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徑流林業(yè)技術(shù)在黃土高原區(qū)營造水土保持林中的應(yīng)用
論文關(guān)鍵詞：徑流；技術(shù)；水土保持林；應(yīng)用
論文摘要：徑流林業(yè)技術(shù)措施的核心技術(shù)是集水整地。集水整地系統(tǒng)由微集水區(qū)組成，一是產(chǎn)生徑流的集水面，二是滲蓄徑流的植樹穴。根據(jù)地形條件，以林木為對象在全林地形成不同的集水與栽植區(qū)，組成——通過這種措施的應(yīng)用，基本上要解決兩個問題：一是通過有效的水分調(diào)節(jié)措施，在一般年份使土壤水分基本維持在林木生長發(fā)育所需的適宜范圍之內(nèi)；二是在短期天氣干旱的情況下，土壤含水量不低于苗木的凋萎濕度以維持林分的穩(wěn)定性。
1 集水整地措施
1.1栽植區(qū)面積
在定西黃土高原干旱半干旱氣候條件下，一般要求深整地，以便降低土壤緊實(shí)度，促進(jìn)土壤熟化，增強(qiáng)土壤蓄水能力，對于防護(hù)林和用材林一般最好整地深40～60cm，林80～100cm。為了增加土壤有效蓄水量，應(yīng)當(dāng)采取較大規(guī)格的整地，但是整地規(guī)格加大，破土面增加，地表蒸發(fā)也隨之增加，而且徑流進(jìn)入后滲蓄的深度相應(yīng)減少，也增加了地表蒸發(fā)量。因此，栽植區(qū)面積的大小，應(yīng)考慮生物經(jīng)濟(jì)兼顧的原則，既考慮到樹木的根系生長發(fā)育及對養(yǎng)分和水分的需求，又要考慮到地形、土壤等自然與經(jīng)濟(jì)條件。經(jīng)濟(jì)林樹種一般對水分養(yǎng)分的需求比較高，根系的水平分布比較寬，栽植區(qū)的面積宜大一些，其寬度一般在1.40～2m，長度主要由造林的株距決定，一般在1～2m左右；水土保持用材林的闊葉樹因根冠較大，一般栽植區(qū)寬度在1～1.60m，長度在1m，但若是培育速生用材林，則整地寬度可適當(dāng)加大；薪炭林、護(hù)牧林等以灌木為主的水土保持林，栽植區(qū)面積可適當(dāng)小一些，一般寬為0.60～0.80m，長度可依據(jù)地形條件而定。
1.2集水面積
在確定栽植區(qū)面積的大小，即徑流滲蓄與水分消耗區(qū)面積大小之后，即可確定集水面的大小。集水面積的大小主要根據(jù)栽植區(qū)面積大小、降雨量、地表的產(chǎn)流率、栽植區(qū)水分消耗需求、樹木需水量、土壤水分短缺量等因素來確定，其目標(biāo)是所產(chǎn)的徑流水能彌補(bǔ)土壤水分的短缺量。一般栽植區(qū)與集水區(qū)的面積比例由栽植區(qū)的水分虧缺量與進(jìn)入栽植區(qū)的徑流量來確定，總的原則是所虧缺的水分基本上等于徑流補(bǔ)充的水分。在定西黃土高原地區(qū)降水量一般在300～400mm，蒸散需求量一般在700～1 000mm，據(jù)此栽植區(qū)與集水區(qū)的面積比例，對于經(jīng)濟(jì)林一般為4:1～8:1，對于防護(hù)林一般在2:1～6:1，具體的比例要考慮當(dāng)?shù)氐牧⒌嘏c樹種來確定。當(dāng)然，如果條件許可的話可以通過水量平衡計算出較準(zhǔn)確的比例。
1.3蓄水工程
集水面：集水區(qū)應(yīng)當(dāng)修成一定的坡度，地表較結(jié)實(shí)、平整、不易產(chǎn)生水土流失。集水面的整修可分為坡面和梯田等平緩地兩種情況。在整修過程中應(yīng)當(dāng)注意不要破壞植樹帶，集水面坡度不要過小，整地回填時就要注意回填土的高度，預(yù)留要挖去的高度，保證集水面能形成的坡度、植樹帶有足夠的蓄水容積。通過集水面所產(chǎn)生的徑流直接流入栽植區(qū)滲入土壤中供林木吸收利用，但是如果有較強(qiáng)的降雨發(fā)生，徑流量太大徑流來不及滲入土壤中，有可能沖毀坡面整地工程造成水土流失，因此與集水面相配套，在徑流滲蓄區(qū)要修筑比普通整地規(guī)格更高的蓄水工程，保證有一定的攔蓄暴雨的能力，保證坡面安全。蓄水工程的斷面形式在山坡地一般有反坡梯田、水平溝、魚鱗坑等形式，在平緩地有穴狀、條帶狀等形式。在修筑時要考慮本地區(qū)可能暴雨量、暴雨強(qiáng)度及所產(chǎn)生的最大徑流量，同時還要考慮幼林無覆蓋時地表土壤侵蝕造成每年可能的蓄水容積損失量。
蓄水工程是栽植區(qū)的重要組成部分，其修筑與栽植區(qū)整地同時進(jìn)行，按照整地的斷面形式，外埂要達(dá)到的一定高度，特別是反坡梯田時，一定要在外側(cè)修加固埂，頂寬為20～30cm，高度在40cm左右。為了使徑流能均勻地分配到各個林木，在整修外埂時應(yīng)與等高線垂直，每隔一株或幾株樹木修一橫檔，以起到防止因徑流滲蓄區(qū)過長不水平而使徑流水向一側(cè)過分集中沖毀蓄水工程。一般可以每隔3m左右修一個，橫檔的高度與外埂平齊，頂寬30cm。
1.4集水整地施工
在定西黃土高原干旱半干旱、水土流失嚴(yán)重的地區(qū)，由于土壤瘠薄、緊實(shí)度又高，致使造林苗木的根系初期生長不良，不僅影響成活率而且也影響到后期的生長發(fā)育。通過整地措施可以改善林木生長的土壤條件，減少幼樹生長的阻力。在進(jìn)行整地施工時，一定要達(dá)到預(yù)先設(shè)計的長、寬、深的標(biāo)準(zhǔn)。如果是經(jīng)濟(jì)林，則結(jié)合整地可以施足底肥。同時在回填的工程中可以在土壤中加一些綠肥、有機(jī)肥、復(fù)合肥、土壤改良劑、蓄水保墑等，以增加土壤養(yǎng)分改良土壤結(jié)構(gòu)。施肥的數(shù)量與種類主要由所選的造林樹種確定。為了減少地表蒸發(fā)的損失，栽植區(qū)表面的形式以在陽坡的造林地能造成小陰坡為較理想，可以降低夏季的土壤蒸發(fā)；在陰坡的造林地修成水平面較為理想，可以改善春季地溫，促進(jìn)林木根系的生長。
2 集水面防滲措施
提高小雨、強(qiáng)降雨的產(chǎn)流率是增加旱季林木水分供應(yīng)量的重要手段之一，也是提高降用率的重要措施。在黃土地區(qū)年降雨、中小雨、強(qiáng)降雨，分別占總降雨次數(shù)和降雨量的80％和70％以上，一般很難引起地表徑流。因此，通過一系列的地表防滲技術(shù)對集水區(qū)進(jìn)行處理，不僅可以增加降水的利用率，減小土壤的無效蒸發(fā)，而且可以提高土地的生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)效益。
2.1壓實(shí)拍光處理
壓實(shí)拍光是一種以緊實(shí)地表土壤，減小孔隙度，增加土壤黏結(jié)力，形成一層高密度入滲阻力層為特點(diǎn)的地表防滲措施。表土層壓實(shí)拍光的程度與土壤組成、有機(jī)質(zhì)含量、施工時的土壤含水量、壓實(shí)力大小與均勻程度等因素有關(guān)。表層土壤密度越高，水分的入滲阻力大，降雨產(chǎn)流率也越高，在條件允許的情況下應(yīng)盡量增強(qiáng)壓實(shí)力，提高表層密度。在整修時，先把地表的雜草連同干燥土層一起鏟除回填到栽植區(qū)，裸露出濕土，按預(yù)定的形狀整修好集水面后，根據(jù)需求即可進(jìn)行壓實(shí)拍光處理。
2.2防滲劑處理
在極干旱或林木需水量較大的情況下，依靠壓實(shí)拍光已不能滿足林木生長發(fā)育對水分的需求，必須對地表進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆罎B處理，以進(jìn)一步提高降雨的產(chǎn)流率，增強(qiáng)對降雨的空間分配強(qiáng)度。目前國內(nèi)外常用的防滲化學(xué)材料有鈉鹽、乳膠、蠟狀物、瀝青及YJG－1、YJG－2、YJG－3和生物材料如地衣等。對要進(jìn)行防滲劑處理的集水區(qū)應(yīng)事先仔細(xì)地壓實(shí)拍光，除去浮土，平滑表面，而且一般應(yīng)在苗木栽植后再進(jìn)行處理，這樣可以避免栽植時人為的破壞集水面。在集水面壓實(shí)拍光并整理好后即可進(jìn)行防滲處理。如使用YJG－1，可取YJG－1原液加水按照1：10～1：15的濃度配制好噴灑液，裝入噴霧器內(nèi)備用。噴灑時應(yīng)選在無風(fēng)晴朗的天氣進(jìn)行，否則因風(fēng)吹散、霧化的噴灑液會造成材料浪費(fèi)而且很難噴勻，如果有雨時噴灑還沒有等膜形成與土壤接觸牢固而被雨水沖失。
2.3生物防滲處理
與化學(xué)防滲劑相比，生物防滲處理有其無法比擬的優(yōu)點(diǎn)和更廣闊和應(yīng)用前景。在對集水效率要求較高的地方可以使用化學(xué)防滲劑，但在對徑流系數(shù)要求不高時則可以用生物材料來代替，此外，在壓實(shí)拍光的集水區(qū)表面也可以使用生物材料，對集水面起到保護(hù)作用。
對集水區(qū)地表進(jìn)行處理的生物材料，經(jīng)過室內(nèi)試驗(yàn)和野外試驗(yàn)觀測，使用了一種自然存在于黃土高原地區(qū)的地衣－石果衣。這種地衣緊密貼生于土壤表面，耐干旱，在合適的溫度、濕度條件下可以進(jìn)行營養(yǎng)繁殖。繁殖好的地衣營養(yǎng)碎片，噴灑在集水面上，利用夏季的有利條件，經(jīng)過1～2年即可形成地衣保護(hù)層。石果衣的集水效果雖然不如化學(xué)材料，但它是一種純生物材料，又具有極好的水土保持效果，對促進(jìn)全林地生態(tài)環(huán)境的改善具有積極的作用。
2.4其他處理方法
除了上面介紹的幾種防滲處理方法和材料之外，還有一些其他材料也在試驗(yàn)研究中應(yīng)用了。其中有水泥和107膠混合起來噴灑在集水面上，也具有較高的徑流系數(shù)和較長的使用壽命；在干旱區(qū)還使用了在集水面上鋪設(shè)油氈紙、塑料薄膜的方法；此外還試驗(yàn)了瀝青、拒水粉等材料的防滲性能和使用方法。其中有的材料和方法在一定的條件也可以使用。
3 結(jié)論
根據(jù)定西的地形條件，組成一個完整的集水、蓄水、水分利用系統(tǒng)。在自然降雨不能滿足樹木正常生長發(fā)育的需求，在不同的時間里土壤水分有一定的虧缺量，通過集水面積、徑流系數(shù)來調(diào)節(jié)產(chǎn)流量，彌補(bǔ)土壤水分的不足，保持水分供需的基本平衡。增高對降水的高效利用是其核心，通過人工措施改變地表性狀使比較小的降雨也能產(chǎn)生地表徑流，從而提高降水的地表產(chǎn)流率，增加林木根系分布區(qū)域的供水量，同時通過一系列的蓄水保墑措施盡可能減少地表的無效蒸發(fā)損失，延長土壤水分的使用時間，使有限的水分得到林木根系的充分吸收，提高水分的利用效率。通過這種措施的應(yīng)用，基本上要解決這樣兩個問題，一是通過有效的水分調(diào)節(jié)措施在一般年份使土壤水分基本維持在林木生長發(fā)育所需的適宜范圍之內(nèi)，二是在短期天氣干旱的情況下，土壤含水量不低于苗木的凋萎濕度以維持林分的穩(wěn)定性。
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