南方紅壤丘陵區,以大別山為北屏,巴山、巫山為西障( 含鄂西全部) ,西南以云貴高原為界( 包括湘西、桂西) ,東南直抵海域并包括臺灣、海南島及南海諸島,包括廣東、廣西、福建、臺灣、江西、湖南、湖北、浙江、安徽、江蘇等?。?自治區) 的部分地域,總面積118 萬 km2,約占國土面積的 12. 3%[1].區內雨熱條件好,年平均降雨量大( 達1 200mm 以上) ,且雨量分布不均,多以暴雨形式出現,單位時間內強大的降雨構成巨大的侵蝕動力[2],加上南方紅壤丘陵區土壤的可蝕性( K 值) 較高的內在因子[3],以及劇烈的人類活動,使得其成為我國水土流失范圍最廣、程度較高的地區,嚴重程度僅次于黃土高原[4],制約著該區生態環境和社會經濟的可持續發展,引起許多學者的關注,如何加快其水土流失治理成為了當前亟待解決的問題。
1 水土流失現狀及特點
根據水利部最新監測結果顯示[5],南方紅壤丘陵區水土流失總面積 13. 12 萬 km2,占全區土地總面積的 11. 12%.其中,輕度流失面積 6. 13 萬 km2,占流失總面積 46. 72%,中度流失面積 4. 84 萬 km2,占流失總面積 36. 89%,強度以上流失面積 2. 15 萬 km2,占流失總面積 16. 39%.不難看出,南方紅壤丘陵區水土流失以輕中度流失為主,二者的流失面積占到流失總面積 83. 61%.從水土流失動態變化情況來看,與 2002 年水利部全國第三次水土流失遙感調查數據[6]相比,水土流失總面積、輕度、中度和強度及以上水土流失面積均有所減少,其中水土流失總面積減少6. 48 萬 km2,輕度和中度水土流失面積減少5.68 萬km2,這說明南方紅壤丘陵區在近10 年的水土流失治理中取得了一定的成績,但還應看到其所面臨的嚴峻形勢?!?】
該區水土流失的特點主要表現在,首先由于受到獨特的自然環境因素以及劇烈的人為活動影響,土壤侵蝕類型復雜多樣,但主要以水蝕為主,大多呈斑點狀分布; 其次,林下灌木或草本植被覆蓋的缺少,導致土壤表面裸露程度很高,致使林下地表很容易形成地表徑流,造成中度甚至強度以上的水土流失,出現“遠看青山在,近看水土流”的景象[7],帶來了嚴重的“林下流”惡果,表現出極強的隱蔽性。如福建省長汀縣林地發生侵蝕的面積達 33 898. 56hm2,占侵蝕總面積的 48. 18%,林地侵蝕約占總侵蝕面積的一半[8].再者,崩崗侵蝕是我國南方紅壤丘陵區一種特殊的水土流失形式,是發生在花崗巖發育的紅壤上的一種極度劇烈的侵蝕形式[9],也是最常見和最嚴重的侵蝕方式之一。據水利部長江水利委員會調查統計結果[10],南方紅壤丘陵區各類崩崗超過 20 萬個,總面積達 11. 14 萬 hm2,其中 88. 9% 屬于活動型崩崗,相對穩定型的僅占 11. 1%; 最后,由于人類長期對山丘坡地資源的不合理利用及近年來建設用地規模不斷擴大,大面積擾動和破壞了原有地貌和植被,改變了地表土壤狀況,減弱了其抗蝕能力,造成了新的人為水土流失。據研究,近年來南方 8 省由于人為影響每年新增的水土流失面積合計約為 2 340km2,相當于年治理水土流失面積的 1/2,合計產生的泥沙下泄量約為 1. 3 ~ 1. 7 萬 t,相當于 2009 年江西全省的年土壤侵蝕總量[11].
2 侵蝕退化地成因分析
2. 1 脆弱的土壤
土壤是造成土壤侵蝕和水土流失的內在原因和物質基礎[12].Cook 曾提出土壤可蝕性因子的概念[13],作為土壤侵蝕諸因子中進行定量對比研究的基礎。南方丘陵區紅壤的可蝕性普遍較高( 其可蝕性K 值一般都在 0. 2 以上)[14].史德明測定了紅壤的抗蝕性和抗沖性,發現耐蝕性以變質巖發育的紅壤最高,花崗巖發育的紅壤最低[15].曾希柏等研究認為,由花崗巖發育而來的紅壤和第四紀紅壤易形成疏松表層,抵抗沖刷的能力弱,易發生侵蝕[16].我國南方紅壤丘陵區土壤有很大一部分是通過花崗巖等母質發育而來,所以特殊的地質條件是造成該區土壤侵蝕的重要原因之一[17].
2. 2 破碎的地形
南方紅壤丘陵區受地質運動與構造運動的深刻影響,地勢不平且東西差異大,主要以山地、丘陵為主,分別占總土地面積的 33. 8% 和 26. 7%,兩者合計占了 60. 5%[1],山多坡陡,重力梯度大,為地表徑流提供了較大的沖刷勢能和攜帶泥沙的能力,土壤侵蝕的潛在危險性高。水建國等研究指出我國南方紅壤丘陵區土壤侵蝕量與坡度成極顯著的對數正相關,坡度每增加 1°,年土壤侵蝕量遞增約 120t/km2[18].南方紅壤丘陵區的這種地形條件在很大程度上決定了該區土壤侵蝕的強度和侵蝕形式。
2. 3 較高的降雨侵蝕力
降雨侵蝕力是判斷降雨引起土壤侵蝕的潛在能力,是決定土壤侵蝕程度的重要因素之一[19].我國南方紅壤丘陵區主要為熱帶亞熱帶季風氣候區,高溫多雨,雨熱同期,大部分地區年均降雨量在1 400mm以上,且主要集中于每年的 4 ~9 月,約占全年的 70%~ 80% ,這種短時間內集中的強降雨,為土壤侵蝕提供了強大的侵蝕動力。梁音等研究認為,一次大的降雨引起的土壤流失量有可能占全年流失量的 60% 以上,而輸沙量可能超過全年的 50% 以上[1].另有研究證明降雨強度與土壤侵蝕量和泥沙量呈顯著正相關[20].而對于缺乏植被覆蓋的林地土壤而言,高強度的降雨極易產生地表徑流和嚴重的土壤侵蝕[12].這種獨特的氣候條件為南方紅壤丘陵區土壤侵蝕提供了強大的外部動力。
2. 4 林下植被匱乏
林下植被具有攔截降雨、削減降雨侵蝕動能、調節地表徑流、促進土壤入滲和阻滯泥沙的作用[17].袁正科等研究指出林地輸沙率對林下植被的覆蓋度十分敏感,且覆蓋度每增加 10%,輸沙率則減少0. 0019 ~ 0. 0027[21].南方紅壤丘陵區有些地區雖然森林覆蓋較好,但是林下灌木或草被的覆蓋不佳,土壤裸露,從而造成一定強度的水土流失,這是該區林地生態系統普遍存在的一個突出問題,林下植被覆蓋度多在 30%以下[22],甚至在 5% 以下,在很大程度上破壞了森林水土保持體系的完整性,勢必嚴重制約林地水土保持效益的發揮,從而成為誘發林下水土流失最主要和最直接的原因[12].
2. 5 人為因素的干擾
南方紅壤丘陵區各省人口較多,人地矛盾突出,人為干擾的頻度和強度大,大面積的山坡地被開發利用,山地植被遭到了嚴重破壞,導致紅壤區土壤侵蝕加劇。另一方面,人為開發建設過程中造成的水土流失也很嚴重。據測算,該區近幾年來每年由于人為因素造成的水土流失面積達 5 ~8 萬 hm2.人類活動的干擾已成為南方紅壤丘陵區水土流失發生最直接的原因,并驅動著水土流失的加劇,因此在治理時應認真考慮此因素。
3 生態恢復措施
南方紅壤丘陵區侵蝕退化地生態系統的恢復與重建,首先應進行植被的恢復,同時通過與工程措施的結合,改變土壤理化結構和提高土壤肥力,從而有效地控制水土流失; 另外,徑流調控理論認為,坡面徑流是造成水土流失的主導因子,控制水土流失的關鍵是科學調控坡面徑流[23].因此,根據南方紅壤丘陵區的立地條件及水土流失狀況,可以將其退化地生態恢復措施分為四大類,即植被恢復的植物措施、徑流調控的工程措施、農業措施和崩崗治理措施。
3. 1 植被恢復
植被作為防治水土流失的主要措施,在生態建設中具有重要地位,水土流失嚴重的地區,其生態環境建設中最大的問題就是植被問題[24].自然封育和人工重建是南方紅壤丘陵區侵蝕退化地植被恢復的兩種基本途徑[25].
3. 1. 1 自然封育 亦稱封育、封山育林,國外稱為“中國式造林法”[26].即充分利用南方紅壤丘陵區內水熱條件好、植被生長快、自然恢復能力強的有利條件,對低山丘陵頂部、相對面積比較集中的輕度水土流失區域或立地條件較好的中度水土流失區域以及遠離村莊、林草植被覆蓋度較高的陡坡荒地采取的一種育林方式。自然封育對紅壤侵蝕區退化植被的演替及其功能的影響涉及植被覆蓋度、種群數量、群落結構及其綜合生態功能等多個方面。如廣東鼎湖山馬尾松群落( 400m2) 封育14a 后,物種多樣性、均勻度指數、生態優勢度和群落結構等發生了較大變化[27].
3. 1. 2 人工重建 人工重建是加速紅壤侵蝕區植被恢復的有效途徑,也是植被恢復研究的重要內容。許多學者對人工重建的方法和理論作了較多的研究。
例如江西千煙洲生態試驗站根據森林植被的用途,引進 50 多種喬木、灌木樹種和草種,人工營造了薪炭林、用材林和經濟果木林等多種森林植被和草地植被。華南植物研究所自 1959 年起,先后在廣東小良、鶴山等地,于裸地和人工林( 桉樹林) 采伐跡地上營造人工混交林[27].目前針對南方紅壤丘陵區侵蝕退化地水土流失的實際情況和立地條件,人工重建主要采取草、灌、喬相結合的立體綜合治理模式,即對原山坡草地植被稀少、覆蓋度小于 30% 的流失地,以草灌促林,先讓草灌改善原有林分環境,實現地表的快速覆蓋,有效控制水土流失,同時促進喬木的生長,使之具有喬、灌、草層次穩定的林分結構[28]; 另外,可以通過補植改造來進行人工重建。一方面對于立地條件嚴重惡化的馬尾松林區,根據“以草起步、草灌先行”的原則,因地制宜地選擇草本和灌木種類,配以追施肥料和適當的工程措施,符合植被的演替理論,容易實現地表的快速覆蓋,控制水土流失; 另一方面,根據當地馬尾松林區的立地條件,選擇耐瘠耐旱、能快速生長的闊葉樹種對馬尾松純林進行闊葉樹補植,營造針闊混交林,能夠在不同程度上增加林下植被的多樣性,促進養分循環,增強馬尾松林抗逆性,提高林地土壤蓄水保肥能力。再者,人工重建還可以通過低效林改造來實現,即對立地條件較差的中度流失地及立地條件較好的強度流失地,每 1hm2有馬尾松中、幼樹1 800株以上的馬尾松林地,每年 2 月和 6 月對其進行穴施復混肥改造,改善林分生長環境,促進樹木生長。
3. 2 工程措施
根據徑流調控理論,通過削弱導致水土流失的原動力,在不同降雨條件下,有序地聚集和分散坡面徑流,能達到控制水土流失、保護水土資源和滿足植物的生長發育對水分需求的目標[23].第一是截流的工程措施,主要有改進型的梯田、水平溝、魚鱗坑等,通過截短坡面長度,分段攔蓄、分散徑流,使其不能集中,減小流速,削弱徑流能量。尤其是改進型的“前埂后溝”式梯田,梯埂能攔沙蓄水,內側竹節形排水溝能分散坡面徑流,具有良好的蓄水保土效益,在紅壤區應用比較普遍; 第二是分流的工程措施,主要是排水溝、截水溝技術的廣泛應用,既適用于梯田、林果坡地、荒坡地的截流分流,也適用于坡耕地坡面的蓄水保土、引水灌溉等,它可使徑流按照工程布設的路徑運行,保證下游的安全。類似竹節溝技術的環山截流溝多用于崩崗侵蝕,用于攔截崩崗頂部的坡面徑流,防止徑流對崩壁的沖刷,同時溝內蓄積的降雨徑流,為溝外側植被提供充足的水分,保證植被的正常生長; 第三是匯流的工程措施,主要是在道路兩側或者坡面底部徑流匯聚的低凹處修建蓄水池,用來攔蓄坡面地表徑流,并將其貯存起來,供給坡耕地、經濟林果地的灌溉或人畜用水。紅壤區蓄水池措施的廣泛應用,可以更好地利用豐富的降雨資源,緩解因降雨季節分布不均引起的用水矛盾。蓄水池一般與排水溝、沉沙池相連,形成完整的坡面徑流水系網絡。而谷坊技術則是南方紅壤丘陵區崩崗治理中普遍采用的匯流貯用技術,一般選擇在崩崗溝內谷口狹窄處,或布設在崩塌危險的山腳下,從崩崗溝內上部往下,分層布設,形成梯級谷坊群,用于攔蓄泥沙和過量的坡面徑流,同時固定溝床和穩定溝坡[10].
3. 3 因地制宜積極發展“生態立體農業”
紅壤丘陵區內坡耕地較多,約占 70% ,這些是水土流失的主要地區,必須好好治理,可以借鑒立體農業模式。立體農業是指在丘陵地區,種植用材林、經濟林、果樹( 草地) ,開發魚塘和農田,形成“丘上林草丘間塘,緩坡溝谷果魚糧”和以林果為主的土地利用結構,是一種建立在生態良性循環基礎上的生態農業,即在山頂營造水土保持林,涵養水分,山坡整地造林種草,山腰結合水平條帶整地,建成層層梯田,大力發展藥、茶、果等經濟林木,并且套種西瓜、豆類、花生等經濟作物,山腳發展畜牧養殖業和漁業等,形成多林種、多種作物、多層次的立體種植生態經濟系統。
例如江西省泰和縣的“千煙洲”立體農業模式以及安徽省安慶市大面積建立的“板栗 - 茶葉”立體種植模式,在多層經營管理下,減少了土壤侵蝕,有效控制了水土流失。另外,在福建省長汀縣,探索出了以種草為基礎,沼氣為紐帶,果業、畜牧業為主體,草 - 牧 -沼 - 果為核心的生態農業模式[29],即果園內套種牧草,用牧草養畜,利用畜禽糞便發酵產生的沼氣供居民煮飯、發電等,沼液作為果樹肥料施用,從而形成良性循環的生態經濟系統,取得了良好的生態和經濟效益。
3. 4 崩崗的治理
經過多年的治理和試驗研究,目前崩崗治理較為成功的模式主要是福建、江西、廣東的模式,概括為“上截、下堵、中間削、內外綠化”方式[30],即頂部“治坡”,利用徑流調控截流、分流技術,阻止頂部坡面徑流流入崩崗內,例如在離崩崗頂部3 ~5m 處開挖環山截水溝,同時在頂部零碎坡面實施“倒梯形坑”植樹,在完整坡面實施水平溝植草帶的搭配技術模式; 崩壁“降坡”,減緩崩壁坡度,增加崩壁穩定性,如在崩壁開挖水平階、水平溝,并在崩壁兩側或中間凹形位置開挖排水溝,防止過大降雨徑流沖毀水平溝等,同時利用植生技術,在水平階地、水平溝內種植抗旱性較強、耐貧瘠的速生類植物,增加植被覆蓋度,提高降坡效果; 底部“固坡”,減少泥沙輸出,防止沖積扇的進一步發育,防止對下游的危害,主要是在底部溝道實施谷坊技術,并結合植生技術,在溝底種植水土保持林[10].在崩崗侵蝕的綜合治理過程中要把工程措施與生物措施緊密結合起來,做到以工程保生物,以生物護工程。另外,李旭義等[31]提出在崩崗的治理中,把崩崗作為一個系統,從集水坡面、崩崗壁、崩積體、溝道和沖積扇各子系統進行全方位的治理,從整體上穩定崩崗,改善崩崗區的生態環境,達到治理崩崗的目的。再者,張萍等[30]研究遵循“三效益”相結合的原則,開發治理崩崗,總結出了目前較為成熟的崩崗開發治理模式: 變崩崗侵蝕區為水保生態區、變崩崗侵蝕區為經濟作物區、變崩崗侵蝕區為工業園區。
4 研究展望
通過上述對南方紅壤丘陵區侵蝕退化地現狀、特點、成因及生態恢復措施的分析與論述,鑒于水土流失問題的復雜性和生態恢復綜合治理任務的緊迫性,我們認為在以下幾個方面有待進行深入系統的研究:
4. 1 多發揮遙感( RS) 和地理信息系統( GIS) 的作用,加強小流域水土流失動態監測,獲得更客觀和詳盡的數據,進一步揭示水土流失發生發展規律,為生態恢復等工作提供科學依據[22].
4. 2 針對南方紅壤丘陵區侵蝕退化地的科學治理,前人探索出了一系列的綜合治理模式,但模式的具體效益及其廣泛應用等還需做進一步的研究,并且缺乏對治理模式結構、功能及調控機理的研究,在治理模式研究中很少涉及社會人文因素的影響,因此,需要對治理模式進行更廣、更深入的系統研究,以總結提出針對南方紅壤丘陵區侵蝕退化地的治理模式[32].
4. 3 生態恢復與重建的最終目標是使生態系統的結構、功能達到自我維持狀態,生態恢復與重建效益的綜合評價也是圍繞這一目標而展開的[33].因此,應建立生態恢復評價系統,明確生態恢復目標,應從侵蝕退化地生態恢復過程中土壤抗蝕性、土壤質量、元素循環、生物多樣性、水土保持與水源涵養功能以及環境互動效應來評價生態恢復模式的適宜性,建立科學的評價指標體系[34].
參考文獻
[1]梁 音,張 斌,潘賢章,等。 南方紅壤丘陵區水土流失現狀與綜合治理對策[J]. 中國水土保持科學,2008,6( 1) : 22 ~27
[2]趙其國,張桃林,魯如坤,等。 我國東部紅壤區土壤退化的時空變化、機理及調控對策[M]. 北京: 科學出版社,2002
[3]張桃林,史學正,張 奇。 土壤侵蝕退化發生的成因、過程與機制[A]. 見: 張樹林。 中國紅壤退化機制與防治[C]. 北京:中國農業出版社,1999: 1 ~2,46 ~76
[4]趙其國。 我國紅壤的退化問題[J]. 土壤,1995,27( 6) : 281~ 286
[5]水利部,中國科學院,中國工程院編。 中國水土流失防治與生態安全( 南方紅壤區卷) [M]. 北京: 科學出版社,2010
[6]梁 音,張 斌,潘賢章,等。 南方紅壤區水土流失動態演變趨勢分析[J]. 土壤,2009,41( 4) : 534 ~539
[7]趙其國。 我國南方當前水土流失與生態安全中值得重視的問題[J]. 水土保持通報,2006,26( 2) : 1 ~8