不同植被类型生态工程治理崩岗灾害效果对比

刘胡玫，唐倩倩，顾延生，柳侃，吴钟腾

(1.中国地质大学(武汉)环境学院，武汉　430074；2.生物地质与环境地质国家重点实验室，中国地质大学(武汉)，武汉　430074；3.国土资源部丘陵山地地质灾害防治重点实验室，福州　350002)



不同植被类型生态工程治理崩岗灾害效果对比

刘胡玫1，唐倩倩1，顾延生2，柳侃3，吴钟腾3

(1.中国地质大学(武汉)环境学院，武汉430074；2.生物地质与环境地质国家重点实验室，中国地质大学(武汉)，武汉430074；3.国土资源部丘陵山地地质灾害防治重点实验室，福州350002)

摘要：生态工程是治理福建省崩岗灾害的关键技术。在总结福建省崩岗生态工程治理模式、关键技术、恢复过程和机理等基础上，以安溪县官桥镇典型崩岗群为研究区，进行了植物为主、工程为辅的生态工程治理措施试验，选取耐瘠耐旱植物及经济植物，设计不同组合模式被覆于实验场地。在此之前，为保证边坡的自然稳定及利于人工作业，对崩岗坡面进行工程改造，使其坡度小于25°。原位测定试验场每日降雨量及各样方每次降雨产沙、产流量。初步监测结果分析表明，花岗岩风化丘陵区崩岗坡面采用马尾松与芒萁联合覆盖模式对于固土和径流拦截具有更显著的效果，该试验结果将为采用不同植被被覆治理崩岗灾害提供科学依据。

关键词：福建省；崩岗灾害；生态工程治理；原位修复试验

1导言

崩岗是在水力和重力共同影响下，发生于花岗岩等高度风化丘陵区的一种特殊土壤侵蚀类型，具有分布广、发育快、危害大等特点。

崩岗成因复杂，受到自然和人为多方面因素综合影响。福建省由于花岗岩红壤风化壳独特的岩土特性，导致土体结构疏松，裂隙发育，且风化壳各层次抗蚀性具有明显差异。在坡度、降雨、植被、人为活动等因素综合作用下，缺少植被覆盖的山体坡面易受到雨水溅蚀和径流侵蚀，逐步发展为崩岗或崩岗群(图1)，使被侵蚀区失去原始地貌，生态环境退化。

图1　研究区附近正在发育的大范围崩岗群

崩岗的破坏性仅次于滑坡和泥石流，其强烈侵蚀作用切割山体，破坏地貌，埋压农田，抬高河床，阻塞道路，淤塞水库，致使地表水土流失严重，土壤肥力下降，区域生境退化，环境资源匮乏，同时还引发旱、涝等次生灾害，直接威胁着周边人民群众的生命财产安全，严重制约了地区经济的可持续发展，是阻碍山区脱贫致富的主要因素之一，因此崩岗的治理成为恢复生态环境、发展社会经济的必要举措。

本文总结了福建省50多年来运用生态工程手段治理崩岗灾害的研究成果，发现野外环境下不同植被类型在崩岗治理效果方面的对比研究有待丰富和完善。对于地处偏远、地形复杂、交通不便的丘陵区崩岗群，其生态环境退化程度较高，难以自然恢复，且在规模性治理开发方面难度较大，需要探索出较为高效的生态工程治理模式，充分发掘植物生态效应和经济价值，实现崩岗治理效益最大化，在恢复退化生态环境的同时力图改善当地群众的生活水平。基于此，在安溪县选择具有以上特点的代表性崩岗群进行原位治理试验，通过设置样方对比研究不同立地条件下不同植被覆盖模式的产流、产沙结果，优选出有效抑制水土流失且具有推广性的植被覆盖模式，为典型崩岗区的生态重建提供理论依据和有力指导。

2崩岗生态工程治理进展

福建省崩岗治理始于20世纪40年代，但早期治理措施主要依赖于搭建谷坊，对崩岗进行封堵，忽视了生态重建的重要性。1962年，长汀县河田水土保持站成立，在工程治理崩岗的同时尝试引种栽培经济果林、茶叶等，并开展造林混插灌草治理。在随后的崩岗生态工程治理中，全省探索总结出的主要经济植物有麻竹、芦柑、荔枝、香蕉、茶树、绿竹、杨梅、龙眼、橄榄、板栗、柿子、银杏等，将崩岗治理与地方经济特色相结合，因地制宜发展经济。

崩岗侵蚀区生态恢复与植被重建应考虑崩岗周边环境及崩岗自身的复杂地貌特征，分别设计不同的工程措施和植被覆盖模式，一般分为沟头、崩壁、崩积体、沟谷、冲积扇五个部分进行治理。工程措施主要包括沟头挖截排水沟、崩壁坡面整平或削坡为阶、崩积体填平、沟道修建谷坊、冲积扇下游筑拦砂坝等。根据不同区域土体稳定程度、立地条件等采用乔灌草、乔草或灌草覆盖模式，选用耐瘠抗旱、喜阳适酸、根系发达、生长期短的地带性林草如马尾松、木荷、相思树、竹类、合欢、胡枝子、多花木兰、桃金娘、光叶山黄麻、野牡丹、菝葜、芒萁、象草、狗牙根、百喜草、香根草、蟛蜞菊等，搭配具有地方特色的经济植物，还可结合具体情况辅以攀援植物如葛藤、地锦等，达到稳定崩岗侵蚀状况、初步恢复退化生态环境，同时创造经济效益的目的[10]。

崩岗生态工程治理模式大致可划分为两种：(1)小流域生态重建：对于地处偏远、崩岗侵蚀面支离破碎、难以进行开发性治理的崩岗山体，以生态效益最大化为治理方针，遵循“上拦、下堵、中绿化”的原则，进行泥沙拦蓄和小流域植被恢复，重现山体覆绿。该治理模式能显著改善崩岗侵蚀区的生态环境，但恢复时间较长，经济效益较低。代表性的治理案例为安溪官桥长垄和仁峰崩岗区，经过10 a的治理，区域植被覆盖率提高50%～90%，土壤肥力明显恢复，拦沙量可观；(2)建设内嵌式生态循环经济区：对于侵蚀面积较大、位置相对集中的崩岗群，根据侵蚀区及周边的具体情况设计农业、林业、养殖业、渔业等多产业嵌套的循环产业链，通过大规模地形改造，引进多种经营行业。在开发治理中仍基本遵循分区治理原则，如在坡顶种植水保林或经济林，崩壁和崩积体改造为梯田种植茶、果，阶间修建排水沟及蓄水池，沟谷修筑谷坊，冲积扇改造为鱼塘或填平，可发展养殖或种植业。该模式以开发带动治理，既能有效治理崩岗灾害，又可较快拉动地方经济，改善人民生活，但初期投入较大。典型示范治理成果有诏安县草子坝小流域综合治理示范点[11]、长汀县矛坑崩岗多种经营立体生态区、长汀县“草-牧-沼-果” 生态农业园[12]、安溪生态茶园[13]等。

小流域生态重建耗时长，植被恢复和土壤改良速度慢，对于具体的植物搭配模式研究成果有待丰富，且经济效益不高，若能探索出高效恢复生态、创造经济价值的生态工程治理模式，将有利于退化生态环境的恢复和地区经济的发展，同时为小流域崩岗灾害的生态工程治理提供范式作用。

3典型崩岗群生态工程治理试验

3.1研究区概况

福建省安溪县位于东经117°35′～118°17′，北纬24°50′～25°26′之间，总面积3 057.28 km2，地处中亚热带与南亚热带海洋季风气候过渡区，光热条件好，气候温和，雨量充沛，年降雨量1 500～2 000 mm，雨日达130～170 d/a，降雨强度大，主要集中在3～9月，占全年平均雨量的81%。年平均温度18.5℃～21℃，最高温39.3℃，最低温-0.9℃。7～9月为台风季节，无霜期350 d。

安溪县是福建省崩岗灾害最严重的地区之一，水土流失问题十分突出。据2000年遥感普查，安溪现有崩岗4 744处，总面积638.05 km2，占全县土地总面积的20.87%。其中大型崩岗(大于3 000 m2)832处、中型崩岗(1 000～3 000 m2)1 997处、小型崩岗1 915处(小于1 000 m2)[14]。

研究区位于安溪县官桥镇吾宗村丘陵区内，东经118°4′41″，北纬25°2′2″，山顶海拔104 m，是典型的交通不便、生态环境退化程度高、难以进行大规模开发性治理的崩岗群(图2)，崩岗面积超过4 000 m2，山体北坡植被茂盛，南坡受崩岗侵蚀严重，植被覆盖率极低，只有零星马尾松生长，沟底密布芒萁及贯众。

图2　试验小区研究对象崩岗群

3.2原位生态工程治理方案

选取研究区山脚下一处较为平缓的崩积堆，进行原位生态工程治理试验。将研究对象坡面通过工程措施修整为坡度小于25°、坡向朝南的试验小区，并将其划分为5个长、宽分别为6 m和2.5 m的对比研究试验样方(图3)。为避免外部水沙的干扰以及相邻样方之间的“串流”作用，砌砖修建外围墙体的同时在各样方之间布设隔离带。试验小区上缘修筑排水沟，隔断后方来水来沙影响。各样方正下方修筑约2 m3的沉砂池，用于收集每场降雨后下泄的水沙，每次收集完后清扫沉砂池。

图3　野外试验场样方布置图

在前期踏查中发现，研究区优势植物为马尾松、野牡丹和芒萁，当地较为普遍的经济植物为茶树。经搜集资料得知距研究区73 km的厦门市辣木产业兴起，辣木被认为是世界上最有营养的树，具有极高的食用、药用价值，且具有耐旱、速生的特点。因此根据以上几种植物设计了5种不同植被覆盖模式下的降雨侵蚀过程对比试验。试验样方从右到左依次编为1～5号，样方1种植马尾松和芒萁，样方2种植野牡丹和芒萁，样方3种植茶树和光叶山黄麻植物篱，样方4种植辣木和象草植物篱，样方5为对照无覆盖裸坡地，其中样方1、2、5为平缓坡面，样方3和4为台坎地形。

同时在场地周边安放HOBO翻斗式自动雨量计，长期监测试验场周边每天降雨量，定期观察5个样方内的植被发育情况，并在每次降雨后读取沉砂池内水位数据，采集水、沙样品。

4生态工程治理结果与分析

不同植被覆盖模式下试验样方径流量和土壤流失量分别与降雨量进行方差分析的结果见表1、表2，对比发现，马尾松与芒萁组合模式下的产沙、产流量与降雨量相关性最高(即R2值最小)，且产沙、产流数据稳定性高(即方差最小)。由于裸坡地对照组是治理前原生态自然环境，受崩岗侵蚀程度高、生态系统退化严重，而样方1的F值与该对照组F值的差值比其他治理模式都大，证明马尾松与芒萁治理模式下的水土流失情况改善最为显著。此外，样方1组内数据彼此间有差异性，作为数据样本具有代表性和可操作性，因此选择样方1的监测数据，进一步探究其产沙、产流量和降雨量的关系。

表1　试验小区各样方径流量和降雨量方差分析

表2　试验小区各样方土壤侵蚀量和降雨量方差分析

图4表明样方1每次降雨产流量(y1)、产沙量(y2)分别与降雨量(x)符合一元一次线性回归方程y1=0.000 2x+0.006和y2=7.882 3x+18.177。由表1、2可知两个方程的显著性水平分别为1.94×10-7和4.87×10-9(P≤0.05)，相关系数为0.990 1和0.997 1，表明方程真实存在且拟合度高。将每次降雨产流、产沙数据代入式中进行验证，误差值皆在可接受的范围内，因此该区域每次降雨的局部土壤侵蚀量和径流量可通过降雨量大小进行估算。

图4　样方1土壤流失量、径流量与降雨量关系图

监测期间(2015年5月～2016年2月)各样方土壤侵蚀量和径流量均值和极差情况如表3，可以看出马尾松-芒萁治理模式的平均土壤侵蚀量和径流量是5个样方中最小的，证明该治理模式的水土保持效果最为显著，其次为野牡丹-芒萁治理模式、茶树-光叶山黄麻植物篱治理模式、辣木-象草植物篱治理模式。该结果与马尾松和芒萁的生态习性有关。乔木马尾松为阳性树种，喜光、喜温，抗旱耐瘠[15]，根系发达，主根明显且有根菌[16]，对土壤要求不严格但喜微酸性土壤，在土壤贫瘠、条件相对恶劣的阳坡上和陡峭石缝中都能生长。芒萁的根状茎匍匐覆盖于土壤表层，呈网状密布，侧茎上的根簇比主茎密集[17]，生长快速，地上、地下单位面积生物量都较大，喜酸性土壤，大量见于红壤坡面和沟壁，是崩岗侵蚀区草本层优选种，易与其他物种形成共存格局[18]。芒萁快速生长的特点弥补了马尾松作为乔木生长周期较长的缺点，发挥了上层乔木与近地被层拦截降雨势能的作用，因此该植物组合对研究区高度发育崩岗环境具有极强的适应性，表现出优异的固土和径流拦截效果。

表3　试验小区各样方土壤侵蚀量和径流量均值和极差

5结论与讨论

安溪官桥典型崩岗群的原位生态工程治理试验初步研究结果表明，经过工程改造的25°左右平缓坡面上，乔木马尾松与蕨类芒萁的覆盖模式在水土保持方面表现出突出的优势。在监测的10个月中，采用该植被治理措施的试验样方每次降雨产沙、产流量皆明显小于采用其他植被措施的样方，且数据表现稳定，即随降雨量增大，产沙、产流量增幅小于其他样方。马尾松与芒萁的生态习性能良好适应崩岗灾害造成的退化生态环境，是当地的优势植物，以此二者作为生态恢复的先锋物种，既节约了种植成本，又能达到通过人为辅助快速重建侵蚀区植被的效果，在红壤区花岗岩小流域生态工程治理方面具有推广意义。

尽管如此，试验中植物组合模式较为简单，需要在完成群落初级演替后设计更为复杂的、更接近自然群落的植物群落生境，并辅以人为促进措施，研究群落发生、发展过程规律。另外，考虑到南方红壤区高风化程度、低有机质、土地贫瘠的特点，可尝试在条件允许的情况下，适当施肥，加速植被恢复进程，达到高效的生态工程治理效果。

参考文献

[1]涂樵艳，邓万程，邹书文．崩岗的危害及其综合治理[J]．资源与环境科学，2014,(19)：276-277．

[2]吴志峰，王继增．华南花岗岩风化壳岩土特性与崩岗侵蚀关系[J]．水土保持学报，2000，14(2)：31-35．

[3]李旭义，查轩，陈世发．崩岗侵蚀治理范式结构与功能研究[J]．水土保持研究，2009，16(1)：93-97．

[4]刘瑞华．华南地区崩岗侵蚀灾害及其防治[J]．水文地质工程地质，2004(4)：54-57．

[5]林松锦．红壤丘陵区水土流失保护性开发治理模式及对策研究[D]．福州：福建农林大学，2004．

[6]阮伏水．福建省崩岗侵蚀与治理模式探讨[J]．山地学报，2003，21(6)：675-680．

[7]黄志尘，颜沧波．安溪县龙门镇崩岗调查及防治对策[J]．福建水土保持，2000，12(1)：39-41，45．

[8]岳辉．河田侵蚀区崩岗的生物治理研究[J]．亚热带水土保持，2005，17(1)：13-14，28．

[9]谢建辉．德庆县崩岗治理及其防治对策[J]．亚热带水土保持，2006，18(2)：52-54．

[10]陈志彪，朱鹤健，刘强根，等．溪河小流域的崩岗特征及其治理措施[J]．自然灾害学报，2006，15(5)：83-88．

[11]叶松清．草子坝小流域综合治理效益及做法[J]．福建水土保持，2002，14(3)：32-33．

[12]何钟文，查轩，黄少燕．南方红壤丘陵区侵蚀退化地成因及生态恢复措施研究[J]．亚热带水土保持，2015，27(4)：44-48．

[13]廖金成．安溪茶乡生态县建设的主要做法及成效[J]．福建农业科技，2014,(6)：83-85．

[14]洪思泽，陈志明，许永明．利用崩岗侵蚀劣地建设生态茶园的主要技术探讨[J]．中国水土保持，2006,(2)：26-27．

[15]陈德泼．大田县主要造林树种水土保持分析与研究[J]．林业勘察设计，2014,(2)：90-95．

[16]谢锦升，陈光水，何宗明，等．退化红壤不同治理模式马尾松生长特点分析[J]．水土保持通报，2001，21(6)：24-27．

[17]刘迎春，刘琪璟，汪宏清，等．芒萁生物量分布特征[J]．生态学杂志，2008，27(5)：705-711．

[18]蓝良就．闽西侵蚀退化红壤生态恢复研究[D]．福州：福建农林大学，2012．

EFFECT CONTRAST OF DIFFERENT VEGETATION FORM IN SLUMP GULLY CONTROL BY ECOLOGICAL ENGINEERING

LIU Hu-mei1, TANG Qian-qian1, GU Yan-sheng2, LIU Kan3, WU Zhong-teng3

(1.School of Environmental Studies, China University of Geosciences, Wuhan430074,China;2.State Key Laboratory of Biogeology and Environmental Geology,China University of Geosciences,Wuhan430074,China; 3.Key Laboratory of Geohazard Prevention of Hilly Mountains, Ministry of Land and Resources,Fuzhou350002,China)

Abstract:Ecological engineering is the key technology of slump gully control. After summarizing the pattern, key technology, recovery procedure and mechanism of slump gully control by ecological engineering in Fujian Province, field experiment was conducted based on plant and auxiliary engineering measures in the research area of representative collapsing hill group in Guanqiao Town, Anxi Conty. On the basic of region vegetation investigation, several barren and drought-enduring plants and economic plants were chosen to cover the slope in different vegetation patterns. In order to ensure the stabilization of the slope and to facilitate manual operation, the gradient was engineered to be less than 25°. Soil erosion amount and runoff volume of each plot after every rainfall was monitored as well as daily precipitation. Analysis of preliminary monitoring results indicated that the vegetation cover pattern of Pinus massoniana and Dicranopteris dichotoma showed ideal effects on soil fixation and runoff intercept on the slope of slump gullies developed in highly-weathered granite region, which will provide scientific basis for using different vegetation cover patterns to control slump gully hazard.

Key words：Fujian Province; slump gully hazard; ecological engineering treatment; in-situ remediation experiment

文章编号：1006-4362(2016)02-0048-05

收稿日期：2016-01-16改回日期：2016-03-17

基金项目：福建省科学技术厅重点项目“福建省崩岗侵蚀过程研究”(2014Y0002)资助

中图分类号：P642.21;X171.1

文献标识码：A

作者简介：刘胡玫(1990-)，女，硕士研究生，主要从事水土流失与植被恢复学习研究。E-mail:331211816@qq.com