喀斯特石漠化典型區(qū)藍(lán)水綠水轉(zhuǎn)化措施設(shè)計(jì)

陳 珂，楊勝天，黃勇奇，管亞兵，戴國(guó)富，張西彤

(1.黃岡師范學(xué)院地理與旅游學(xué)院，湖北 黃岡 438000；2.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院，北京 100875)

0 引 言

在喀斯特石漠化地區(qū)，由于巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，地表滲漏性較強(qiáng)，導(dǎo)致降水大量滲漏流失[1,2]，形成濕熱氣候條件下特殊的“喀斯特干旱缺水”現(xiàn)象[3]。為了提高當(dāng)?shù)厮Y源利用量，眾多學(xué)者展開了深入的研究?？紤]到喀斯特地區(qū)石灰?guī)r的高滲透性和結(jié)構(gòu)脆弱性，不利于大規(guī)模修建蓄水工程[4]，楊勝天提出應(yīng)針對(duì)當(dāng)?shù)厝祟惢顒?dòng)加劇水土流失的現(xiàn)狀，開展“藍(lán)-綠水”轉(zhuǎn)化與管理的研究[5]；王玉娟在對(duì)貴州龍里進(jìn)行土壤蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)后提出，可以通過增加植被來(lái)調(diào)節(jié)綠水的耗用[6]；溫志群等指出喀斯特地區(qū)更多的綠水消耗將有利于植被恢復(fù)[7]；陳珂等采用EcoHAT模型對(duì)貴陽(yáng)市非城鎮(zhèn)地區(qū)藍(lán)水綠水轉(zhuǎn)化進(jìn)行模擬研究后認(rèn)為，通過增加植被覆蓋和增厚土層的方式，可以實(shí)現(xiàn)將喀斯特石漠化地區(qū)滲漏的難利用藍(lán)水轉(zhuǎn)化為可供當(dāng)?shù)刂脖簧L(zhǎng)利用的生態(tài)綠水，從而達(dá)到提高水資源利用量的效果[8]。

可見，在喀斯特石漠化地區(qū)，通過將滲漏的難利用藍(lán)水轉(zhuǎn)化為生態(tài)綠水，實(shí)現(xiàn)提高當(dāng)?shù)厮Y源利用量的研究，已經(jīng)取得一定進(jìn)展，但在實(shí)踐中采取何種具體措施來(lái)實(shí)現(xiàn)藍(lán)水綠水轉(zhuǎn)化，尚需進(jìn)一步的具體設(shè)計(jì)。為此，本文擬展開以下研究?jī)?nèi)容：

(1)探索將喀斯特石漠化地區(qū)滲漏藍(lán)水轉(zhuǎn)化為生態(tài)綠水的具體措施；

(2)明確藍(lán)-綠水轉(zhuǎn)化具體措施實(shí)施的空間范圍和面積。

1 研究區(qū)概況

貴陽(yáng)市位于貴州省中部，總面積約為8 034 km2，在東經(jīng)106°07′～107°17′和北緯26°11′～27°22′之間，地貌類型為典型的巖溶盆地[9]；根據(jù)貴州省自然資源廳網(wǎng)站信息，貴陽(yáng)全市絕大部分地區(qū)位于強(qiáng)度石漠化地帶(圖1)，地表多巖石出露、土層薄瘠，喀斯特石漠化具有一定典型代表性[10,11]。參考陳珂等對(duì)貴陽(yáng)市非城鎮(zhèn)地區(qū)的藍(lán)水綠水模擬研究[8]，為便于對(duì)比分析，本文選取貴陽(yáng)市非城鎮(zhèn)地區(qū)(面積約71495 km2)作為研究區(qū)。

圖1 貴州省石漠化分布圖

2 數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 數(shù)據(jù)獲取

為了確定藍(lán)-綠水轉(zhuǎn)化的具體措施和空間分布，本研究在陳珂等對(duì)貴陽(yáng)市非城鎮(zhèn)地區(qū)藍(lán)水綠水模型模擬的基礎(chǔ)上[8]，結(jié)合區(qū)域植被覆蓋度和土地利用類型數(shù)據(jù)，進(jìn)一步落實(shí)相應(yīng)轉(zhuǎn)化措施的具體位置和面積等。為此，需要將研究區(qū)藍(lán)水綠水空間分布圖與植被覆蓋度圖及土地利用類型圖進(jìn)行疊加分析，通過GIS地統(tǒng)計(jì)工具計(jì)算，提取出各自對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)化措施的位置和面積。

2.2 野外驗(yàn)證

為了實(shí)現(xiàn)藍(lán)-綠水轉(zhuǎn)化的應(yīng)用價(jià)值，對(duì)研究區(qū)藍(lán)水綠水轉(zhuǎn)化措施的設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)在充分利用遙感影像和GIS工具進(jìn)行分析和計(jì)算的基礎(chǔ)上，對(duì)研究區(qū)的植被覆蓋、土壤質(zhì)地和土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行野外調(diào)研，一方面驗(yàn)證遙感數(shù)據(jù)的可靠性，另一方面實(shí)地考察轉(zhuǎn)化措施作用和空間布局。

根據(jù)研究區(qū)的地質(zhì)地貌和河流水系分布情況，在研究區(qū)7 495 km2范圍內(nèi)共采集主觀測(cè)樣本點(diǎn)22個(gè)，對(duì)照觀測(cè)樣本點(diǎn)87個(gè)，其中主觀測(cè)點(diǎn)土地覆蓋類型變化樣本1個(gè)，土地覆蓋類型過渡樣本8個(gè)。經(jīng)野外觀測(cè)確認(rèn)，總共109個(gè)樣本點(diǎn)中，林草地類型為92個(gè)，與MODIS數(shù)據(jù)的土地覆蓋類型完全一致的樣本點(diǎn)為104個(gè)，覆蓋類型一致率為95.4%，其中林草地類型完全一致，耕地完全變更為建筑用地的1例，耕地的一部分面積變更為建筑用地的4例。經(jīng)野外調(diào)研觀測(cè)點(diǎn)確認(rèn)的研究區(qū)主要土地覆蓋類型分布參見圖2。

圖2 研究區(qū)主要考察點(diǎn)及土地覆蓋類型分布示意圖

3 措施設(shè)計(jì)

根據(jù)SPAC原理，陸地表面水循環(huán)的三大影響因子分別為大氣降水、土壤和植被，對(duì)應(yīng)三大影響因子，理論上應(yīng)有三種途徑可用于將喀斯特石漠化地區(qū)滲漏的難利用藍(lán)水轉(zhuǎn)化為可供植被生長(zhǎng)用的生態(tài)綠水，分別是：降水滲漏前的截留(用于灌溉)、增加植被蓋度(用于蒸騰)、增加土壤厚度(用于蒸發(fā)及綠水儲(chǔ)存)。因此，可將藍(lán)水綠水轉(zhuǎn)化的措施相應(yīng)地劃分為三大類，即：降水截留，增加植被蓋度和增厚土層，并結(jié)合研究區(qū)野外調(diào)研的情況，對(duì)應(yīng)三大類藍(lán)-綠水轉(zhuǎn)化措施，分別設(shè)計(jì)小型降水截蓄工程、封山育林和坡改梯3種對(duì)應(yīng)的具體措施

3.1 小型降水截蓄工程措施設(shè)計(jì)

3.1.1 工程技術(shù)可行性

對(duì)于喀斯特石漠化地區(qū)降水很快滲漏流失的特點(diǎn)，部分學(xué)者認(rèn)為是喀斯特地區(qū)特有的干旱缺水現(xiàn)象，是典型的“工程性缺水”[12,13]。基于此，相當(dāng)一部分學(xué)者提出應(yīng)當(dāng)通過修建水庫(kù)等工程來(lái)提高當(dāng)?shù)厮Y源利用量；但由于喀斯特地區(qū)巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)的易滲性，大中型水利工程存在選址和經(jīng)費(fèi)等挑戰(zhàn)[14,15]。為此，潘世兵和路京選認(rèn)為在貴州等喀斯特地區(qū)，宜采用小微型水利工程為主的水資源開發(fā)利用模式[16]。Qin等經(jīng)過實(shí)地調(diào)研，提出可在喀斯特地區(qū)農(nóng)村通過鋪設(shè)防滲膜，修建小型蓄水工程[17]。近期，王恒松等研究指出，在貴州喀斯特山區(qū)發(fā)展雨水集蓄利用微型水利工程，是“人類對(duì)雨水資源利用的更高發(fā)展階段”[18]?？梢姡瑢?duì)于受地質(zhì)條件制約較少的小微型蓄水工程，可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)部分降水的截蓄，如果將這部分降水用于植物生長(zhǎng)，即可實(shí)現(xiàn)藍(lán)水向綠水的轉(zhuǎn)化。

在研究區(qū)野外調(diào)研期間，位于息烽縣中北部的喀斯特山區(qū)旱地里也發(fā)現(xiàn)了一些小型蓄水工程，從工程標(biāo)識(shí)來(lái)看應(yīng)為當(dāng)?shù)厮块T修建的示范性工程，作為應(yīng)對(duì)干旱進(jìn)行灌溉的試點(diǎn)措施，如圖3所示?，F(xiàn)場(chǎng)考察發(fā)現(xiàn)，這類小型工程一般修建于農(nóng)村旱地，采用圓形布局，直徑4 m左右，深度大約2 m，地上圍欄高度約0.8 m，采用磚砌和內(nèi)部水泥抺勻，以達(dá)到防滲漏的目的。

圖3 喀斯特石漠化地區(qū)旱地小水池

3.1.2 工程措施設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)地調(diào)研，作為當(dāng)?shù)剞r(nóng)村旱地灌溉示范措施，基本按平均每間隔200 m配置一個(gè)小水池，即每0.04 km2面積的滲漏區(qū)旱地配建一個(gè)小型蓄水池，理論上每平方公里可配置25個(gè)小水池。結(jié)合土地利用類型，以米為單位提取的滲漏區(qū)農(nóng)用旱地面積為71 298.89 hm2，約合713 km2。因此，如果按713 km2計(jì)算，則應(yīng)建的小水池?cái)?shù)為713×25=17 825個(gè)；但實(shí)際上，山區(qū)耕地往往呈不規(guī)則的塊狀分布，且存在不連片的小塊零散區(qū)域。在具體操作時(shí)，對(duì)于面積大于或等于0.02 km2的零散地塊可按一個(gè)小水池進(jìn)行配置，而對(duì)小于0.02 km2的地塊則不考慮配置小水池，但在小水池選址時(shí)應(yīng)盡量接近未納入考慮的零散地塊。結(jié)合GIS工具，每個(gè)小水池所控制地塊和建造位置的確定過程參見圖4。

圖4 滲漏區(qū)旱地小水池控制單元及選址確定過程

圖4中每個(gè)方格的邊長(zhǎng)為200 m，黃色不規(guī)則多邊形代表滲漏區(qū)旱地地塊，綠色方格為面積大于0.02 km2而小于等于0.04 km2的單塊旱地控制單元，圖4(d)中藍(lán)色小園圖標(biāo)代表小水池。從圖4(d)可見，小水池并不都位于方格地塊的正中央，可參照泰森多邊形中心點(diǎn)算法，將選址確定在由每個(gè)方格地塊和其鄰近零散旱地共同構(gòu)成的多邊形地塊的中心位置。

在實(shí)際操作中，為準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)滲漏區(qū)旱地需要修建的小水池?cái)?shù)量，并確定其空間布局，應(yīng)按200 m×200 m柵格重新進(jìn)行土地利用類型識(shí)別，提取位于研究區(qū)滲漏地帶的農(nóng)用旱地(如圖5所示)，總計(jì)200 m×200 m柵格的像元數(shù)為17 788個(gè)，該像元數(shù)即為與旱地面積相對(duì)應(yīng)的小水池?cái)?shù)，比理論數(shù)值少了37個(gè)小水池。

圖5 按200 m×200 m單元提取的滲漏區(qū)農(nóng)用旱地分布

根據(jù)貴陽(yáng)市水資源公報(bào)數(shù)據(jù)，研究區(qū)多年平均降水量為1 095.7 mm，理論上每個(gè)小水池年均蓄水量至少為13.76 m3，按整個(gè)滲漏區(qū)旱地修建17 788 個(gè)小型蓄水池計(jì)算，相當(dāng)于每年攔蓄244 796.68 m3降水量。

3.2 封山育林措施設(shè)計(jì)

3.2.1 工程技術(shù)可行性

對(duì)于增加植被覆蓋的方案，從生態(tài)學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，主要是對(duì)當(dāng)?shù)卦兄脖坏幕謴?fù)?？λ固氐貐^(qū)由于歷史上植被遭到嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致土壤逐漸流失、基巖大面積裸露，最終導(dǎo)致石漠化和生態(tài)退化，加劇了降水滲漏流失[19,20]。因此，為減少滲漏量，應(yīng)對(duì)植被覆蓋不足的區(qū)域進(jìn)行植被恢復(fù)。

對(duì)此，孫德亮等通過對(duì)貴州喀斯特石漠化地區(qū)植被生長(zhǎng)的研究，指出導(dǎo)致當(dāng)?shù)厮亮魇?yán)重的原因在于植被破壞，應(yīng)根據(jù)國(guó)家封山育林政策，結(jié)合喀斯特石漠化地區(qū)地質(zhì)地貌特點(diǎn)，研究適宜的退化植被生態(tài)修復(fù)技術(shù)；該修復(fù)技術(shù)主要包括從植物選種、種群構(gòu)建到植被重新恢復(fù)的一系列過程；在自然封育的基礎(chǔ)上，還可通過人工植補(bǔ)的方式加快對(duì)森林植被的恢復(fù)，并且推薦在當(dāng)?shù)胤N植花椒、核桃、金銀花等適生經(jīng)濟(jì)樹種[21]。付忠良與李增也認(rèn)為導(dǎo)致喀斯特地區(qū)石漠化的原因在于植被覆蓋不夠，建議通過建立生態(tài)保護(hù)區(qū)來(lái)達(dá)到大力植樹造林和防止植被破壞的目的，其措施與封山育林本質(zhì)是一樣的[22]。王桂萍等結(jié)合貴州石漠化地區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)和土壤性狀，經(jīng)過在貴陽(yáng)市息烽縣的實(shí)地造林試驗(yàn)，通過闊葉與針葉混交、常綠與落葉混交的方式進(jìn)行樹種配置，在對(duì)榆樹、迎春、欒樹、側(cè)柏等31個(gè)適生樹種進(jìn)行試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，按成活率、保存率、高生長(zhǎng)、徑生長(zhǎng)等綜合指標(biāo)，推薦了楓香、刺槐、欒樹、榿木、側(cè)柏等15個(gè)造林樹種，并認(rèn)為移植苗成活率高于容器苗，所有樹種中榿木的長(zhǎng)勢(shì)最好[23]。王桂萍等推薦的喀斯特石漠化地區(qū)植被恢復(fù)適生造林樹種參見表1。

表1 喀斯特石漠化地區(qū)封山育林適生樹種推薦

注：表中的樹種排名源自王桂萍等(2012)的研究成果，其中成活率排名為“1”表示該樹種苗木在造林試驗(yàn)中成活率為100%，保存率排名為“1”表示該樹種在造林試驗(yàn)中成活后保存下來(lái)的概率為100%，其他排名均按選定樹種排序而得。

3.2.2 工程措施設(shè)計(jì)

封山育林措施的實(shí)施，需具備兩個(gè)條件：一是作為植被恢復(fù)的重要手段，封育的區(qū)域在土地利用性質(zhì)上一定要屬于林地或草地；二是所在區(qū)域存在滲漏情況，尤其是滲漏比較嚴(yán)重的林草地。為此，需要借助遙感和GIS手段通過疊加分析，提取出符合條件的植被恢復(fù)區(qū)域。

圖6 轉(zhuǎn)化措施對(duì)應(yīng)的主要土地利用類型分布

圖7 滲漏區(qū)林草地

根據(jù)此前陳珂等采用EcoHAT模型進(jìn)行模擬的結(jié)果，當(dāng)研究區(qū)植被蓋度從50%增長(zhǎng)到56%以后，植被蓋度繼續(xù)增長(zhǎng)對(duì)減少滲漏量的貢獻(xiàn)大幅減弱[8]。因此，有必要結(jié)合土地利用類型，從空間上提取出植被蓋度低于50%、并且土地利用性質(zhì)為林草地的滲漏區(qū)域，作為以封山育林方式增加植被蓋度的區(qū)域，轉(zhuǎn)化措施所對(duì)應(yīng)的研究區(qū)三大土地利用類型空間分布參見圖6。首先，通過GIS軟件工具，提取出土地利用性質(zhì)為林草地的滲漏區(qū)(參見圖7，面積約為2 193.25 km2)，再提取出植被蓋度低于50%的滲漏區(qū)域(參見圖8，面積約為1 391 km2)，最后將兩圖疊加生成植被蓋度低于50%、并且土地利用性質(zhì)為林草地的研究區(qū)滲漏空間分布圖(參見圖9，面積約為937.75 km2)。

圖8 植被蓋度低于50%的滲漏區(qū)

圖9 植被蓋度低于50%的林草地滲漏區(qū)

基于之前對(duì)增加植被蓋度減滲效果的分析，將圖9中紫框內(nèi)的區(qū)域(2013年植被蓋度低于50%且土地利用性質(zhì)為林草地的滲漏區(qū))，列為基本林草封育區(qū)，其涵蓋范圍約937.75 km2，占研究區(qū)土地利用性質(zhì)為林草地的滲漏區(qū)面積2 193.25 km2的42.76%，占整個(gè)滲漏區(qū)面積3 805 km2的24.65%。

為便于進(jìn)一步分析封山育林措施的空間布局，分別反演2003年和2013年研究區(qū)植被蓋度分布(圖10、圖11)，并與2013年滲漏量空間分布圖疊加對(duì)比，發(fā)現(xiàn)：

圖10 研究區(qū)2003年植被蓋度示意圖

圖11 研究區(qū)2013年植被蓋度示意圖

(1)2013年滲漏量高于180 mm并且植被蓋度低于50%的林草地面積為303 km2，約占嚴(yán)重滲漏區(qū)域(滲漏量高于180 mm)面積885 km2的34.23%，可將該部分區(qū)域提取出來(lái)，作為采取封山育林措施進(jìn)行藍(lán)-綠水轉(zhuǎn)化的典型滲漏區(qū)域(參見圖10、圖11中藍(lán)框內(nèi)的區(qū)域，以及圖12中紫框內(nèi)的區(qū)域)。

圖12 滲漏量超過180 mm,植被蓋度低于50%的林草地

(2)在2003年至2013年期間，研究區(qū)平均植被蓋度增加了約10%(參見圖10、圖11)，典型滲漏區(qū)內(nèi)植被未發(fā)生明顯變化(面積約103 km2)和退化(面積約20 km2)的面積總共達(dá)123 km2，占典型滲漏區(qū)面積的40.59%，占嚴(yán)重滲漏區(qū)面積的13.90%，作為采取封山育林轉(zhuǎn)化措施時(shí)尤其需要重視的區(qū)域(參見圖13)。

圖13 典型區(qū)2003-2013年植被蓋度變化

(3)對(duì)于植被未變化區(qū)和負(fù)增長(zhǎng)區(qū)，植被蓋度在過去十年未實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)既可能是地形的原因(所在地為巖石或土層過于薄脊)，也可能是人為的原因(亂砍濫伐、燒荒等)，在具體操作時(shí)需要因地制宜采取相應(yīng)的措施。如果是人為原因?qū)е轮脖簧w度未增長(zhǎng)，則應(yīng)盡快采取林草恢復(fù)措施。

(4)滲漏量低于180 mm且植被蓋度低于50%的林草滲漏區(qū)，面積約為634.75 km2，根據(jù)EcoHAT系統(tǒng)模擬結(jié)果，2013年其大部分地區(qū)滲漏量介于120～130 mm之間，由于滲漏規(guī)模巨大，也應(yīng)適時(shí)部署實(shí)施封山育林措施(參見圖14)。

圖14 滲漏量低于180 mm,植被蓋度低于50%的林草地

圖15 滲漏量高于180 mm,植被蓋度高于50%的林草地

3.3 坡改梯措施設(shè)計(jì)

3.3.1 工程技術(shù)可行性

陳珂等通過引入EcoHAT系統(tǒng)進(jìn)行模擬發(fā)現(xiàn)，增加土壤厚度是將滲漏的難利用藍(lán)水轉(zhuǎn)化為生態(tài)綠水的良好途徑，在模型計(jì)算中采取對(duì)整個(gè)研究區(qū)平均增加一定厚度土壤的方法來(lái)計(jì)算增厚土層對(duì)減少滲漏的效果[8]。但是在生產(chǎn)實(shí)踐中由于地勢(shì)高低起伏、地貌多種多樣等原因，不可能對(duì)整個(gè)研究區(qū)普遍增加同等厚度的土壤；因此，在喀斯特山區(qū)只能因地制宜選取適宜的區(qū)域增厚土層。

對(duì)于喀斯特石漠化地區(qū)通過增厚土層達(dá)到保土保水效果的問題，早期萬(wàn)軍與蔡運(yùn)龍?jiān)谘芯抠F州省關(guān)嶺縣石漠化生態(tài)重建時(shí)即提出累石堰建梯田、建造生物籬笆等方式，并認(rèn)為通過將坡耕地改造為平整梯田(坡改梯)可以提高土地和水資源利用效率[24]。羅林等通過對(duì)貴州省畢節(jié)市龍灘坪村10°～25°不同坡度的耕地，進(jìn)行石砍坡改梯改造試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)坡改梯不僅具有較好的保土保水保肥效果，而且能夠有效促進(jìn)耕地糧食增產(chǎn)[25]。劉京偉與王華書在對(duì)貴陽(yáng)市環(huán)境地質(zhì)問題及防治政策的研究中認(rèn)為，由貴州省發(fā)改委組織的坡改梯、生態(tài)移民、退耕還林等40余項(xiàng)示范工程為石漠化防治積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)[26]。孫德亮等認(rèn)為可選擇水土匹配條件較好的地區(qū)，通過修建石砍梯田進(jìn)行坡耕地改造，以達(dá)到增厚土層的目的[21]。余娜與李姝通過研究指出，在貴州省石漠化地區(qū)坡耕地治理過程中，通過“石砍+山邊溝”的方式構(gòu)建的坡改梯工程措施對(duì)于保水和保土保肥有較好效果[27]。熊強(qiáng)輝與杜雪蓮則建議將坡改梯措施納入石漠化防治技術(shù)體系中的基本農(nóng)田建設(shè)工程[28]?？紤]到石漠化過程主要發(fā)生在陡坡耕地上[29]，坡改梯措施的實(shí)施也將對(duì)石漠化防治產(chǎn)生積極的作用。

綜合以上學(xué)者的研究成果可見：經(jīng)過多年的探索和技術(shù)積累，坡改梯措施已經(jīng)成為石漠化防治的重要手段；鑒于貴州地區(qū)耕地以坡耕地為主，坡改梯除了能有效防止土壤流失和降水漏失外，對(duì)于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)還具有重要意義。實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)，由于當(dāng)?shù)貛r石較多，坡改梯措施可就地取材，以累石堰(砌石坎)的方式將坡耕地的土壤累積平整而形成梯田(即增厚土壤)固定住，達(dá)到保土保水保肥的目的。將坡耕地改造為梯田的工程過程參見圖16。

圖16 喀斯特石漠化地區(qū)坡改梯工程示意圖

此外，在城市擴(kuò)建過程中產(chǎn)生的大量廢棄渣土也可按就近原則補(bǔ)充坡改梯措施用土、增厚土壤層，圖17為當(dāng)?shù)刭F安新區(qū)建設(shè)中產(chǎn)生的大量廢棄渣土。

圖17 貴安新區(qū)建設(shè)過程產(chǎn)生的大量廢棄渣土現(xiàn)場(chǎng)

通過對(duì)研究區(qū)的實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)?shù)卣闹鲗?dǎo)下，部分石漠化較嚴(yán)重的農(nóng)村地區(qū)，坡改梯工程已初具規(guī)模，對(duì)于其他類似地區(qū)具有良好的示范意義。貴陽(yáng)市開陽(yáng)縣聯(lián)通村水土保持示范區(qū)部分坡改梯工程參見圖18。

圖18 貴陽(yáng)市開陽(yáng)縣聯(lián)通村部分坡耕地改梯田工程實(shí)景

3.3.2 工程措施設(shè)計(jì)

考慮到研究區(qū)農(nóng)村旱地多為坡耕地[30,31]，其中6°～15°坡耕地面積多達(dá)67 333.33 hm2(約合673.33 km2)[32]，通過坡改梯措施增厚土壤后，將滲漏的難利用藍(lán)水轉(zhuǎn)化為綠水儲(chǔ)存，不僅有利于提高當(dāng)?shù)厮Y源利用量，而且能直接為農(nóng)作物生長(zhǎng)補(bǔ)充代謝用水，對(duì)喀斯特石漠化地區(qū)坡改梯措施的空間布局進(jìn)行分析將具有十分重要的實(shí)用價(jià)值。結(jié)合陳珂等采用EcoHAT系統(tǒng)模擬計(jì)算的結(jié)果[8]，在進(jìn)行坡改梯措施規(guī)劃時(shí)，以下為坡耕地措施的建議實(shí)施區(qū)域。

(1)理論上，只要不受自然條件和經(jīng)濟(jì)成本限制，在所有滲漏的區(qū)域都可以根據(jù)需要，推廣采取坡改梯措施增加土壤厚度來(lái)達(dá)到減少難利用滲漏藍(lán)水的目的。

(2)孫德亮等認(rèn)為應(yīng)選擇水土匹配條件較好的地區(qū)來(lái)實(shí)施坡改梯工程[21]，鑒于研究區(qū)位于較濕潤(rùn)的亞熱帶季風(fēng)氣候帶，在實(shí)施坡改梯時(shí)應(yīng)盡量選擇土壤條件較好的坡耕地，以方便就地取土，因此將土地利用性質(zhì)為旱地的滲漏區(qū)列為實(shí)施坡改梯措施的基本區(qū)域，面積約為713 km2(參見圖19)。

圖19 滲漏區(qū)旱地分布圖

(3)相對(duì)于通過封山育林措施來(lái)減少滲漏量的典型滲漏區(qū)域，對(duì)植被蓋度高于50%、并且滲漏量高于每平方公里180 mm的嚴(yán)重滲漏區(qū)林草地范圍，參見圖15中嚴(yán)重滲漏區(qū)域紫框內(nèi)的部分，可列為亟須通過增加土層厚度來(lái)進(jìn)行藍(lán)-綠水轉(zhuǎn)化的地帶。這部分面積約為344.25 km2，約占嚴(yán)重滲漏區(qū)域面積885 km2的38.89%，對(duì)于其中因自然條件所限，采用坡改梯措施取土有困難的，可利用附近城市建設(shè)棄用渣土來(lái)進(jìn)行補(bǔ)充，對(duì)于自然條件類似于坡耕地的，則可直接適用坡改梯措施。

(4)對(duì)滲漏區(qū)植被蓋度高于50%且滲漏量低于180 mm的林草地，面積約為911.25 km2，經(jīng)模型計(jì)算發(fā)現(xiàn)，植被蓋度在50%～60%之間的面積僅為約0.25 km2，其余絕大部分面積在60%～90%之間(60%～70%：287.50 km2，70%～80%：302.50 km2，80%～90%：272.50 km2，90%以上：48.25 km2)，鑒于其植被蓋度基本都在60%以上(圖20)，繼續(xù)增加植被對(duì)減少滲漏作用不大，2013年這部分區(qū)域的大部分地區(qū)滲漏量介于120～130 mm之間，滲漏規(guī)模巨大，可視地形地貌情況采取坡改梯措施增厚土層。

圖20 植被蓋度高于50%的非嚴(yán)重滲漏區(qū)林草地

(5)對(duì)于3.2.2節(jié)中提到的植被蓋度未增長(zhǎng)的嚴(yán)重滲漏林草地，如果不是人為的原因造成，也不是陡陗巖石等難以利用的地貌，也可以通過坡改梯的方式增厚土層進(jìn)行藍(lán)-綠水轉(zhuǎn)化。

將三大類藍(lán)-綠水轉(zhuǎn)化措施及其所對(duì)應(yīng)的面積、范圍進(jìn)行匯總，具體數(shù)據(jù)參見表2。

表2 三大藍(lán)-綠水轉(zhuǎn)化措施實(shí)施范圍及面積

4 結(jié) 論

本文基于藍(lán)水綠水理論，采用遙感分析、實(shí)地調(diào)研與文獻(xiàn)資料相結(jié)合，對(duì)喀斯特石漠化典型區(qū)-貴陽(yáng)市非城鎮(zhèn)地區(qū)的藍(lán)水和綠水轉(zhuǎn)化措施進(jìn)行了研究，根據(jù)陸地水循環(huán)的三大環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)三大轉(zhuǎn)化措施如下：

(1)針對(duì)大氣降水環(huán)節(jié)，提出了用于截蓄灌溉的農(nóng)村旱地小水池，在研究區(qū)約713 km2的旱地上，總共設(shè)計(jì)了17 788個(gè)小水池。

(2)針對(duì)植被用水環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)了封山育林措施，分布區(qū)域包括植被蓋度低于50%，且滲漏量高于180 mm的303 km2嚴(yán)重滲漏區(qū)，以及植被蓋度低于50%，且滲漏量低于180 mm的634.75 km2滲漏區(qū)林草地。

(3)針對(duì)土壤綠水儲(chǔ)存環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)了坡改梯措施，分布區(qū)域主要包括約713 km2的農(nóng)村旱地，植被蓋度高于50%的滲漏區(qū)林草地約1 255.5 km2，以及植被蓋度低于50%且在2003-2013年間植被未增長(zhǎng)的典型滲漏區(qū)約123 km2。

對(duì)喀斯特石漠化典型地區(qū)藍(lán)-綠水轉(zhuǎn)化具體措施的研究與設(shè)計(jì)，是將理論研究與具體應(yīng)用相結(jié)合的有益嘗試，對(duì)類似地區(qū)提高水資源利用量研究具有重要的參考意義。