（草业科学专业论文）黄土丘陵沟壑区雨水集流高效利用与庭院经济主导产业开发研究.pdf

兰州大学硕 = 论文黄 丘陵沟壑区雨水集流高效利用与庭院经济t 导产业开发研究 摘要 黄土高原丘陵沟壑区自然条件严酷，生态环境脆弱，干旱、低产、贫困是 该地区突出的现实问题。由于水土流失和耕作频繁，土壤养分流失、结构破坏， 蓄水保水能力降低，导致降水资源利用率低下，粮食产量低而不稳，严重制约 了当地农业和农村经济的发展。 研究和实践表明，雨水集流及高效利用技术日趋成熟，以滴灌、渗灌、膜 孔灌、农作物需水关键期进行的小型漫灌、果树采用的“穴贮肥水灌溉、“叶 面追肥灌溉 等节水灌溉技术，在一定程度上缓解了水资源不足的矛盾。然而， 现有的雨水集流工程分布尚缺乏科学性，没有充分利用地形地貌实现高效集雨， 山梁、峁顶集流面积大却集雨设施相对不足，造成雨水资源浪费、雨水集流效 率低的问题；在雨水资源的利用方面，由于投资不足，设施不配套，没有实现 循环使用，水资源利用率不高，降低了雨水集流工程的蓄水效益。 基于此，本研究在黄土高原丘陵沟壑区，开展了以雨水集流工程与水分高 效利用技术研究，庭院经济主导产业开发研究，并建立黄土高原丘陵沟壑区农 牧综合开发模式，获得如下主要结果： ( 1 ) 分析了半干旱区生态恢复条件下流域降雨径流空间分异特征，探索了 流域水保型雨水集流工程布局，筛选了一些新型低成本强化入渗及抑蒸型新材 料，开展了降雨汇集与径流高效开发利用技术研究，在传统布局的基础上，突 破传统雨水集流工程布局方式，重点研究了高位( 梁峁项) 集流工程和低位( 沟 道) 聚流工程雨洪资源调控功能及运行方式。划分高位( 有一定集水面积、地 势相对平缓的梁峁顶) 、中位( 粱峁以下至沟沿以上、重点是村庄院落、道路) 、 低位( 沟道) 等三个径流调控单元，提出了基于“三位一体 的雨洪资源开发 和径流调控的高效开发利用技术，体现了因地制宜与创新性的结合，为黄土高 原丘陵沟壑区生态环境安全、农业粮食安全和农村经济可持续发展研究提供了 科学依据。 ( 2 ) 适合黄土高原丘陵沟壑区特点的庭院生态经济类型为庭院产业型+ 庭 院资源化开发利用型。其构成要素是：庭院经济资源化利用体系+ 生态庭院经 济产业体系，前者构成生态庭院经济发展的基础，后者构成生态庭院经济发展 兰州大学硕：i ：论文黄卜丘陵沟壑区雨水集流高效利用与庭院经济主导产业开发研究 詈曼量曼邑曼量量曼量皇曼曼皇皇量量皇量皇量量曼量曼量曼皇曼皇量曼曼量皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼舅量量曼曼皇曼曼曼曼i m|lhhm l 鼍皇 的目标，提出了庭院经济与主导产业开发的关键技术。 ( 3 ) 建立了黄土高原丘陵沟壑区雨水资源高效利用+ 生态型庭院经济农 牧综合开发模式，通过雨水资源高效利用促进主导产业发展区块建设，优化水 资源利用格局，解决或缓解了当地干旱缺水的现状，通过调整土地利用结构， 提高土地产出率，促进了主导产业和农村经济的发展，增加了农民收入。以农 村庭院为重点，通过生态型庭院经济区块的构建，推动了庭院经济和生态家园 建设，促进了生态能源的高效开发利用，改善农民能源消费结构，实现了庭院 生态系统内的良性循环，改善了生态环境和民居环境，促进了农村文明进步。 关键词：持续农业；雨水集流；农牧综合：农村发展 兰州大学硕 ：论文黄土丘陵沟壑区雨水集流高效利用与庭院经济主导产业开发研究 a b s t r a c t t h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n ti nt h eh i l l ya n dg u l l yr e g i o no ft h el o e s sp l a t e a u i sf r a g i l ew i t hs e v e r es o i le r o s i o n u n d e v e l o p e de c o n o m i cs i t u a t i o ni sf e a t u r e db y d r o u g h t , l o wp r o d u c t i v i t ya n dp o v e r t y l i m i t e dw a t e rr e s o u r c e , s o i le r o s i o na n d i n t e n s e l yp l o u g h i n gp r a c t i c ea n dp o o rs o i lf e r t i l i t ya r ec o n s t r a i n t sf o ra g r i c u l t u r ea n d r u r a le c o n o m yd e v e l o p m e n t a f t e ry e a r so fr e s e a r c ha n dp r a c t i c e , t h et e c h n o l o g yf o rr a i n f a l lh a r v e s t i n ga n d e f f i c i e n c yu t i l i z a t i o nh a sd e v e l o p e dm a t u r e l y k i n d so fw a t e r - s a v i n gi r r i g a t i o n t e c h n i q u e sh e l p e dt oi m p r o v ew a t e ru s ee f f i c i e n c e , s u c ha sd o 印i r r i g a t i o n ， i n f i l t r a t i o ni r r i g a t i o n ，f i l mh o l ei r r i g a t i o na n dl e a fs u r f a c ei r r i g a t i o n h o w e v e r , i n p r a c t i c a la p p l i c a t i o n ，e x i s t i n gr a i n f a l lh a r v e s t i n gf a c i l i t i e ss t i l lh a v en o tf o c u s e do n r e a s o n a b l ed i s t r i b u t i o na n de f f i c i e n tu s e ，d u et oi n a d e q u a t ei n v e s t m e n t , u n m a t c h i n g r a i n f a l lh a r v e s t i n gf a c i l i t i e sa n dp o o rt e c h n o l o g y , t h ew a t e rr e c y c l i n gh a sn o tb e e n u s e dp r o p e r l y ) t h ep r o b l e mo fw a t e re f f i c i e n tu t i l i z a t i o nh a sn o tb e e nr e s o v l e d ，t h u s ， e f f i c i e n c y f o ri n v e s t m e n ta n dr a i n f a l l h a r v e s t i n ge n g i n e e r i n gi m p r o m e n ti s h i g h l i g h t e d i nt h i ss t u d y , t h es p a t i a ld i s t r i b u t i o no fr a i n f a l li nt h es e m i - a r i dr e g i o n sb y i m p l e m e n t i n ge c o l o g i c a lr e s t o r a t i o nw a sa n a l y z e d ，t h el a y o u to fr a i n f a l lh a r v e s t i n g p a t t e r nw a se x p l o r e d ，n e wt y p em a t e r i a l s 谢t hl o w c o s t ，i n f i l t r a t i o n w e l la n d s u p p r e s s i n ge v a p o r a t i o nw e r es e l e c t e d ，a n dt h et e c h n i q u eo fu s i n g r a i n f a l la n dr u n o f f e f f i c i e n t l yw a sd e t e r m i n e d t h et r a d i t i o n a ll a y o u to fr a i n f a l lh a r v e s t i n ge n g i n e e r i n g w a si m p r o v e d s o ，t h ef u n c t i o n sa n dt h em o d eo fr a i n f a l lh a r v e s t i n gi nt h eu pa n d l o wl a n dw e r es t u d i e d t h r e eu n i t so fr u n o f fr e g u l a t i n ga r eu p ，m i da n dl o wr a i n f a l l h a r v e s t i n gl o c a t i o nw o r ed i v i d e d t h et e c h n o l o g yo fr u n o f fr e g u l a t i o na n de f f i c i e n t u t i l i z a t i o nb a s e do nt h e t h r e el o c a t i o n sa saw h o l e ”w a sm a d e t h i sc a np r o v i d ea s c i e n t i f i cb a s i sf o rt h er e g i o n a le c o l o g i c a la n de n v i r o n m e n t a ls a f e t y , a g r i c u l t u r ea n d f o o ds e c u r i t ya n dr u r a le c o n o m ys u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ti nt h eh i l l ya n dg u l l y r e g i o n so f t h el o e s sp l a t e a u t h ed e v e l o p m e n to fc o u r t y a r de c o n o m yd o m i n a n ti n d u s t r yp r o m o t e dar a p i d v 兰州大学硕士论文 黄一卜丘陵沟壑区雨水集流高效利用与庭院经济主导产业开发研究 d e v d o p m e n to fg a r d e ne c o n o m y , c o u r t y a r di n d u s t r yp l u sc o u r t y a r dr e s o u r c e e x p l o r i n gi st h em a j o rt y p eo ft h ec o u r t y a r de c o n o m yi nt h eh i l l ya n dg u l l yr e g i o n s o ft h el o e s sp l a t e a ui nt h i ss t u d y t h es y s t e mo fg a r d e ne c o n o m i cr i s o u r i x 怂 u t i l i z a t i o ni st h eb a s i sf o re c o n o m i cd e v e l o p m e n t t h ee c o n o m i ci n d u s t r yo f 0 c 0 一g a r d e ni st h ea i mo ft h ec c o g a r d e ne c o n o m i cd e v e l o p m e n t t h ek e yt e c h n o l o g y o fg a r d e ne c o n o m yi n d u s t r i a ld e v e l o p m e n tw a ss o l v e d t h el e a d i n gi n d u s t r i e sb yp r o t e c t i n gt h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，u s i n go f m o d e r n e c o l o g i c a lt h e o r y a n dt h e p r a c t i c a l n e e ds u s t a i n a b l e a g r i c u l t u r a l d e v e l o p m e n t t h et r a d i t i o n a lp r o d u c t i o nm a n a g m n e n th a sb e e nc h a n g e d ，w h i c h r e l i e do nt h es u b s t a n t i a lc o n s u m p t i o no ft h er e s o u r c e sa n de n e r g y , l a r g en u m b e r so f i n p u t sa n dt h ed i s r u p t i o no ft h ee n v i r o n m e n tf o rt h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n t t h e t e c h n o l o g yd e v e l o p m e n ts y s t e ma n dr e s o u r c er e c y c l i n gs y s t e mo fg a r d e ne c o n o m y a n dl e a d i n gi n d u s t r yi nw h i c hu n i t sa r es m a l la r e aa n dn a t u r a lv i l l a g e sw e r eb u i l tb y d e v e l o p i n gt h eg a r d e ne c o n o m yi n d u s t r yc o m b i n e dw i t ht h el o c a lg r a p e - g r o w i n g i n d u s t r i e s ，a c c o r d i n gt ot h er e c y c l i n ge c o n o m yc o n c e p to f ”r e d u c t i o n ，r e u s ea n d r e s o u r c e - o r i e n t e d ”，t h ee n t r yp o i n ta b o u tt h eb i o m a s se n e r g yu t i l i z a t i o na n de n e r g y r e c y c l i n gd e v e l o p m e n t , t h em e t h o d so fe c o l o g i c a lc u l t i v a t i o n ，s t r a wc o n v e r s i o n , u t i l i z a t i o no f r u r a lb i o g a s ，s o l a re n e r g ya n do r g a n i cf e r t i l i z e r t h ec c o - a g r i c u l t u r ea n d t h ee f f i c i e n t l yu s eo fr e s o u r c eh a v eb e e na c h i e v e d a ni n t e g r a t i o ns y s t e mc o m b i n i n gr a i n f a l lh a r v e s t i n ge f f i c i e n tu s e a n dc o u r t y a r de c o n o m yw a se s t a b lis h e d t h ec o n s t r u c t i o no f l e a d i n gi n d u s t r i e s w e r ep r o m o t e d ，t h ew a t e ru s ee f f i c i e n c yw e r ei m p r o v e da n do p t i m i z e d ，t h es t a t u so f al o c a ld r o u g h ta n dw a t e rs h o r t a g ew e r es o l v e da n da l l e v i a t e d ，t h el e a d i n gi n d u s t r y a n dr u r a le c o n o m yw e r ed e v e l o p e db yu s i n gt h ec r o p p i n g - l i v e s t o c k p 1 0 d u c t i o n c o m p r e h e n s i v ed e v e l o p m e n tm o d e li nt h eh i l l ya n dg u l l yr e g i o n s t h ee f f i c i e n t u t i l i z a t i o no fe c o e n e r g yr o s o u r c o sw e r ep r o m o t e d ，t h ef a r m e r se n e r g yc o n s u m p t i o n s t r u c t u r ea n de c o l o g i c a le n v i r o n m e n tw e r ei m p r o v e db ye s t a b l i s h i n ga ne c o n o m i c o c o g a r d e n k e yw o r d s ：s u s t a i n a b i l i t y ；r a i n f a l lh a r v e s t i n ge n g i n e e r i n g ；c r o p p i n ga n dl i v e s t o c k i n t e g r a t i o n ；r u r a ld e v e l o p m e n t v i 黄t 丘陵沟壑区雨水集流高效利用与庭院绎济主导产业开发研究 原创性声明 本人郑重声明本人所呈文的学位论文，是在导师的指导 下独立进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经 发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。 除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要 贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：日期： 黄卜丘陵沟壑区雨水集流高效利用与庭院经济主导产业开发研究 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知 识产权归属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使 用学位论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构 送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人 授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本学 位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相 关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名：导师签名：止显日期：尘侈一 兰州大学硕十论文黄十丘陵沟壑区雨水集流高效利用与庭院经济主导产业开发研究 1 研究背景 引言 黄土高原地区是华夏古文明的发祥地，也是我国古代农业文明最早兴起的 地方。但是，随着人口的迅速增长，人类对土地进行盲目开垦、掠夺式经营等 不合理利用，导致了严峻的水土流失，土地沙漠化、盐渍化等问题，加剧了农 业环境的恶化。时至今日，黄土高原区特别是黄土丘陵区已成为中国乃至全球 水土流失最为严重、经济最为贫困的地区之一。自然生境脆弱，生产力水平低 下，经济基础薄弱，生态系统与经济系统仍然存在不协调等因素，成为制约该 区域生态经济可持续发展和农民进一步致富的严重障碍( 张丽萍，2 0 0 8 ) 。 尽管如此，黄土高原地区仍是我国最主要的旱作农业区，也是西部大开发 中生态环境建设的重点实施区域之一( 山仑，2 0 0 0 ) 。黄土丘陵区从1 9 8 6 年开始 综合治理，经过2 0 余年的生态经济建设，已初步实现了经济生态系统的良性循 环( 张丽萍，2 0 0 8 ) 。1 9 9 9 年朱总理视察陕北时提出的“退耕还林( 草) ，封山绿 化，个体承包，以粮代赈 1 6 字政策措施切中了黄土高原水土流失严重地区的 要害问题。但是我国生态环境治理的理论研究与技术体系还未取得重大突破， 行之有效的相关技术组装与集成不够，一些科研基地与示范区的成果与成功经 验大面积推广应用的机制需要创新( 李壁成李生宝，2 0 0 5 ) ，而最关键的问题是 缺少符合地域生态环境、资源特点和社会经济条件的集水土保持与经济可持续 发展于一体的行动方针和与之对应的科学研究范式( 徐勇等，2 0 0 3 ；何文清等， 2 0 0 4 ；董锁成等，2 0 0 3 ；陆建飞等，1 9 9 6 ；焦锋等，2 0 0 0 ) 。因此，必须把生态 环境治理与社会经济发展紧密结合起来，探求基于生态环境整治基础上的社会 经济发展模式( 毕慈芬，1 9 9 9 ：李素清，2 0 0 4 ；王天永等，2 0 0 1 ；王海英等，2 0 0 4 ；王云峰，1 9 9 4 ；查轩等，2 0 0 0 ；高旺盛等，2 0 0 3 ；姚顺波等，2 0 0 1 ；王青， 2 0 0 2 ；郝仕龙等，2 0 0 7 ) 2 研究目的和意义 近年来，随着“退耕还林、还草 等西部生态建设工程的实施，和国家对 黄土丘陵区科技投入及开发力度的不断加大，土地利用结构发生了重要变化， 兰州大学硕士论文黄十丘陵沟壑区雨水集流高效利用与庭院经济主导产业开发研究 生态环境恶化的局面有所改善，农民的收入普遍提高，但宽谷丘陵区农村产业 结构调整、保障生态建设成果、促进区域社会稳定和经济发展仍是亟待解决的 重要问题。研究适合该区域的生态综合治理模式、集成技术和技术规程，发挥 科技在生态综合治理中的作用，构筑西部生态整治的技术行动方案，是非常必 要的。 农牧综合开发模式研究是区域农业经济发展和生态环境整治的科技需求， 也是当地经济社会发展和建设新农村的迫切要求。宽谷丘陵区受气候条件恶劣、 生态环境脆弱和水土流失严重的限制，农业结构单一，生产发展水平低，后劲 不足。垦殖指数高，耕地面积比例大( 占总土地面积的2 5 0 旷3 5 ) ，人均耕地面 积为o 5 o 8 h m 2 ；农耕地组成结构不合理，坡耕地面积大，基本农田少( 仅占 耕地面积的1 5 ) ；农林牧用地比例不合理，农地比例过高，林草地面积少，农 林牧业用地比例林草地多的地区为1 ：0 5 ：0 1 ，林草地少的地区为1 ：0 1 4 ：0 0 4 ：土 地利用率低，荒山荒坡面积大，一般占土地总面积的5 0 左右；生产水平低， 经济收入少，广种薄收、超载放牧和草场退化等现象严重，年人均生产粮食 2 5 0 3 0 0 k g ，年人均纯收入6 0 0 , - , 1 0 0 0 元。生产发展后劲不足，经济发展缓慢， 人畜饮水非常困难，交通、电力和水利等基础设施建设滞后，防御灾害能力较 弱。宽谷丘陵区农牧综合开发模式研究项目的实施，将有助于优化水土资源配 置，增加农民经济收入，改善农业生产基本条件，提高土地的承载力，为农村 产业结构调整提供有利条件，促进当地主导产业的形成和区域经济的发展，为 建设宽谷丘陵区新农村提供科技支撑( 郑新民，2 0 0 8 ) 。 此外，该研究区域内，正在实施藉河水土保持综合治理示范区建设和茹河 流域水土保持综合治理项目。藉河示范区地处甘肃天水市渭河中上游，是黄河 水利委员会于1 9 9 8 年立项实施的大型水土保持生态示范工程，在一期项目的基 础上二期项目已经启动，项目区总面积近2 0 0 0 k m 2 。茹河流域水土保持综合治 理固原项目( 一期) 治理面积6 5 5 1 2 k i n 2 ，二期1 7 5 k m 2 的治理项目已经启动。 项目技术支持服务系统是工程建设顺利实施的保证。从项目实施情况看，目前 尚有一些关键技术需要进行科技攻关，如降雨汇集与径流高效开发利用技术、 大面积生态修复技术、农牧结合区生态经济发展模式等。因此，用科技成果指 导项目区建设，非常必要。宽谷丘陵区农牧综合开发模式研究项目的实施，将 推广一批科技含量高、技术水平先进、措施配套齐全、管理运行规范、治理效 2 兰州大学硕 ：论文黄_ t 丘陵沟壑区雨水集流高效利用与庭院绎济主导产业开发研究 益显著的示范样板工程，有利于提高水土保持生态工程建设水平和科技含量， 扩大示范效应。 3 技术路线 本研究针对黄土高原宽谷丘陵区生态脆弱经济落后的特点，以单项研究成 果为主导技术，结合分析以往黄土高原区研究技术精华，通过筛选、引进、消 化、吸收和组装配套，构建黄土丘陵沟壑区防治水土流失的综合配套技术体系 和农牧综合开发模式，结合黄河水土保持生态工程，建立示范基地并示范推广 到同类区域，从而改善当地农民经济收入状况，寻求土地利用结构优化与畜牧业 发展、主导产业培植的途径，探求水土保持与水土资源高效利用相结合的最佳 技术路线。 ( 1 ) 在现有的黄土丘陵沟壑区重点治理项目区，在深入调查研究、实地考 察的基础上，选择设立2 个代表性强的典型试验示范点，并遵循有限目标、重 点突破、整体跟进的原则对课题研究内容进行整体设计。 ( 2 ) 采用实地研究和室内试验相结合的方法，以水土保持与生态修复为中 心，以优化土地利用结构和改善生态环境为基础，以水土资源高效利用为目标， 以发展高效庭院经济为突破口，开展水保型雨水集蓄利用技术，节水抗旱植物 及生物质能开发技术等试验研究，力争在关键技术上有所突破。 ( 3 ) 进行技术整合与集成，构建水土保持型生态修复和庭院高效生态农业 技术体系，建造生态一经济同步发展、农牧有机结合的可持续发展模式和先进 的科技辐射扩散基地，展示试验研究成果与效益。 ( 4 ) 加强与政府职能部门、地方政府、科研单位、农技推广部门联合，探 索试验区一示范区辐射区推广技术体系与机制，并进行技术培训，在同类地 区大面积，规范化推广应用，发挥区域示范与引领作用。 3 兰州大学硕七论文黄十斤陵沟壑区雨水集流高效利用与庭院经济主导产业开发研究 第一章国内外研究进展 1 1 水土流失的现状以及相关治理措施 水土流失问题以其分布范围广、流失强度大而成为我国影响国家生态安全 的头号环境问题( 焦居仁，2 0 0 3 ) 。根据第二次全国土壤侵蚀遥感调查，我国水 土流失面积达3 5 5 5 5 万k m 2 ，占国土总面积的3 7 4 ，其中水蚀面积1 6 4 8 8 万k m 2 ， 风蚀面积1 9 0 6 7 8 万k m 2 ( 水利部水土保持监测中心，2 0 0 2 ) 。特别是西部地区， 由于其独特的干旱气候和地理环境，导致生态环境及其脆弱，已影响到其生态 安全，正威胁着其开发和可持续战略的实施( 史明德，2 0 0 2 ) 。本研究所属的半 干旱黄土丘陵沟壑区整体尚处于生态恢复初期，突出表现为水土流失主导的土 壤退化和植被衰退过程( 程序，2 0 0 1 ；李玉山，1 9 9 9 ) ，严重恶化的生态环境对 这一地区及黄河下游地区社会经济的发展构成了严重威胁( 刘国彬等，2 0 0 4 ；武 烽东等，2 0 0 4 ；刘士余等，2 0 0 4 ) 。 水土流失是全世界最严重的环境问题之一，长期以来受到国内外生态环境 领域科学家的关注并开展了大量研究。2 0 世纪2 0 - - - 3 0 年代欧洲“荒溪流域 以植被恢复为主体的流域治理；4 0 - - - 5 0 年代美国“田纳西流域 以水资源保护 利用为主体的流域治理是十分成功的治理范式。近年来，重建生态系统受损机 理及其恢复重建的研究成为生态环境领域的热点问题。“国际生物圈一地圈计划 ( i g b p ) 刀与“国际全球变化的人类行动计划( i h d p ) 将土地利用覆盖变化及其 对生态安全的影响作为其核心内容之一，强调生态、经济和社会的协调一致， 统筹兼顾，已成为国际上近年来提出的“可持续性科学 的核心内容。建国后 我国对水土流失地区的生态恢复和农业发展一直十分关注，投入大量的资金， 取得了一些经验，也有许多成功的范例( 徐勇等，2 0 0 4 ；陈利项等，2 0 0 1 ；齐 实等，2 0 0 0 ) 1 9 9 9 2 0 0 6 年国家在生态脆弱地区推行以造林为主，同时有针对性 种草的大规模退耕还林( 草) 举措，专家们始终强调的一个技术原则是：在综合治 理的基础上实现土地的合理利用，而大力发展人工草地则是达到土地合理利用 目标的一个重要环节。但纵观自2 0 世纪8 0 年代至今在黄土高原人工种草效果， 总体上并不理想，特别是距离大范围内建成稳定人工草地的目标还相差很远，有 4 兰州大学硕士论文黄七r 陵沟壑区雨水集流高效利用与庭院经济主导产业开发研究 专家估测，陕、甘、宁还草面积占整个退耕面积比例不足5 。种草面积小，而 能稳定下来的更少，“种草易反弹 已是不争的事实。黄土丘陵沟壑区受地理位 置的过渡性、气候变化的剧烈性、地形和地貌的复杂性、土壤的易蚀性以及人 类活动对植被的破坏等多种因素影响，该区植被脆弱，已成为黄土高原水土流失 最严重的地区( 杨涛等，2 0 0 9 ) 。事实证明，植被是半干旱退化山区生态系统最 为重要的组成部分( 张源润，2 0 0 6 ) ，植被恢复是遏制黄土高原土地退化，促进 退化生态系统恢复的关键因素和有效途径( 彭少麟，2 0 0 0 ：郑粉莉，1 9 9 6 ：朱 显谟，1 9 9 9 ) 。植被的水土保持作用体现在冠层截留降雨( g i l l yje ，r i s slm ， 2 0 0 0 ) 、茎干和枯落物拦蓄分散径流( h o f f m a n nl ，r i s er e ，1 9 9 1 ) 、根系改良 土壤增加抗冲性( 程金花等，2 0 0 3 ) 或抗蚀性( h o f f m a n nl ，r is er e ，1 9 9 1 ) 等 方面。植被覆盖的存在可以有效降低雨滴能量、增加土壤入渗、减少径流量与 泥沙量( b l a e k h u mwh ，1 9 7 5 ) 。农业种植方面，以小麦、玉米、土豆、油料为 主。苜蓿地的持水性能最佳，充分说明苜蓿对土壤结构有明显的改善左右( j o r y wa ，1 9 9 1 ) 。张金铭等人( 2 0 0 8 ) 研究认为，在黄土丘陵沟壑区，控制水土流失 的基本措施是保护好现有的自然植被，实行坡耕地退耕还林还草，建设人工植被 应实行“灌木为主，草灌优先，草灌乔相结合。胡建忠等( 2 0 0 5 ) 认为黄土高原 退化生态系统的植被建设只能立足于现实生态环境条件，适地适树( 草) 适法， 方能有效恢复和重建植被，以发挥其多方面的生态经济功能。 培育人工草地也是目前治理水土的一项热门技术，且发展速度较快，但由 于受水分和其自然环境的影响，适宜黄土高原半干旱区种植的短期型浅根性禾 本科牧草种类较少，而目前正在种植的多年生深根性豆科牧草，虽然可形成较 高的生物量，但对土壤水分的消耗严重。有研究表明，1 1 年生芨芨草在0 - - 一5 0 0 锄土层中，土壤干层的分布厚度为1 0 0 - - 一3 8 0 锄，土壤含水量的分布幅度为4 8 5 8 ；以沙打旺和紫花苜蓿为主的多年生人工草地，在生长过程中虽能形成较 高的生物产量，但对土壤水分的消耗极度严重，1 1 年生沙打旺人工草地在o 1 0 0 0 锄深土层中，土壤干层的分布厚度在8 0 - - 9 5 0 锄，土壤含水量的分布幅度 为3 8 5 8 ；1 1 年生紫花苜蓿人工草地在1 0 0 9 0 0 锄，土壤含水量的分布幅 度为3 8 - 4 6 。由深根性豆科牧草形成的土壤干层，不但在较短时间内使土壤 水分不能很快恢复正常，而且地面野生牧草的生长也受到水分亏缺的强烈抑制， 兰州大学硕士论文黄卜丘陵沟壑区雨水集流高效利用与庭院经济主导产业开发研究 _iii_i_i 物种多样性减少，个体生长发育不良，更不能繁殖更新。因此就要强调乔灌草 紧密结合的发展方向。过去一度不考虑自然条件盲目营造乔木林，形成不少既 无经济价值又无生态效益的“小老头树，显然不当。黄土高原地形地貌复杂， 这既是问题，也是优势，植被恢复不但要遵循地带性规律，也要重视非地带性特 征，黄土坡地不适宜造林，但在沟谷地、一些阴坡地结合实施水保工程可以造 林。黄土高原的治理有赖于植被措施，但先行的林业措施很多不符合植被演替 的规律，故此形成许多不稳定的低效残次林。因此植被群落演替的研究对黄土高 原退化生态系统的恢复和重建同样具有重要的生态意义( 师江澜等，2 0 0 2 ；王 晓宁等，2 0 0 9 ) 。 为了开展水土保持研究，在2 0 世纪4 0 年代初期建立了天水水土保持试验 站，5 0 年代初期建立了绥德和西峰水土保持科学试验站，开创了中国水土保持 科学试验的先河。经过半个多世纪的试验研究，完成了大量的试验研究成果， 积累了丰富的土壤侵蚀试验研究数据，建立了绥德韭园沟、西峰南小河沟和天 水吕二沟等中国最早的试验示范小流域。2 0 世纪8 0 年代初期黄河上中游管理 局在黄河中游黄土高原地区实施的试点小流域项目建立了一大批不同治理模式 的典型小流域样板( 王正杲等，1 9 8 9 ) 。其后又开展了水土保持治沟骨干坝工程 建设试点，探索出了黄河中游地区小流域综合治理、治沟骨干坝工程建设模式 及途径( 徐书森等，2 0 0 1 ) 。通过这些项目的实施，建立了小流域综合治理、治 沟骨干坝工程的管理体系，丰富并发展了小流域综合治理、治沟骨干坝工程设 计理论与技术，取得了丰硕的科研成果，培养了大批技术骨干，为黄土高原综 合治理工程技术支撑体系的建立奠定了良好基础。自2 0 世纪5 0 年代起，中国 科学院开展了黄土高原综合科学考察，系统研究了该区土壤侵蚀机理，建立了 土壤侵蚀分类系统( 中国科学院黄土高原综合科学考察队，1 9 8 8 ) 。中国科学院 自1 9 8 8 年建立中国生态系统研究网络( c e r n ) ，在黄土高原建立了安塞、长武、 固原、神木等野外综合站，对水土流失机理、水土流失治理效益及其它环境要 素进行了长期的动态监测与试验研究，通过近2 0 年的国家黄土高原区域农业科 技攻关，对不同类型区水土流失综合治理模式及技术进行了进一步探索，成功 建立了一些小流域综合治理试验示范区。通过半个多世纪的努力，在黄土高原 综合治理的实践中总结出了以小流域为单元，山、水、田、林、路统一规划， 6 兰州大学硕士论文黄 ：丘陵沟壑区雨水集流高效利用与庭院经济主导产业开发研究 综合运用工程、生物和农业技术三大措施的成功经验，有力地推动了黄土高原 水土流失治理进程，为水土流失的综合治理和生态恢复积累了经验和技术储备。 1 2 水资源短缺以及水分高效利用的相关研究 从农业生产的角度看，半干旱地区光照充足，温度适中，而水分是限制农 业生产最根本的生态因素。水资源短缺已成为全球性热点问题，我国水资源人 均占有量仅为世界平均水平的2 5 ( 张光辉等，1 9 9 7 ) 。而雨水是小流域尺度上 水资源的最根本来源，雨水资源潜力是经济、社会可持续发展和雨水资源能够 持续开发利用的基础( 赵世伟等，2 0 0 5 ) 。利用雨水进行作物补灌是一项古老的 技术，可追溯到公元前6 0 0 0 多年的阿滋泰克( a z t e c ) 和马雅文化时期( 郭少宏， 2 0 0 6 ) 。据1 9 7 1 1 9 9 9 年间的文献报导，亚、非、美各洲许多国家都采用各种雨 水集蓄技术用于人畜饮用、粮食生产、抗旱造林、发展畜牧业、盐碱地的改造 及城市生活和工业用水等不同的目的( 张建新等，2 0 0 4 ) 。但从1 9 世纪末开始， 随着现代水利技术的兴起，雨水利用渐渐被人们遗忘，直到2 0 世纪后期水资源 的紧缺迫使人们又重新注意对雨水的利用，使其成为许多国家解决水资源不足， 特别是农村人口生活用水困难的一个重要途径。发展集雨补灌节水农业有利于 解决人畜饮水问题、实现降水资源的合理调配与高效利用，提高单位耕地产出 效益和产品品质，促进农村经济发展和农业结构调整，改善农业生态环境( 张 书函等，2 0 0 4 ；赵松岭，1 9 9 8 ；祖振华等，2 0 0 4 ) ，多年实践证明，发展雨水集 蓄利用，不仅能有效地利用有限的降水资源，而且有助于减轻水土流失和干旱 威胁，促进农业生态系统良胜循环的建立( 丁圣彦，2 0 0 3 ：张义丰，2 0 0 2 ：赵 雪雁等，2 0 0 2 ) 。中国科学院水利部水土保持研究所从2 0 世纪8 0 年代起，在宽 谷丘陵区通过2 0 多年深入研究，以生态农业建设为中心，以优化土地利用结构 和改善生态环境为基础，以发展高效庭院经济为突破口，主攻雨水集蓄利用， 提高水肥利用效率，集成大田旱作增产、庭院高效生态农业和流域生态修复技 术体系，建造了庭院立体复合种植一果菜型、优良种质资源就地繁育一果苗型、 庭院种、养集约高效经营一果畜型、生物能源循环种、养集约高效经营一畜、 厕、沼、菜( 苗) 四位一体型等高效庭院经济模式，在干旱半干旱山区探索出了 一条改造小环境，发展集约化的高效农业的新路子。据2 0 0 2 - - - 2 0 0 3 年对试区 7 兰州大学硕十论文黄七丘陵沟壑区雨水集流高效利用与庭院经济主导产业开发研究 1 5 户庭院经济示范户调查，纯收入1 7 3 4 3 元h d ，户均3 6 4 5 9 5 ，人均纯收入 8 1 6 2 6 元。尤其是庭院间作，纯收入为3 1 2 2 9 7 元h d ，为大田农地的1 0 倍 左右，成为宽谷丘陵区农村生态经济协调的可持续发展模式和先进的科技辐射 扩散基地。 1 3 雨水集流工程 半干旱区降雨量低，且分布不均，造成水土大量流失，生态严重破坏，水资源 的合理利用成为制约半干旱区经济发展及社会进步的“瓶颈 因素。雨水资源 的集流与利用对半干旱区农业可持续发展至关重要( 郝仕龙等，2 0 0 5 ) 。在干旱 半干旱地区，有一定量的降水可供集蓄利用，土壤贮水量长期处于亏缺状态， 补灌效率比较高，将汇集的雨水用于作物补充灌溉是提高粮食产量的重要举措 ( 董锁成等，2 0 0 5 ) 。如美国从2 0 世纪8 0 年代初就开始研究用屋顶雨水集流系 统解决家庭供水问题；泰国2 0 世纪以来开展的“泰缸一工程；以色列采用先进 的节水工程、生物工程和转基因技术，通过提高作物水分利用效率和抗旱性能 ( g o u d i ea 等，1 9 9 4 ) 来提高水的利用效率：澳大利亚、巴西、印度、墨西哥、 肯尼亚等许多国家对雨水的集蓄利用都进行了研究。在技术方面还研究了集流 面材料及相应的集流效果，提出了设计方法和发展农业的基本技术措施。 目前，此项技术在农业上的运用已成为国际节水农业的发展趋势。国外在 农业方面的雨水利用主要有以下形式( 郭少宏，2 0 0 6 ) ：( 1 ) 微集雨农业系统： 由微型集雨区和利用径流的种植区的垄沟系统组成，其主要作用是富集降雨， 为种植区增加土壤水分。( 2 ) 集雨蓄水技术：收集雨水径流储存于蓄水池或蓄 水罐内，再通过输水设施供给农业灌溉。( 3 ) 拦截雨水措施：包括修梯田、台 地、水平沟等以增加土壤含水量。( 4 ) 引洪漫地和回补地下水。我国利用雨水 历史悠久但系统研究较晚，2 0 世纪8 0 年代以来，在我国西北、华北、西南的 缺水山区及沿海和海岛地区开始广泛研究解决干旱缺水问题的新型措施，即雨 水集蓄利用。甘肃省率先实施集雨补灌工程，在半干旱区逐步建立了初具规模 的集雨农业模式。前人研究认为发展集雨节灌，同时与农作物种植管理措施综 合配套，在一定程度上化解了降水与作物需水在时间上的供需错位矛盾，保障 了作物在整个生育时段都处在相对良好的供水环境中，提高了有限降水的粮食 兰州大学硕士论文黄七丘陵沟壑区雨水集流高效利用与庭院经济t 导产业开发研究 生产效率，这是一种同时兼顾经济、生态和社会三大效益的农业可持续发展模 式( 于法稳，2 0 0 2 ) 。 1 4 庭院经济与主导产业开发研究 庭院经济是以生态农业原理为基本导向、家庭联产承包责任制为生产背景、 立体农业与农产品加工为主要形式、再生能源为纽带、农家庭院为场所，充分挖 掘生产潜力，合理利用资源，科学规范管理，进行集约性生产和经营的现代化农业 ( 邹新阳等，2 0 0 7 ) 。农户以农村庭院的四大资源( 零星闲置土地资源、农副产 品资源、独特的环境资源、大量的剩余劳动力资源) 为基础，以家庭为基本生产 和经营单位，以商品生产为目的，从事种植业、养殖业、加工业等方面的经营 ( 周晓