“三位一體”崩崗綜合防治模式及其生態(tài)效益評(píng)價(jià)

劉洪光，段 劍，肖勝生(江西省水土保持科學(xué)研究院/江西省土壤侵蝕與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330029)

“三位一體”崩崗綜合防治模式及其生態(tài)效益評(píng)價(jià)

劉洪光，段 劍，肖勝生
(江西省水土保持科學(xué)研究院/江西省土壤侵蝕與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330029)

崩崗；三位一體；綜合防治；模式；效益評(píng)價(jià)

崩崗侵蝕是我國(guó)南方最嚴(yán)重的土壤侵蝕類(lèi)型，對(duì)紅壤丘陵山區(qū)的生態(tài)、糧食生產(chǎn)、防洪和人居安全構(gòu)成極大威脅。以江西省贛州市贛縣區(qū)白鷺鄉(xiāng)上塘小流域?yàn)檠芯繉?duì)象，提出了治坡、降坡和穩(wěn)坡“三位一體”的綜合防治模式，并測(cè)定了治理前后崩頭、溝道和沖積扇的土壤肥力指標(biāo)，對(duì)比了崩崗3個(gè)區(qū)域治理后的植被情況。結(jié)果表明：采用“三位一體”崩崗綜合防治模式顯著提高了崩崗3個(gè)區(qū)域的土壤肥力，沖積扇肥力的提升效果最為明顯，與治理前相比，有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷和速效磷含量分別提高1.2、3.7、2.9、0.5和5.7倍；治理后植被情況得到很大改善，物種數(shù)和多樣性指數(shù)均較對(duì)照有所提高。對(duì)“三位一體”崩崗防治模式的效益評(píng)價(jià)結(jié)果表明，該模式適合江西地區(qū)的崩崗特點(diǎn)，具有較大的推廣價(jià)值。

崩崗是指丘陵崗地由水力、重力復(fù)合作用發(fā)生的侵蝕，是我國(guó)南方最嚴(yán)重的土壤侵蝕類(lèi)型[1]。崩崗侵蝕具有發(fā)展迅速、侵蝕劇烈、危害嚴(yán)重和治理難度大等特點(diǎn)。崩崗侵蝕威脅紅壤丘陵區(qū)生態(tài)安全、糧食安全、防洪安全和人居安全[2]，嚴(yán)重阻礙我國(guó)南方社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，特別是農(nóng)村地區(qū)的發(fā)展。因此，崩崗的防治及利用研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

崩崗治理措施大體本著史德明先生于1984年提出的“上截-下堵-中綠化”的原則，該原則至今仍然適用[3]。隨著水保技術(shù)的發(fā)展，一些新興的局部治理措施在不斷豐富該原則的內(nèi)涵。目前的崩崗治理，大多采用工程措施、生物措施和農(nóng)業(yè)措施，即綜合治理模式[4]。有學(xué)者提出以下治理模式：針對(duì)崩崗形態(tài)、發(fā)育活動(dòng)情況和規(guī)模大小實(shí)行分類(lèi)治理[5]。由于崩崗具有較強(qiáng)的地域性，不同地區(qū)的崩崗具有各自的特點(diǎn)，因此有學(xué)者針對(duì)福建省崩崗不同部位的侵蝕特點(diǎn)和立地條件，提出了不同治理措施配置[6]。這些具有針對(duì)性的崩崗治理模式，能有效指導(dǎo)當(dāng)?shù)剡M(jìn)行崩崗治理及土地開(kāi)發(fā)，有利于改善當(dāng)?shù)氐耐恋貤l件。

江西省是崩崗侵蝕的高發(fā)區(qū)，崩崗總數(shù)達(dá)到48 058座，占全國(guó)的20.1%，面積占全國(guó)的17.0%，平均侵蝕模數(shù)達(dá)到12.4萬(wàn)t/(km2·a)[7]。但是，到目前為止，尚沒(méi)有針對(duì)江西省崩崗侵蝕治理模式的報(bào)道。本研究在前期對(duì)江西省崩崗的分布、發(fā)育特征研究的基礎(chǔ)上[8- 9]，遵循“上截-下堵-中綠化”的原則，提出了一套新的崩崗治理模式，并且從土壤肥力和植被恢復(fù)情況兩方面評(píng)估了其生態(tài)效益。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江西省贛州市贛縣區(qū)白鷺鄉(xiāng)上塘小流域(114°42′～115°22′E、25°26′～26°17′N(xiāo))，地貌類(lèi)型為丘陵山地崩崗侵蝕劣地，海拔在500～1 000 m之間。該小流域地處中亞熱帶南緣，屬典型的亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，氣候溫暖濕潤(rùn)，四季分明，光照充足，雨量充沛，無(wú)霜期長(zhǎng)，年平均氣溫為19.4 ℃，年平均降水量1 438.3 mm，年內(nèi)降水分配不均勻，易澇易旱。

由于長(zhǎng)期嚴(yán)重的水土流失和人為破壞，研究區(qū)原生常綠闊葉林地帶性植被已不存在，多退化成疏林地、亞熱帶灌叢或無(wú)林地。從植物群落來(lái)看，主要有芒萁(Dicranopterislinearis)單優(yōu)勢(shì)植叢、鷓鴣草(Eriachnepallescens)叢、馬尾松(Pinusmassoniana)疏林三種。

研究區(qū)土壤主要是花崗巖風(fēng)化物發(fā)育形成的紅壤。在進(jìn)行治理試驗(yàn)之前，于2010年5月采取原狀土柱分析了其表土層(0～30 cm)和母質(zhì)層(150～200 cm)的土壤力學(xué)性質(zhì)與粒徑組成(表1)。結(jié)果表明，表土層中夾有大量石英砂和礫石，質(zhì)地粗糙，有機(jī)質(zhì)含量和土壤黏粒含量均較低，土體抗剪強(qiáng)度偏低。一旦表層土壤被侵蝕或切穿，下層疏松深厚的砂土層因結(jié)構(gòu)松散、孔隙度大、滲透力強(qiáng)，遇到降雨時(shí)土壤水分極易達(dá)到飽和并超過(guò)土壤塑限，在地表徑流和重力作用下，土體極易崩塌形成崩崗。

表1 試驗(yàn)區(qū)崩崗?fù)馏w(花崗巖母質(zhì))力學(xué)特性和粒徑組成

2 研究材料與方法

2.1 土壤樣品采集

針對(duì)治理前和治理后4年的崩崗，分別從崩頭、溝道和沖積扇三個(gè)位置采集土壤樣品，每個(gè)位置設(shè)置3個(gè)重復(fù)。將采好的土樣裝入自封袋送至實(shí)驗(yàn)室分析土壤理化指標(biāo)。

2.2 土壤指標(biāo)測(cè)定

土壤pH值采用電位計(jì)法測(cè)定，土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定，土壤全氮采用水楊酸鈉-次氯酸鈉比色法測(cè)定，土壤堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，土壤全磷采用硫酸-高氯酸-鉬銻抗比色法測(cè)定，土壤速效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定。

2.3 植被情況調(diào)查

在崩崗研究區(qū)，選擇崩崗的兩條典型溝道，分別在崩頭、溝道、沖積扇內(nèi)設(shè)置7個(gè)10 m×10 m的喬木層樣方(考慮到樣地區(qū)植被稀少)，在喬木層樣方內(nèi)沿對(duì)角線方向設(shè)置2個(gè)5 m×5 m灌木層樣方，在灌木樣方內(nèi)沿對(duì)角線方向設(shè)置3個(gè)1 m×1 m草本樣方。在喬木層樣方內(nèi)，測(cè)量記錄喬木的郁閉度、胸徑、樹(shù)高；在灌木樣方內(nèi)，調(diào)查、測(cè)量、記錄灌木物種的名稱、數(shù)量、高度、蓋度、冠幅等；在草本樣方中記錄物種名稱、株叢數(shù)、株叢高、蓋度等，共獲得7個(gè)喬木層樣方、14個(gè)灌木層樣方、42個(gè)草本層樣方。

3 結(jié)果與分析

3.1 治坡、降坡和穩(wěn)坡“三位一體”崩崗生態(tài)恢復(fù)模式

根據(jù)崩崗的侵蝕特點(diǎn)、發(fā)展規(guī)律和侵蝕地貌，崩崗可以劃分為崩頭(坡面集水區(qū))、溝道(含崩壁)和沖積扇三個(gè)結(jié)構(gòu)性分區(qū)。三區(qū)自上而下依次排列，共同組成崩崗侵蝕系統(tǒng)，各區(qū)規(guī)模因原始地貌條件、發(fā)育階段的不同而有所差異。各區(qū)之間存在復(fù)雜的物質(zhì)輸入和輸出過(guò)程，并且產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)化(圖1)[10]。因此，如果以生態(tài)恢復(fù)為治理目的，對(duì)崩崗的綜合防治就應(yīng)該根據(jù)崩崗侵蝕的形成與發(fā)展過(guò)程、侵蝕特點(diǎn)、發(fā)生規(guī)律，以及各子系統(tǒng)之間的物質(zhì)輸入和輸出關(guān)系，將崩崗侵蝕作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行整治，即以單個(gè)崩崗或崩崗侵蝕群為單元，堅(jiān)持生物措施與工程措施相結(jié)合，治坡與治溝相結(jié)合，對(duì)崩頭、溝道和沖積扇分別采取“治坡、降坡和穩(wěn)坡”的整治辦法，疏導(dǎo)外部能量、治理集水坡面、固定崩積體、穩(wěn)定崩壁，通過(guò)實(shí)施分區(qū)治理，最終達(dá)到全面控制崩崗侵蝕，提升生態(tài)效益的目的。

圖1 崩崗系統(tǒng)物質(zhì)能量輸送及其反饋機(jī)制模式

3.1.1 適用崩崗類(lèi)型與特點(diǎn)

對(duì)那些活動(dòng)強(qiáng)烈、發(fā)育快速、形態(tài)上主要是瓢形或弧形的活動(dòng)型崩崗多采取“坡面徑流調(diào)控+谷坊+植樹(shù)種草”的綜合手段進(jìn)行防治。此類(lèi)崩崗崩頭仍有一定的集雨面積，崩壁溝頭陡峭、溝頭有跌水，已形成懸崖，崩口和切溝的水蝕作用仍在進(jìn)行，重力侵蝕強(qiáng)烈，并伴有滑塌發(fā)生，侵蝕量巨大，陡壁坡腳常見(jiàn)塌積堆，危害嚴(yán)重。遇暴雨，溝頭崩塌活躍，溝頭陡壁新土出露。

3.1.2 基本治理方法

“坡面徑流調(diào)控+谷坊+植樹(shù)種草”的綜合手段主要是減緩崩崗侵蝕強(qiáng)度，防止對(duì)下游造成危害，采取工程措施為主、植物措施為輔的技術(shù)手段對(duì)崩頭、溝道和沖積扇綜合治理，待其自然逐步穩(wěn)定，其核心環(huán)節(jié)是減少坡地地表徑流入溝，避免崩崗溝道上部形成跌水。具體為：①在崩頭集雨區(qū)，運(yùn)用徑流調(diào)控原理，布置截水溝、排水溝和竹節(jié)溝以攔截引走坡面徑流，防止崩崗溯源侵蝕；在溝緣4～6 m處種植桉樹(shù)、泡桐、鐵芒萁等，以增加表土抗蝕強(qiáng)度，抑制溝緣張性裂隙的發(fā)育，同時(shí)人工剝離溝頭不穩(wěn)定土體。②在崩壁基部栽植攀緣性藤本植物，以穩(wěn)定崩壁。③在溝道出口修筑谷坊或擋土墻(因泥沙量大，沖積作用強(qiáng)，建議采用漿砌石或干砌石砌筑)，配置排洪道，降低泥沙危害。由于此類(lèi)崩崗相對(duì)活躍，應(yīng)設(shè)置多級(jí)谷坊。同時(shí)在溝谷、溝床和溝坡栽植速生、分蘗能力強(qiáng)、耐埋的草本、竹類(lèi)和喬木(雀稗、黃竹、鐵芒萁、泡桐)圍封崩口，掩蔽崩壁，促使低等植被生長(zhǎng)，以達(dá)到穩(wěn)定崩壁的目的。

3.2 效益評(píng)價(jià)

3.2.1 土壤指標(biāo)

(1)坡面措施配置4年后，崩頭的土壤指標(biāo)發(fā)生了顯著變化，詳見(jiàn)表2。與治理前崩頭比較，種植油茶的反坡臺(tái)地pH值、有機(jī)質(zhì)顯著升高，提高幅度分別為14.9%、81.2%，全磷和速效磷比對(duì)照分別提高2.46倍和11.6倍。

(2)溝道措施配置4年后，溝道內(nèi)土壤pH值提高了8.2%，有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮分別比對(duì)照提高了2.3、1.1倍和84.7%(表3)。

(3)沖積扇措施配置4年后， 有機(jī)質(zhì)較對(duì)照提高了1.2倍，全氮和堿解氮比對(duì)照分別提高了3.7倍和2.9倍，全磷和速效磷比對(duì)照分別提高了50%和5.7倍(表4)。

由此可見(jiàn)，治理4年后，崩崗3個(gè)部位的土壤肥力均有不同程度的提升，沖積扇的提升效果尤為明顯。

表2 崩頭治理前后坡面土壤特征變化

注：數(shù)據(jù)為均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

表3 相對(duì)穩(wěn)定型崩崗溝道治理前后土壤特征變化

注：數(shù)據(jù)為均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

表4 沖積扇治理前后土壤特征變化

注：數(shù)據(jù)為均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

3.2.2 植被情況

治理前，整座崩崗植被很差，只有稀疏的馬尾松和鐵芒萁，郁閉度也很低。治理措施配置4年后，植被得到改善(表5)。溝道的郁閉度達(dá)到75%，沖積扇的植被優(yōu)于崩頭和溝道，植被類(lèi)型以喬木和草本為主。崩頭、溝道和沖積扇3個(gè)部位的植物種類(lèi)顯著提高，分別為7、6和10種。崩頭和溝道的植物多樣性接近，但是沖積扇內(nèi)的多樣性指數(shù)顯著高于崩頭和溝道(表6)，這可能是由于沖積扇內(nèi)土壤肥力更好，有利于植被恢復(fù)。

表5 崩崗3個(gè)部位植被恢復(fù)情況

表6 崩崗3個(gè)部位植被多樣性指數(shù)

4 討 論

崩崗主要是由崩頭(坡面集水區(qū))、溝道(含崩壁)和沖積扇三部分組成的復(fù)雜系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間存在復(fù)雜的物質(zhì)輸入和輸出過(guò)程[11]。因此，崩崗治理應(yīng)本著系統(tǒng)綜合治理、同時(shí)開(kāi)發(fā)利用增加有效土地面積的原則。目前主流的崩崗治理模式有農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)型、生態(tài)開(kāi)發(fā)型、農(nóng)糧生產(chǎn)型、工業(yè)開(kāi)發(fā)型[12]。在這些概念模式的基礎(chǔ)上，各地針對(duì)地方特點(diǎn)衍生出更具體的治理方法，如：雨篷式治理方法，通過(guò)修整崩崗坡面、安裝遮雨篷等措施，能有效防止雨水對(duì)坡面的沖刷[13]；“五位一體”系統(tǒng)性治理崩崗措施，切斷各要素之間的物質(zhì)流動(dòng)和能量轉(zhuǎn)化，有利于從根本上治理崩崗、恢復(fù)生態(tài)[14]。本研究根據(jù)江西省贛州市贛縣區(qū)的崩崗特點(diǎn)，提出的治坡、降坡和穩(wěn)坡“三位一體”的崩崗綜合治理模式，堅(jiān)持生物措施與工程措施相結(jié)合，治坡與治溝相結(jié)合，對(duì)崩頭集水區(qū)、溝道沖刷區(qū)和溝口沖積扇分別采取“治坡、降坡和穩(wěn)坡”的整治辦法，采取疏導(dǎo)外部能量，治理集水坡面、固定崩積體，穩(wěn)定崩壁等措施，實(shí)施分區(qū)治理，最終達(dá)到了全面控制崩崗侵蝕，提升生態(tài)效益的目的。該模式可有效引走崩頭集水區(qū)的積水，同時(shí)通過(guò)谷坊控制泥沙的外泄，生物措施則穩(wěn)定了溝道和沖積扇?！叭灰惑w”的崩崗綜合治理模式具有較強(qiáng)的地域適應(yīng)性，并具有成本低等特點(diǎn)，適合在贛南崩崗治理中進(jìn)行推廣。

基于該模式崩崗治理前和治理4年后的土壤指標(biāo)測(cè)定結(jié)果表明，在崩崗區(qū)開(kāi)展治理4年后，崩頭、溝道和沖積扇的土壤肥力均有提升，特別是沖積扇的肥力指標(biāo)提升幅度最大。土壤肥力的提升有利于植被恢復(fù)，從而提高崩崗區(qū)的植被覆蓋度，進(jìn)而提高崩崗治理的效果和生態(tài)效益。鄧羽松等[1]的研究結(jié)果表明，崩崗洪積扇土壤肥力存在分異規(guī)律，本研究結(jié)果表明崩崗不同組成部分之間也存在肥力差異，而這種差異有利于土壤改良和農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)。另有研究表明，植灌促林、喬灌混交措施有利于提高崩崗區(qū)土壤質(zhì)量[15]，而該模式采取的措施正是喬灌草結(jié)合，優(yōu)化了植被結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了崩崗的穩(wěn)定。

植被恢復(fù)是生態(tài)恢復(fù)的重要方面，在崩崗治理中具有重要意義。采用“三位一體”的治理模式4年之后，崩頭、溝道和沖積扇等3個(gè)區(qū)域的植被情況得到顯著改善。崩頭的優(yōu)勢(shì)植物為馬尾松和鐵芒萁，溝道的優(yōu)勢(shì)植物為濕地松，沖積扇的優(yōu)勢(shì)植物為濕地松和鐵芒萁，這些植物提高了崩崗區(qū)域的植被覆蓋度，有利于穩(wěn)定崩崗，而植被情況也是崩崗生態(tài)效益評(píng)估的重要指標(biāo)[16]。因此，“三位一體”的治理模式有利于植被快速恢復(fù)，從而提升崩崗治理的生態(tài)效益。

4 結(jié) 語(yǔ)

本研究針對(duì)江西崩崗發(fā)生的地域特點(diǎn)，提出了治坡、降坡、穩(wěn)坡“三位一體”的崩崗綜合治理模式，該模式的實(shí)施可顯著增加崩崗各部位土壤的肥力，顯著提高植被覆蓋度，具有廣泛的推廣潛力。

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S157.2

A

1000-0941(2018)01-0027-04

劉洪光(1986—)，男，河北昌黎縣人，工程師，博士，主要從事菌根與土壤結(jié)構(gòu)等方面的研究；通信作者肖勝生(1981—)，男，湖北黃岡市人，高級(jí)工程師，博士，主要從事水土保持生態(tài)恢復(fù)方面的研究工作。

2017-06-20

(責(zé)任編輯 張培虎)