黄土高原植被构建与水资源保护

□张榆兴

（黄河水土保持绥德治理监督局 陕西 榆林 719000）

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23.6 kg/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541 m3，相当于全球人均水量的5%，平均耕地水量2 620 m3/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29.11 mm，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383～528 gC·m-2·a-1之间波动，目前植被平均净初级生产力为400 gC·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300～350 mm，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350～500 mm 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500～600 mm 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550 mm 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。