吳家洪，趙佳鼎,2，肖勝生,2*

(1.江西省水土保持科學研究院，江西 南昌 330029；2.江西省土壤侵蝕與防治重點實驗室，江西 南昌 330009)

0 前言

紅砂巖是指侏羅紀到新近紀的陸相沉積巖系，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，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，約占全省國土面積的10%，其中紅砂巖紅壤1.18萬km2[2]。贛南地區(qū)紅砂巖層面積達到0.65萬km2[3]。

作為一種特殊的成土母質(zhì)，紅砂巖具有物理風化強烈、遇水軟化、崩解碎裂及強度降低等特殊地質(zhì)力學性質(zhì)，在自然營力和干濕循環(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)利用導致植被破壞嚴重，致使紅砂巖母質(zhì)地區(qū)長期以來遭受到強烈的土壤侵蝕，土壤質(zhì)量嚴重退化。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；在贛南紅砂巖嚴重侵蝕區(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)力學性質(zhì)，目前相關研究重點圍繞物理力學特性開展，如紅砂巖邊坡穩(wěn)定性、紅砂巖施工技術與控制[3,5]、紅砂巖的路用性質(zhì)[6-8]。但目前在紅砂巖母質(zhì)紅壤侵蝕過程與機理方面的研究不多，如唐翔宇等[9]采用137Cs技術，得到紅砂巖紅壤坡耕地侵蝕模數(shù)大于120 t/(hm2·a)，明顯大于第四紀紅黏土紅壤[<100 t/(hm2·a)]，且上坡部侵蝕作用強于下坡部；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，晝夜溫差大和土溫變幅大，一般植物難以越夏，加上嚴峻的地形條件和水土流失狀況，造成在紅砂巖母質(zhì)上進行植被恢復困難較大，而且零星的研究主要是針對紅砂巖公路邊坡植被恢復的[11-13]，鮮見其他紅砂巖侵蝕劣地植被恢復的相關研究。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[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，也是建設高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)農(nóng)田的基礎，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)，國內(nèi)工程界對紅砂巖的工程特性進行了廣泛的試驗研究，但對紅砂巖侵蝕劣地，尤其是裸露紅砂巖山丘和坡耕地治理研究在理論和實踐等方面還很薄弱。因此，如何在有效控制水土流失、恢復重建植被的基礎上，向紅砂巖侵蝕劣地“要地”，加強綜合治理，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)濟的關鍵。

1 研究方法

本研究包括實地調(diào)研和現(xiàn)場試驗示范兩大部分。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、弋陽和修水3個典型縣進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)基礎調(diào)研，并通過實地走訪調(diào)查和文獻資料查閱等方式調(diào)查了這3個縣的紅砂巖侵蝕劣地的生態(tài)恢復和農(nóng)林開發(fā)的關鍵技術和典型治理模式，并結合水土保持重點建設工程在寧都縣還安小流域和修水縣大橋小流域進行了試驗示范。在調(diào)研過程中，注重與地方水土保持部門技術人員、農(nóng)林開發(fā)大戶以及當?shù)厝罕娺M行咨詢和溝通。

圖1 江西省紅砂巖發(fā)育土壤分布狀況

2 結果與分析

綜合起來，紅砂巖侵蝕劣地防治目標(或稱治理方向)主要是2個方面：生態(tài)恢復和開發(fā)利用。從治理歷史來看，由于主要受限于經(jīng)濟條件，紅砂巖侵蝕劣地的開發(fā)利用還不多，而以生態(tài)恢復治理為主。隨著經(jīng)濟社會的發(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)利用價值逐步被發(fā)現(xiàn)，開發(fā)性治理紅砂巖侵蝕劣地的實踐探索也越發(fā)普遍，但缺乏理論總結。

在紅砂巖侵蝕劣地治理的技術研究和模式提煉過程中，必須堅持以下幾點基本原則：(1)生態(tài)治理與開發(fā)利用相結合，強調(diào)開發(fā)利用必須在有效控制水土流失的基礎上進行。(2)治溝與治坡相結合，強調(diào)治理嚴重侵蝕劣地重點在于對坡面進行治理，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合，做到以工程保生物，以生物護工程。涉及到農(nóng)林開發(fā)還必須加強耕作措施的應用，加速改善土壤結構和培育土壤肥力。(4)當前治理與后期管護相結合，強調(diào)需要加強后期的維護，延長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)實地調(diào)研和現(xiàn)場試驗，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)恢復模式

在生態(tài)恢復治理方向下，紅砂巖侵蝕劣地可以總結提煉出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，植被覆蓋度達到70%以上，生態(tài)平衡得到恢復，水土流失基本得到控制。防控思路以維持區(qū)域相對穩(wěn)定為目標，利用贛南雨熱豐富的特點，采取大封禁和小治理相結合的方法，在大自然充分自我修復能力的基礎上，進行局部、零星的水土保持措施點綴。如開挖水平竹節(jié)溝對局部水土流失較為嚴重的集水坡面進行徑流調(diào)控，補植濕地松(Pinuselliottii)、楓香(LiquidambarformosanaHance)、木荷(Schimasuperba)、胡枝子(LespedezabicolorTurcz.)、寬葉雀稗(Paspalumwettsteinii)等植物，改善植被結構，促進草灌喬結合，促進植物群落的順向演替，變單純的馬尾松疏林為混合林坡。同時加強病蟲害和火災防控，促進植被恢復。其中若該侵蝕區(qū)屬于微度侵蝕，可以不輔助小治理，加強封禁管護即可。

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，起到改善林分結構和阻控徑流泥沙的作用。治理前，目標區(qū)域植物結構不良，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，導致林下水土流失較為嚴重。主要技術要點：在林間環(huán)山以適當間距等高種植灌木+草本混合植物，灌草適當密植；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構適當調(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1.5 m)，再在水平階上混合栽植(混播)目標灌木和草種，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 如果屬于強烈及以上侵蝕等級，若想較好地恢復生態(tài)，則需進行強度人為干擾，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，以植物護工程。紅砂巖強度侵蝕區(qū)水源涵養(yǎng)差，林草存活率低，通過開挖高標準的竹節(jié)水平溝，喬、灌、草種植結合，營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，提高林草存活率，是荒山快速復綠的一個好途徑。竹節(jié)水平溝整地按10年一遇24 h最大雨量設計，溝由半挖半填作成，內(nèi)側挖出的土用在外側做埂，埂頂寬20 cm，坡比為1∶1，埂肩撒播草籽防護；溝口上寬60 cm，底寬40 cm，溝深50 cm；溝內(nèi)每隔5～10 m留設一道橫土擋，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。喬灌草品種應具備根系發(fā)達、根蘗萌發(fā)力強、固土能力強等特點，有較強的適應性和抗逆性，耐瘠耐旱，生長旺盛，郁閉迅速，且最好能夠具有一定的經(jīng)濟價值，兼顧當?shù)厝罕妼θ剂?、肥料、飼料、木材及開展多種經(jīng)營的需要。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 針對坡度較緩、立地條件較好的紅砂巖侵蝕區(qū)，若具備進行大規(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，增加單位面積土地生產(chǎn)力，獲取較大經(jīng)濟效益，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)濟林地，盡管初期投入較大，但對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)為高標準生態(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+梯壁植草模式構建。田塊沿等高線布設，大彎就勢，小彎取直。田面寬3 m，內(nèi)斜3°～5°(反坡)；田面外側修筑田埂，內(nèi)側修筑坎下溝，坎下溝內(nèi)每隔5～10 m留設一橫土垱。在田面中心稍外側挖栽植穴。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重侵蝕區(qū)，根據(jù)試驗成果，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)路溝上鋪設有草被層，草被層要求為耐踐踏、固土能力強的鄉(xiāng)土低矮草本，如假儉草和結縷草(ZoysiajaponicaSteud)等；生態(tài)路溝內(nèi)側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)目標樹種調(diào)整。在研究過程中，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 結論與展望

3.1 主要結論

在實地調(diào)研和現(xiàn)場試驗的基礎上，結合治理方向，本研究總結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，部分學者針對紅砂巖侵蝕劣地的治理進行了大量的研究工作，取得了豐富的研究成果。但總體來說，存在3個方面的問題，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)律及其侵蝕機制方面的差異，為后期土壤侵蝕防治的技術研發(fā)與模式提煉提供針對性更強的科學依據(jù)。

(2)根據(jù)紅砂巖風化程度的不同(如長期風化形成的土質(zhì)坡面、強風化紅砂巖坡面和弱風化夾硬石坡面)，有針對性地研發(fā)侵蝕劣地工程防護、生物防護及綜合防護關鍵技術。

(3)本研究提出的治理模式主要從生態(tài)恢復和農(nóng)林開發(fā)兩大方向考慮，但是實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?shù)匾庠?，權衡生態(tài)服務功能與社會經(jīng)濟發(fā)展，研究生態(tài)-經(jīng)濟協(xié)同提升的紅砂巖侵蝕劣地綜合治理模式，達到生態(tài)產(chǎn)業(yè)布局優(yōu)化和生態(tài)功能提升的雙重目標。