红砂岩侵蚀区小流域综合治理工程设计研究——以宁都县还安小流域为例

张利超，刘窑军，汤崇军，杨 洁，段 剑，张 杰

(江西省水土保持科学研究院 江西省土壤侵蚀与防治重点实验室，江西 南昌 330029)

红砂岩是泥岩、砂岩、泥质砂岩、砂质泥岩、粉砂岩等岩石的统称，我国红砂岩分布面积约82.6万km2，占全国陆地总面积的8.61%[1]。江西省地处南方红壤地带的中心区域，其红壤主要由花岗岩、第四纪红黏土和红砂岩等母质发育而成。作为我国水土流失严重的省份之一，江西省水土保持工作经过多年的努力取得了巨大成效，但水土保持生态建设工作依然任重道远。根据第一次全国水利普查江西省水土保持专项普查成果和《第一次全国水利普查水土保持情况公报》《江西省第一次水利普查公报》《江西省水土保持公报(2013)》，全省水土流失总面积仍然高达2.66万km2，水土流失总体好转与局部恶化并存的现象在一段时间内还会存在[2-3]，水土流失依然是制约该省社会经济可持续发展的主要因素之一[4-5]。赣南地区红砂岩分布极为广泛，且分布地段多在海拔200 m以上，区域红砂岩面积达到0.65万km2，约占全区总面积的16%[6]。红砂岩具有物理风化强烈、遇水软化、崩解碎裂及强度降低等特殊地质力学性质，红砂岩发育形成的红壤结构性差，易发生水土及养分流失，进而形成侵蚀劣地，是水土流失治理迫切需要解决的问题[7]。

宁都县水土流失面积与严重程度位居赣南地区之首，在全省排在前列，其红砂岩侵蚀劣地具有区域典型性[8]。宁都县是国家级水土流失重点治理县，水土保持工作已连续开展了30多年，历来受到各级政府、部门的高度重视[10-11]。2012年6月28日，《国务院关于支持赣南等原中央苏区振兴发展的若干意见》发布，指出要加强赣南地区生态建设与水土保持，加大水土流失综合治理力度，继续实施水土保持重点建设工程，开展生态系统保护与修复治理，到2020年赣南等原中央苏区整体实现跨越式发展。几十年来，尤其是2013年8月以来，党中央、国务院确定水利部对口支援宁都县，水利部从组织领导、规划编制、项目建设、水利改革、人才培养等方面加快推进，宁都县水土保持工作取得了很大进展和显著成效[12-14]。水利部在印发的《水利部对口支援江西省宁都县振兴发展的指导意见(2013—2020年)》中明确提出，支持宁都进一步加强水土资源保护与修复工作，推进国家水土保持重点建设工程老区项目建设。 以此为契机，宁都县还安小流域综合治理工程被列为国家水土保持重点建设工程。

1 小流域概况

还安小流域地处赣江源头最大一级支流梅江的中、下游，位于宁都县城北郊石上镇境内，涉及石上、干头、莲湖3个行政村。流域总面积27.61 km2，水土流失面积17.42 km2，占流域总面积的63%，土壤侵蚀模数为4 637 t/(km2·a)，土壤主要为红砂岩红壤。流域内砾石、砂粒较多，风化壳厚度在15 m以上，最厚50 m左右，植被破坏后土壤侵蚀呈砂粒化面蚀，属红砂岩严重水土流失区。流域地处亚热带湿润季风气候区，多年平均气温为18.3 ℃，多年平均降水量为1 645 mm，降水年内分配不均，主要集中在4—6月，期间降水量约占全年的49.8%，且多以暴雨形式出现。地貌类型以山地丘陵为主，局部为河谷平地，海拔192～296 m。

2 小流域治理难点与技术创新点

2.1 治理难点

(1)立地条件恶劣。小流域内集中连片分布着大规模的红砂岩侵蚀劣地，砾石、砂粒较多，胶结不实，极易风化，表土流失极其严重，土地资源利用率极低，群众深受其害。项目区内地形复杂，植被稀少，部分水土流失严重地段植被覆盖度在15%以下，原有植物群落退化严重，治理难度大。

(2)定位要求较高。为展示赣州在全国水土保持改革试验区建设中取得的新成效，还安小流域综合治理项目力求成为江西省甚至全国水土保持的“赣南样板”，力争解决红砂岩侵蚀劣地坡面开发利用引起的水土流失问题，建立全国第一个红砂岩水土保持高新科技转化示范基地。同时，作为国家水土保持重点治理工程建设项目，要进一步顺应国家重大战略和改革要求，努力建设成为理念创新、技术先进、成效显著且具有地域特色的红砂岩小流域综合治理先行示范区。

2.2 技术创新点

2.2.1 理念创新

(1)以“五位一体”技术体系为支撑，带动小流域重点治理。针对新形势下南方红砂岩侵蚀劣地的水土流失特点，以生态功能提升与生产功能优化为核心，力争集成地表径流调控、土壤肥力提升、自动监测预警、植被可持续恢复和景观结构优化“五位一体”的红砂岩侵蚀劣地综合治理关键技术体系和高效利用模式，并通过将关键技术进行转化、应用和展示，建立红砂岩侵蚀劣地综合治理关键技术集成与示范基地，以科技为支撑带动小流域重点治理，直接服务于目前需求迫切的国家生态文明建设。

(2)建立“两轴引领”“三区鼎立”的防治格局。充分掌握小流域范围内现有资源状况、空间及土地利用结构、开发现状及未来发展趋势，以水土保持科技展示轴、水土保持农业示范轴为引领(“两轴引领”)，建立以红砂岩侵蚀劣地综合治理展示区、坡地水土保持型生态农业示范开发区和生态功能保护区“三区鼎立”的小流域综合治理总体格局，有侧重地应用专项技术成果直击各分区“顽疾”，对症下药，确保效果显著。提出“水+土+生+人”的“水土保持+”治理理念，融入新手法新工艺，将水土保持示范展示与生态景观、水土文化相融合，优化景观格局，突出江西省水土保持的亮点特色。

2.2.2 技术集成

项目区构建了基于小流域综合治理的红砂岩侵蚀劣地综合治理关键技术体系一套，集成应用水土保持三大核心先进技术进行小流域综合治理，三项技术环环相扣，在源头、途径及末端多管齐下，将技术成果创造性地应用于侵蚀区的农林开发类项目的水土流失综合治理中。主要先进技术包括：①红砂岩侵蚀劣地坡面整治与雨洪资源利用水土保持技术；②规模化经果林精准水肥一体化灌溉施肥技术；③小流域水土流失与旱涝自动监测预警技术；④其他技术，包括人工湿地、生物浮岛等净化污染水体技术，LID低影响开发技术(雨水花园、下凹斑块绿地等)，智能化多功能温室大棚栽培技术，无人机对地动态监测技术，“3S”数字化技术等的应用。

2.2.3 机制创新

(1)自主创建民办公助式新模式。发展“公司+基地(合作社)+农户” “基地+农户”等经营模式，通过民办公助，确保后期管理模式以公司化管理为主，实现机制创新。此外，小流域治理走“以区养区”之路，通过特色产业带动整个项目区的可持续健康发展。

(2)科研工作站。项目区为科研试验提供平台及应用基地，同时促进科研成果转化为生产力，实现治理成效与研究成果的“比翼双飞”，显著提高小流域综合治理的水平与科技含量。

3 水土保持措施配置体系

牢固树立山水林田湖草是一个生命共同体的理念，统筹山水林田湖草系统治理，根据全省水保生态建设长远发展的重要基础性支撑研究成果——《江西省水土保持区划及防治布局研究》[15]，依据小流域内不同的立地条件、侵蚀强度，划分功能区，针对不同的功能分区采取相应的技术及植物、工程措施进行治理。工程设计内容由水土流失综合治理措施、水土保持系统监测、特色产业种植示范基地、附属配套建筑及设施、景观及水保科普示范五部分组成。工程建设规模为1 498.1 hm2。

3.1 红砂岩侵蚀劣地综合治理展示区

该区域属于强风化红砂岩区，侵蚀程度在中度、强烈以上，地表基本裸露，治理难度最大。针对项目区内红砂岩长期风化形成的土质边坡、风化夹硬石边坡等不同类型的边坡，分别采取不同的恢复措施，综合运用竹节水平沟+乔灌+混合草、小穴密垦点播胡枝子、小穴植草、小穴植草+喷播植草、鱼鳞坑大穴种植等先进的水保林草营造技术，有效覆盖裸露地表，改善原有恶劣的立地条件，并在沟壑发育的沟蚀严重地区，合理布置谷坊、拦沙坝等小型水利水保工程，拦蓄径流泥沙，把严重侵蚀区建成综合治理模式的集成展示区。

根据治理需要，分区筛选水土保持植物，为林下水土流失防治筛选出根系发达、根蘖萌发力强、固土能力强、适应性和抗逆性较强、耐瘠耐旱、生长旺盛、郁闭迅速，且具有一定经济价值的水保植物(重点推广黄栀子、连翘)，并根据林相不同，分别采取灌草混交、乔灌混交和乔灌草混交等优化组合进行植被恢复。该区域应用了径流小区试验成功的马尾松+木荷+黄栀子+胡枝子、湿地松+枫香+胡枝子+硬骨草、马尾松+乌桕+桃金娘、重阳木+木荷+连翘+假俭草、紫穗槐+紫云英等林草配置模式。治理过程中特别注重先锋树种及固氮树种对土壤的改良作用，并创新尝试加入了具有乡土景观特色的水保树种，其中连翘、黄栀子、桃金娘作为优良水保植物已在项目区及赣南进行了大面积推广。

该区域还结合地形设置了红砂岩治理标准径流小区、模拟降雨示范区、气象观测站，用于进行科研观测及科普教育。

3.2 坡地水土保持型生态农业示范开发区

该区域立地条件较好，属轻、中度侵蚀，坡度在25°以内，原有部分分散果园林地。以坡地农业复合开发水土流失控制和提质增效为目标，根据地形条件，应用多项水土流失治理技术及经果林林下多功能水保植物优化组合技术等，优化坡地农业和林果业空间配置模式，即：以山坡地水土保持型立体生态农业模式为主，同时配合实施坡地旱田和坡地水平梯田(含经果林)立体种植模式；从蓄水保土、产业提升等方面采取了坡面工程优化配置(在2°～5°坡面，采取保水保土种植+植物篱；在6°～15°坡面，采取前埂后沟+梯壁植草+反坡梯田+坡面水系；在16°～25°坡面，采取生态路沟或生态草沟+鱼鳞坑大穴深垦+改土培肥及坡面经济开发配套措施，如地表覆盖、果园生草、农林复合等)。坡面水系工程是坡地水土保持型生态农业的重要组成部分，雨水集蓄利用果园坡面水系配置措施包括三种技术模式、体系，即集“拦-蓄-净-排-灌”为一体的坡地立体径流调控技术模式(生态草沟、水平沟、山边沟、排水沟、沿山沟、引水沟、灌溉渠等)、低山丘陵集雨自灌+提灌技术(蓄水池、沉沙池、引水沟等)、雨水集蓄高效滴灌等措施体系。

将坡地分为“顶林-腰果-底谷”3层进行立体治理，最终形成典型的“林→果→畜”水土保持型生态农业模式。①坡地顶部为保护层，此层根据不同条件采用林盖顶或草盖顶，依据高度选择不同水保树种和草种。②在山丘的中部开发“反坡梯田+前埂后沟+梯壁植草”种植脐橙、油茶等经果林，同时依据地形地貌特点，建造沉沙池-蓄水池，并利用“反坡梯田+前埂后沟+梯壁植草”中的坎下沟，基于生态草沟泥沙输移特征及侵蚀防控机制方面的基础研究成果，营造生态草沟有效地防治水土流失；将坡面的雨水径流引蓄到蓄水池中，再将自流灌溉与滴灌相结合用于干旱季节灌溉，而“腰果”的废弃果物为“底谷(养殖)”提供有机肥和饲料来源。③在山丘的下部修建山塘进行禽畜及鱼类养殖，发展生态农业(渔业)，同时结合提灌技术，在干旱季节用山塘蓄集的雨水提灌山丘中部的经果林。

项目区根据治理需要，还应用了低山丘陵集雨自灌+提灌技术，即“反坡台地+梯壁植草+坎下沟+引水渠+蓄水池”的水土保持技术措施。反坡台地、枯落物覆盖、梯壁植草和坎下沟等水土流失综合治理措施对调节坡面径流、优化水源效果明显。低山丘陵集雨自灌+提灌技术将集雨与节灌相结合，雨水集蓄利用工程与先进的水保、农艺措施相结合，做到了“涝能蓄、旱能灌”，为南方红壤区的水土流失治理和农业节水灌溉工作提供了新的思路，起到了很好的示范作用。

该区域建设有16.67 hm2的滴灌设施，采用了国内外最先进的滴灌技术，拥有配套完整的过滤系统、注肥系统、控制系统等关键设备，科学合理的管网布置可保证根据作物需水需肥规律适时适量地精准灌溉和水肥一体化施肥灌溉。对规模化种植而言，整个灌溉系统的操作和农田水分的管理(适时适量确定灌水时间)方法简单、高效、省工，且在设计合理的前提下，施肥均匀，化肥利用率高，能有效减少面源污染。项目区根据种植作物及实际情况还采用了压力补偿式滴灌。

3.3 生态功能保护区

小流域上游及水源保护地周边，生态环境相对较好，原有林地状况良莠不齐，约有60%的区域较为稳定，40%左右的地表植被生长不良或退化。

该区域以林草工程措施为主，林草工程作为一项根本措施[16]重点应用“封禁+补种+管护”模式进行生态修复，即“大封禁，小治理”的模式：“大封禁”即对水土流失在轻度以下并能满足自然恢复植被要求的乔木林地、疏林地和灌木林地，采取封禁治理依靠自然修复能力恢复植被；“小治理”即在重点治理中推广抚育、施肥措施，并针对红砂岩侵蚀区土质硬、土层薄、可溶性养分含量低、吸热性强、昼夜温差大、植物较难生长的现状，筛选出优良水土保持乔灌草种，尤其是在植被稀疏、种群结构单一、景观较差的地方，适当补植景观植物品种，加速植被恢复，减轻水土流失，提升生态景观效果。

3.4 水土保持生态景观化的治理措施

通过水土保持措施完成景观提升，能让水保工程更加人性化、地域化、景观化，并满足潜在的旅游休闲需求，形成独特的地域景观。设计中根据项目区水土流失现状、地形坡度及山地植被分布情况等因素，遵循自然和乡土特色原则，将景观及景观生态学的设计方法应用于水保工程中，使生态景观与水土保持工程相协调。在工程方面，通过在不同地形布置的水保措施及建筑设施、环山步行空间及休憩节点空间等，设计不同的主题景观，凸显水土保持项目的特色；在植被方面，依托经果林下多功能水保植物优化组合技术等，设计了水保彩叶林、经果林+开花灌木(或地被)、芳香经济植物、野生宿根花卉、观赏草等适合粗放管理且观赏效果极佳的种类，并结合多种配置手法及景观小品展示介绍，形成植物科普园地。

最后，在小流域下游的农村河道出口处建设卡口站，应用水土流失与旱涝自动监测预警技术，对小流域3个区域进行野外实时水土流失监测，为自然降雨条件下的水土流失预测预报提供数据参考和服务；实现不同尺度的径流和泥沙动态监测，为洪涝灾害提供预测预警服务；同时，动态监测气象、土壤水分，为项目区水土保持生态农业的干旱、洪涝灾害提供预警信息。一系列综合治理措施的实施，为小流域及下游农村河道的水生态修复与近自然治理提供了坚实的基础与科技支撑。

4 设计实施成效

通过国家水土保持重点建设工程宁都县还安小流域综合治理工程的规划设计与实施，小流域范围内的水土流失综合治理程度达到86%，25°以上陡坡耕地全部退耕还林还草，植被覆盖率达到84%，宜治理水土流失面积得到全部治理，土地利用率达到89%，土地利用结构得到合理调整，小流域每年减少土壤流失量6.43万t，提高蓄水能力69.36万m3，减沙效率达72.8%，土地产出增长率达65%，商品率达70%，小流域各项技术经济指标均达到或超过《水土保持综合治理验收规范》(GB/T 15773—2008)一级标准，形成了完善的水土保持综合防治体系，治理成果和示范效果显著，带动了赣南其他地区红砂岩侵蚀劣地的综合治理工作；建立的红砂岩水土保持科学试验和研究基地极大地提高了红砂岩地区水土保持工作的科研创新能力，为红砂岩地区水土保持生态建设提供了有力的技术支撑。

以还安小流域水土流失综合治理工程为依托建设的宁都县水土保持科技示范园，成为赣南首个国家级水土保持科技示范园。借助于还安小流域内齐备的基础设施及显著的治理成效，先后开展了多项国家级、省部级、厅级重大课题研究，尤其是完成了国家重点研发计划项目——高效开发型水土流失治理技术集成与示范、特色林果产业开发水土流失治理技术集成与示范、以生态-生产功能协同提升为核心的红壤低山丘陵区水土流失综合治理模式与示范等，并将其研究成果成功应用到了更大范围的南方红壤低山丘陵区水土流失综合治理[17-18]，取得了显著成效。