全 文 ：基于东北漫岗黑土区坡耕地沟蚀防治的
防护林带布局优化*
苏子龙1,2 摇 崔摇 明1**摇 范昊明2
( 1中国林业科学研究院荒漠化研究所, 北京 100091; 2沈阳农业大学水利学院, 沈阳 110866)
摘摇 要摇 防护林带体系是东北漫岗黑土区坡耕地的重要组成部分,对坡耕地上侵蚀沟的发
生、发展具有重要影响.本文以黑龙江省鹤山农场典型小流域为研究对象,基于 Quickbird 高
精度遥感影像和数字高程模型,结合实地调查结果,分析防护林带分布对坡耕地侵蚀沟发生、
发展的影响,并根据坡耕地沟蚀特点及其与防护林带分布的相关关系,提出防护林带分布的
优化方案.结果表明: 当前不合理的防护林带布局,直接或间接地促进了坡耕地浅沟和切沟
的发生和发展.优化方案包括:调整防护林带走向为横坡林带,加强林带维护和更新,以减少
林带间断,增加林带条数,减小林带间距等,同时提出了坡面林带条数和林带间距的计算方
法.研究结果可为典型漫岗黑土区坡耕地的沟蚀防治和防护林带规划提供科学依据.
关键词摇 防护林带摇 沟蚀优化方案摇 漫岗摇 黑土区
文章编号摇 1001-9332(2012)04-0903-07摇 中图分类号摇 S157. 1摇 文献标识码摇 A
Optimization of shelterbelt distribution for the gully erosion control of cultivated slope land
in rolling hill black soil region of Northeast China. SU Zi鄄long1,2, CUI Ming1, FAN Hao鄄ming2
( 1 Institute of Desertification Studies, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China; 2College
of Water Conservancy, Shenyang Agriculture University, Shenyang 110866, China) . 鄄Chin. J. Appl.
Ecol. ,2012,23(4): 903-909.
Abstract: Shelterbelt system is one of the main components of cultivated slope land in rolling hill
black soil region of Northeast China, which plays an important role in the control of gully erosion.
Based on the Quickbird high鄄resolution remote sensing image and the digital elevation model
(DEM), and combining with field survey data, this paper analyzed the effects of shelterbelt system
in a small watershed of rolling hill black soil region in Heshan Farm of Heilongjiang Province on the
control of gully erosion in the cultivated slope land, and put forward an optimized scheme for gully
erosion control based on the features of gully erosion in the cultivated slope land and their relations
with the distribution of the shelterbelt system. In the study area, the current distribution of the shel鄄
terbelt system promoted the occurrence and development of shallow gully and gully directly and indi鄄
rectly. The proposed scheme for optimizing the distribution of the present shelterbelts included the
adjustment of the direction of the shelterbelt perpendicular to the aspect of slope, the enhancement
of the maintenance and regeneration of the shelterbelts to reduce the gaps of the shelterbelts, the
increase of the shelterbelt number, and the decrease of the distances between shelterbelts. A meth鄄
od for calculating the shelterbelt number and the distances between the shelterbelts was also given.
This study could provide scientific basis for the gully erosion control and the shelterbelts program鄄
ming in the cultivated slope land of rolling hill black soil region.
Key words: shelterbelt; optimized scheme for gully erosion control; rolling hill; black soil region.
*国家自然科学基金青年科学基金项目 (30901163,40901133,
41001165)资助.
**通讯作者. E鄄mail: cuiming2009@ foxmail. com
2011鄄08鄄30 收稿,2012鄄01鄄16 接受.
摇 摇 东北漫岗黑土区是我国重要的粮食主产区[1] .
目前该区的土壤侵蚀情况已不容忽视,特别是在坡
耕地上大量发育的浅沟和切沟,不仅影响耕作,还导
致土地生产力下降,严重危害当地的农业生产和经
济发展.为此,许多学者从影响因素、侵蚀特征、发育
模式等方面研究了坡耕地上浅、切沟的侵蚀规律,结
果表明,地形、气候、土壤、植被和人为因素是影响黑
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 4 月摇 第 23 卷摇 第 4 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Apr. 2012,23(4): 903-909
土区切沟侵蚀的主要影响因素,其中人为干扰为主
导因素[2-5] .张永光等[6]通过对两个农业小流域内
浅沟侵蚀的观测,分析了春、夏季浅沟侵蚀在侵蚀强
度、浅沟形态和主要影响因素 3 个方面的差异,指出
作物类型和耕作措施影响浅沟分布和侵蚀深度,且
以夏季的影响尤为明显.胡刚等[7]分析了浅沟的发
育特征,认为当前该区的浅沟正处于快速发展时期,
黑土区坡长坡缓的特点决定了该区浅沟发育的临界
汇水面积较大、临界坡度较小;Hu 等[8]分析了切沟
沟内蚀积变化特征,认为冬春季冻融侵蚀产生堆积、
雨季径流产生侵蚀的过程是该区切沟侵蚀发育的一
种模式.
东北漫岗黑土区的农田防护林带体系是“三
北冶防护林体系的重要组成部分,目的是为了抵御
当地严重的风害、调节温湿度、生产木材和美化环境
等[9-11] .研究表明,防护林带具有改良土壤、涵养水
源、调节径流、减少泥沙等作用[12-19],对坡面或小流
域的土壤侵蚀过程产生影响.目前,有关该区防护林
带布局与土壤侵蚀研究,尤其是该区与浅、切沟侵蚀
相关的研究较少.野外调查发现,典型黑土区普遍存
在横坡林带间距较大以及顺坡林带等现象,这是促
使坡耕地上浅沟和切沟发生发展的主要因素. 坡面
防护林只有在布局合理的情况下,才能发挥调节径
流、保水固土的功能. 本研究基于 GIS 和 RS 技术,
分析了漫岗黑土区防护林带的分布规律及其与沟蚀
的关系,并提出了针对坡面沟蚀防治的防护林布局
优化方案.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
研究区位于黑龙江省嫩江县农垦九三分局鹤山
农场六队附近(48毅58忆 N, 125毅16忆 E)的 2 号和 8 号
小流域,流域面积分别为 3郾 69 和 2郾 30 km2,地处小
兴安岭西南麓丘陵漫岗地带,地形起伏较小,坡长较
长,被当地人称为“漫川漫岗冶,属于典型黑土区.该
区年均气温 0郾 4 益,年均降雨量约 550 mm,降雨集
中在 6—8 月.坡耕地为两个小流域内主要的土地利
用方式,主要种植大豆和小麦. 另外,流域内分布有
面积较小的防护林带和人工林地,树种主要为落叶
松(Larix gmelinii)和青杨(Populus cathayana).两个
小流域内防护林带较完整,分布均匀,有横坡和顺坡
两种林带走向.作为典型黑土区农业小流域的主要
侵蚀沟形式,浅沟和切沟在两个小流域内均有发育.
因此,所选的两个小流域具有较好的代表性.
1郾 2摇 研究方法
1郾 2郾 1 数据的选择和处理 摇 本研究采用 2007 年 9
月 5 日拍摄的研究区 Quickbird 遥感影像. 此时,研
究区雨季已接近结束,浅沟和切沟已充分发展,形态
基本固定,部分作物已收割,利于侵蚀沟边缘线的判
读.利用 ENVI 4郾 4 将分辨率 2郾 44 m 的多光谱影像
和分辨率 0郾 61 m的全色影像数据进行主成分变换
融合,并采用立方卷积插值法重采样,然后进行正射
校正和锐化增强处理,最后按照研究区范围进行剪
切,得到分辨率 0郾 61 m 的研究区假彩色影像,用于
提取切沟和防护林带.在 ArcGIS 9郾 2 中将由北京师
范大学九三水土保持试验站提供的 1 颐 1 万地形图
生成空间分辨率 5 m 的 DEM,用来提取地形参数.
所有空间数据均采用横轴莫卡托(Transverse Merca鄄
tor)投影和 WGS鄄1984 坐标系.
1郾 2郾 2 防护林带、浅切沟及其地形参数的提取 摇 采
用野外实地调查与实验室内计算机交互解译提取防
护林带、浅沟和切沟及其地形参数. 其中,对于防护
林带,根据实地调查结果确定林带位置、形态、面积
及树种等特征,确定其解译标志并进行提取.研究区
内主要是未形成网状的平行林带,故本文选择防护
林带的坡面位置、走向、间断和带间距等作为研究防
护林带分布的参数.另外,浅沟和切沟是研究区内侵
蚀沟的主要形式,在解译过程中,结合以往的研究资
料和实地调查结果,将遥感影像放大至单个像元,目
视勾绘浅沟和切沟,确定它们的位置等参数.在 Arc鄄
GIS 9郾 2 中运用查询功能选择坡度最大处作为侵蚀
沟形成的初期位置[20],再通过与汇流网络的叠加分
析得到发生侵蚀沟的汇水面积和坡长.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 研究区防护林带分布现状
研究区内共有防护林带 15 条,其中 2 号小流域
9 条,8 号小流域 6 条.防护林带树种较单一,除 8 号
小流域内的一条防护林带部分采用了落叶松和青杨
混交外,其余林带均为落叶松纯林.两个小流域内防
护林带总面积为 22郾 91 hm2,占林地总面积的
51郾 8% ,占两个小流域总面积的 3郾 8% .除 8 号小流
域内有一条路边林带外,其余均分布在坡耕地上.林
带间距方面,2 号小流域主林带最小间距为 285 m,
最大间距为 472 m,平均间距为 354 m;副林带间距基
本相同,平均间距为 268 m;8号小流域林带间距相差
不大,最小 275 m,最大 288 m,平均间距 280 m.
409 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
摇 摇 两个小流域防护林带在阳坡、阴坡、半阳坡、谷
底分别有 6、3、4 和 1 条. 处于坡面上的防护林带带
长基本与所处坡面的宽度相同,除 2 号小流域谷底
的防护林带均宽为 48郾 8 m外,其他均为 10 m左右.
在满足防治风害的要求外,研究区内防护林带还兼
顾了充分利用土地资源和方便耕作的要求,2 号小
流域的主副林带基本与所处各坡面坡长方向垂直,
而 8 号小流域的防护林带均为与阴阳坡坡长方向垂
直的平行坡面,这就使部分防护林带与半阳坡坡长
方向一致,造成局部的顺坡林带.
作为线状廊道,间断是防护林带布局的重要度
量指标.其中有些间断是为农机具出入农田预留的
空隙,而有些间断则是由于管理不善或人为破坏造
成.间断通常以单位长度上廊道的间断数目来度
量[21],称为间断指数.经统计,2 号小流域平均每条
林带有 3 个间断,平均间断指数达 2郾 5 ind·km-1,
有 4 条防护林带的间断个数在 3 个以上;8 号小流
域平均每条林带有 2郾 8 个间断,平均间断指数为
1郾 5 ind·km-1,有 3 条防护林带的间断个数在 4 个
以上.由此可见,研究区内大部分防护林带破损情况
非常严重,急需加强修补和维护.各小流域防护林带
分布属性数据如表 1 所示.
2郾 2摇 防护林带分布的优化方法
浅沟和切沟是漫岗黑土区主要的沟蚀形式,并
且切沟是由浅沟发展而来,因此,针对浅沟侵蚀的防
治是该地区坡耕地侵蚀沟防治的重点. 以下将从防
护林带走向、间断和带间距等方面提出该地区防护
林带分布的优化方法.
2郾 2郾 1 防护林带走向的选择摇 研究区具有长坡缓坡
的地形特点,坡度大部分为 0毅 ~ 5毅,坡长多为 500 ~
1000 m,区内浅沟和切沟多发生于坡面中下部(图
1).若布置顺坡防护林带,则坡面上形成的径流无
法通过防护林带,防护林带降低径流流速、减少冲刷
等方面的功能不能得到充分发挥,如 8 号小流域的
谷底已经形成的切沟,经实地考察其大小及规模远
大于 2 号小流域内同位置的切沟,这是由于其东部
坡面上防护林带走向为顺坡,未能对在坡面上形成
的大量径流构成阻拦和分散,导致在谷底处汇集成
大流量高流速的股流,为在谷底形成大型侵蚀沟创
造了条件.部分坡面径流会顺防护林带流下坡面,也
易于形成顺林带的侵蚀沟.因此,可以在坡长方向上
布置垂直于坡长方向的等高防护林带,以此来拦截
坡面径流,从而减少径流量和降低流速,达到防治沟
蚀的目的.同时,由于研究区内的主要经济作物多采
表 1摇 2 号和 8 号小流域防护林带分布属性
Table 1摇 Shelterbelts distribution attribution of No郾 2 and 8 small watersheds
流域
Watershed
防护林带
Shelterbelt
与分水岭
的平均距离
Average
distance
from
watershed
(m)
林带走向
Shelterbelt
direction
间断
Intermittent
( ind)
间断指数
Intermittent
index
( ind·
km-1)
平均宽度
Average
width
(m)
坡面
Slope
direction
林带分属
Shelterbelt
property
林带间距
Shelterbelt spacing
(m)
2# S2鄄0 41 103郾 8毅 2 1郾 1 13郾 1 阳坡 主林带 S2鄄0 ~ S2鄄1:285;S2鄄1 ~
S2鄄1 330 103郾 9毅 6 3郾 4 12郾 9 Sunny slope Main shelterbelt S2鄄2:285;S2鄄2 ~ S2鄄3:
S2鄄2 612 103郾 8毅 3 2郾 0 10郾 3 375;S2鄄3 ~ S2鄄4:472
S2鄄3 谷底 Bottom 103郾 2毅 0 0 48郾 8 谷底 Bottom
S2鄄4 254 103郾 1毅 5 3郾 7 8郾 3 阴坡 Shady slope
S2鄄5 208 7郾 6毅 1 1郾 6 8郾 3 半阳坡 副林带 S2鄄5 ~ S2鄄8:267;
S2鄄6 438 7郾 7毅 6 6郾 2 10郾 8 Semi鄄sunny Subsidiaryshelterbelt S2鄄6 ~ S2鄄7:269
S2鄄7 185 7郾 6毅 4 4郾 4 8郾 8 slope
S2鄄8 57 7郾 8毅 0 0 8郾 3
平均
Mean
- - 3 2郾 5 14郾 4 - - 主林 带 Main shelter鄄
belt:354;副林带 Sub鄄
sidiary shelterbelt:268
8# S8鄄0 111 90郾 7毅 1 1郾 1 16郾 8 阳坡 - S8鄄0 ~ S8鄄1:281
S8鄄1 281 90郾 8毅 4 2郾 3 15郾 0 Sunny slope S8鄄1 ~ S8鄄2:279
S8鄄2 548 90郾 6毅 5 2郾 9 8郾 8 S8鄄2 ~ S8鄄4:288
S8鄄3 48 2郾 6毅 0 0 12郾 0 路边 Roadside S8鄄4 ~ S8鄄5:275
S8鄄4 380 91郾 1毅 4 2郾 6 10郾 8 阴坡 Shady slope
S8鄄5 130 91郾 2毅 0 0 13郾 2
平均 Mean - - 2郾 8 1郾 5 12郾 8 - - 摇 摇 280
5094 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 苏子龙等: 基于东北漫岗黑土区坡耕地沟蚀防治的防护林带布局优化摇 摇 摇 摇 摇 摇
图 1摇 2 号(a)和 8 号(b)小流域防护林带和侵蚀沟分布
Fig. 1摇 Distribution of shelterbelts and gullies in No. 2 (a) and
No. 8 (b) small watersheds郾
S2鄄0 ~ S2鄄8、S8鄄0 ~ S8鄄5: 防护林带 Shelterbelt; EG2鄄0 ~ EG2鄄2、EG8鄄0
~ EG8鄄7:浅沟 Ephemeral gully. 玉:流域边界 Watershed boundary;域:等
高线 Contour;芋:切沟 Gully; 郁:浅沟 Ephemeral gully;吁:落叶松防护
林带 Larch shelter belt; 遇:混交林防护林带 Mingled shelter belt.
用起垄耕种,为了方便耕作、避免受到防护林带的干
扰,坡耕地垄向与防护林带走向一致,而研究区内原
有的横坡林带布置简单,忽略了坡面上的低洼水线,
这将会在局部产生顺坡垄而间接诱发浅沟侵蚀[22],
进而发展成切沟侵蚀. 因此,在布置等高林带的同
时,还需要选择合理的耕作方式或林带其他方面的
合理布设的配合.
2郾 2郾 2 防护林带间断的处理摇 间断是防护林带作为
线状廊道的重要度量指标,同时处于集水线附近的
间断也是坡耕地上侵蚀沟发生发展的有利因素. 当
坡面径流遇到防护林带后,会顺防护林带流向低洼
水线处,若林带间断恰巧处在低洼水线附近或低洼
水线处,则防护林带上坡的径流会在间断处汇集成
径流量较大的股流通过间断冲向林带下坡,为浅沟
的形成提供条件.如研究区内有 8 条浅沟的集水线
穿过林带间断,其中有 2 条浅沟直接穿过林带间断.
因此,预留农机具进出的间断应尽量避开坡面的低
洼水线,同时加强防护林带的管理和维护,及时对出
现间断的林带进行修补.
2郾 2郾 3 坡面防护林带条数和带间距的确定摇 本文对
研究区内具有横坡防护林带的坡耕地上发生浅沟的
坡长和汇水面积进行统计,这些坡耕地均采用横坡
耕作(表 2).
摇 摇 通过 Pearson相关性分析发现,浅沟发生所需的
坡长和汇水面积与汇水区内横坡林带条数呈显著正
相关,相关系数分别为 0郾 829 和 0郾 683.这说明当坡
面长度一定时,坡面上防护林带条数越多,发生浅沟
所需要的坡长和汇水面积越大.
研究区内防护林带间距过大,最小的防护林带
间距也大于该区不受防护林带影响的浅沟发生的临
界坡长值,这说明以当前的林带间距,即使不考虑林
带上坡的来水量,仅在两条林带之间的坡面上就可
能有浅沟侵蚀发生. 因此,当坡面坡长一定时,通过
增加横坡防护林带条数、减小林带间距可以增大浅
沟侵蚀发生所需的坡长和汇水面积. 由于研究区内
浅沟发生的坡长(LEG)与在其汇水区内的防护林带
条数(n)呈显著正相关,可对二者做回归分析,得到
回归方程:
LEG =180郾 48+186郾 82n摇 (R2 =0郾 687,P<0郾 05)
(1)
表 2摇 研究区内浅沟特征与横坡林带条数
Table 2摇 Characteristics of ephemeral gullies and the num鄄
ber of cross鄄slope shelterbelts in the study area
流域
Watershed
浅沟
Ephemeral
gully
坡长
Slope length
(m)
汇水面积
Catchment
area
(hm2)
汇水区内
林带条数
Number of
shelterbelts
in catchment
2# EG2鄄0 607 15郾 21 1
EG2鄄1 350 4郾 21 1
EG2鄄2 392 5郾 32 1
EG2鄄3 174 1郾 83 0
EG2鄄4 248 1郾 96 1
EG2鄄5 220 2郾 40 0
EG2鄄6 500 2郾 29 1
EG2鄄7 344 4郾 74 1
EG2鄄8 393 6郾 40 2
EG2鄄9 713 11郾 62 3
EG2鄄10 808 16郾 98 3
EG2鄄11 670 5郾 42 2
EG2鄄12 239 4郾 34 1
8# EG8鄄1 421 4郾 70 1
EG8鄄3 256 1郾 37 1
EG8鄄7 289 1郾 53 1摇
609 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
摇 摇 某坡面的平均坡长以 L 表示,若使 LEG逸L,即
浅沟发生的坡长大于等于所在坡面的坡长平均值,
则不会有浅沟发生,由此可以得到:
n逸(L-180郾 48) / 186郾 82 (2)
L=(n-1)D+nd (3)
D=(L-nd) / (n-1) (4)
其中:D和 d分别是防护林带间距和防护林带宽度.
由式(4)便可求出满足不发生浅沟的林带间距.
在满足以上条件的同时,为了防止在两条防护
林带之间的坡面上发生浅沟侵蚀,还需满足防护林
带间距 (D)小于不受林带影响的浅沟临界坡长
(Lmin).在计算时可取式(3)的极限值 nmin,并代入
式(4)中求 D.若 D臆Lmin,则取 D 作为林带间距;若
D逸Lmin,则取 Lmin作为林带间距,并据此计算坡面上
防护林带个数(n值).
2郾 2郾 4 优化结果分析摇 按照上述方法对研究区内防
护林带分布进行优化,结果如下:
对于 2 号小流域,各坡面防护林带基本均为横
坡林带,满足走向要求;间断过多,其中有多个间断
处于低洼水线处或在其附近,需要对林带间断处进
行补植;带间距过大,主、副林带平均间距分别为
354 和 268 m,远大于不受林带影响的浅沟临界坡
长,需要在保持原有走向的基础上增加各坡面防护
林带条数、减小林带间距. 由式(3)、(4)计算可得,
阳坡的 nmin = 5 条,D 约为 221 m;半阳坡的 nmin = 5
条,D约为 225 m;阴坡的 nmin = 4 条,D 约为 253 m.
由于各坡面林带间距均大于 Lmin,故防护林带间距
选取 Lmin =114m(不受防护林带影响的浅沟发生的
平均临界坡长),并由此可求出阳坡、半阳坡和阴坡
的防护林带个数分别为 8、8 和 7 条. 位于各坡面坡
底的林带可由 1 条较宽的谷底林带代替,故实际各
坡面的防护林带个数分别为 7、7 和 6 条. 优化后的
防护林带分布情况如图 2 所示.
对于 8 号小流域,半阳坡上的林带为顺坡林带,
需改为等高林带;对于出现的间断,需要进行及时补
植;带间距过大,平均带间距达 280郾 4 m,远大于不
受林带影响的浅沟临界坡长,需要增加各坡面防护
林带条数、减小林带间距. 由式(3)、(4)计算可得,
阳坡的 nmin = 5 条,D 约为 251 m;半阳坡的 nmin = 5
条,D约为 257 m;阴坡的 nmin = 4 条,D 约为 258 m.
由于各坡面林带间距均大于 Lmin,故防护林带间距
选取 Lmin = 114 m,并由此可求出阳坡、半阳坡和阴
坡的防护林带条数分别为 9、9 和 7 条. 位于阳坡和
阴坡坡底的林带可由1条较宽的谷底林带代替,并
图 2摇 2 号(a)和 8 号(b)小流域优化后防护林带分布
Fig. 2摇 Optimized distribution of shelterbelts in No. 2 (a) and
No. 8 (b) small watersheds郾
玉:流域边界 Watershed boundary; 域:等高线 Contour; 芋:防护林带
Shelterbelt.
且阳坡和半阳坡坡顶面积较小,故实际各坡面的防
护林带条数分别为 7、7 和 6 条. 优化后的防护林带
分布情况如图 2 所示.
摇 摇 经优化后,防护林带面积约为 80 hm2,两个流
域的总条数达到 40 条,约占林地总面积的 79郾 0% ,
占两个小流域总面积的 13郾 4% . 值得注意的是,优
化后的防护林带面积是优化前的近 4 倍,并且数量
上约是原来的近 3 倍,而面积和条数的增加会造成
带间距的减少和对耕地的占用,这样势必会加大耕
作的难度和降低坡耕地的产出,从而对坡耕地的经
济效益产生不利影响. 在进行防护林带走向的选择
时必须要注意兼顾对风害的防治,在规划时如遇到
冲突,可依据当地风害情况和坡耕地沟蚀情况进行
折中选择.
前面所述关系式的得出是基于当地防护林带目
前宽度(10 m左右),而防护林带宽度的大小会对其
降低径流速度、减少冲刷以及改善林带内土壤的贮
7094 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 苏子龙等: 基于东北漫岗黑土区坡耕地沟蚀防治的防护林带布局优化摇 摇 摇 摇 摇 摇
水和入渗性能等作用的效果产生影响. 研究区防护
林带内生长针茅草和蒿草等大量的草本植物,增大
了防护林带的地表糙率,能有效降低上坡来水的流
速,减小对林带内土壤的冲刷,同时能极大改良土壤
结构,显著增大土壤非毛管孔隙度,降低土壤容重,
明显提高林带内土壤滞留贮水性能[23]和入渗速率,
加之防护林带内较大的地表糙率增加了径流通过林
带的时间,如此可有效地增加对坡面径流的入渗量,
减少坡面径流、涵养水源.研究区内防护林带的树种
主要为落叶松,林带平均面积为 0郾 93 hm2,若根据
柴亚凡等[24] 2007 年在黑龙江省克山县(同属松嫩
平原,公路距离约 219 km),所测得的落叶松林带滞
留贮水量 916郾 13 t·hm-2,则研究区内平均各林带
的滞留贮水量可达 852 t. 因此,在保证当前防护林
带长度不变的情况下,可适当增加其宽度,通过增大
面积和径流通过时间来增加对上坡来水的吸收量,
降低径流流速和来水量,从而可以减小径流的动能,
防治浅沟的发生.
防护林带的胁地危害也不容忽视.由于根系与
农作物争水争肥和林冠遮荫等原因,防护林带会对
林带附近一定范围内的作物生长产生不良影
响[25-29] .研究区内防护林带的主要树种为落叶松,
根系延伸较小,约占树高的 40% [30],并且区内水肥
条件较好,而大部分林带为东西走向,造成树冠遮荫
对防护林带北侧附近作物的受光量和受光时间产生
影响,因此冠胁地是该区防护林带的主要胁地方式.
鉴于防护林带的胁地效应,在对该区农业小流域进
行统一规划时可以将入田道路统一安排在有东西走
向防护林带的北侧,或将胁地范围作为林木的营养
区,不种植作物以发展林业.
3摇 结摇 摇 论
研究区内防护林带的分布不合理,顺坡林带、低
洼水线处的间断以及过大的带间距都促进了侵蚀沟
的发生发展.浅沟和切沟是研究区内坡耕地主要的
侵蚀沟形式,而切沟是由浅沟发展而来,所以,对浅
沟的防治是研究区内沟蚀防治的重点. 通过对防护
林带分布的调整可达到防治浅沟的目的.
本文提出防护林带分布优化方法:防护林带的
走向选择应与坡长方向垂直,即为等高林带;坡面上
防护林带条数和带间距可用式 n逸( L -180郾 48) /
186郾 82 和 D = (L-nd) / (n-1)确定,并且带间距应
尽量小于研究区内浅沟发生的临界坡长;对于防护
林带的间断特别是位于低洼水线及其附近的间断需
要进行及时修补.横坡防护林带的宽度会对坡面径
流过程产生影响,可在运用上述优化方法的同时适
当增加林带宽度以加大对上坡来水的吸收量,降低
径流流速和来水量. 同时应注意防护林带的胁地危
害,在优化时合理规划农、林、路,降低对农作物的影
响.
经优化后研究区内防护林带条数达到 40 条,占
地面积约 80 hm2,约为优化前的 4 倍,将加大耕作的
难度和降低坡耕地的产出. 本文在进行林带走向选
择时未考虑风害.因此,如何在防护林带分布的水保
效益与坡耕地的经济效益、耕作难易之间取得平衡,
以及在保证防治沟蚀的同时兼顾对风害的防治,需
要更深入的探讨.
参考文献
[1]摇 Liu B鄄Y (刘宝元), Yan B鄄X (阎百兴), Shen B (沈
波), et al. Current status and comprehensive control
strategies of soil erosion for cultivated land in the north鄄
eastern black soil area of China. Science of Soil and
Water Conservation (中国水土保持科学), 2008, 6
(1): 1-8 (in Chinese)
[2]摇 Yu Z鄄T (于章涛), Wu Y鄄Q (伍永秋). Causes and
damages of gully erosion in black land. Journal of Bei鄄
jing Normal University (Natural Science) (北京师范大
学学报·自然科学版), 2003, 39(5): 701-705 ( in
Chinese)
[3]摇 Zhang Y鄄G (张永光), Wu Y鄄Q (伍永秋), Liu B鄄Y
(刘宝元). Ephemeral gully erosion during the spring
freeze鄄thawing period in black soil rolling鄄hill regions of
northeast. Journal of Mountain Science (山地学报),
2006, 24(3): 306-311 (in Chinese)
[4]摇 Zhang Y鄄G (张永光), Wu Y鄄Q (伍永秋), Liu H鄄H
(刘鸿鹄), et al. Effect of topography on ephemeral
gully erosion in Northeast China with black soils. Jour鄄
nal of Soil and Water Conservation (水土保持学报),
2007, 21(1): 35-38 (in Chinese)
[5]摇 Yan Y鄄C (闫业超), Zhang S鄄W (张树文), Yue S鄄P
(岳书平). Dynamic change of hill slope and gully ero鄄
sion in typical area of black soil region during the past
40 years. Transactions of the Chinese Society of Agricul鄄
tural Engineering (农业工程学报), 2010, 26 (2):
109-115 (in Chinese)
[6]摇 Zhang Y鄄G (张永光), Wu Y鄄Q (伍永秋), Wang Y鄄Z
(汪言在), et al. Seasonal discrepancy of ephemeral
gully erosion in Northeast China with black soils. Geo鄄
graphical Research (地理研究), 2008, 27(1): 145-
154 (in Chinese)
[7]摇 Hu G (胡摇 刚), Wu Y鄄Q (伍永秋), Liu B鄄Y (刘宝
元), et al. Growth characteristics of ephemeral gully in
rolling hills of black soils in Northeast China. Scientia
Geographica Sinica (地理科学), 2009, 29(4): 545-
549 (in Chinese)
[8] 摇 Hu G, Wu YQ, Liu BY, et al. The characteristics of
gully erosion over rolling hilly black soil areas of North鄄
east China. Journal of Geographical Sciences, 2009,
809 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
19: 309-320
[9]摇 Bai Y鄄M (白玉明), Li W (李 摇 伟), Li J鄄S (李吉
山), et al. The applied technologies of the shelterbelts爷
species in Heilongjiang Province. Science and Technolo鄄
gy of West China (中国西部科技), 2007(12): 29 (in
Chinese)
[10]摇 Zhu J鄄J (朱教君), Jiang F鄄Q (姜凤岐), Fan Z鄄P (范
志平), et al. Optimization of spatial arrangements and
patterns for shelterbelts or windbreaks. Chinese Journal
of Applied Ecology (应用生态学报), 2003, 14(8):
1205-1212 (in Chinese)
[11]摇 Fan Z鄄P (范志平), Guan W鄄B (关文彬), Zeng D鄄H
(曾德慧), et al. Indices and criteria of highly effective
and multi鄄functional management of windbreaks / shelter鄄
belts in northeast China. Chinese Journal of Applied
Ecology (应用生态学报), 2001, 12(5): 701 -705
(in Chinese)
[12] 摇 Liu X鄄Y (刘新宇), Zhao L (赵 摇 岭), Wang L鄄G
(王立刚), et al. Analysis of runoff benefits in gentle
hilly regions of the west of Heilongjiang Province. Pro鄄
tection Forest Science and Technology (防护林科技),
2000(3): 29-31 (in Chinese)
[13]摇 Ryszkowski L, K誰dziora A. Modification of water flows
and nitrogen fluxes by shelterbelts. Ecological Engineer鄄
ing, 2007, 29: 388-400
[14]摇 Li S鄄S (李树森), Yu D鄄X (俞冬兴), Xu C鄄Q (许成
启), et al. Analysis of comprehensive benefits of pro鄄
tection forest system in the middle and lower reaches of
Nen River. Protection Forest Science and Technology
(防护林科技), 2004(6): 24-28 (in Chinese)
[15]摇 Shi CT, Wang EH, Gu HY, et al. Soil structure char鄄
acters of different soil and water conservation plantations
in typical black soil region. Journal of Forestry
Research, 2010, 21: 151-154
[16]摇 Wang D鄄H (王迪海), Tang D鄄R (唐德瑞), Zhao H鄄
Y (赵鸿雁). Study on mechanism and strategies for
sustainable development of soil and water conservation
function of protective. Journal of Soil Erosion and Soil
and Water Conservation (土壤侵蚀与水土保持学报),
1999, 5(5): 131-135 (in Chinese)
[17]摇 Wei T鄄X (魏天兴). Forest coverage of small watershed
and stand density in the gullied鄄hilly region on Loess
Plateau. Journal of Arid Land Resources and Environ鄄
ment (干旱区资源与环境), 2010, 24(2): 170-176
(in Chinese)
[18]摇 Chen P (陈 摇 平), Wan F鄄X (万福绪), Tang X鄄L
(唐晓岚), et al. Planning of suburban shelter forest in
Xukou Town of Suzhou City. Journal of Beijing Forestry
University (Social Sciences) (北京林业大学学报·社
会科学版), 2010, 3(1): 90-94 (in Chinese)
[19]摇 Ma H (马摇 浩), Zhou Z鄄X (周志翔), Wang P鄄C (王
鹏程), et al. Spatial optimum allocation of shelter鄄
forest types in Three Gorges Reservoir Area based on
multiple objective grey situation decision. Chinese
Journal of Applied Ecology (应用生态学报), 2010, 21
(12): 3083-3090 (in Chinese)
[20]摇 Hu G (胡摇 刚), Wu Y鄄Q (伍永秋), Liu B鄄Y (刘宝
元), et al. Geomorphic threshold model for ephemeral
gully incision in rolling hills with black soil in Northeast
China. Scientia Geographica Sinica (地 理 科 学 ),
2006, 26(4): 449-454 (in Chinese)
[21]摇 Xiao D鄄N (肖笃宁), Li X鄄Z (李秀珍), Gao J (高
峻), et al. Landscape Ecology. Beijing: Science
Press, 2003 (in Chinese)
[22]摇 Cui M (崔摇 明), Cai Q鄄G (蔡强国), Zhang Y鄄G (张
永光), et al. Development of ephemeral gully during
rainy season in rolling鄄hill black鄄soil region of Northeast
China. Transactions of the Chinese Society of Agricultural
Engineering (农业工程学报), 2007, 23(8): 59-65
(in Chinese)
[23]摇 Liu X (刘摇 霞), Zhang G鄄C (张光灿), Li X鄄L (李
雪蕾), et al. Characteristics of soil infiltration and
water鄄holding of different forest vegetation in ecological
rehabilitation of small watershed. Journal of Soil and
Water Conservation (水土保持学报), 2004, 18(6):
1-5 (in Chinese)
[24]摇 Chai Y鄄F (柴亚凡), Wang E鄄H (王恩姮), Chen X鄄
W (陈祥伟), et al. Study on soil water鄄holding capa鄄
bility and permeability of black soil under vegetation res鄄
toration. Journal of Soil and Water Conservation (水土
保持学报), 2008, 22(1): 60-64 (in Chinese)
[25] 摇 Hou QJ, Brandle JR, Hubbard K, et al. Alteration of
soil water content consequent to root鄄pruning at a wind鄄
break / crop interface in Nebraska, USA. Agroforestry
Systems, 2003, 57: 137-147
[26]摇 Sudmeyer RA, Speijers J . Influence of windbreak ori鄄
entation, shade and rainfall interception on wheat and
lupin growth in the absence of below鄄ground competi鄄
tion. Agroforestry Systems, 2007, 71: 201-214
[27]摇 Fan Z鄄P (范志平), Zeng D鄄H (曾德慧), Zhu J鄄J (朱
教君), et al. Advance in characteristics of ecological
effects of farmland shelterbelts. Journal of Soil and
Water Conservation (水土保持学报), 2002, 16(4):
130-133 (in Chinese)
[28]摇 Rao L鄄Y (饶良懿), Zhu J鄄Z (朱金兆). Advance of
spatial allocation for protection forest. Science of Soil
and Water Conservation (中国水土保持科学), 2005,
3(2): 102-106 (in Chinese)
[29]摇 Zhou Z鄄Q (周志强), Zhang S (张 摇 双), Liu T (刘
彤). Difference in protective effects of farmland shelter鄄
belts with different structures of tree species. Journal of
Northeast Forestry University (东北林业大学学报),
2009, 37(10): 13-15 (in Chinese)
[30]摇 Shang J鄄Y (尚静原), Zhao H鄄C (赵焕成), Wang B鄄Z
(王宝珠). Shading effects of farmland shelter鄄belt and
counter measures. Protection Forest Science and Technology
(防护林科技), 2006(4): 96-97 (in Chinese)
作者简介摇 苏子龙,男,1988 年生, 硕士研究生.主要从事土
壤侵蚀和小流域治理研究. E鄄mail: szl0330good@ 163. com
责任编辑摇 李凤琴
9094 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 苏子龙等: 基于东北漫岗黑土区坡耕地沟蚀防治的防护林带布局优化摇 摇 摇 摇 摇 摇