蔣忠誠, 羅為群, 鄧 艷, 曹建華,覃星銘, 李衍青, 楊奇勇

1)中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所, 廣西桂林 541004; 2)國土資源部巖溶生態(tài)與石漠化治理重點實驗室, 廣西桂林 541004; 3)國土資源部巖溶動力學(xué)重點實驗室, 廣西桂林 541004

巖溶峰叢洼地水土漏失及防治研究

蔣忠誠1, 2), 羅為群1, 2), 鄧 艷1, 2), 曹建華1, 3),覃星銘1, 2), 李衍青1, 2), 楊奇勇1, 2)

1)中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所, 廣西桂林 541004; 2)國土資源部巖溶生態(tài)與石漠化治理重點實驗室, 廣西桂林 541004; 3)國土資源部巖溶動力學(xué)重點實驗室, 廣西桂林 541004

中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所巖溶生態(tài)研究團隊在國家科技支撐計劃和廣西科技攻關(guān)項目聯(lián)合資助下, 自21世紀(jì)以來一直從事西南巖溶山區(qū)水土漏失創(chuàng)新性研究。2013年取得了一系列進展, 闡明了水土漏失的概念、過程和數(shù)學(xué)模型; 運用野外監(jiān)測和先進的同位素技術(shù), 首次系統(tǒng)揭示了巖溶峰叢洼地不同地貌部位和不同生態(tài)環(huán)境的水土漏失定量差異和原因, 建立了適宜巖溶區(qū)特點的水土流失強度分級標(biāo)準(zhǔn)和土壤侵蝕回歸模型, 創(chuàng)建了生物措施與工程措施有機結(jié)合的巖溶峰叢洼地水土保持模式和技術(shù)規(guī)程, 開辟了巖溶石漠化環(huán)境生態(tài)效益與經(jīng)濟效益俱佳的火龍果生態(tài)產(chǎn)業(yè), 為西南巖溶地區(qū)石漠化綜合治理和水土保持提供了技術(shù)支撐和示范樣板。

巖溶峰叢洼地; 石漠化; 水土漏失; 水土保持

巖溶峰叢洼地是舉世公認(rèn)的典型巖溶地貌類型, 在我國西南分布面積12.9萬km2。由于巖溶峰叢洼地地區(qū)雨熱條件好, 巖溶作用強烈, 因此巖溶地貌奇特, 石漠化和水土流失非常嚴(yán)重, 生態(tài)環(huán)境脆弱, 居民非常貧困, 是國家進行生態(tài)環(huán)境治理和扶貧的重點區(qū)域(蔣忠誠等, 2009)。長期以來, 人們對水土流失的研究主要側(cè)重于黃土高原等非巖溶地區(qū), 對巖溶區(qū)的水土流失研究不夠深入(蔣忠誠等, 2008; 魏興萍等, 2010)。Jones(1965)、Gosden(1968)、Bell等(1982)分別通過地衣、孢粉、考古等方式發(fā)現(xiàn)了巖溶區(qū)土壤存在土壤丟失現(xiàn)象。近年來, 一些學(xué)者對巖溶區(qū)土壤侵蝕進行了研究(Bai et al., 1998;唐益群等, 2010), 發(fā)現(xiàn)其與非巖溶區(qū)不同, 一是巖溶區(qū)溶蝕孔隙、裂隙、管道等的發(fā)育使水土流失具有隱蔽性(曹建華等, 2011), 二是土壤短距離丟失和地下漏失現(xiàn)象普遍存在(李陽兵等, 2006; 張信寶等, 2007; 羅為群等, 2008), 這在一定程度上限制了傳統(tǒng)土壤侵蝕研究方法在巖溶區(qū)的應(yīng)用, 并嚴(yán)重影響西南巖溶地區(qū)水土流失防治工程的效果(蔣忠誠等, 2010)。為了加強西南巖溶地區(qū)的水土流失防治研究,國家“十二五”科技支撐計劃在前期巖溶峰叢洼地石漠化治理研究的基礎(chǔ)上, 安排了“喀斯特峰叢洼地退化生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性修復(fù)技術(shù)與示范”課題, 巖溶峰叢洼地水土漏失及其防治研究是其關(guān)鍵研究內(nèi)容之一, 該內(nèi)容還得到了廣西配套科技項目的支持。其主要研究目標(biāo)是針對巖溶峰叢洼地區(qū)水土漏失嚴(yán)重、水土流失治理技術(shù)與模式缺乏針對性等問題, 建立完善廣西平果縣果化等生態(tài)示范區(qū),研究峰叢洼地特殊水土流失過程及其機制, 研發(fā)表層巖溶水調(diào)蓄和土壤漏失阻控技術(shù), 形成水土流失綜合治理技術(shù)規(guī)程, 為峰叢洼地退化生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性修復(fù)發(fā)揮技術(shù)支撐與示范引領(lǐng)作用(中國地質(zhì)科學(xué)院, 2014)。

1 2013年研究進展概述

本項目組自 21世紀(jì)以來一直承擔(dān)西南巖溶峰叢洼地的生態(tài)重建國家及廣西的攻關(guān)課題, 建立了廣西平果縣果化、馬山縣弄拉、環(huán)江縣古周生態(tài)重建示范區(qū)。通過研究, 發(fā)現(xiàn)了水土漏失問題, 并一直開展水土漏失方面的研究。2013年取得了水土漏失研究方面的突出進展, 詳細(xì)闡明了巖溶山區(qū)水土漏失的概念、過程和發(fā)生機制。在廣西平果縣果化生態(tài)重建示范區(qū)分10種環(huán)境類型區(qū), 建立了18個水土流失徑流小區(qū)監(jiān)測站和7個坡面自然匯流區(qū)監(jiān)測站。在前人研究的基礎(chǔ)上(Brown et al., 1981; Lowrance et al., 1988; Felipe, 2003; Collins et al., 2001; 張笑楠等, 2009; 馮騰等, 2011), 采用野外監(jiān)測和放射性核素137Cs示蹤多種方法結(jié)合, 獲得了巖溶峰叢洼地不同地貌部位和不同土地利用方式下的水土漏失數(shù)據(jù), 構(gòu)建了巖溶峰叢洼地土壤侵蝕數(shù)學(xué)模型, 闡明了巖溶峰叢洼地不同地貌部位和不同土地利用方式下的水土漏失差異及原因、以及水土漏失與石漠化的關(guān)系, 建立了適宜巖溶區(qū)特點的水土流失強度分級標(biāo)準(zhǔn)和土壤侵蝕回歸模型, 提出了相應(yīng)的防治措施與對策。針對巖溶石漠化區(qū)水土主要通過地下漏失的特點和流失的主要途徑, 研發(fā)了巖溶峰叢洼地水土保持技術(shù)和模式, 通過實施試驗示范, 取得了水土漏失防治的顯著效果和社會經(jīng)濟效益。項目共發(fā)表論文31篇, 其中SCI和EI收錄論文11篇, 2013年11月獲得廣西壯族自治區(qū)科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎。

2 巖溶山區(qū)水土漏失的概念、過程和數(shù)學(xué)模型

2.1 水土漏失的概念

水土漏失是地表、地下雙層空間結(jié)構(gòu)發(fā)育的巖溶地區(qū), 在水流機械侵蝕及化學(xué)溶蝕作用下, 地表泥土經(jīng)過落水洞和巖溶裂隙等巖溶通道向下滲漏到地下河的過程。水土漏失是巖溶作用強烈地區(qū)特有的水土流失過程, 地表、地下雙層空間結(jié)構(gòu)的存在是其發(fā)生的前提, 其疊加有特殊的化學(xué)溶蝕動力學(xué)過程。水土漏失不僅產(chǎn)生水土資源的流失, 還由于其經(jīng)常導(dǎo)致地下河管道堵塞而頻繁引發(fā)洼地內(nèi)澇災(zāi)害。

2.2 水土漏失過程

按照尺度大小, 可劃分成: 巖+土組合微地貌單元水土漏失—坡面水土流失—巖溶泉域水土流失—洼地系統(tǒng)水土流失—巖溶峰叢洼地系統(tǒng)水土流失過程。

(1)巖溶石漠化區(qū)微地貌單元水土漏失過程:主要為垂向基巖裂隙流漏失, 同時, 伴隨巖面產(chǎn)流沖蝕、表土面產(chǎn)流侵蝕、土壤干裂流失、巖土接觸面流失、壤中流侵蝕、小管道流流失、崩解及塌陷流失等過程。

(2)巖溶峰叢坡面水土漏失過程: 包括基巖裂隙垂向漏失、基巖裂隙側(cè)向漏失、超滲產(chǎn)流側(cè)向漏失、表層巖溶泉側(cè)向流失、上游坡面匯水流沖蝕、塌陷侵蝕, 還存在水化學(xué)侵蝕(覃星銘等, 2012)。石漠化發(fā)生后, 土壤物理性質(zhì)遭破壞, 各漏失過程水流的速度和強度劇增, 不僅導(dǎo)致降水的快速流失和強烈侵蝕坡面土壤斑塊向地下溶蝕空間漏失, 而且大量坡面徑流快速向洼地匯集, 沖蝕洼地表層土壤經(jīng)落水洞向地下河管道漏失(圖1)。

圖1 坡面水土漏失過程示意圖Fig. 1 Sketch section of water and soil leakage processes on the slope

(3)洼地水土流失過程: 包括坡面匯入徑流的溝蝕過程、地表超滲徑流面蝕、落水洞侵蝕和壤中流侵蝕過程。石漠化發(fā)生后, 坡面匯入徑流流速和流量迅速增加, 導(dǎo)致溝蝕過程、落水洞侵蝕增強,洼地基巖裸露產(chǎn)生巖面徑流侵蝕和基巖裂隙流侵蝕。

(4)巖溶峰叢洼地系統(tǒng)水土漏失過程: 包括坡面沖刷落水洞漏失、地下河管道流失、地下河管道沉積和地下河出口排泄流失(圖 2, 曹建華等, 2011)。石漠化的加劇, 導(dǎo)致由落水洞、巖溶裂隙等空間漏失到地下河空間的水土流失量和流速迅速增加, 大量水資源及溶解態(tài)土壤營養(yǎng)元素隨地下河空間快速流失, 大量土壤在地下河空間中沉積, 堵塞地下河管道空間, 導(dǎo)致嚴(yán)重的內(nèi)澇災(zāi)害。

圖2 巖溶峰叢洼地系統(tǒng)水土漏失過程Fig. 2 Water and soil leakage processes in the karst peak cluster system

2.3 水土漏失數(shù)學(xué)模型

巖溶區(qū)域土壤侵蝕分為地表土壤侵蝕量和地下漏失量二部分, 由此我們建立巖溶峰叢洼地土壤侵蝕概念模型, 即: 土壤總侵蝕量=地表土壤侵蝕量+地下漏失量。將劃痕法土壤侵蝕模數(shù)作為坡面土壤總侵蝕模數(shù), 徑流法土壤侵蝕模數(shù)作為地表土壤侵蝕模數(shù), 兩者差值即為地下土壤侵蝕模數(shù)。依據(jù)微地貌單元水土流失過程概念模型圖(圖 3), 進一步建立地下漏失量數(shù)學(xué)模型:

式中, E為土壤中侵蝕模數(shù); L為地下漏失模數(shù); F為地表土壤侵蝕模數(shù); K1、K2分別為侵蝕前、后的土被覆蓋率; hi為區(qū)域i點的土壤侵蝕厚度; Q為地表徑流量; V為地表徑流泥沙含量; P為輸移比; S為單位面積; ρ為土壤密度; n為侵蝕厚度監(jiān)測點數(shù)量。

圖3 微地貌單元水土漏失過程概念模型圖Fig. 3 Conceptual model of water and soil leakage processes in the micro-landform unit

3 巖溶峰叢洼地不同環(huán)境水土漏失差異和原因

3.1 巖溶峰叢洼地不同地貌部位水土流失差異

水土漏失監(jiān)測結(jié)果表明: 從山峰、埡口、山坡、山麓到洼地底部, 土壤地下漏失模數(shù)分別為49.09 t/(km2·a)、212.06 t/(km2·a)、727.71 t/(km2·a)、1104.03 t/(km2·a)和909.11 t/(km2·a), 分別占該點年均總土壤侵蝕模數(shù)的92.43%、96.24%、78.57%、70.88%和38.68%。坡面土壤侵蝕均以地下漏蝕為主,地下漏失量占 75%以上, 洼地底部以地表土壤流失為主, 但最終通過落水洞轉(zhuǎn)成地下河管道流失。

采用平均裸巖率對137Cs面積活度進行校正,校正前后的坡面137Cs面積活度和流失比存在沿坡面變化基本一致的趨勢(圖4): 自峰坡到洼地,137Cs面積活度流失比先增加然后減少, 洼地最高, 埡口次之, 陡坡最小, 不同地貌部位的流失比大小為陡坡＞緩坡＞峰坡＞埡口＞坡麓＞洼地。除峰坡和埡口外,自陡坡到洼地,137Cs面積活度流失比逐漸減少。除峰坡外, 其他地貌部位均為耕地, 人為耕作干擾強,137Cs流失比均超過了60%, 最大為陡坡部位, 達(dá)到98.57%, 表明其地表土壤強烈流失。從典型土壤剖面來看,137Cs分布深度較深, 均達(dá)到巖土界面, 且?guī)r土界面比活度較高, 說明土壤剖面137Cs存在隨水土由巖土界面的裂隙流失的特點。137CS示蹤與常規(guī)方法監(jiān)測結(jié)果基本一致, 結(jié)果表明自 1963年以來各地貌部位土壤強烈流失, 自陡坡到洼地土壤流失逐漸減少。人為耕種加劇了土壤侵蝕, 尤其加劇了緩坡部土壤的地下侵蝕, 而對坡麓部位地表侵蝕的影響大于地下侵蝕。

3.2 不同土地利用方式下的水土漏失差異

地表徑流小區(qū)監(jiān)測和137Cs示蹤結(jié)果都表明,地表平均土壤侵蝕模數(shù)大小順序為坡耕地＞苦丁茶地＞蘇木林地＞灌草坡＞牧草地, 坡耕地土壤侵蝕模數(shù)始終保持較高, 有逐年增加的趨勢, 而其他各土地類型土壤侵蝕模數(shù)逐年減少; 不同治理模式防治水土流失的效果大小為牧草地＞灌草坡＞蘇木林地＞苦丁茶地, 牧草地水土保持效果最好, 可作為石漠化治理保持水土優(yōu)先考慮的治理措施, 其次是自然恢復(fù)的灌草坡, 再次是蘇木幼林區(qū), 苦丁茶區(qū)效果最差。單純退耕還林短期內(nèi)防治水土流失的效果較差, 在退耕還林后至少 7年內(nèi), 需配套種植牧草才能起到更好的防治效果。5種土地利用類型的137Cs面積活度流失比介于 68.23%～98.68%之間, 流失比非常大,137Cs示蹤結(jié)果表明自1963年以來各土地類型區(qū)均發(fā)生了強烈的水土流失, 以坡耕地最強, 其137Cs流失比達(dá)到98.68%, 牧草地最低。

選擇灌木林地、灌草坡、石穴地、梯地、退耕林地、洼地平耕地 6個不同土地類型, 采用137Cs 和210Pbex復(fù)合示蹤法, 系統(tǒng)分析 6種土地類型137CS和210Pbex在土壤剖面中的分布特征和沿峰叢山地坡面的分布特征。結(jié)果表明: 非耕地(灌木林地、灌草坡地)137Cs和210Pbex分布深度達(dá)到巖土界面, 且?guī)r土界面比活度較高, 說明土壤剖面137Cs和210Pbex存在隨水土由巖土界面的裂隙流失的特點,且以地下漏失為主; 石穴地其耕作層137Cs比活度比本底值表層土壤比活度的2倍還多, 面積活度相當(dāng)于本底值的 2.7倍, 由于沉降到周圍裸露基巖表面的137Cs匯集所致; 洼地平耕地耕作層土壤137Cs比活度較背景值低, 分布深度達(dá) 40 cm, 面積活度較背景值減少 53.63%, 洼地平耕地137Cs不僅存在向下的漏失, 且大量137Cs隨地表水流流失。

4 水土漏失與石漠化的關(guān)系

巖溶山區(qū)水土漏失與石漠化的關(guān)系因石漠化演變的不同階段而存在差異(李暉等, 2013)。演變階段與特點為: ①在原始自然條件下土壤覆被連續(xù),植被遭到破壞后, 地表土壤裸露, 幾乎不存在石漠化現(xiàn)象, 水土漏失發(fā)生于巖石裂隙中, 強度較弱;②水土漏失到一定的程度, 基巖開始裸露產(chǎn)生石漠化, 石漠化加劇水土的地下漏失, 這一階段為石漠化與水土漏失突變階段; ③土壤進一步漏失, 導(dǎo)致石漠化面積不斷增加, 基巖的裸露導(dǎo)致巖面產(chǎn)流的發(fā)生和地下漏失的加強, 巖面產(chǎn)流加劇了土壤斑塊水土流失的強度, 石漠化越嚴(yán)重, 水土的地下漏失越強, 這一階段為石漠化與水土漏失互促進階段;④土壤流失到幾乎無土可流, 出現(xiàn)了極端嚴(yán)重的完全石漠化, 這個階段水土流失只有水的流失, 幾乎監(jiān)測不到土壤的流失, 土壤流失強度等于成土速率,這一階段為極端階段(圖5)。

圖4 耕地137Cs面積活度沿坡面的分布Fig. 4 137Cs inventory distributions along the cultivated land slope

圖5 石漠化與水土漏失演變階段Fig. 5 Evolution stages between rocky desertification and water and soil leakage

水土監(jiān)測結(jié)果表明, 不同等級石漠化區(qū)土壤侵蝕強度為中度區(qū)＞重度區(qū)＞輕度區(qū)＞潛在區(qū)＞非石漠化區(qū)。水土漏失與石漠化一般為互相促進關(guān)系, 但是在中度石漠化和重度石漠化之間存在一個拐點。中度及以下石漠化區(qū), 土壤侵蝕強度隨石漠化程度增加而增加(尹輝等, 2011), 當(dāng)水土流失導(dǎo)致石漠化發(fā)展到重度及以上石漠化階段時, 土壤侵蝕模數(shù)小于中度石漠化區(qū), 但是仍然高于輕度及以下石漠化區(qū), 且隨著石漠化程度的加劇總體上呈增加趨勢。

5 建立巖溶區(qū)水土流失強度分級標(biāo)準(zhǔn)和土壤侵蝕評價回歸模型

5.1 西南巖溶區(qū)水土流失強度分級標(biāo)準(zhǔn)

在分析影響西南巖溶區(qū)碳酸鹽巖風(fēng)化成土因素的基礎(chǔ)上, 收集相關(guān)的資料、數(shù)據(jù)和圖層, 依據(jù)碳酸鹽巖成土過程2階段模式: 碳酸鹽巖溶蝕殘留酸不溶物和酸不溶物成土過程, 估算西南巖溶區(qū)碳酸鹽巖的風(fēng)化成土速率, 并將成土速率作為土壤允許流失量, 厘定西南巖溶區(qū)土壤侵蝕強度的分級標(biāo)準(zhǔn), 結(jié)果表明, 微度、輕度、中度、強度、極強度和劇烈侵蝕標(biāo)準(zhǔn)分別為＜30 t/(km2· a)、30～100 t/(km2· a)、 100～200 t/(km2· a)、200～500 t/(km2· a)、500～1000 t/(km2· a)、＞1000 t/(km2· a)。

除考慮碳酸鹽巖溶蝕速率和酸不溶物含量外,還要考慮以下幾個方面的因素: 碳酸鹽巖風(fēng)化成土后, 土壤中仍含有大量的碳酸鈣和碳酸鎂可溶物(藍(lán)芙寧等, 2011); 碳酸鹽巖巖石本身含有除碳酸鈣和碳酸鎂外的其它可溶物; 碳酸鹽巖化學(xué)溶蝕面是一個不規(guī)則的曲面, 在計算單位土地面積成土速率時需要校正; 流失的通常為表層肥力高的土壤, 新形成的土壤肥力相對較差, 從土壤肥力的角度考慮容許流失量, 加以校正。假定成土過程中Ti、Zr兩種難遷移的元素質(zhì)量不變, 建立評價方程計算出成土過程中各階段的參數(shù)比例, 結(jié)果表明: 形成1 cm厚的溶蝕殘留物需要溶蝕 37.5 cm 厚的巖石, 1.29 cm厚的溶蝕殘留物形成 1 cm厚的成熟土壤, 1 t侵蝕泥沙相當(dāng)于流失掉2.03 t成熟土壤肥力, 依據(jù)以上研究過程計算碳酸鹽巖成土速率為3.62 t/(km2· a), 保持土壤肥力可持續(xù)性的土壤容許流失量為1.78 t/(km2· a)。取研究區(qū)的T值(土壤容許流失量)為2.0 t/(km2· a), 建立適宜于純石灰?guī)r峰叢山區(qū)土壤侵蝕強度分級標(biāo)準(zhǔn)(表1)。

表1 碳酸鹽巖區(qū)土壤侵蝕強度分級標(biāo)準(zhǔn)(t/(km2·a))Table 1 Soil erosion classification standards of carbonate rock areas (t/(km2· a))

5.2 建立巖溶峰叢山區(qū)不同環(huán)境下土壤侵蝕回歸模型

在果化示范區(qū)龍何上小流域劃分成 32個土地單元, 在針對每個土地單元巖溶地質(zhì)環(huán)境因子和土壤侵蝕系統(tǒng)調(diào)查監(jiān)測的基礎(chǔ)上, 采用模糊數(shù)學(xué)方法量化因子, 分析研究篩選出典型巖溶峰叢洼地區(qū)土壤侵蝕評價指標(biāo)體系, 影響巖溶區(qū)土壤侵蝕的主要因子包括: 坡度、植被覆蓋率、巖石裸露率、土壤層平均厚度、土被覆蓋率、表層巖溶帶裂隙率。研究建立了典型巖溶區(qū)坡面土壤侵蝕評價回歸模型。

(1)非耕地土壤侵蝕回歸方程

植被覆蓋率大于土被覆蓋率, 裸巖率大于 40% 時, 土壤侵蝕模數(shù)回歸方程為:

式中, Y為土壤侵蝕厚度(mm); X1為坡度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù); X2為植被覆蓋率; X3為巖石裸露率; X4為土壤層平均厚度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù); X5為土被覆蓋率; X6為表層巖溶帶裂隙率。

(2)耕地土壤回歸方程

裸巖率小于30%時:

式中, Y為土壤侵蝕厚度(mm); X1為坡度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù); X3為巖石裸露率; X4為土壤層平均厚度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù); X5為土被覆蓋率; X6為表層巖溶帶裂隙率。

裸巖率大于30%時:

式中, Y為土壤侵蝕厚度(mm); X1為坡度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù); X3為巖石裸露率; X4為土壤層平均厚度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù); X5為土被覆蓋率; X6為表層巖溶帶裂隙率。

6 巖溶峰叢洼地水土保持模式和技術(shù)

巖溶峰叢洼地水土流失過程特殊、復(fù)雜, 以地下漏失為主, 導(dǎo)致已有非巖溶區(qū)的各項水土保持技術(shù)的許多環(huán)節(jié)已經(jīng)不適宜, 需要針對其環(huán)境的特殊性研究水土保持模式和技術(shù)。巖溶峰叢洼地水土保持必須結(jié)合石漠化的綜合防治, 以水土資源的有效保護和充分合理利用為原則, 以生物措施為主, 輔以相應(yīng)的、小型分散的工程措施, 兼顧生態(tài)經(jīng)濟效益, 因地制宜的開展試驗與示范(Jiang et al., 2014)。通過對比試驗與示范, 篩選出了薜荔、赤蒼藤、扶芳藤、山麻桿、牧草、金銀花等6種適宜巖溶區(qū)土+石組合微地貌單元的水保植物, 設(shè)計了牧草+金銀花、牧草+火龍果(圖 6)、牧草籬、扶芳藤+果、山麻桿+果等微地貌單元生態(tài)土地優(yōu)化利用模式(尹輝等, 2012), 取得了較好的蓄水保土效果。

通過試驗與示范, 研發(fā)了巖溶峰叢洼地適宜的水土保持技術(shù)體系, 包括: 峰叢洼地不同地貌部位的水土保持林建設(shè)技術(shù)、薜荔植物籬技術(shù)、裸露石芽植物籬技術(shù)、砌墻保土地埂植物籬技術(shù)、隔坡式植物籬技術(shù)、土+石組合微地貌單元水土保持技術(shù)、坡面植物梯化技術(shù)、洼地整地種植火龍果技術(shù)等;旱坡耕地水土保持耕作技術(shù), 包括等高種植、水平溝種植、地膜覆蓋、間種、輪作等; 峰坡和洼地小型水保工程建設(shè)技術(shù), 包括坡改梯地、攔蓄水系統(tǒng)、沉沙系統(tǒng)等(羅為群等, 2013)。在馬山弄拉, 主要針對洼地內(nèi)澇嚴(yán)重等問題研究相應(yīng)的洼地內(nèi)澇治理的小型水保工程技術(shù)。在弄拉洼地, 開展了洼地的物探調(diào)查, 以此為基礎(chǔ)制訂了洼地排澇工程方案。環(huán)江古周洼地底部發(fā)展避澇作物。主要作物包括早熟玉米和冬季馬鈴薯, 成功地避開了內(nèi)澇災(zāi)害。栽培桂牧1號等高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)牧草, 抗短期內(nèi)澇。

巖溶峰叢洼地的水土保持應(yīng)當(dāng)注重生物措施與工程措施相結(jié)合, 而且應(yīng)分峰叢洼地的具體地貌部位進行水土流失防治。在山峰應(yīng)主要發(fā)展水源林,涵養(yǎng)表層巖溶泉水資源; 山坡主要發(fā)展生態(tài)產(chǎn)業(yè)防治水土向地下漏失; 在洼地底部, 重點修建排水系統(tǒng)工程, 防止內(nèi)澇水流對土壤的沖刷。

圖6 巖溶坡面火龍果與牧草梯化種植模式Fig. 6 Step plant model of pitaya fruit and grass on the karst slope

圖7 果化示范區(qū)龍何小流域土壤侵蝕模數(shù)年度變化(2003—2013年)Fig. 7 Annual change of soil erosion modulus in Longhe basin of Guohua Experimental Site from 2003 to 2013

7 示范效果和效益

通過多年的石漠化綜合治理和生態(tài)重建工作,果化巖溶生態(tài)示范區(qū)的土壤侵蝕模數(shù)從 2003年到2013年下降了1300 t/(km2·a)(圖7), 土壤侵蝕模數(shù)下降了75%, 植被覆蓋率由10%增加到75%, 水資源利用率提高了80%, 年人均收入提高了20%以上,由不足800元, 到超過了3000元。示范區(qū)已經(jīng)形成了以火龍果為龍頭的配套金銀花、苦丁茶、花生、黃皮、山貓豆、種草養(yǎng)殖等生態(tài)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈, 取得了較好的生態(tài)經(jīng)濟和社會效益, 為西南巖溶地區(qū)石漠化綜合治理和水土保持提供了技術(shù)支撐和示范樣板。

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The Leakage of Water and Soil in the Karst Peak Cluster Depression and Its Prevention and Treatment

JIANG Zhong-cheng1, 2), LUO Wei-qun1, 2), DENG Yan1, 2), CAO Jian-hua1, 3), QIN Xing-ming1, 2), LI Yan-qing1, 2),YANG Qi-yong1, 2)
1) Institute of Karst Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Guilin, Guangxi 541004; 2) Key Laboratory of Karst Ecosystem and Treatment of Rocky Desertification, Ministry of Land and Resources, Guilin, Guangxi 541004; 3) Key Laboratory of Karst Dynamics, Ministry of Land and Resources, Guilin, Guangxi 541004

A karst ecological research team from the Institute of Karst Geology, Chinese Academy of Geological Sciences in Guilin has been going in for the creative study of the leakage of water and soil in the karst mountain areas of Southwest China since the beginning of the 21th century. A series of progresses in the study of leakage of water and soil were achieved in 2013. The concept, processes and mathematic model of the leakage of water and soil were expounded. By using the site monitoring and advanced isotopic techniques, the team firstly and systemically revealed the quantitative differences and causes of the leakage of water and soil in different geomorphologic positions and different ecological environments of the karst peak cluster depression, built the grade classification standards and the regression model of the soil erosion in the karst areas, created some new water and soil preservation models which combined the biological methods with the engineering and technological rules, and formed the pitaya ecological production industry with good ecological and economic benefits in the karst rocky desertification environment. All these research results can provide technological support and demonstration examples for the treatment of the rocky desertification and the conservation of waterand soil in the karst areas of Southwest China.

karst peak cluster depression; rocky desertification; leakage of water and soil; conservation of water and soil

P642.25; X143

A

10.3975/cagsb.2014.05.02

本文由國家科技支撐計劃課題“喀斯特峰叢洼地退化生態(tài)系統(tǒng)適應(yīng)性修復(fù)技術(shù)與示范”(編號: 2011BAC09B02)和廣西科技開發(fā)項目(編號: 桂科攻1140002-3-1)聯(lián)合資助。獲中國地質(zhì)科學(xué)院2013年度十大科技進展第六名。

2014-03-30; 改回日期: 2014-04-25。責(zé)任編輯: 張改俠。

蔣忠誠, 男, 1962年生。研究員, 博士生導(dǎo)師。長期從事巖溶研究, 近年來重點探討巖溶環(huán)境問題。通訊地址: 541004,廣西桂林市七星路50號。電話: 0773-5837342。E-mail: zhjiang@karst.ac.cn。