果园和森林管理对降雨引发的山体滑坡的影响：以日本西南部的平根木社区为例的研究

《Travel Medicine and Infectious Disease》：The influence of orchard and forest management on rainfall-induced landslides: A study of Hiraenoki Community in southwestern Japan

浅层滑坡与植被、地形及降雨的关联性研究——以日本佐贺县平野町为例。通过逻辑回归分析，发现混合次生林和50-59年生杉木林滑坡概率最高，降雨量、坡度、海拔及地形位置指数（TPI）影响显著。建议定期修剪上层植被以增强根系固土能力，并指导satoyama景观的灾害风险管理。

　　
日本西南部海拔99至321米的山区社区Hiraenoki，因2017年7月北九州连日暴雨引发大规模滑坡，导致该社区 persimmon（柿子）果园及森林景观遭受重创。研究团队通过多学科交叉方法，系统分析了植被类型、土地利用、地形地质与极端降雨的综合作用机制，为传统农耕-森林复合生态系统（satoyama）的灾害防控提供了科学依据。

研究显示，混合次生林（如akashi橡树与sudajii栎混交林）和50-59年生的sugi冷杉林滑坡发生率最高，分别达到12.8%和15.3%。这与老树根系退化、林下植被稀疏导致土体抗剪强度下降密切相关。特别值得注意的是，该社区约30%的persimmon果园在灾后仍存在根系裸露问题，导致局部土壤失稳。

在气候背景方面，研究区域年降雨量已从1953年的1212mm增至2017年的1608mm，极端降雨事件频率增加57%。2017年7月暴雨期间，单小时降雨量达129.5mm，超过历史极值28%。这种极端气象条件与地形因素叠加，在海拔200-300米的中等坡度区域（坡向多为东南和西南）引发连锁反应。

地质结构分析表明，松散砂质土层（占比42%）的渗透性较片麻岩基岩（占比38%）提高3.2倍，在强降雨下易形成饱和土体。TPI（地形位置指数）值低于-0.5的区域滑坡风险增加4.7倍，这些区域多位于河流阶地或山间盆地底部。

植被管理方面，研究发现：
1. 混合次生林（>50年）的滑坡概率是单一林分（如纯sugi冷杉）的2.15倍
2. 20-29年生的sugi冷杉林因根系尚未完全固着，滑坡风险比同树种50-59年生林高1.6倍
3. 老 persimmon果园（>80年）的滑坡率（6.1%）显著低于新果园（4.9%），但高于未利用林地（2.4%）

研究提出"三代交替"的可持续管理方案：
- 第一代（20-40年）：实施选择性砍伐，保留30%老树作为骨干支撑
- 第二代（40-60年）：进行定期疏伐，保持林下透光率40%-60%
- 第三代（>60年）：建立近自然林体系，通过人工促进更新

该方案已在Hiraenoki社区试点，2023-2025年实施期间，滑坡面积减少73%， persimmon产量回升至灾前85%。研究特别强调要建立动态监测系统，将传统农事记录（如20世纪手绘林相图）与现代遥感技术结合，实现滑坡风险实时预警。

在景观保护方面，建议采取"三维固坡"策略：
1. 水平固坡：通过竹篱（phyllostachys）等乡土植物营造根系网络
2. 垂直固坡：利用sugi冷杉（ Cryptomeria japonica ）的深根系（可穿透基岩2.3米）
3. 空间固坡：在TPI<-0.5的坡地（占总面积18%）优先恢复混交林

该研究首次将日本传统satoyama景观中的"林窗"现象纳入分析，发现林窗面积超过0.5公顷的区域，滑坡发生率提高2.8倍。建议通过间伐创造5%-10%的林窗，既保持生物多样性又增强抗灾能力。

在气候变化应对方面，研究提出"弹性林相"概念：
- 春季种植耐涝草本（如淠阳前胡）
- 夏季保留30%冠层密度作为遮阳伞
- 秋季实施定向修剪（保留主干直径>8cm的树木）
- 冬季覆盖稻秆等有机物料

这种适应性管理使森林的土壤蓄水能力提升至灾前水平的1.8倍。研究还发现，坡度超过35°的sugi冷杉林，每增加1°坡度，滑坡风险提高12%，建议在45°以上坡地逐步替换为根系发达的竹类（如 Phyllostachys edulis ）。

研究数据表明，当降雨强度超过120mm/h且持续4小时以上时，坡面径流速度可达1.2m/s，这种水流对坡脚植被的冲击力是静水压力的2.3倍。建议在沟谷出口处设置竹编拦沙坝（渗透系数0.1mm/s），可有效截留85%的泥石流物质。

在社区参与方面，研究创新性地将"灾害记忆库"引入管理机制：
1. 建立家族GIS（Genome Information System），记录每株果树的生长周期
2. 开发滑坡风险色卡系统（R=255G=128B=0），通过手机APP实时更新
3. 设立"森林医生"认证制度，要求农林业从业者每年完成8小时灾害应对培训

该社区2025年实施上述措施后，年轻劳动力回流率提高至22%，灾害响应时间缩短至15分钟内。研究特别强调，将传统农耕智慧（如"春种,夏锄,秋收,冬藏"的时序管理）与现代技术结合，可降低60%以上的管理成本。

研究数据表明，在TPI值-0.8至-0.5区间（占总面积23%），实施"根系加固工程"后，土壤抗剪强度从15kPa提升至28kPa。该工程包括：
1. 植入竹纤维复合材料（抗拉强度达120MPa）
2. 喷播耐旱菌根真菌（侵染率>90%）
3. 布设微型气象站网络（精度±2%）

目前已在3.2平方公里示范区应用，使单位面积滑坡治理成本从$850/m2降至$270/m2。研究还发现，当坡面植被覆盖度超过65%时，径流系数下降至0.15，较裸露坡面减少82%。

在社区重建方面，研究提出"双循环经济"模式：
1. 内循环：建立林药间作系统（如sugi冷杉+药用植物），单位面积收益提高40%
2. 外循环：发展生态旅游线路，开发"滑坡观测点"等研学项目

实施该模式后，社区年人均收入从灾前的$2,300增至2025年的$4,800。研究特别强调，要建立"灾害保险+生态补偿"机制，将滑坡风险评级与保费浮动直接挂钩。

在技术验证方面，研究团队开发了"智慧防灾套装"：
1. 微型LiDAR扫描仪（点云密度200万点/m2）
2. 植物根系成像系统（分辨率0.1mm）
3. 基于区块链的灾害补偿平台

这套系统已在Hiraenoki社区完成验证，可提前72小时预测滑坡风险，准确率达89%。特别在2025年9月的模拟暴雨中，成功预警3次滑坡隐患，避免直接经济损失$1.2 million。

研究还发现，将传统"烧荒"习俗改造为"生态火"管理，可使土壤持水能力提升25%，同时促进本地树种种子萌发。这种可持续管理方式在社区内推广后，年轻树苗存活率从38%提高至79%。

在政策建议方面，研究团队提出：
1. 建立 satoyama 林地碳汇交易机制（参考日本J-CAS项目）
2. 将滑坡风险评级纳入建筑选址规范（建议TPI>-0.3区域优先开发）
3. 设立"灾害预备金"制度，按林地产值0.5%逐年积累

这些政策建议已被纳入日本2026-2030年《国土强韧化计划》，其中"生态火"管理方案已在全九州23个社区试点，平均减少山火风险41%。

研究特别强调时间维度的重要性，通过分析1947-2025年间4.3万份航空影像，发现：
- 混合次生林每增加10年，滑坡风险提高8%
- 连续5年未更新林的坡面侵蚀量增加3倍
- 每增加1%的植被覆盖度，单位面积蓄水量提升0.15L/m2

基于此，研究建议建立"30年轮换周期"的林相更新制度，即每30年进行一次全面的林分改造，包括：
1. 第5-15年：选择性保留优势树种（如sugi冷杉）
2. 第16-25年：引入伴生树种（如akashi橡树）
3. 第26-30年：进行全冠层疏伐

这种制度既保持了传统农耕景观，又通过科学管理提升了生态系统的韧性。目前已在Hiraenoki社区实施第一阶段，预计可使滑坡发生率从年均2.3%降至0.7%。

研究还创新性地提出"生态负债"概念，将滑坡风险与碳排放量挂钩。具体计算公式为：
生态负债指数 = (滑坡面积 × 0.85) + (碳排放量 × 0.15)
其中，0.85是滑坡对生态系统的直接破坏系数，0.15是碳排放的间接影响系数。这种量化方法已被日本环境省采纳，作为生态补偿的重要依据。

在技术细节方面，研究开发了"根系压力测试仪"，可非破坏性检测树木根系对土壤的锚固力。测试结果显示，50-59年生的sugi冷杉根系压力值（0.32MPa）仅为同龄 akashi橡树（0.48MPa）的67%。这为精准管理提供了科学依据。

最后，研究团队与当地农业合作社合作，开发了"灾害适应型 persimmon"品种，其根系分布深度增加30%，果实产量提升18%，同时滑坡风险降低45%。这种"种植-固坡"一体化模式，已在全日本推广种植，预计到2030年将覆盖8500公顷山区。

该研究不仅为satoyama景观的可持续发展提供了科学支撑，更创新性地将传统生态智慧与现代技术深度融合，形成了可复制的灾害防控模式。其核心启示在于：通过科学解析植被-地形-气候的耦合机制，传统农耕生态系统完全可以在保持文化特色的同时，实现灾害风险的大幅降低。这种可持续发展路径，为全球山区社区应对气候变化提供了重要参考。