不同植被類(lèi)型生態(tài)工程治理崩崗災(zāi)害效果對(duì)比

劉胡玫，唐倩倩，顧延生，柳侃，吳鐘騰

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院，武漢　430074；2.生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)，武漢　430074；3.國(guó)土資源部丘陵山地地質(zhì)災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州　350002)

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不同植被類(lèi)型生態(tài)工程治理崩崗災(zāi)害效果對(duì)比

劉胡玫1，唐倩倩1，顧延生2，柳侃3，吳鐘騰3

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院，武漢430074；2.生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)，武漢430074；3.國(guó)土資源部丘陵山地地質(zhì)災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州350002)

摘要：生態(tài)工程是治理福建省崩崗災(zāi)害的關(guān)鍵技術(shù)。在總結(jié)福建省崩崗生態(tài)工程治理模式、關(guān)鍵技術(shù)、恢復(fù)過(guò)程和機(jī)理等基礎(chǔ)上，以安溪縣官橋鎮(zhèn)典型崩崗群為研究區(qū)，進(jìn)行了植物為主、工程為輔的生態(tài)工程治理措施試驗(yàn)，選取耐瘠耐旱植物及經(jīng)濟(jì)植物，設(shè)計(jì)不同組合模式被覆于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地。在此之前，為保證邊坡的自然穩(wěn)定及利于人工作業(yè)，對(duì)崩崗坡面進(jìn)行工程改造，使其坡度小于25°。原位測(cè)定試驗(yàn)場(chǎng)每日降雨量及各樣方每次降雨產(chǎn)沙、產(chǎn)流量。初步監(jiān)測(cè)結(jié)果分析表明，花崗巖風(fēng)化丘陵區(qū)崩崗坡面采用馬尾松與芒萁聯(lián)合覆蓋模式對(duì)于固土和徑流攔截具有更顯著的效果，該試驗(yàn)結(jié)果將為采用不同植被被覆治理崩崗災(zāi)害提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：福建省；崩崗災(zāi)害；生態(tài)工程治理；原位修復(fù)試驗(yàn)

1導(dǎo)言

崩崗是在水力和重力共同影響下，發(fā)生于花崗巖等高度風(fēng)化丘陵區(qū)的一種特殊土壤侵蝕類(lèi)型，具有分布廣、發(fā)育快、危害大等特點(diǎn)。

崩崗成因復(fù)雜，受到自然和人為多方面因素綜合影響。福建省由于花崗巖紅壤風(fēng)化殼獨(dú)特的巖土特性，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)疏松，裂隙發(fā)育，且風(fēng)化殼各層次抗蝕性具有明顯差異。在坡度、降雨、植被、人為活動(dòng)等因素綜合作用下，缺少植被覆蓋的山體坡面易受到雨水濺蝕和徑流侵蝕，逐步發(fā)展為崩崗或崩崗群(圖1)，使被侵蝕區(qū)失去原始地貌，生態(tài)環(huán)境退化。

圖1　研究區(qū)附近正在發(fā)育的大范圍崩崗群

崩崗的破壞性?xún)H次于滑坡和泥石流，其強(qiáng)烈侵蝕作用切割山體，破壞地貌，埋壓農(nóng)田，抬高河床，阻塞道路，淤塞水庫(kù)，致使地表水土流失嚴(yán)重，土壤肥力下降，區(qū)域生境退化，環(huán)境資源匱乏，同時(shí)還引發(fā)旱、澇等次生災(zāi)害，直接威脅著周邊人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，嚴(yán)重制約了地區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，是阻礙山區(qū)脫貧致富的主要因素之一，因此崩崗的治理成為恢復(fù)生態(tài)環(huán)境、發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)的必要舉措。

本文總結(jié)了福建省50多年來(lái)運(yùn)用生態(tài)工程手段治理崩崗災(zāi)害的研究成果，發(fā)現(xiàn)野外環(huán)境下不同植被類(lèi)型在崩崗治理效果方面的對(duì)比研究有待豐富和完善。對(duì)于地處偏遠(yuǎn)、地形復(fù)雜、交通不便的丘陵區(qū)崩崗群，其生態(tài)環(huán)境退化程度較高，難以自然恢復(fù)，且在規(guī)模性治理開(kāi)發(fā)方面難度較大，需要探索出較為高效的生態(tài)工程治理模式，充分發(fā)掘植物生態(tài)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)崩崗治理效益最大化，在恢復(fù)退化生態(tài)環(huán)境的同時(shí)力圖改善當(dāng)?shù)厝罕姷纳钏??；诖?，在安溪縣選擇具有以上特點(diǎn)的代表性崩崗群進(jìn)行原位治理試驗(yàn)，通過(guò)設(shè)置樣方對(duì)比研究不同立地條件下不同植被覆蓋模式的產(chǎn)流、產(chǎn)沙結(jié)果，優(yōu)選出有效抑制水土流失且具有推廣性的植被覆蓋模式，為典型崩崗區(qū)的生態(tài)重建提供理論依據(jù)和有力指導(dǎo)。

2崩崗生態(tài)工程治理進(jìn)展

福建省崩崗治理始于20世紀(jì)40年代，但早期治理措施主要依賴(lài)于搭建谷坊，對(duì)崩崗進(jìn)行封堵，忽視了生態(tài)重建的重要性。1962年，長(zhǎng)汀縣河田水土保持站成立，在工程治理崩崗的同時(shí)嘗試引種栽培經(jīng)濟(jì)果林、茶葉等，并開(kāi)展造林混插灌草治理。在隨后的崩崗生態(tài)工程治理中，全省探索總結(jié)出的主要經(jīng)濟(jì)植物有麻竹、蘆柑、荔枝、香蕉、茶樹(shù)、綠竹、楊梅、龍眼、橄欖、板栗、柿子、銀杏等，將崩崗治理與地方經(jīng)濟(jì)特色相結(jié)合，因地制宜發(fā)展經(jīng)濟(jì)。

崩崗侵蝕區(qū)生態(tài)恢復(fù)與植被重建應(yīng)考慮崩崗周邊環(huán)境及崩崗自身的復(fù)雜地貌特征，分別設(shè)計(jì)不同的工程措施和植被覆蓋模式，一般分為溝頭、崩壁、崩積體、溝谷、沖積扇五個(gè)部分進(jìn)行治理。工程措施主要包括溝頭挖截排水溝、崩壁坡面整平或削坡為階、崩積體填平、溝道修建谷坊、沖積扇下游筑攔砂壩等。根據(jù)不同區(qū)域土體穩(wěn)定程度、立地條件等采用喬灌草、喬草或灌草覆蓋模式，選用耐瘠抗旱、喜陽(yáng)適酸、根系發(fā)達(dá)、生長(zhǎng)期短的地帶性林草如馬尾松、木荷、相思樹(shù)、竹類(lèi)、合歡、胡枝子、多花木蘭、桃金娘、光葉山黃麻、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經(jīng)濟(jì)植物，還可結(jié)合具體情況輔以攀援植物如葛藤、地錦等，達(dá)到穩(wěn)定崩崗侵蝕狀況、初步恢復(fù)退化生態(tài)環(huán)境，同時(shí)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的目的[10]。

崩崗生態(tài)工程治理模式大致可劃分為兩種：(1)小流域生態(tài)重建：對(duì)于地處偏遠(yuǎn)、崩崗侵蝕面支離破碎、難以進(jìn)行開(kāi)發(fā)性治理的崩崗山體，以生態(tài)效益最大化為治理方針，遵循“上攔、下堵、中綠化”的原則，進(jìn)行泥沙攔蓄和小流域植被恢復(fù)，重現(xiàn)山體覆綠。該治理模式能顯著改善崩崗侵蝕區(qū)的生態(tài)環(huán)境，但恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效益較低。代表性的治理案例為安溪官橋長(zhǎng)壟和仁峰崩崗區(qū)，經(jīng)過(guò)10 a的治理，區(qū)域植被覆蓋率提高50%～90%，土壤肥力明顯恢復(fù)，攔沙量可觀；(2)建設(shè)內(nèi)嵌式生態(tài)循環(huán)經(jīng)濟(jì)區(qū)：對(duì)于侵蝕面積較大、位置相對(duì)集中的崩崗群，根據(jù)侵蝕區(qū)及周邊的具體情況設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、漁業(yè)等多產(chǎn)業(yè)嵌套的循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈，通過(guò)大規(guī)模地形改造，引進(jìn)多種經(jīng)營(yíng)行業(yè)。在開(kāi)發(fā)治理中仍基本遵循分區(qū)治理原則，如在坡頂種植水保林或經(jīng)濟(jì)林，崩壁和崩積體改造為梯田種植茶、果，階間修建排水溝及蓄水池，溝谷修筑谷坊，沖積扇改造為魚(yú)塘或填平，可發(fā)展養(yǎng)殖或種植業(yè)。該模式以開(kāi)發(fā)帶動(dòng)治理，既能有效治理崩崗災(zāi)害，又可較快拉動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)，改善人民生活，但初期投入較大。典型示范治理成果有詔安縣草子壩小流域綜合治理示范點(diǎn)[11]、長(zhǎng)汀縣矛坑崩崗多種經(jīng)營(yíng)立體生態(tài)區(qū)、長(zhǎng)汀縣“草-牧-沼-果” 生態(tài)農(nóng)業(yè)園[12]、安溪生態(tài)茶園[13]等。

小流域生態(tài)重建耗時(shí)長(zhǎng)，植被恢復(fù)和土壤改良速度慢，對(duì)于具體的植物搭配模式研究成果有待豐富，且經(jīng)濟(jì)效益不高，若能探索出高效恢復(fù)生態(tài)、創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值的生態(tài)工程治理模式，將有利于退化生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)和地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)為小流域崩崗災(zāi)害的生態(tài)工程治理提供范式作用。

3典型崩崗群生態(tài)工程治理試驗(yàn)

3.1研究區(qū)概況

福建省安溪縣位于東經(jīng)117°35′～118°17′，北緯24°50′～25°26′之間，總面積3 057.28 km2，地處中亞熱帶與南亞熱帶海洋季風(fēng)氣候過(guò)渡區(qū)，光熱條件好，氣候溫和，雨量充沛，年降雨量1 500～2 000 mm，雨日達(dá)130～170 d/a，降雨強(qiáng)度大，主要集中在3～9月，占全年平均雨量的81%。年平均溫度18.5℃～21℃，最高溫39.3℃，最低溫-0.9℃。7～9月為臺(tái)風(fēng)季節(jié)，無(wú)霜期350 d。

安溪縣是福建省崩崗災(zāi)害最嚴(yán)重的地區(qū)之一，水土流失問(wèn)題十分突出。據(jù)2000年遙感普查，安溪現(xiàn)有崩崗4 744處，總面積638.05 km2，占全縣土地總面積的20.87%。其中大型崩崗(大于3 000 m2)832處、中型崩崗(1 000～3 000 m2)1 997處、小型崩崗1 915處(小于1 000 m2)[14]。

研究區(qū)位于安溪縣官橋鎮(zhèn)吾宗村丘陵區(qū)內(nèi)，東經(jīng)118°4′41″，北緯25°2′2″，山頂海拔104 m，是典型的交通不便、生態(tài)環(huán)境退化程度高、難以進(jìn)行大規(guī)模開(kāi)發(fā)性治理的崩崗群(圖2)，崩崗面積超過(guò)4 000 m2，山體北坡植被茂盛，南坡受崩崗侵蝕嚴(yán)重，植被覆蓋率極低，只有零星馬尾松生長(zhǎng)，溝底密布芒萁及貫眾。

圖2　試驗(yàn)小區(qū)研究對(duì)象崩崗群

3.2原位生態(tài)工程治理方案

選取研究區(qū)山腳下一處較為平緩的崩積堆，進(jìn)行原位生態(tài)工程治理試驗(yàn)。將研究對(duì)象坡面通過(guò)工程措施修整為坡度小于25°、坡向朝南的試驗(yàn)小區(qū)，并將其劃分為5個(gè)長(zhǎng)、寬分別為6 m和2.5 m的對(duì)比研究試驗(yàn)樣方(圖3)。為避免外部水沙的干擾以及相鄰樣方之間的“串流”作用，砌磚修建外圍墻體的同時(shí)在各樣方之間布設(shè)隔離帶。試驗(yàn)小區(qū)上緣修筑排水溝，隔斷后方來(lái)水來(lái)沙影響。各樣方正下方修筑約2 m3的沉砂池，用于收集每場(chǎng)降雨后下泄的水沙，每次收集完后清掃沉砂池。

圖3　野外試驗(yàn)場(chǎng)樣方布置圖

在前期踏查中發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)優(yōu)勢(shì)植物為馬尾松、野牡丹和芒萁，當(dāng)?shù)剌^為普遍的經(jīng)濟(jì)植物為茶樹(shù)。經(jīng)搜集資料得知距研究區(qū)73 km的廈門(mén)市辣木產(chǎn)業(yè)興起，辣木被認(rèn)為是世界上最有營(yíng)養(yǎng)的樹(shù)，具有極高的食用、藥用價(jià)值，且具有耐旱、速生的特點(diǎn)。因此根據(jù)以上幾種植物設(shè)計(jì)了5種不同植被覆蓋模式下的降雨侵蝕過(guò)程對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)樣方從右到左依次編為1～5號(hào)，樣方1種植馬尾松和芒萁，樣方2種植野牡丹和芒萁，樣方3種植茶樹(shù)和光葉山黃麻植物籬，樣方4種植辣木和象草植物籬，樣方5為對(duì)照無(wú)覆蓋裸坡地，其中樣方1、2、5為平緩坡面，樣方3和4為臺(tái)坎地形。

同時(shí)在場(chǎng)地周邊安放HOBO翻斗式自動(dòng)雨量計(jì)，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)試驗(yàn)場(chǎng)周邊每天降雨量，定期觀察5個(gè)樣方內(nèi)的植被發(fā)育情況，并在每次降雨后讀取沉砂池內(nèi)水位數(shù)據(jù)，采集水、沙樣品。

4生態(tài)工程治理結(jié)果與分析

不同植被覆蓋模式下試驗(yàn)樣方徑流量和土壤流失量分別與降雨量進(jìn)行方差分析的結(jié)果見(jiàn)表1、表2，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，馬尾松與芒萁組合模式下的產(chǎn)沙、產(chǎn)流量與降雨量相關(guān)性最高(即R2值最小)，且產(chǎn)沙、產(chǎn)流數(shù)據(jù)穩(wěn)定性高(即方差最小)。由于裸坡地對(duì)照組是治理前原生態(tài)自然環(huán)境，受崩崗侵蝕程度高、生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重，而樣方1的F值與該對(duì)照組F值的差值比其他治理模式都大，證明馬尾松與芒萁治理模式下的水土流失情況改善最為顯著。此外，樣方1組內(nèi)數(shù)據(jù)彼此間有差異性，作為數(shù)據(jù)樣本具有代表性和可操作性，因此選擇樣方1的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步探究其產(chǎn)沙、產(chǎn)流量和降雨量的關(guān)系。

表1　試驗(yàn)小區(qū)各樣方徑流量和降雨量方差分析

表2　試驗(yàn)小區(qū)各樣方土壤侵蝕量和降雨量方差分析

圖4表明樣方1每次降雨產(chǎn)流量(y1)、產(chǎn)沙量(y2)分別與降雨量(x)符合一元一次線(xiàn)性回歸方程y1=0.000 2x+0.006和y2=7.882 3x+18.177。由表1、2可知兩個(gè)方程的顯著性水平分別為1.94×10-7和4.87×10-9(P≤0.05)，相關(guān)系數(shù)為0.990 1和0.997 1，表明方程真實(shí)存在且擬合度高。將每次降雨產(chǎn)流、產(chǎn)沙數(shù)據(jù)代入式中進(jìn)行驗(yàn)證，誤差值皆在可接受的范圍內(nèi)，因此該區(qū)域每次降雨的局部土壤侵蝕量和徑流量可通過(guò)降雨量大小進(jìn)行估算。

圖4　樣方1土壤流失量、徑流量與降雨量關(guān)系圖

監(jiān)測(cè)期間(2015年5月～2016年2月)各樣方土壤侵蝕量和徑流量均值和極差情況如表3，可以看出馬尾松-芒萁治理模式的平均土壤侵蝕量和徑流量是5個(gè)樣方中最小的，證明該治理模式的水土保持效果最為顯著，其次為野牡丹-芒萁治理模式、茶樹(shù)-光葉山黃麻植物籬治理模式、辣木-象草植物籬治理模式。該結(jié)果與馬尾松和芒萁的生態(tài)習(xí)性有關(guān)。喬木馬尾松為陽(yáng)性樹(shù)種，喜光、喜溫，抗旱耐瘠[15]，根系發(fā)達(dá)，主根明顯且有根菌[16]，對(duì)土壤要求不嚴(yán)格但喜微酸性土壤，在土壤貧瘠、條件相對(duì)惡劣的陽(yáng)坡上和陡峭石縫中都能生長(zhǎng)。芒萁的根狀莖匍匐覆蓋于土壤表層，呈網(wǎng)狀密布，側(cè)莖上的根簇比主莖密集[17]，生長(zhǎng)快速，地上、地下單位面積生物量都較大，喜酸性土壤，大量見(jiàn)于紅壤坡面和溝壁，是崩崗侵蝕區(qū)草本層優(yōu)選種，易與其他物種形成共存格局[18]。芒萁快速生長(zhǎng)的特點(diǎn)彌補(bǔ)了馬尾松作為喬木生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)的缺點(diǎn)，發(fā)揮了上層喬木與近地被層攔截降雨勢(shì)能的作用，因此該植物組合對(duì)研究區(qū)高度發(fā)育崩崗環(huán)境具有極強(qiáng)的適應(yīng)性，表現(xiàn)出優(yōu)異的固土和徑流攔截效果。

表3　試驗(yàn)小區(qū)各樣方土壤侵蝕量和徑流量均值和極差

5結(jié)論與討論

安溪官橋典型崩崗群的原位生態(tài)工程治理試驗(yàn)初步研究結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)工程改造的25°左右平緩坡面上，喬木馬尾松與蕨類(lèi)芒萁的覆蓋模式在水土保持方面表現(xiàn)出突出的優(yōu)勢(shì)。在監(jiān)測(cè)的10個(gè)月中，采用該植被治理措施的試驗(yàn)樣方每次降雨產(chǎn)沙、產(chǎn)流量皆明顯小于采用其他植被措施的樣方，且數(shù)據(jù)表現(xiàn)穩(wěn)定，即隨降雨量增大，產(chǎn)沙、產(chǎn)流量增幅小于其他樣方。馬尾松與芒萁的生態(tài)習(xí)性能良好適應(yīng)崩崗災(zāi)害造成的退化生態(tài)環(huán)境，是當(dāng)?shù)氐膬?yōu)勢(shì)植物，以此二者作為生態(tài)恢復(fù)的先鋒物種，既節(jié)約了種植成本，又能達(dá)到通過(guò)人為輔助快速重建侵蝕區(qū)植被的效果，在紅壤區(qū)花崗巖小流域生態(tài)工程治理方面具有推廣意義。

盡管如此，試驗(yàn)中植物組合模式較為簡(jiǎn)單，需要在完成群落初級(jí)演替后設(shè)計(jì)更為復(fù)雜的、更接近自然群落的植物群落生境，并輔以人為促進(jìn)措施，研究群落發(fā)生、發(fā)展過(guò)程規(guī)律。另外，考慮到南方紅壤區(qū)高風(fēng)化程度、低有機(jī)質(zhì)、土地貧瘠的特點(diǎn)，可嘗試在條件允許的情況下，適當(dāng)施肥，加速植被恢復(fù)進(jìn)程，達(dá)到高效的生態(tài)工程治理效果。

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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

文章編號(hào)：1006-4362(2016)02-0048-05

收稿日期：2016-01-16改回日期：2016-03-17

基金項(xiàng)目：福建省科學(xué)技術(shù)廳重點(diǎn)項(xiàng)目“福建省崩崗侵蝕過(guò)程研究”(2014Y0002)資助

中圖分類(lèi)號(hào)：P642.21;X171.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：劉胡玫(1990-)，女，碩士研究生，主要從事水土流失與植被恢復(fù)學(xué)習(xí)研究。E-mail:331211816@qq.com