紅壤小流域水土治理模式及其環(huán)境效益分析

莫明浩+方少文+楊潔+宋月君

摘要：江西省贛南地區(qū)是典型的南方水土流失易發(fā)丘陵山區(qū)，曾有“江南紅色沙漠”之稱，是南方紅壤區(qū)水土流失最嚴重的地區(qū)之一，經(jīng)過以小流域為單元的水土保持綜合治理，生態(tài)環(huán)境明顯改善。以江西省贛州市的3個紅壤小流域為對象，通過調(diào)研、試驗及監(jiān)測，總結(jié)紅壤小流域水土治理模式，分析其環(huán)境效益?？偨Y(jié)出以前埂后溝+梯壁植草+反坡臺地、竹節(jié)水平溝+喬+灌+草、坡面雨水集蓄、頂林-腰果-底谷立體治理、“封禁+補種+管護”生態(tài)修復(fù)治理等技術(shù)和措施為主的水土綜合治理模式。通過對不同時期的小流域產(chǎn)流產(chǎn)沙分析表明，經(jīng)水土治理，左馬小流域侵蝕量大為減少，侵蝕強度從中度侵蝕下降為輕度侵蝕。對比分析2個小流域果園集水區(qū)發(fā)現(xiàn)，無水保措施的城源集水區(qū)侵蝕強度為極強烈侵蝕，而采取水保措施的東坑集水區(qū)為微度侵蝕，經(jīng)果林+工程措施等治理措施能夠明顯調(diào)控徑流泥沙，采取的現(xiàn)代坡地水土保持生態(tài)果園開發(fā)模式對溶解態(tài)面源污染中總磷含量的攔截率為40%、總氮含量的攔截率超過80%。

關(guān)鍵詞：紅壤小流域；水土保持；治理模式；侵蝕量；環(huán)境效益；攔截率

中圖分類號：S157；X171.4文獻標志碼：A文章編號：1002-1302（2017）07-0284-03

南方紅壤區(qū)是我國水土流失嚴重的地區(qū)之一，該地區(qū)水土流失強度大、范圍廣，是制約社會、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素[1]。20世紀80年代以來，以小流域為單元的水土流失治理工程在南方紅壤區(qū)全面展開，水土保持得到長足發(fā)展，水土保持技術(shù)得到有效推廣，但是由于歷史和人為活動的原因，目前該地區(qū)的水土流失問題仍然不容忽視。江西省是我國南方紅壤區(qū)水土流失最嚴重的區(qū)域之一，嚴重的水土流失產(chǎn)生的徑流泥沙不僅淤積江河湖庫，降低湖庫調(diào)蓄洪能力，而且還是面源污染的主要載體。贛南曾有“江南紅色沙漠”之稱，因其類型復(fù)雜，所以要因地制宜地實施綜合治理。本研究以贛南的紅壤小流域為例，通過坡面徑流小區(qū)試驗、小流域或集水區(qū)出口處卡口站監(jiān)測及調(diào)研分析，總結(jié)和研究水土治理模式，并分析其環(huán)境效益，以期為南方紅壤區(qū)小流域水土流失和面源污染防治提供參考。

1研究區(qū)概況

選擇江西省贛州市的3個紅壤小流域研究小流域治理模式并分析其環(huán)境效益，分別為于都縣左馬小流域、寧都縣東坑小流域、城源小流域。

左馬小流域面積3.2 km2[2]，位于贛州市于都縣城郊南面，屬贛江的支流上游，是一個低山丘、川道環(huán)繞的小流域，地形以丘陵崗地為主，最低海拔為108 m，最高海拔為314 m，相對高度為30～250 m，坡度一般在5°～25°。地質(zhì)構(gòu)造屬華夏系構(gòu)造，土壤類型為花崗巖和紅砂巖發(fā)育的紅壤。小流域地處中亞熱帶季風濕潤氣候，具有雨量充沛、氣候溫和、光照充足、四季分明、無霜期長等特點，年均降水量為1 507.5 mm，年內(nèi)降水量分布不均，降水主要集中在4—6月?，F(xiàn)狀植被較好，以松、杉、闊葉樹、灌木類為主；坡面較平緩，大部分分布天然次生林和果園。該小流域為全國水土保持重點建設(shè)工程流陂項目區(qū)范圍，土地利用類型以林地為主，占總面積的 77.03%；其次為耕地，占12.00%；再次為園地，占7.19%；其他用地類型占3.78%。小流域內(nèi)全部為農(nóng)村人口，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)占主導(dǎo)地位，外出打工為工副業(yè)收入主要來源。本研究在左馬小流域設(shè)立水保林、經(jīng)果林和竹節(jié)水平溝、水平臺地等水土流失治理方式的坡面標準徑流小區(qū)，并在小流域出口處設(shè)立卡口站進行徑流、泥沙和污染的常規(guī)觀測[3]。

本研究在東坑小流域設(shè)立的集水區(qū)面積為0.02 km2，位于贛州市寧都縣會同鄉(xiāng)境內(nèi)，屬贛江的支流上游。該集水區(qū)位于1998—2002年的全國8個水土保持重點治理工程石梅項目區(qū)范圍，于2000年開發(fā)為果園，采用前埂后溝+梯壁植草式水平臺地，臺面栽種臍橙，目前已進入盛果期。在城源小流域設(shè)立的集水區(qū)面積為0.01 km2，位于贛州市寧都縣西北部，與東坑小流域?qū)仝M江的同一支流上游。于2009年開發(fā)為果園，采用水平臺地，未采用前埂后溝+梯壁植草方式，臺面栽種臍橙。在2個集水區(qū)均設(shè)立卡口站用于監(jiān)測開發(fā)果園造成的水土與氮磷流失狀況，并進行不同利用方式的對比分析。

2紅壤小流域水土綜合治理模式

水土資源一定要做到開發(fā)中保護、保護中開發(fā)，因地制宜，才能獲得良好的生態(tài)經(jīng)濟效益[4]。贛南地區(qū)作為南方水土保持的一面旗幟，通過30年來的水土保持綜合治理，水土保持生態(tài)建設(shè)取得了顯著成效，贛南水土保持工作在實踐中探索，在探索中發(fā)展，以小流域為單元進行綜合治理[5]，走出了一條具有贛南特色的水土保持治理新路。通過對左馬小流域、東坑小流域等紅壤小流域的調(diào)查，總結(jié)出水土綜合治理的模式[6-7]，其關(guān)鍵技術(shù)和措施主要有以下5點。

2.1前埂后溝+梯壁植草+反坡臺地技術(shù)

結(jié)合坡地開發(fā)的坡改梯工程，構(gòu)筑坎下溝、前地埂，并在地埂、梯壁上都種植贛南混合草籽進行護壁處理，實行果（臍橙、甜柚等）+草（狼尾草、棕葉狗尾草、雀稗等）間作，以達到保護水土效果。

2.2竹節(jié)水平溝+喬+灌+草技術(shù)

在水土流失山區(qū)開挖竹節(jié)形水平溝，通過開挖竹節(jié)水平溝和生物措施的合理配置，可以起到很好的蓄水、保土、保肥的作用，配套喬、灌、草的立體防護以達到保持水土的目的。

2.3坡面雨水集蓄技術(shù)

結(jié)合坡地農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)開發(fā)，按照坡面水系建設(shè)，合理布設(shè)“三溝”（截水溝、引水溝、排灌溝）、“二池”（蓄水池、沉砂池）、“一庫”（塘庫）等小型集雨水利工程，就地攔截強降雨，對雨水進行蓄集，減少徑流，增加補灌抗旱水源，做到排水有溝，集雨有池，蓄水有庫，水不亂流，泥不下山，發(fā)揮“小工程、大示范、高效益”的保土蓄水作用。

2.4頂林-腰果-底谷（養(yǎng)殖）立體治理

通過構(gòu)建“山頂戴帽（水保林等水源涵養(yǎng)林）、山腰種果（臍橙、油茶等經(jīng)果林）、山腳建池（塘壩）、水面養(yǎng)鴨鵝、水中養(yǎng)魚”的模式，把養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)等有機地結(jié)合在一起。

2.5“封禁+補種+管護”生態(tài)修復(fù)治理

贛南地區(qū)高溫、多雨、無霜期長，植被自然恢復(fù)能力強，生態(tài)修復(fù)成為水土流失區(qū)恢復(fù)植被最有效、最經(jīng)濟、最科學(xué)的選擇。在小流域水土流失強度小、植被條件較好的區(qū)域推行“大封禁，小治理”，“大封禁”即實行封山禁采禁伐、封育保護，依靠大自然的自我修復(fù)能力恢復(fù)植被；“小治理”即在重點治理中補植林草措施，撫育施肥。

3紅壤小流域水土綜合治理的環(huán)境效益

3.1調(diào)控徑流泥沙效益

3.1.1左馬小流域水土保持措施徑流泥沙效應(yīng)通過設(shè)立的卡口站對左馬小流域產(chǎn)流產(chǎn)沙進行定位觀測，統(tǒng)計2010年1月至2012年12月3年當中的產(chǎn)流產(chǎn)沙量，2010—2012年3年的徑流量分別為223萬、162萬、231萬 m3，3年的泥沙量分別為5 500、5 190、5 510 t。據(jù)研究，水土保持措施能夠?qū)α饔驈搅髂嗌称鸬秸{(diào)控作用，林草措施主要通過截留、消耗降雨、增加入滲等來調(diào)水減蝕[8-10]，水平竹節(jié)溝、臺地、攔沙壩等工程措施主要通過攔蓄達到減水減沙的作用[11-12]。

由圖1可知，左馬小流域的的徑流量和泥沙量不僅變化趨勢相同，而且隨時間的波動也極為一致。左馬小流域4—6月的徑流量最大，經(jīng)計算占全年產(chǎn)流量的56%，其中6月的徑流量最大，徑流深為0.14 m。同樣，4—6月的產(chǎn)沙量也最大，經(jīng)計算占全年泥沙量的71%，6月份的侵蝕產(chǎn)沙量也最大。

采用“水文法”的經(jīng)驗公式法，以基準期的降雨、徑流實測數(shù)據(jù)，建立降雨-徑流的經(jīng)驗關(guān)系統(tǒng)計模型，把措施期的降雨資料代入模型，計算出下墊面不變時的徑流量，計算值和實測值之差即為水土保持措施建設(shè)等人類活動引起的徑流量變化。由于左馬小流域在2009年之前無水文數(shù)據(jù)，所以采用貢水流域峽山水文站數(shù)據(jù)推導(dǎo)左馬小流域的徑流量。左馬小流域在2003年開始實施國家水土保持重點建設(shè)工程，根據(jù)1957—2002年峽山站數(shù)據(jù)，得出降雨-徑流的經(jīng)驗關(guān)系：y=0.004x1.411 5×108（y為徑流量，x為降水量，r2=0.700 1）。根據(jù)左馬小流域卡口站雨量站記錄數(shù)據(jù)，2012年1年當中降水量為1 825 mm，若按水土保持重點建設(shè)工程實施之前下墊面的性質(zhì)，則產(chǎn)生的年徑流量為3 213 968 m3，而全年實際徑流量為2 308 236 m3，可以看出實際徑流量比假設(shè)未實施治理的徑流量大為減少，減少了28%，可見水土保持措施對徑流具有調(diào)控作用。

左馬小流域2010—2012年3年的土壤侵蝕模數(shù)分別為 1 709、1 624、1 720 t/（km2·年），按照水利部SL 190—2007《土壤侵蝕分類分級標準》，屬于輕度侵蝕。在2003年贛江上游國家水土保持重點建設(shè)工程實施之前，2002年左馬小流域水土流失輕度侵蝕占36%，中度侵蝕占33%，強烈侵蝕占21%，極強烈侵蝕占8%，劇烈侵蝕占2%，年侵蝕量15 744 t，土壤侵蝕模數(shù)為4 920 t/（km2·年），屬于中度侵蝕。治理前流域內(nèi)土地利用存在如下問題：疏、幼林地面積比重大，植物群落單一；經(jīng)濟林面積比重小，經(jīng)果林僅占林地面積的15%；草地面積少。

采用水土保持防控技術(shù)后，采取封禁補植喬、灌、草結(jié)合的混交林、開發(fā)利用低丘緩坡地建設(shè)經(jīng)濟果木林、開挖水平竹節(jié)溝等水土保持治理措施，同時，通過造林種草，促使生態(tài)自然修復(fù)，左馬小流域植被覆蓋率達到81%，侵蝕量大為減少，侵蝕強度下降了1個等級，2012年土壤侵蝕量減少 10 240 t。

3.1.2東坑和城源集水區(qū)水土保持措施調(diào)控徑流泥沙效應(yīng)對比分析東坑小流域和城源小流域是位于寧都縣境內(nèi)毗鄰的2個小流域，具有相似的土壤、地質(zhì)和地形地貌條件，在水土保持治理前，東坑小流域和城源小流域的植被相似，都屬于植被覆蓋率低、水土流失嚴重的地區(qū)。東坑集水區(qū)2003年在水土保持的同時開發(fā)利用水土流失山地，大力發(fā)展以臍橙為主的高效經(jīng)果林，注重山水田林路的統(tǒng)一規(guī)劃，發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟。城源集水區(qū)在2008年新開發(fā)了大規(guī)模的臍橙產(chǎn)業(yè)，但未采取有效的水保措施。本研究通過對東坑和城源小流域集水區(qū)的對比來分析水土保持調(diào)控徑流泥沙的效應(yīng)。

通過設(shè)立的卡口站對2010—2012年集水區(qū)3年的水位、降水量的自動觀測和對含沙量的取樣測定，可以計算出東坑小流域集水區(qū)域的月均產(chǎn)流產(chǎn)沙量（圖2），城源小流域集水區(qū)域的產(chǎn)流產(chǎn)沙量（圖3）。由圖2、圖3可知，1年中東坑小流域集水區(qū)只3—8月才有產(chǎn)流產(chǎn)沙，而城源小流域集水區(qū)除12月外每月均有產(chǎn)流產(chǎn)沙。

2010—2012年東坑集水區(qū)的年均徑流量為6 922 m3，平均徑流模數(shù)為346 090 m3/km2，產(chǎn)沙量為707 kg，土壤侵蝕模數(shù)為35 t/（km2·年），屬于微度侵蝕。而城源集水區(qū)的年徑流量為4 032 m3，平均徑流模數(shù)為403 209 m3/km2，產(chǎn)沙量為 87 072 kg，土壤侵蝕模數(shù)為8 707 t/（km2·年），屬于極強烈侵蝕。

水土保持措施的實施使得小流域的產(chǎn)流產(chǎn)沙量明顯降低（表1），在降水量基本相同的情況下，東坑集水區(qū)比城源小流域蓄水量增加57 119 m3/km2。從產(chǎn)流產(chǎn)沙次數(shù)來看，東坑集水區(qū)明顯少于城源集水區(qū)，最大含沙量東坑集水區(qū)僅為城源集水區(qū)的1%，而最大洪水徑流系數(shù)東坑集水區(qū)為21%，城源集水區(qū)為56%，經(jīng)方差分析，P<0.05，說明水土保持措施具有明顯的消減洪峰的作用。果園開發(fā)過程中不采取水保措施的城源小流域產(chǎn)生極強烈侵蝕的水土流失，采取水保措施的東坑小流域幾乎不屬于水土流失區(qū)，說明水土保持措施具有明顯的保土減沙作用。

3.2優(yōu)化水質(zhì)效益

3.2.1水環(huán)境狀況分析通過對東坑集水區(qū)和城源集水區(qū)卡口站取水樣測試分析，可以得出東坑集水區(qū)和城源集水區(qū)的月平均濃度（圖4、圖5）。由圖4、圖5可知，城源集水區(qū)水質(zhì)基本是Ⅳ、Ⅴ類水水平，均為TN超標，而東坑集水區(qū)僅在3—6月和2011年的7、8月有產(chǎn)流，水質(zhì)均為Ⅲ類水，未超標。因東坑集水區(qū)為老果園，前埂后溝+梯壁植草的現(xiàn)代坡地生態(tài)農(nóng)業(yè)等水土保持模式已建立，植被覆蓋度較高，水土流失少，無明顯侵蝕，所以水體水質(zhì)較好；而城源集水區(qū)未采取水保措施，植被覆蓋率低，水土流失嚴重，為極強烈侵蝕，嚴重污染水體水質(zhì)，水質(zhì)一般都劣于Ⅳ類。可見，在果園中采取植物措施與工程措施相結(jié)合的現(xiàn)代坡地生態(tài)農(nóng)業(yè)水土保持模式，能夠有效地防治水土流失，從而凈化水體環(huán)境。

3.2.2攔截面源污染效應(yīng)分析經(jīng)計算，在2010—2012年3年中城源集水區(qū)產(chǎn)生的年均溶解態(tài)面源污染總磷含量為 37 kg/km2，總氮含量為696 kg/km2，氨態(tài)氮含量為 314 kg/km2；產(chǎn)生的吸附態(tài)面源污染磷素含量為106 kg/km2，氮素含量為290 kg/km2。由計算結(jié)果可知，城源集水區(qū)的面源污染磷素輸出以吸附態(tài)泥沙攜帶為主，氮素輸出吸附態(tài)和溶解態(tài)都很大。東坑集水區(qū)產(chǎn)生的年均溶解態(tài)面源污染總磷含量為 22 kg/km2，總氮含量為134 kg/km2，氨態(tài)氮含量為 57 kg/km2。東坑集水區(qū)因產(chǎn)沙量小，幾乎未監(jiān)測到吸附態(tài)氮磷負荷輸出。通過對面源污染物總氮、總磷、氨態(tài)氮輸出總量的比較可知，東坑集水區(qū)產(chǎn)生的面源污染量遠小于城源集水區(qū)，其溶解態(tài)面源污染總磷含量減少14 kg/km2，總氮含量減少562 kg/km2，氨氮含量減少257 kg/km2，減少幅度分別為40%、81%、82%。綜上分析，說明東坑集水區(qū)采取的現(xiàn)代坡地水土保持生態(tài)果園開發(fā)模式可以防控吸附態(tài)面源污染，對溶解態(tài)面源污染中總磷的攔截率為40%、總氮的攔截率超過80%，效果顯著。

4結(jié)語

贛南地區(qū)是典型的南方水土流失易發(fā)丘陵山區(qū)，20世紀70—80年代水土流失非常嚴重，成為南方水土流失最嚴重的地區(qū)之一。經(jīng)過以小流域為單元的水土綜合治理和生態(tài)建設(shè)，贛南地區(qū)有效地改善了生態(tài)環(huán)境，提高了抵御自然災(zāi)害的能力。贛南對紅壤小流域的綜合治理做到治理、開發(fā)、保護相結(jié)合，生態(tài)、經(jīng)濟、社會效益相統(tǒng)一，工程、生物、耕作措施并舉，把小流域建設(shè)成為生態(tài)和諧、水土資源得到合理利用、各業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的自然生態(tài)體系，其水土治理模式可以在南方紅壤區(qū)水土流失防治中大力推廣。

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