美国水土保持中的缓冲带技术

美国水土保持中的缓冲带技术□钟勇摘要缓冲带是一类水土保持和面源污染控制的生物治理措施的总称，20世纪30年代在美国就有规范的缓冲带设计和应用。常见的缓冲带有坡地等高缓冲带、水体周边缓冲带和风蚀区缓冲带三大类型。缓冲带的设计要素包括选址、规模、植被种类设置和管理维护4个方面。缓冲带技术在我国有着广泛的应用前景。关键词水土保持缓冲带生态系统一、美国水土保持概况20世纪30年代美国遭受了“黑风暴”的侵袭，数百万公顷良田被毁，成千上万的人流离失所。这场生态劫难也是人为水土流失和全面生态治理的一个分水岭，美国政府为此成立了土壤保持(水土保持)局，作为全国水土保持工作的主体单位，该局自1935年颁布《水土保持法》后，陆续颁布10余部相关法律、法规，建立健全了法律、法规体系和技术、标准体系，水土保持工作走上了法制化和科学化的轨道。同时，为支持各州处理好水土保持工作，罗斯福总统还直接参与联邦政府与州政府的协调工作。美国的水土保持由此从长时期自然演变和移民开发破坏，进入全面治理与控制阶段。经过半个多世纪的综合治理，到20世纪90年代，美国的水土流失总体状况已经得到较好控制，比照我国土壤侵蚀分类分级标准，侵蚀强度在中度及以上的水土流失地区基本得到治理，水土流失威胁较严重的区域基本上都得到较好的控制，植被覆盖总体状况较好。为进一步提高水土资源的可持续利用，全面提高生态环境质量，20世纪末美国以水土保持局为主体，成立了自然资源保护局，美国进入了生态恢复与保护的新阶段，水土流失治理的主要目标也从以保水减沙为主发展到以控制面源污染和保证水系周边地带稳定性、提高生态环境整体质量为主。美国农业部下属的自然资源保护局，依靠联邦、州、县市三级相应的机构进行管理，负责对全国的土壤、水资源进行调查、评价，并在地方政府机构的协助与合作下，以相关法律法规为保障，利用信贷、补助、税收等经济调控措施，通过各种生态治理和保护计划(项目)，对需要治理的区域开展规划与生态保护或治理设计。美国建立了比较科学、完善的管理、监督机制，并发展了土壤普查、技术指南、水保措施的标准与规范、资源数据库等完整的水土保持技术体系。在水土保持的长期实践中，“缓冲带”可以说是成熟技术的典型，在控制坡地水土流失、沟道侵蚀、面源污染防治以及保护和恢复生态等方面大显身手。二、缓冲带技术及应用情况1．基本概念缓冲带是一类水土保持和面源污染控制的生物治理措施的总称，广泛应用于坡地水土流失控制、河(沟)道稳定性保护、干旱区风蚀控制、水体质量保护、野生动物生态环境恢复、寒区防雪、城市园林美化等多个领域，主要的设计形式有防风林带、十字网格防风带、草本防风隔栅、水体周边保护带、河谷生态廊道、地头防护带、坡地等高缓冲带、过水草带等多种典型设计。缓冲带的应用实践在15～16世纪的欧洲就已经开始，19世纪成型，20世纪30年代在美国就有了规范的缓冲带设计和应用。随着社会和人类生态环境意识的发展，缓冲带的应用指导思想也一直在演进。目前，其设计理念已从单纯的水土保持发展到在陆地生态系统中人工建立或恢复植被走廊，将自然灾害的影响或潜在的对环境质量威胁加以削减(缓冲)，保证陆地生态系统良性的发展，稳定环境质量可能恶化的区域，提高和恢复生物多样性。在具体的规划和设计中以小流域为单元，统筹考虑，广泛采用景观生态学的概念，将规划设计区域分成矩阵、斑块和廊道，在GIS手段的支持下，应用空间分析的方法，强调从每个生态单元出发，恢复和保持区域的整体生态功能，而不仅限于利用缓冲带减少泥沙、化学有害物等面源污染物进入水体。2．主要类型应用于水土保持生态治理的常见缓冲带包括：坡地等高缓冲带、水体周边缓冲带、风蚀区缓冲带三大类。坡地等高缓冲带大致上相当于我国的等高植物篱，应用于缓坡耕地的农作物与林草间作，但设计上强调对面源污染的控制；水体周边缓冲带一般沿河道、湖泊水库周边设置，强调对水质的保护功能；风蚀区缓冲带相当于我国的防风、防沙林带。缓冲带不仅仅是一个植物措施的概念，而且是一个改善生态环境的战略性措施。因此，各种类型的缓冲带在美国的应用非常普遍。美国科学院自然资源委员会建议，在全国所有水体周边都设置水体周边缓冲带，以控制水土流失，保证水质(有效过滤、吸收泥沙及化学污染)，降低水温(保证水生生物生存)，稳定岸坡。轻度侵蚀、坡度超过15%的坡耕地和收获牧草地上，坡地等高缓冲带得到广泛应用。根据多数土地为个人拥有的情况，美国水土保持生态治理项目常由政府部门通过合同方式与土地所有者合作开展，所以多数缓冲带的设计功能时限和合同期限一致，一般为10～15年左右。3．设计要素科学地设计缓冲带是使其更好地发挥作用的基础，在设计中要考虑选址、规模、植被种类配置及管理维护4个要素。选址：合理地设置位置是缓冲带有效拦截径流、发挥作用的先决条件，可以根据地形实际确定。一般设置在坡地的下坡位置，与径流流向垂直布置；对于长坡，可以沿等高线多设置几道缓冲带，以削减水流的能量；在溪流和沟谷边缘设置，建立最后屏障。如果选址不合理，大部分径流就会绕过缓冲带，直接进入沟、渠，缓冲带的作用就会大打折扣。规模：缓冲带的设置规模主要根据水土保持功效和农业生产效益综合考虑。如果缓冲带的位置属于荒地，则设置规模主要考虑水土保持效益；如设置位置属农田，则在考虑水土保持效果的同时还要考虑农业生产效益。在美国，永久性植被缓冲区域面积占所保护的农业用地总面积3%～10%，具体数目根据实际情况确定。植被种类配置：合理的植被配置是缓冲区实现控制径流和污染功能的关键。根据所在地的实际情况进行乔、灌、草的合理搭配，既要考虑采用以灌、草为主的植物在农田附近阻沙、滤污，又要安排根系发达的乔、灌以有效保护岸坡稳定、滞水消能，特别要注意的是配置植物种类时要考虑降雨和径流的时间分布规律，保证缓冲带既能在水量充沛时发挥功效，也能在水量较少时保存下来，达到缓冲带整体功能最强。管理维护：适当的维护如清理沉积物、修补损坏植被是保持缓冲区功能的重要保障。径流在缓冲区均匀分布时，缓冲带能发挥最大效益。在缓冲带建设初期或使用一段时间后，部分未建好或损坏的位置会出现汇流，造成“木桶效应”，影响整体功能的发挥。缓冲带应用中重视乡土植物品种的使用，对外源物种可能带来的入侵危害给予了高度重视，在外来植物品种引进中非常慎重，以确保生态系统的稳定。同时，设计单位也很重视在缓冲带植物品种选择中兼顾经济树种，尽可能提高土地经营者的收益。4．科学基础先进的科技水平、设施，完善的技术服务体系，为以缓冲带为主要代表的水土保持和环境保护工作的开展提供了有力的支撑。缓冲带的规划和设计有很强的科学性，从资源环境的本底数据到基于GIS的空间分析，政府部门都有相当强的技术基础和人员保证。自然资源保护局系统的技术人员专业分布十分广泛，基本覆盖了农、林、水、环境、地理、计算机、统计、生物、经济、政策与管理等各个相关领域，实验设施齐备，网络、计算机软硬件应用环境好，基础数据库建设比较完善。由于水土保持生态治理规划可以从较小的流域或景观生态单位开展，但设计上多以农牧场为单位，利用我们所称的3S技术”，依据翔实的基础数据进行分析和评价，并以空间分析结果来支持缓冲带布设决策就显得十分重要。美国对土壤侵蚀数据的调查有很好的基础，历史上多次开展全国性土壤资源普查，在县级地域，调查也达到较高的精度。如20世纪80年代的全国土壤普查，在人口密度较低的中部草原区的县级行政区域，制图比例尺达到1:2万，而且土壤分类采用基于诊断层与诊断特性的定量分类系统，对迅速获取土壤侵蚀基础信息十分有益。在规划设计中，以RUSLE(修正通用土壤流失方程)为代表的专业模型也都得到广泛的应用，GIS工具的普及程度达到所有机构层次。在缓冲带设计中，可以根据土壤、地形、污染控制等多项关键因子，依托强大的植物种类数据库(数据库根据乔、灌、草不同种类植物的根系发达程度、对水分需求、对土壤适应性、对污染控制能力、经济效益需求等功能进行检索)，采用专业的设计模型进行设计。美国在缓冲带的设计和建设中高度重视其生态功能，认为沿水体自然分布的天然缓冲带构成了天然状态下的生态廊道，对控制人沟(湖泊、水库)泥沙和污染物、防止岸坡侵蚀和保证野生动物的活动空间至关重要；而防止水蚀、风蚀的坡地或干旱区缓冲带则是人工构建的生态廊道，能够有效地控制土壤侵蚀与并发面源污染的蔓延，同时也为保证生物多样性提供了景观异质基础。因此，缓冲带的设计强调以缓冲带为主体的生态廊道的功能性延续(不一定需要物理性延续，如，缓冲带非连续的物理距离保证在野生动物迁徙的安全距离内)，以及生态廊道自身的稳定性。三、缓冲带在我国的应用前景我国是世界上水土流失最为严重的国家之一，水土流失面积356万km2，占国土面积的37%。水土流失带来耕地减少，土地退化，泥沙淤积，洪涝灾害加剧，影响了水资源有效利用。水土流失还加剧干旱发展，使生态恶化，加剧社会贫困程度。通过半个多世纪的不懈努力，我国水土保持取得举世瞩目的成就，走出了一条具有中国特色综合防治水土流失的路子，但是，水土流失防治任务仍然十分艰巨，全国有近200万km2水土流失面积需要治理，水土流失严重、生态环境恶化的局面尚未得到根本遏制。由于缓冲带技术具有地域上的通用性，针对目前我国水土流失面广量大，水资源短缺、水污染严重的实际情况，在江、河(沟)、湖、库周边地区，采用以缓冲带为主的生物措施，结合必要的工程措施，对进一步加快水土流失防治进程，涵养水源，降低农业生产中农药、化肥等面源污染对水体的污染，保护生态环境具有十分重要的意义。这也是水土保持工作中费省效宏的一项措施。缓冲带在我国水土流失和生态环境建设中也发挥了积极的作用，例如在黄土高原地区水土流失治理的工作中，除采用淤地坝等工程措施外，在缓坡地带采用沿等高线种植柠条为主、沟道采用以沙棘为主的植物措施已在水土流失治理中大显身手；北京市按照“绿色奥运”目标的要求，正在组织实施清洁型生态小流域的建设工作，缓冲带是其采用的一项关键措施。但是，我们对缓冲带的基础研究比较薄弱，缺乏科学、完善的技术标准和管理体系。近年来，党中央、国务院进一步加大了对水土保持工作的重视程度，将水土保持生态建设确立为21世纪经济社会发展的一项重要基础工程，在维持原有重点工程的基础上，黄土高原地区水土保持淤地坝建设、东北黑土区水土流失综合防治试点工程、珠江上游南北盘江石灰岩地区水土流失综合治理试点工程等重大项目相继启动，水土保持工作面临前所未有的大好局面。我们要用科学发展观和人与自然和谐相处的理念指导水土保持和生态环境建设工作，在积极开展水土流失防治工作的同时，应进一步加强政策研究、规划、设计、管理等方面的工作，学习、引进美国等发达国家的管理理念、先进经验和科学技术。在引进和学习美国缓冲带先进经验和技术中，要注意结合我国耕地资源紧缺、人口密度较大、经济社会水平等实际情况，统筹协调好水土保持、生态环境保护、经济社会发展的关系，根据不同类型水土流失地区的特点，研究和推广实用性强、有中国特色的缓冲带技术体系，建立配套的管理机制、保障手段，为经济社会的可持续发展提供环境和资源保障。■参考文献：1刘震．推进水土保持大示范区建设提升水土流失综合治理水平．中国水利，2003.22张学俭．中国西部大开发中的水土流失与水土保持对策．中国水土保持，20033NorthAmericaAgroforestry:AnIntegratedScienceandPractice,AmericaSocietyofAgronomy,Inc.2003中关水土保持研讨会论文集4GregRuark,AgroforestryDecisionandPlanningToolsforWatershedManagement,2003中荚水土保持研讨会论文集5GaryWells,UsingVegetationtoRestore,Stabilize,andProtectStreamChannels,2003中荚水土保持研讨会论文集6MichealDosskey,ControllingFloodingAndWaterPollutionwithUp