论植物工程在西部环境生态建设中的地位和作用(拾兵,班久次仁,曹叔尤)

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植物工程在西部环境生态建设中的地位和作用

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摘要:依据西部地区的自然条件及目前国家的经济状况,本文阐述了优先开展植物工程建设的可行性及其在西部环境生态建设中的突出作用。水利论文8e%|8Oa*{g8m;b|A

关键词: 西部地区;水土保持;生态环境建设;植物工程水利论文#}u#@6N/Q*p Y$Cf4Q3`

基金项目国家自然科学基金和水利部联合资助项目(59890200),四川大学高速水力学国家重点实验室访问学者基金(教育部,教技司1999—153)及四川大学高速水力学国家重点实验室开放基金(9902)。

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作者简介:拾兵(1961-),男,青岛海洋大学副教授,工学博士,四川大学高速水力学国家重点实验室访问学者。

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  中国是世界上水土流失最严重的国家之一,而西部又是中国水土流失最严重的地区。在西南,新构造强烈,断裂褶皱形成的破碎岩层多,地形起伏,山地丘陵区占地面积广,片蚀、沟蚀、崩塌、滑坡、泥石流大量存在。水土流失面积53.5万km2,占西南地区总面积的39.1%。河流泥沙输出量每年达8.3亿吨,土壤侵蚀按输移比0.25计可达33.2亿吨。土壤侵蚀模数按侵蚀面积计达6205t/km2.a,个别地区所占的比重更大。由此已造成了土层减薄,能力降低,耕地被毁,土地石漠化,河流含沙量增大,航程缩短,水利工程淤积严重,效益降低等不良后果。特别是植被破坏,水土流失增强,引起地面涵养水分能力降低,气候恶化,植物群落发生逆行演替,干旱面积扩大,水源枯竭,旱洪灾害频繁[1]

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  在西北,广覆着疏松深厚的黄土,气候干燥,植被稀少,甚至为零。这里冲沟纵横交错,坡蚀、沟蚀量巨大,水土流失更加严重。据黄河流域的资料统计,黄土高原存在43万km2的土壤流失区,其中窟野河、皇甫川、孤山川、秃尾河、佳芦河5条支流面积仅1.73万km2,但流失沙量2.46亿吨。皇甫川至秃尾河等各支流的中下游地区,粗沙输沙模数达10000t/km2.a,另一区域为无定河中下游,输沙模数在6000~8000t/km2.a。因此,导致了黄河下游段的严重淤积抬升[2]。三门峡至高村段粗沙(粒径>0.05mm)淤积强度为1740×104t/d。占全沙淤积强度的62%。水利论文-ASx%}`_{&SC

  因此,治理西部地区的水地流失,加快其环境生态恢复,是开发西部的首要任务。也是利在当代,荫及子孙的伟大事业。

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1 植物活性工程在西部环境生态建设中的地位

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  西部地区的气候及地质、地貌条件,近代变化并不明显,要想大幅度地改善当地的气候及地质条件,以适应植物的生长,在现有的科学水平及人力、财力条件下,是无能为力的;而西部地区的现有地形地貌如要彻底改观,目前的国力也是无法支撑的。只有利用有限的资金在局部地区,通过平整土地,修筑梯田,筑坝拦沙淤地等工程手段,达到有限的改造效果。

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  植物群体具有很好的水土保持功效,且具有活性。在现有的气候、地质、地貌条件下,能充分发挥其整体和立体效能,起到工程的作用。单株的或小范围地盲目种植植物,其水土保持功效甚微。应该将植物看成一项工程实体的一个个单元,只有合理地设计、规划和布设,才能收到事半功倍的成效。这是因为植物工程投资少,见效快,易于大面积推广和实施;另一方面,它具有活性,不怕埋压,能自动跟踪地表高程的变化,具有很强的跟随性和扩展能力;这是硬性工程无法比拟的。广泛繁殖及郁闭的大批植物群体,能有效的涵养水分,截留和散发部分雨水,减少雨蚀及地表径流,滞流削峰,增大土壤的抗冲性,大大减少当地的水土流失。因此,植物作为一项工程来实施,具有突出的发展优势,在所有水土保持工程措施中应处于优先发展的地位。水利论文7tq9t|8U8k3c

  在西南地区,空气潮湿,雨水丰沛,植物极易生长。由于沟道及支流坡陡流急,侵蚀泥沙主要来自坡面,因此,植物治理的关键是坡面。在>20°的坡地应合理构筑植物“立体”工程,乔、灌、草本套种,水土保持林和经济林种有机结合。这样,高大的乔木可形成上层拦截网,截留部分雨水,减少雨滴的动量;中高的灌木进一步拦截雨水和缓解下降雨滴的冲击,地表的草本则起到“后卫”的作用。在缓坡地带或适宜耕作的坡地,利用植物工程构筑条带状的篱或坝,利用密集植物枝茎缝隙过流,拦截输移的泥沙于坝前或篱前,自然加高局部地形,形成天然梯田或阶地。

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  在西北地区,干旱少雨,沟道侵蚀约占60%,但沟道土壤含水量相对较大,植物易于在沟底先成活。在干旱沙漠地区,沙棘柠条等耐旱植物的大面积成活及繁殖,已为该地区大面积恢复绿色青春带来了可盼的希望。凡是种植沙棘的地方,碧绿葱葱,与周围的光山秃岭形成了鲜明对比。不难看出,沙棘在如此恶劣的西北个别地区茂盛生长,那么,黄土高原的任何角落推广种植,已不会有太大的困难。以沙棘为骨架,并配合其它适生适地的植物群体,先在沟道以类似于土石坝拦水拦沙的概念,布置一道一道活性沙棘坝群,拦截沟道输移粗沙,已在黄河中游砒砂岩地区取得成功,并且起到了明显的工程效果。内蒙西召沟的植物坝,当年坝前拦沙厚度0.2~0.4 m,现已形成条带植物群落[3]。因此,在西北干旱地区,以抗旱植物在沟道或间歇性支流中布置活性坝,以此为突破口,淤沙造田,保水保土,发展沟道农业,进而扩充到两侧坡地,是快速治理该地区水土流失,加快生态环境恢复的有效途径。水利论文we"p)?Yj"F

2 植物活性工程滞流拦沙作用

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  坡面植物工程的布设,其冠部能有效地减少雨蚀量,拦截部分雨水,加大地表水的下渗,明显影响土壤含水量消退系数K值,降低径流峰值,延长汇流时间,降低水流挟沙能力,减少输沙率。运动的泥沙颗粒会部分在行近植物群体时沉积,从而大大减少了坡面土壤侵蚀量。  汇入沟道的水流,因沟底高大的植物或低矮的灌木及草本的作用,粗糙度增大。据笔者的研究,较小的植物水力密度Fv,可以导致糙率n值增大几倍,甚至十几倍,水流对床面的切应力以及河道输沙率均明显减少。它们均为Fv的指数衰减函数[4]水利论文vZz.ll'r;B(~ Q

  水库边坡或宽阔水域的堤岸,植物活性体能有效地削减波浪高度,减少风浪或其它原因形成的波浪侵蚀,防止土体崩塌或滑坡。据周跃等人的研究,有侧根作用的土体,抗张拉力明显提高,对于云南松等乔木,在有侧根作用的土体中,其抗张拉力提高38.7%,其它学者,对不同的水土保持林的观测结果,基本与周跃的试验结果一致[5]。因此,植物根部起到了“加筋”作用。水利论文Pek8J%e b_

  植物覆盖度与土壤侵蚀率具有明显的非线性关系。覆盖度增加,土壤侵蚀量减少。据甘肃省的观测资料[6],当植物的覆盖度从90%减少到小于30%时,土壤侵蚀率从小于500t/km2.a,增加到8000~13000t/km2.a。反之,覆盖度增加,则侵蚀率减少。据蔡强国的研究,不高的植物覆盖度,已具有很好的水土保持功效,陡坡临界覆盖度约为75%[7]。由此可以看出,植物的群体的作用是非常明显的。水利论文SubI1Y S S f

  总之,在西部环境生态建设中,应以植物工程为主体,辅之少量的硬性控制工程,可收到事半功倍的良好效果,同时也是当前治理西部水土流失的基本对策。

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3 结语

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  西部的生态建设,离不开植物覆盖率的提高及大量水土流失的减少。植物工程即具有滞流拦沙、水土保持作用,又能加快环境生态建设及良好生态恢复,是一项投资少、见效快,且具有多重作用的绿色活性工程。它的推广及广泛应用,必将带来西部环境生态建设的一场绿色革命。因此,应把植物工程措施放在西部开发建设中的重要位置。水利论文8mrl[ n

参 考 文 献水利论文3v"Klo8R | q

[1] 罗德富,吴积善。西南自然灾害及其防治对策。科学出版社,1991。

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[2] 毕慈芬,孟庆枚。黄河上中游的泥沙问题。第二届海峡两岸水利科技交流研讨会,1996.8.5—6,中国台北。水利论文,iSRG i9w3sr]

[3] 毕慈芬,李桂芬等。砒砂岩地区植物柔性坝试验研究报告。黄河上中游管理局,2000.6.水利论文,[fZ J'rVnFj&U

[4] 拾兵,曹叔尤等。植物因子与明渠推移质输沙率的关系。山地研究,Vol.17,No.2,1998.水利论文8Z%||!J/X

[5] 周跃,徐强等。乔木侧根对土体的斜向牵引效应。山地学报,Vol.17,No.1,1999.水利论文 i~&|6bj3I

[6] Dai Ding Hong Tan Ying.Soil erosion and sediment yield in the upper Yangtze River hers.Erosion and Sediment Yield:Global and Regional Perspectives proceeding of the Exeter Symposium July 1996,IAHS Pull no.236,1996.

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[7] 蔡强国,王贵平,陈永宗。黄土高原小流域侵蚀产沙过程模拟。科学出版社,1998.水利论文)e4p1^+C[}

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