬木林地主要分布于原來的坡面以及河谷階地人為活動較為頻繁地段,這部分林地主要轉(zhuǎn)為經(jīng)濟(jì)林和梯田等。灌木林地增加了0.16km2,是由于工程實施把過去草灌改良為適合當(dāng)?shù)刈匀粭l件的灌叢。天然草地總量增加了2.32km2,主要是人工封育、自然封育和退耕還林還草的結(jié)果,主要分布于>25°的坡面。荒草地總量增加了0.06km2,這部分草地主要來源于兩當(dāng)河河漫灘。4生態(tài)環(huán)境和生態(tài)修復(fù)的可行性在自然力和人工輔助共同作用下,兩當(dāng)河流域退化生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)效果明