江西红砂岩侵蚀劣地综合治理模式研究探讨

吴家洪，赵佳鼎,2，肖胜生,2*

(1.江西省水土保持科学研究院，江西 南昌 330029；2.江西省土壤侵蚀与防治重点实验室，江西 南昌 330009)

0 前言

红砂岩是指侏罗纪到新近纪的陆相沉积岩系，因富含铁质氧化物呈现红色、深红色、紫色或者褐色。我国红砂岩主要分布在华东、中南以及西南各省区，总面积约82.6万km2[1]。作为南方红壤区的中心地带，江西省红壤主要由花岗岩、第四季红黏土和红砂岩等母质发育而来，其中红砂岩母质土壤主要分布在吉泰盆地、赣州盆地、信江盆地和广昌盆地等，约占全省国土面积的10%，其中红砂岩红壤1.18万km2[2]。赣南地区红砂岩层面积达到0.65万km2[3]。

作为一种特殊的成土母质，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，在自然营力和干湿循环作用下，岩块易崩解碎裂，颗粒遇水易泥化而发生严重的水土流失[4]。另外，江西省红砂岩地区雨量充沛，但全年分布不均匀，干湿季节明显，加之不合理的开发利用导致植被破坏严重，致使红砂岩母质地区长期以来遭受到强烈的土壤侵蚀，土壤质量严重退化。如赣北修水县有裸露红砂岩山丘162.19 km2，坡度大都在40°～65°，成为水土流失治理的难点；在赣南红砂岩严重侵蚀区，表土流失殆尽，地表呈现荒漠化景观，土地利用率很低，成为水土流失治理迫切需要解决的问题。

由于红砂岩特殊的地质力学性质，目前相关研究重点围绕物理力学特性开展，如红砂岩边坡稳定性、红砂岩施工技术与控制[3,5]、红砂岩的路用性质[6-8]。但目前在红砂岩母质红壤侵蚀过程与机理方面的研究不多，如唐翔宇等[9]采用137Cs技术，得到红砂岩红壤坡耕地侵蚀模数大于120 t/(hm2·a)，明显大于第四纪红黏土红壤[<100 t/(hm2·a)]，且上坡部侵蚀作用强于下坡部；陈晓安等[10]指出：崩岗也较为容易在红砂岩母质地区发育。另外，红砂岩吸热性强，昼夜温差大和土温变幅大，一般植物难以越夏，加上严峻的地形条件和水土流失状况，造成在红砂岩母质上进行植被恢复困难较大，而且零星的研究主要是针对红砂岩公路边坡植被恢复的[11-13]，鲜见其他红砂岩侵蚀劣地植被恢复的相关研究。尽管红砂岩红壤质地较轻，具有养分含量低、供肥保肥性能差的特点[2]，但由于其大面积分布，是一种重要的农耕土壤，因此其农业开发综合治理也颇为重要，如邢礼忠等[14]研究指出，红砂岩发育而成的土壤是十堰市主要的农耕土壤，平整土地、做好水土保持措施是改良利用红砂岩土壤的根本性措施，也是建设高产稳产农田的基础，坡改梯和等高沟垄作是有效的保水、保土、保肥种植方式。

综合分析发现，国内工程界对红砂岩的工程特性进行了广泛的试验研究，但对红砂岩侵蚀劣地，尤其是裸露红砂岩山丘和坡耕地治理研究在理论和实践等方面还很薄弱。因此，如何在有效控制水土流失、恢复重建植被的基础上，向红砂岩侵蚀劣地“要地”，加强综合治理，提高其土地资源的利用率，成为改善红砂岩侵蚀区生态环境和发展农林经济的关键。

1 研究方法

本研究包括实地调研和现场试验示范两大部分。首先根据江西省红砂岩母质土壤分布状况(图1)，选择宁都、弋阳和修水3个典型县进行红砂岩侵蚀劣地土壤(主要采取土壤剖面法)、植被(主要采取线路踏查法和样方法，区分乔木、灌木和草本)基础调研，并通过实地走访调查和文献资料查阅等方式调查了这3个县的红砂岩侵蚀劣地的生态恢复和农林开发的关键技术和典型治理模式，并结合水土保持重点建设工程在宁都县还安小流域和修水县大桥小流域进行了试验示范。在调研过程中，注重与地方水土保持部门技术人员、农林开发大户以及当地群众进行咨询和沟通。

图1 江西省红砂岩发育土壤分布状况

2 结果与分析

综合起来，红砂岩侵蚀劣地防治目标(或称治理方向)主要是2个方面：生态恢复和开发利用。从治理历史来看，由于主要受限于经济条件，红砂岩侵蚀劣地的开发利用还不多，而以生态恢复治理为主。随着经济社会的发展以及赣南土地资源的日益紧缺，红砂岩侵蚀劣地的开发利用价值逐步被发现，开发性治理红砂岩侵蚀劣地的实践探索也越发普遍，但缺乏理论总结。

在红砂岩侵蚀劣地治理的技术研究和模式提炼过程中，必须坚持以下几点基本原则：(1)生态治理与开发利用相结合，强调开发利用必须在有效控制水土流失的基础上进行。(2)治沟与治坡相结合，强调治理严重侵蚀劣地重点在于对坡面进行治理，根除侵蚀继续发生发展。(3)工程措施与植物措施相结合，做到以工程保生物，以生物护工程。涉及到农林开发还必须加强耕作措施的应用，加速改善土壤结构和培育土壤肥力。(4)当前治理与后期管护相结合，强调需要加强后期的维护，延长工程措施的使用寿命，最大程度发挥工程措施、植物措施和耕作措施的效益。

根据实地调研和现场试验，本研究提出了以下5种典型模式(表1)。

表1 红砂岩侵蚀劣地综合治理典型模式

2.1 生态恢复模式

在生态恢复治理方向下，红砂岩侵蚀劣地可以总结提炼出3种典型模式：(1)大封禁+小治理模式；(2)灌草植被带模式；(3)竹节水平沟+乔灌草混交模式。

2.1.1 大封禁+小治理模式 一般情况下，这种模式适用于偏远地区红砂岩侵蚀劣地，在侵蚀程度上属于微度侵蚀或轻度侵蚀，植被覆盖度达到70%以上，生态平衡得到恢复，水土流失基本得到控制。防控思路以维持区域相对稳定为目标，利用赣南雨热丰富的特点，采取大封禁和小治理相结合的方法，在大自然充分自我修复能力的基础上，进行局部、零星的水土保持措施点缀。如开挖水平竹节沟对局部水土流失较为严重的集水坡面进行径流调控，补植湿地松(Pinuselliottii)、枫香(LiquidambarformosanaHance)、木荷(Schimasuperba)、胡枝子(LespedezabicolorTurcz.)、宽叶雀稗(Paspalumwettsteinii)等植物，改善植被结构，促进草灌乔结合，促进植物群落的顺向演替，变单纯的马尾松疏林为混合林坡。同时加强病虫害和火灾防控，促进植被恢复。其中若该侵蚀区属于微度侵蚀，可以不辅助小治理，加强封禁管护即可。

2.1.2 灌草植被带模式 如果该红砂岩侵蚀劣地属于生态恢复治理方向，而且在侵蚀程度上属于中度侵蚀或轻度侵蚀，则可以考虑采取灌草植被带模式，起到改善林分结构和阻控径流泥沙的作用。治理前，目标区域植物结构不良，主要以马尾松(PinusmassonianaLamb.)乔木层为主，鲜见林下植被，或只有一些乡土低矮草本，缺乏灌木等中间层，导致林下水土流失较为严重。主要技术要点：在林间环山以适当间距等高种植灌木+草本混合植物，灌草适当密植；灌草混合植被带的带宽建议为1.5～2.0 m，带间距建议为8～10 m，可以根据水土流失状况和林分结构适当调整。若该地块坡度较大，可以先环山等高开挖水平阶(宽度不超过1.5 m)，再在水平阶上混合栽植(混播)目标灌木和草种，以减轻坡面侵蚀并提高植物存活率。如果坡度较缓，则可以直接种植目标灌草。

在植物品种选择上建议优先考虑适用于赣南红砂岩地区的深根性灌木和草本，如灌木主要有胡枝子、黄栀子(GardeniajasminoidesEllis)、连翘(Forsythiasuspensa)、花椒(ZanthoxylumbungeanumMaxim.)、乌饭(VacciniumbracteatumThunb.)；草本主要有宽叶雀稗、百喜草(PaspalumnotatumFlugge)、鹧鸪草(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 竹节水平沟+乔灌草混交模式 如果属于强烈及以上侵蚀等级，若想较好地恢复生态，则需进行强度人为干扰，综合采取水土保持工程措施和植物措施，如竹节水平沟+乔灌草混交模式，做到以工程保植物，以植物护工程。红砂岩强度侵蚀区水源涵养差，林草存活率低，通过开挖高标准的竹节水平沟，乔、灌、草种植结合，营造针阔混交的水土保持林，可以层层拦蓄地表径流和泥沙，增加降雨入渗，有利于林木的生长，提高林草存活率，是荒山快速复绿的一个好途径。竹节水平沟整地按10年一遇24 h最大雨量设计，沟由半挖半填作成，内侧挖出的土用在外侧做埂，埂顶宽20 cm，坡比为1∶1，埂肩撒播草籽防护；沟口上宽60 cm，底宽40 cm，沟深50 cm；沟内每隔5～10 m留设一道横土挡，土挡高30 cm。在纵向坡面上，两水平沟间距为5～8 m，可根据坡度调整。

之后，根据适地、适树、适灌适草原则，尽量采用乡土植物。根据林相不同，可分为灌草混交、乔灌混交和乔灌草混交。乔灌草品种应具备根系发达、根蘖萌发力强、固土能力强等特点，有较强的适应性和抗逆性，耐瘠耐旱，生长旺盛，郁闭迅速，且最好能够具有一定的经济价值，兼顾当地群众对燃料、肥料、饲料、木材及开展多种经营的需要。乔木树种主要有湿地松、马尾松、杉木(Cunninghamialanceolata)、木荷、枫香、南方泡桐(PaulowniaaustralisGong Tong)、构树(Broussonetiapapyrifera)、江南桤木(AlnustrabeculosaHand-Mazz)、刺槐(RobiniapseudoacaciaL.)、银杏(GinkgobilobaL.)、脐橙(CitrussinensisOsbeck)、柑橘类(CitrusL.)、栎类(QuercusL.)、竹类(Bambusoideae)及木本粮油类树种等供选择。灌草品种同“灌草植被带模式”中的推荐。

2.2 农林开发模式

在农林开发治理方向下，红砂岩侵蚀劣地可以总结提炼出2种典型模式：(1)反坡梯田+经果林开发模式；(2)生态路沟+鱼鳞坑+经果林开发模式。

2.2.1 反坡梯田+经果林开发模式 针对坡度较缓、立地条件较好的红砂岩侵蚀区，若具备进行大规模农林开发的条件，可采取反坡梯田+经果林开发模式。此种模式要求集约开发，充分发挥规模效应，增加单位面积土地生产力，获取较大经济效益，提高区域承载能力。变红砂岩侵蚀劣地为生态果园、茶园或经济林地，尽管初期投入较大，但对耕地资源稀缺的赣南红壤丘陵区不失为一种多赢的举措。据调研，赣南将红砂岩侵蚀劣地开发为高标准生态脐橙果园、生态油茶园和和生态茶园较为普遍。适宜红砂岩侵蚀区并采取梯田种植的经济果木树种主要有：脐橙、油茶(CamelliaoleiferaAbel.)、蜜桔(Nobistangerine)、蜜柚(Honeypomelo)等[15]。

根据研究成果，反坡梯田采取前埂后沟+梯壁植草模式构建。田块沿等高线布设，大弯就势，小弯取直。田面宽3 m，内斜3°～5°(反坡)；田面外侧修筑田埂，内侧修筑坎下沟，坎下沟内每隔5～10 m留设一横土垱。在田面中心稍外侧挖栽植穴。在梯埂和梯壁可播种宽叶雀稗、百喜草、假俭草(Eremochloaophiuroides)以增加保水保土的作用，也可种植苎麻(Boehmerianivea)、黄花菜(HemerocalliscitrinaBaron L.)等植物篱，兼具经济效益和生态效益。

2.2.2 生态路沟+鱼鳞坑+经果林开发模式 在坡度较大、立地条件较差的红砂岩严重侵蚀区，根据试验成果，可以采取生态路沟+鱼鳞坑+经果林开发模式。具体为：从坡顶至坡脚，在1/3～1/2坡长处沿等高线水平开挖生态路沟(Ecological road-channel)，生态路沟坡壁内侧与水平面呈45°夹角，比降为3%，宽度为200 cm，内斜高10 cm。生态路沟上铺设有草被层，草被层要求为耐践踏、固土能力强的乡土低矮草本，如假俭草和结缕草(ZoysiajaponicaSteud)等；生态路沟内侧沿坡壁方向种植拦截泥沙的植物篱(黄花菜等)，坡壁与水平面存在一定夹角，实现生态路沟面壁植被生态化处理，最终集道路和水沟功能于一身。坡面上两条生态路沟之间的间隔为15～30 m。

坡面采取鱼鳞坑整地，人工挖土、培埂，一般长径1.0 m，短径0.6 m，坑深0.6 m，具体规格可根据目标树种调整。在研究过程中，研发了改良版鱼鳞坑，即在外围土埂上种植1～2排草本植物如宽叶雀稗等加强固土缓冲作用。适宜红砂岩侵蚀区并采取鱼鳞坑种植的经济果木树种主要有：杨梅(MyricarubraSieb.et Zucc.)、锥栗[Castaneahenryi(Skam) Rehd.et Wils.]、山核桃(CaryacathayensisSarg.)、薄壳山核桃(Caryaillinoensis)、油茶、猕猴桃(ActinidiachinensisPlanch)、银杏、黄连木(PistaciachinensisBunge)、香榧(Torreyagrandiscv.merrillii)等[15]。

3 结论与展望

3.1 主要结论

在实地调研和现场试验的基础上，结合治理方向，本研究总结提炼了江西省红砂岩侵蚀劣地5种典型综合治理模式。在生态恢复治理方向下，主要有3种典型模式：(1)大封禁+小治理模式；(2)灌草植被带模式；(3)竹节水平沟+乔灌草混交模式；在农林开发治理方向下，主要有2种典型模式：(1)反坡梯田+经果林开发模式；(2)生态路沟+鱼鳞坑+经果林开发模式。

3.2 研究展望

从上述分析可以看出，部分学者针对红砂岩侵蚀劣地的治理进行了大量的研究工作，取得了丰富的研究成果。但总体来说，存在3个方面的问题，需要在后续的工作中深化研究。

(1)利用径流小区和人工模拟降雨等试验手段，阐明红砂岩母质发育的红壤与其他红壤类型(如花岗岩发育的红壤、第四季红黏土发育的红壤)在侵蚀规律及其侵蚀机制方面的差异，为后期土壤侵蚀防治的技术研发与模式提炼提供针对性更强的科学依据。

(2)根据红砂岩风化程度的不同(如长期风化形成的土质坡面、强风化红砂岩坡面和弱风化夹硬石坡面)，有针对性地研发侵蚀劣地工程防护、生物防护及综合防护关键技术。

(3)本研究提出的治理模式主要从生态恢复和农林开发两大方向考虑，但是实际中这两者是不矛盾的。因此在后期研究中需要综合分析红砂岩侵蚀劣地的立地条件，集合当地意愿，权衡生态服务功能与社会经济发展，研究生态-经济协同提升的红砂岩侵蚀劣地综合治理模式，达到生态产业布局优化和生态功能提升的双重目标。