谈黄土高原植被构建及水资源保护
摘要：多年来，植被对黄土高原生态环境恢复起到了积极作用，但是大面积植树造林加剧了水资源短缺，影响了生态环境的可持续发展。今后应根据不同的立地条件，结合不同植物特性，遵循自然恢复为主、人工种植为辅的原则，因地制宜，合理布局，减少对水资源的浪费，恢复土壤水对地下水的补充。
关键词：黄土高原；植被建设；土壤水分；自然恢复；人工植被
黄土高原沟壑纵横、地形破碎、土质松散，年降雨量少、时空分布不均，多以暴雨形式出现，土壤极易被地面径流侵蚀，造成泥土和养分流失，影响植被生长，进一步加剧了水土流失。严重的水土流失造成生态环境不断恶化，制约当地的经济发展。同时，河水挟带的泥沙不断淤积抬高黄河河床，威胁着黄河下游河道的安全。经过70余年的治理，黄土高原水土流失已经得到控制，河流输沙量明显减少。黄河潼关站在2000―2015年测量的年均输沙量为2.74亿t，汛期含沙量为23.6kg/m3，相较于20世纪80年代分别减少了83％和61％。大面积退耕还林，植被耗水增加，造成土壤水分失衡，地下水得不到有效补充，不仅影响当前的生态修复效果，而且对生态环境的可持续发展也极为不利。
1黄土高原水资源状况
黄土高原处于大陆腹地的干旱半干旱地区，潜在蒸发量大于降雨量，土地干旱缺水。当地人均水量541m3，相当于全球人均水量的5％，平均耕地水量2620m3/hm2，相当于全球耕地水量的7.4％。随着全球气候变暖，1961―2010年黄土高原的平均气温升高了1.91℃，年降雨量减少了29.11mm，暖干化趋势明显[1]，水资源缺乏状况进一步加剧。水资源缺乏不仅影响当地群众的生产生活，而且制约了当地的生态恢复。最新研究成果表明，在未来气候变化条件下，黄土高原植被承载力阈值范围在383～528gC•m-2•a-1之间波动，目前植被平均净初级生产力为400gC•m-2•a-1，已达到这一阈值[2]。这就决定了在今后植被建设中不宜再扩大人工植被面积，而应遵循自然修复为主、人工种植为辅的原则，应根据不同植被的特性，科学规划植被的配置，减轻土壤干燥化，逐步增加土壤水对地下水的补充。
2植被建设对水资源的影响
从国家开展退耕还林还草工程以来，黄土高原植被盖度由1999年的31.6％增长到了2013年的59.6％，生态环境得到明显改善。但是由于气候干旱少雨，植被配置不合理，没有遵循演替规律，植被耗水量大于土壤水的补给量，造成土壤水分长期处于亏缺状态，导致普遍存在林木成活率低、保存率低、生长率低，逐步出现退化问题。同时，土壤水分长期亏缺，土壤水无法补充地下水，导致流域河川径流减小，长期下去会破坏生态环境[3]。植被及枯落物能够增大地面糙度，对水流产生截留作用，增加降水的入渗率，在达到一定密度后还可减少地面水分蒸发，发挥涵养水源的作用。但植被的蒸腾和截留作用同时也消耗着水资源，其中蒸腾作用消耗的水资源较多。多项研究表明，植被覆盖区的含水率高于裸地区，植被的耗水作用大于涵养水源的作用，因此植被密度越大，对水资源的消耗也越多。
3不同类型植被耗水特性比较
根据不同类型植物地下与地上部分生长的相关性[4]，乔木的冠层、根系密度、深度大于草灌，草类根系密度最小也最浅，因此乔木蒸腾作用最强，生长发育所消耗的水量大于草灌，消耗土壤水分深度也比草灌深。在植被建设中采取不同类型植物混合搭配形式，可以减少植被之间水分消耗的竞争，提高土壤水分的利用效率。研究数据表明，在坡地上采用草、灌带状混合配置，有利于形成稳定的群落结构及不同组成层次的相互作用，在防止土壤侵蚀方面比单一的植物类型效果更好。在土壤水分方面，草灌混交地的含水量平均在6.82％，比天然草地3.65％多3.17个百分点，比乔木林地3.59％多3.23个百分点，涵养水分也具有明显优势。而且草、灌带状混交，每年大量的生物枯死覆盖地表，在减少水土流失的同时，也减少了土壤水分蒸发[4]。植物的耗水量除了与日照、季节、温度和湿度相关，还与植物的生长阶段和生长年限密切相关。一般来说，同种植物生长旺盛期消耗水分多，多年生的植物比一年生的植被消耗水分多。因此在植被建设中，根据土壤水分状况，结合不同植物耗水特性合理配置植物的品种、类型和密度，对于水资源的充分利用有重大意义。
4不同立地条件植被类型的选择
4.1不同气候条件下植被类型的选择
黄土高原面积广阔，气候差异明显，降雨量从东南到西北逐级减少，跨越半湿润区、半干旱区和干旱区。气候决定了植被的类型：在干旱的荒漠地带，年降雨量仅有300～350mm，仅能生长稀疏的草被和灌木，不适宜发展人工植被；年降水量350～500mm的半干旱区属于草原气候，草类和灌木可良好生长，适宜发展草原生态；在降水量500～600mm的半干旱向半湿润过渡地带，较适宜林木生长。目前，在降雨量550mm的延安地区，子午岭、黄龙山、清泉沟已有成片的矮生乔木林生长[5]。如果在植被建设中没有遵循这种生态适应性规律，在不适宜林木种植的区域发展森林，必然出现树木“三低”现象，不但无法取得预期的生态效果，而且会浪费水资源。
4.2不同地形地貌植被的选择
黄土高原沟壑纵横、坡陡沟深、水资源短缺，植被建设完全依靠人工灌溉不切实际，主要应靠自然降水来解决，因此要根据土壤水分情况种植植物。在黄土层较厚的区域，土壤水分较差，只适合种植草类和低灌木，发展草原生态系统。而薄层黄土坡地由于下伏不透水层岩层埋藏浅，地下水位较高，树木往往可以通过发达的根系汲取地下水[6]，适合种植林木和高灌木，适合发展森林生态。塬面、梁峁由于地势较高，地表径流和土壤重力自由水向下运移，土壤水分较差，再加上风较大，日照较强，潜在的蒸发量较大，只适合配置草灌。沟谷及沟坡中下部等负地形部位，土壤含水量较高，地下水埋藏浅，可种植林木或灌木[7]。坡位和坡向不同，土壤水分也存在差异，由于日照和风速的原因，导致坡位较高的土壤水分也越差，阴坡土壤水分条件比阳坡好。可根据土壤水分条件在阴坡和坡底适当种植乔灌，并配合鱼鳞坑或水平沟，不但可以预防水土流失，还可以为植物生长截留蓄水。4.3自然演替规律对植被类型的选择自然植被恢复遵循特定的演替规律，经历由初级阶段到高级阶段的发展过程。在不同阶段，植物经过竞争产生不同的优势品种，适合不同类型植被生长。人工植被建设中也应顺应这种规律，选择与演替阶段相应的植被类型，宜树则树、宜草则草。并根据演替阶段的变化，适时调整植物配置类型，与自然植被形成稳定和谐的植物群落[8-9]。
5人工植被建设与自然恢复的关系
自然植被恢复形成的群落是不同植物在长期环境变化中，通过竞争和互惠形成的动态平衡和功能稳定的组合。群落植物种类丰富、层次结构复杂，相较于人工植被有较高的适应性、稳定性和抗逆性，在涵养水源方面也具有优势。但是自然植被的恢复需要一个漫长的过程，特别是在土壤贫瘠、干旱少雨的黄土高原地区，时间可能会更长。在恶劣的立地条件下，单纯依靠自然恢复不科学，应采取人工播种或种植的方式，加速植被的恢复。而在较好的立地条件下，应以封禁、封育自然修复为主，人工种植为辅的方式，成活的人工植被不但可以减少恢复期的水土流失，而且可以促进群落的演替进程。自然植被的恢复是自然选择平衡调整的过程，对土壤水分的影响较小，不需要考虑水资源承载能力。而在人工植被建设中，土壤水分的平衡可能会打破，造成水分长期亏缺，对水资源保护极为不利。在植被的规划布局方面，必须以水资源承载能力为条件，合理控制植被覆盖面积和密度，避免土壤干旱化加剧。
6问题和建议
黄土高原地区黄土层深厚，地下水的补给机理尚不明确，科学界也存在颇多争论，但近些年地面长年径流逐渐减少，不排除是由于植被面积扩大、土壤水分消耗增加，从而导致地下水补给减少造成的。因此，有必要对水土保持治理措施对地下水的影响进行深入研究，在植被建设和工程建设中加强对水资源的保护，增加土壤水对地下水的补充，逐步恢复地下水平衡，为生态环境可持续发展提供保障。
参考文献：
［1］李裕元，邵明安.黄土高原气候变迁，植被演替与土壤干层的形成［J］.干旱区资源与环境，2001（1）：72-77.
［2］任宗萍，李占斌，李鹏，等.黄土高原植被建设应从扩大面积向提升质量转变［J］.科技导报，2018（14）：12-14.
［3］管亚兵，赵长森，杨胜天，等.退耕还林（草）工程对黄土高原地表产沙的影响［J］.中国农业信息，2019（1）：125-136.
［4］龙毅，孟凡栋，王常顺，等.高寒草甸主要植物地上地下生物量分布及退化对根冠比和根系表面积的影响［J］.广西植物，2015（4）：532-538.
［5］刘巽浩.大西北种树种草要遵循自然与经济规律［J］.中国农业资源与区划，2000（2）：8-10.
［6］张金屯.黄土高原植被恢复与建设的理论和技术问题［J］.水土保持学报，2004（5）：120-124.
［7］张宝庆，邵蕊，赵西宁，等.大规模植被恢复对黄土高原生态水文过程的影响［J］.应用基础与工程科学学报，2020（3）：594-606.
［8］焦醒，刘广全，土小宁.黄土高原植被恢复水资源承载力核算［J］.水利学报，2014（11）：1344-1351.
［9］余汉章.黄土高原水资源特征与利用对策［J］.干旱区地理，1992（3）：59-64.
作者： 张榆兴 单位：黄河水土保持绥德治理监督局
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