江西紅砂巖侵蝕劣地綜合治理模式研究探討

吳家洪，趙佳鼎,2，肖勝生,2*

(1.江西省水土保持科學(xué)研究院，江西 南昌 330029；2.江西省土壤侵蝕與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330009)

0 前言

紅砂巖是指侏羅紀(jì)到新近紀(jì)的陸相沉積巖系，因富含鐵質(zhì)氧化物呈現(xiàn)紅色、深紅色、紫色或者褐色。我國(guó)紅砂巖主要分布在華東、中南以及西南各省區(qū)，總面積約82.6萬(wàn)km2[1]。作為南方紅壤區(qū)的中心地帶，江西省紅壤主要由花崗巖、第四季紅黏土和紅砂巖等母質(zhì)發(fā)育而來(lái)，其中紅砂巖母質(zhì)土壤主要分布在吉泰盆地、贛州盆地、信江盆地和廣昌盆地等，約占全省國(guó)土面積的10%，其中紅砂巖紅壤1.18萬(wàn)km2[2]。贛南地區(qū)紅砂巖層面積達(dá)到0.65萬(wàn)km2[3]。

作為一種特殊的成土母質(zhì)，紅砂巖具有物理風(fēng)化強(qiáng)烈、遇水軟化、崩解碎裂及強(qiáng)度降低等特殊地質(zhì)力學(xué)性質(zhì)，在自然營(yíng)力和干濕循環(huán)作用下，巖塊易崩解碎裂，顆粒遇水易泥化而發(fā)生嚴(yán)重的水土流失[4]。另外，江西省紅砂巖地區(qū)雨量充沛，但全年分布不均勻，干濕季節(jié)明顯，加之不合理的開發(fā)利用導(dǎo)致植被破壞嚴(yán)重，致使紅砂巖母質(zhì)地區(qū)長(zhǎng)期以來(lái)遭受到強(qiáng)烈的土壤侵蝕，土壤質(zhì)量嚴(yán)重退化。如贛北修水縣有裸露紅砂巖山丘162.19 km2，坡度大都在40°～65°，成為水土流失治理的難點(diǎn)；在贛南紅砂巖嚴(yán)重侵蝕區(qū)，表土流失殆盡，地表呈現(xiàn)荒漠化景觀，土地利用率很低，成為水土流失治理迫切需要解決的問題。

由于紅砂巖特殊的地質(zhì)力學(xué)性質(zhì)，目前相關(guān)研究重點(diǎn)圍繞物理力學(xué)特性開展，如紅砂巖邊坡穩(wěn)定性、紅砂巖施工技術(shù)與控制[3,5]、紅砂巖的路用性質(zhì)[6-8]。但目前在紅砂巖母質(zhì)紅壤侵蝕過(guò)程與機(jī)理方面的研究不多，如唐翔宇等[9]采用137Cs技術(shù)，得到紅砂巖紅壤坡耕地侵蝕模數(shù)大于120 t/(hm2·a)，明顯大于第四紀(jì)紅黏土紅壤[<100 t/(hm2·a)]，且上坡部侵蝕作用強(qiáng)于下坡部；陳曉安等[10]指出：崩崗也較為容易在紅砂巖母質(zhì)地區(qū)發(fā)育。另外，紅砂巖吸熱性強(qiáng)，晝夜溫差大和土溫變幅大，一般植物難以越夏，加上嚴(yán)峻的地形條件和水土流失狀況，造成在紅砂巖母質(zhì)上進(jìn)行植被恢復(fù)困難較大，而且零星的研究主要是針對(duì)紅砂巖公路邊坡植被恢復(fù)的[11-13]，鮮見其他紅砂巖侵蝕劣地植被恢復(fù)的相關(guān)研究。盡管紅砂巖紅壤質(zhì)地較輕，具有養(yǎng)分含量低、供肥保肥性能差的特點(diǎn)[2]，但由于其大面積分布，是一種重要的農(nóng)耕土壤，因此其農(nóng)業(yè)開發(fā)綜合治理也頗為重要，如邢禮忠等[14]研究指出，紅砂巖發(fā)育而成的土壤是十堰市主要的農(nóng)耕土壤，平整土地、做好水土保持措施是改良利用紅砂巖土壤的根本性措施，也是建設(shè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)農(nóng)田的基礎(chǔ)，坡改梯和等高溝壟作是有效的保水、保土、保肥種植方式。

綜合分析發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)工程界對(duì)紅砂巖的工程特性進(jìn)行了廣泛的試驗(yàn)研究，但對(duì)紅砂巖侵蝕劣地，尤其是裸露紅砂巖山丘和坡耕地治理研究在理論和實(shí)踐等方面還很薄弱。因此，如何在有效控制水土流失、恢復(fù)重建植被的基礎(chǔ)上，向紅砂巖侵蝕劣地“要地”，加強(qiáng)綜合治理，提高其土地資源的利用率，成為改善紅砂巖侵蝕區(qū)生態(tài)環(huán)境和發(fā)展農(nóng)林經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵。

1 研究方法

本研究包括實(shí)地調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)示范兩大部分。首先根據(jù)江西省紅砂巖母質(zhì)土壤分布狀況(圖1)，選擇寧都、弋陽(yáng)和修水3個(gè)典型縣進(jìn)行紅砂巖侵蝕劣地土壤(主要采取土壤剖面法)、植被(主要采取線路踏查法和樣方法，區(qū)分喬木、灌木和草本)基礎(chǔ)調(diào)研，并通過(guò)實(shí)地走訪調(diào)查和文獻(xiàn)資料查閱等方式調(diào)查了這3個(gè)縣的紅砂巖侵蝕劣地的生態(tài)恢復(fù)和農(nóng)林開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)和典型治理模式，并結(jié)合水土保持重點(diǎn)建設(shè)工程在寧都縣還安小流域和修水縣大橋小流域進(jìn)行了試驗(yàn)示范。在調(diào)研過(guò)程中，注重與地方水土保持部門技術(shù)人員、農(nóng)林開發(fā)大戶以及當(dāng)?shù)厝罕娺M(jìn)行咨詢和溝通。

圖1 江西省紅砂巖發(fā)育土壤分布狀況

2 結(jié)果與分析

綜合起來(lái)，紅砂巖侵蝕劣地防治目標(biāo)(或稱治理方向)主要是2個(gè)方面：生態(tài)恢復(fù)和開發(fā)利用。從治理歷史來(lái)看，由于主要受限于經(jīng)濟(jì)條件，紅砂巖侵蝕劣地的開發(fā)利用還不多，而以生態(tài)恢復(fù)治理為主。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展以及贛南土地資源的日益緊缺，紅砂巖侵蝕劣地的開發(fā)利用價(jià)值逐步被發(fā)現(xiàn)，開發(fā)性治理紅砂巖侵蝕劣地的實(shí)踐探索也越發(fā)普遍，但缺乏理論總結(jié)。

在紅砂巖侵蝕劣地治理的技術(shù)研究和模式提煉過(guò)程中，必須堅(jiān)持以下幾點(diǎn)基本原則：(1)生態(tài)治理與開發(fā)利用相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)開發(fā)利用必須在有效控制水土流失的基礎(chǔ)上進(jìn)行。(2)治溝與治坡相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)治理嚴(yán)重侵蝕劣地重點(diǎn)在于對(duì)坡面進(jìn)行治理，根除侵蝕繼續(xù)發(fā)生發(fā)展。(3)工程措施與植物措施相結(jié)合，做到以工程保生物，以生物護(hù)工程。涉及到農(nóng)林開發(fā)還必須加強(qiáng)耕作措施的應(yīng)用，加速改善土壤結(jié)構(gòu)和培育土壤肥力。(4)當(dāng)前治理與后期管護(hù)相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)需要加強(qiáng)后期的維護(hù)，延長(zhǎng)工程措施的使用壽命，最大程度發(fā)揮工程措施、植物措施和耕作措施的效益。

根據(jù)實(shí)地調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，本研究提出了以下5種典型模式(表1)。

表1 紅砂巖侵蝕劣地綜合治理典型模式

2.1 生態(tài)恢復(fù)模式

在生態(tài)恢復(fù)治理方向下，紅砂巖侵蝕劣地可以總結(jié)提煉出3種典型模式：(1)大封禁+小治理模式；(2)灌草植被帶模式；(3)竹節(jié)水平溝+喬灌草混交模式。

2.1.1 大封禁+小治理模式 一般情況下，這種模式適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)紅砂巖侵蝕劣地，在侵蝕程度上屬于微度侵蝕或輕度侵蝕，植被覆蓋度達(dá)到70%以上，生態(tài)平衡得到恢復(fù)，水土流失基本得到控制。防控思路以維持區(qū)域相對(duì)穩(wěn)定為目標(biāo)，利用贛南雨熱豐富的特點(diǎn)，采取大封禁和小治理相結(jié)合的方法，在大自然充分自我修復(fù)能力的基礎(chǔ)上，進(jìn)行局部、零星的水土保持措施點(diǎn)綴。如開挖水平竹節(jié)溝對(duì)局部水土流失較為嚴(yán)重的集水坡面進(jìn)行徑流調(diào)控，補(bǔ)植濕地松(Pinuselliottii)、楓香(LiquidambarformosanaHance)、木荷(Schimasuperba)、胡枝子(LespedezabicolorTurcz.)、寬葉雀稗(Paspalumwettsteinii)等植物，改善植被結(jié)構(gòu)，促進(jìn)草灌喬結(jié)合，促進(jìn)植物群落的順向演替，變單純的馬尾松疏林為混合林坡。同時(shí)加強(qiáng)病蟲害和火災(zāi)防控，促進(jìn)植被恢復(fù)。其中若該侵蝕區(qū)屬于微度侵蝕，可以不輔助小治理，加強(qiáng)封禁管護(hù)即可。

2.1.2 灌草植被帶模式 如果該紅砂巖侵蝕劣地屬于生態(tài)恢復(fù)治理方向，而且在侵蝕程度上屬于中度侵蝕或輕度侵蝕，則可以考慮采取灌草植被帶模式，起到改善林分結(jié)構(gòu)和阻控徑流泥沙的作用。治理前，目標(biāo)區(qū)域植物結(jié)構(gòu)不良，主要以馬尾松(PinusmassonianaLamb.)喬木層為主，鮮見林下植被，或只有一些鄉(xiāng)土低矮草本，缺乏灌木等中間層，導(dǎo)致林下水土流失較為嚴(yán)重。主要技術(shù)要點(diǎn)：在林間環(huán)山以適當(dāng)間距等高種植灌木+草本混合植物，灌草適當(dāng)密植；灌草混合植被帶的帶寬建議為1.5～2.0 m，帶間距建議為8～10 m，可以根據(jù)水土流失狀況和林分結(jié)構(gòu)適當(dāng)調(diào)整。若該地塊坡度較大，可以先環(huán)山等高開挖水平階(寬度不超過(guò)1.5 m)，再在水平階上混合栽植(混播)目標(biāo)灌木和草種，以減輕坡面侵蝕并提高植物存活率。如果坡度較緩，則可以直接種植目標(biāo)灌草。

在植物品種選擇上建議優(yōu)先考慮適用于贛南紅砂巖地區(qū)的深根性灌木和草本，如灌木主要有胡枝子、黃梔子(GardeniajasminoidesEllis)、連翹(Forsythiasuspensa)、花椒(ZanthoxylumbungeanumMaxim.)、烏飯(VacciniumbracteatumThunb.)；草本主要有寬葉雀稗、百喜草(PaspalumnotatumFlugge)、鷓鴣草(EriachnepallescensR.Br.)、野古草(Arundinellaanomala)、狗尾草[Setariaviridis(L.) Beauv.]、狼尾草[Pennisetumalopecuroides(L.) Spreng.]和芒萁[Dicranopterisdichotoma(Thunb.) Berhn.][15]。

2.1.3 竹節(jié)水平溝+喬灌草混交模式 如果屬于強(qiáng)烈及以上侵蝕等級(jí)，若想較好地恢復(fù)生態(tài)，則需進(jìn)行強(qiáng)度人為干擾，綜合采取水土保持工程措施和植物措施，如竹節(jié)水平溝+喬灌草混交模式，做到以工程保植物，以植物護(hù)工程。紅砂巖強(qiáng)度侵蝕區(qū)水源涵養(yǎng)差，林草存活率低，通過(guò)開挖高標(biāo)準(zhǔn)的竹節(jié)水平溝，喬、灌、草種植結(jié)合，營(yíng)造針闊混交的水土保持林，可以層層攔蓄地表徑流和泥沙，增加降雨入滲，有利于林木的生長(zhǎng)，提高林草存活率，是荒山快速?gòu)?fù)綠的一個(gè)好途徑。竹節(jié)水平溝整地按10年一遇24 h最大雨量設(shè)計(jì)，溝由半挖半填作成，內(nèi)側(cè)挖出的土用在外側(cè)做埂，埂頂寬20 cm，坡比為1∶1，埂肩撒播草籽防護(hù)；溝口上寬60 cm，底寬40 cm，溝深50 cm；溝內(nèi)每隔5～10 m留設(shè)一道橫土擋，土擋高30 cm。在縱向坡面上，兩水平溝間距為5～8 m，可根據(jù)坡度調(diào)整。

之后，根據(jù)適地、適樹、適灌適草原則，盡量采用鄉(xiāng)土植物。根據(jù)林相不同，可分為灌草混交、喬灌混交和喬灌草混交。喬灌草品種應(yīng)具備根系發(fā)達(dá)、根蘗萌發(fā)力強(qiáng)、固土能力強(qiáng)等特點(diǎn)，有較強(qiáng)的適應(yīng)性和抗逆性，耐瘠耐旱，生長(zhǎng)旺盛，郁閉迅速，且最好能夠具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，兼顧當(dāng)?shù)厝罕妼?duì)燃料、肥料、飼料、木材及開展多種經(jīng)營(yíng)的需要。喬木樹種主要有濕地松、馬尾松、杉木(Cunninghamialanceolata)、木荷、楓香、南方泡桐(PaulowniaaustralisGong Tong)、構(gòu)樹(Broussonetiapapyrifera)、江南榿木(AlnustrabeculosaHand-Mazz)、刺槐(RobiniapseudoacaciaL.)、銀杏(GinkgobilobaL.)、臍橙(CitrussinensisOsbeck)、柑橘類(CitrusL.)、櫟類(QuercusL.)、竹類(Bambusoideae)及木本糧油類樹種等供選擇。灌草品種同“灌草植被帶模式”中的推薦。

2.2 農(nóng)林開發(fā)模式

在農(nóng)林開發(fā)治理方向下，紅砂巖侵蝕劣地可以總結(jié)提煉出2種典型模式：(1)反坡梯田+經(jīng)果林開發(fā)模式；(2)生態(tài)路溝+魚鱗坑+經(jīng)果林開發(fā)模式。

2.2.1 反坡梯田+經(jīng)果林開發(fā)模式 針對(duì)坡度較緩、立地條件較好的紅砂巖侵蝕區(qū)，若具備進(jìn)行大規(guī)模農(nóng)林開發(fā)的條件，可采取反坡梯田+經(jīng)果林開發(fā)模式。此種模式要求集約開發(fā)，充分發(fā)揮規(guī)模效應(yīng)，增加單位面積土地生產(chǎn)力，獲取較大經(jīng)濟(jì)效益，提高區(qū)域承載能力。變紅砂巖侵蝕劣地為生態(tài)果園、茶園或經(jīng)濟(jì)林地，盡管初期投入較大，但對(duì)耕地資源稀缺的贛南紅壤丘陵區(qū)不失為一種多贏的舉措。據(jù)調(diào)研，贛南將紅砂巖侵蝕劣地開發(fā)為高標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)臍橙果園、生態(tài)油茶園和和生態(tài)茶園較為普遍。適宜紅砂巖侵蝕區(qū)并采取梯田種植的經(jīng)濟(jì)果木樹種主要有：臍橙、油茶(CamelliaoleiferaAbel.)、蜜桔(Nobistangerine)、蜜柚(Honeypomelo)等[15]。

根據(jù)研究成果，反坡梯田采取前埂后溝+梯壁植草模式構(gòu)建。田塊沿等高線布設(shè)，大彎就勢(shì)，小彎取直。田面寬3 m，內(nèi)斜3°～5°(反坡)；田面外側(cè)修筑田埂，內(nèi)側(cè)修筑坎下溝，坎下溝內(nèi)每隔5～10 m留設(shè)一橫土垱。在田面中心稍外側(cè)挖栽植穴。在梯埂和梯壁可播種寬葉雀稗、百喜草、假儉草(Eremochloaophiuroides)以增加保水保土的作用，也可種植苧麻(Boehmerianivea)、黃花菜(HemerocalliscitrinaBaron L.)等植物籬，兼具經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

2.2.2 生態(tài)路溝+魚鱗坑+經(jīng)果林開發(fā)模式 在坡度較大、立地條件較差的紅砂巖嚴(yán)重侵蝕區(qū)，根據(jù)試驗(yàn)成果，可以采取生態(tài)路溝+魚鱗坑+經(jīng)果林開發(fā)模式。具體為：從坡頂至坡腳，在1/3～1/2坡長(zhǎng)處沿等高線水平開挖生態(tài)路溝(Ecological road-channel)，生態(tài)路溝坡壁內(nèi)側(cè)與水平面呈45°夾角，比降為3%，寬度為200 cm，內(nèi)斜高10 cm。生態(tài)路溝上鋪設(shè)有草被層，草被層要求為耐踐踏、固土能力強(qiáng)的鄉(xiāng)土低矮草本，如假儉草和結(jié)縷草(ZoysiajaponicaSteud)等；生態(tài)路溝內(nèi)側(cè)沿坡壁方向種植攔截泥沙的植物籬(黃花菜等)，坡壁與水平面存在一定夾角，實(shí)現(xiàn)生態(tài)路溝面壁植被生態(tài)化處理，最終集道路和水溝功能于一身。坡面上兩條生態(tài)路溝之間的間隔為15～30 m。

坡面采取魚鱗坑整地，人工挖土、培埂，一般長(zhǎng)徑1.0 m，短徑0.6 m，坑深0.6 m，具體規(guī)格可根據(jù)目標(biāo)樹種調(diào)整。在研究過(guò)程中，研發(fā)了改良版魚鱗坑，即在外圍土埂上種植1～2排草本植物如寬葉雀稗等加強(qiáng)固土緩沖作用。適宜紅砂巖侵蝕區(qū)并采取魚鱗坑種植的經(jīng)濟(jì)果木樹種主要有：楊梅(MyricarubraSieb.et Zucc.)、錐栗[Castaneahenryi(Skam) Rehd.et Wils.]、山核桃(CaryacathayensisSarg.)、薄殼山核桃(Caryaillinoensis)、油茶、獼猴桃(ActinidiachinensisPlanch)、銀杏、黃連木(PistaciachinensisBunge)、香榧(Torreyagrandiscv.merrillii)等[15]。

3 結(jié)論與展望

3.1 主要結(jié)論

在實(shí)地調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合治理方向，本研究總結(jié)提煉了江西省紅砂巖侵蝕劣地5種典型綜合治理模式。在生態(tài)恢復(fù)治理方向下，主要有3種典型模式：(1)大封禁+小治理模式；(2)灌草植被帶模式；(3)竹節(jié)水平溝+喬灌草混交模式；在農(nóng)林開發(fā)治理方向下，主要有2種典型模式：(1)反坡梯田+經(jīng)果林開發(fā)模式；(2)生態(tài)路溝+魚鱗坑+經(jīng)果林開發(fā)模式。

3.2 研究展望

從上述分析可以看出，部分學(xué)者針對(duì)紅砂巖侵蝕劣地的治理進(jìn)行了大量的研究工作，取得了豐富的研究成果。但總體來(lái)說(shuō)，存在3個(gè)方面的問題，需要在后續(xù)的工作中深化研究。

(1)利用徑流小區(qū)和人工模擬降雨等試驗(yàn)手段，闡明紅砂巖母質(zhì)發(fā)育的紅壤與其他紅壤類型(如花崗巖發(fā)育的紅壤、第四季紅黏土發(fā)育的紅壤)在侵蝕規(guī)律及其侵蝕機(jī)制方面的差異，為后期土壤侵蝕防治的技術(shù)研發(fā)與模式提煉提供針對(duì)性更強(qiáng)的科學(xué)依據(jù)。

(2)根據(jù)紅砂巖風(fēng)化程度的不同(如長(zhǎng)期風(fēng)化形成的土質(zhì)坡面、強(qiáng)風(fēng)化紅砂巖坡面和弱風(fēng)化夾硬石坡面)，有針對(duì)性地研發(fā)侵蝕劣地工程防護(hù)、生物防護(hù)及綜合防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)。

(3)本研究提出的治理模式主要從生態(tài)恢復(fù)和農(nóng)林開發(fā)兩大方向考慮，但是實(shí)際中這兩者是不矛盾的。因此在后期研究中需要綜合分析紅砂巖侵蝕劣地的立地條件，集合當(dāng)?shù)匾庠?，?quán)衡生態(tài)服務(wù)功能與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，研究生態(tài)-經(jīng)濟(jì)協(xié)同提升的紅砂巖侵蝕劣地綜合治理模式，達(dá)到生態(tài)產(chǎn)業(yè)布局優(yōu)化和生態(tài)功能提升的雙重目標(biāo)。