桂西北峰叢洼地不同土壤類型水土流失特征對(duì)比與展望

高澤超

(陜西地建土地勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075)

引言

桂西北峰叢洼地區(qū)位于云貴高原向廣西盆地的過(guò)渡地帶，是我國(guó)乃至世界亞熱帶巖溶區(qū)的典型地區(qū)，該地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，也是廣西貧困人口的主要分布區(qū)[1]。有研究將該峰叢洼地區(qū)劃分成非喀斯特區(qū)(碎屑巖為主)和喀斯特區(qū)(碳酸鹽巖為主)[2]，由于母巖性質(zhì)差異造成同一地區(qū)的土壤發(fā)育為多種不同類型，這種土壤差異在貴州省普定縣后寨河小流域也有相似體現(xiàn)[3]。桂西北地區(qū)主要土壤類型為石灰土與紅壤，2種土壤的土層厚度以及理化性質(zhì)差異顯著，同種水土保持措施在同一流域不能完全適用，對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及水土流失治理均產(chǎn)生較大影響。

目前，桂西北地區(qū)耕地資源貧困度較高[4]，水土流失現(xiàn)象較為突出。由于喀斯特與非喀斯特區(qū)坡地土壤侵蝕過(guò)程差別顯著，因此亟需對(duì)該地區(qū)喀斯特和非喀斯特土壤耕地的土壤侵蝕特征進(jìn)行歸納和合理評(píng)價(jià)。本文將深化對(duì)桂西北坡地土壤侵蝕機(jī)理的認(rèn)識(shí)，為合理評(píng)價(jià)桂西北耕地土壤侵蝕和布設(shè)水土保持措施提供科學(xué)依據(jù)。

1 紅壤水土流失特征

1.1 紅壤區(qū)概況

我國(guó)南方紅壤總面積為218萬(wàn)km2，分布于我國(guó)15個(gè)省和自治區(qū)，約占全國(guó)國(guó)土總面積的22%，該地區(qū)氣候溫暖，雨量充沛，降雨通常強(qiáng)度高，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，暴雨頻繁[5]；且南方紅壤區(qū)本身具有的土壤深度淺、坡度陡、土壤質(zhì)地不均衡、雨熱同期、土地集約利用率高等條件[6]，使得南方紅壤區(qū)土壤退化和侵蝕的研究受到越來(lái)越多的關(guān)注。亞熱帶花崗巖紅壤山地丘陵地區(qū)人口較多，且居住密集，人地矛盾較大，越來(lái)越多的坡地被當(dāng)?shù)鼐用窀某晒麍@、茶園、坡耕地等，進(jìn)而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生不同程度的退化[7]。

1.2 紅壤水土流失特征

李朝霞等[8]通過(guò)人工模擬降雨試驗(yàn)，研究了紅壤表層土壤結(jié)構(gòu)和地表侵蝕產(chǎn)沙之間的關(guān)系，結(jié)果表明，由于泥質(zhì)頁(yè)巖紅壤表層土壤易形成結(jié)皮，導(dǎo)致徑流量增大，但減少了地表產(chǎn)沙量。第四紀(jì)紅粘土紅壤結(jié)構(gòu)變化相對(duì)緩慢，產(chǎn)流產(chǎn)沙量隨結(jié)構(gòu)的破壞而逐漸增加?；◢弾r紅壤侵蝕過(guò)程中徑流泥沙總量隨土壤粗化程度的升高而增大。侵蝕過(guò)程中，不同母質(zhì)土壤侵蝕泥沙的顆粒成分隨著土壤結(jié)構(gòu)變化有一定差異。泥質(zhì)頁(yè)巖紅壤侵蝕泥沙的MWD較小，當(dāng)?shù)乇韽搅髦饾u穩(wěn)定后，泥沙的顆粒成分也隨之恒定。第四紀(jì)紅粘土紅壤泥沙粗顆粒含量較高，并且隨著降雨歷時(shí)的延長(zhǎng)和徑流總量的增大而增大。花崗巖紅壤降雨初期泥沙中細(xì)顆粒含量相對(duì)較高，但顆粒粗化現(xiàn)象發(fā)生后，泥沙中粗顆粒含量也有對(duì)應(yīng)增加。紅壤區(qū)已有研究[9-13]表明，紅壤地表徑流初始產(chǎn)流時(shí)間隨降雨強(qiáng)度和坡度的增大而縮短；地表徑流總徑流量、地表侵蝕產(chǎn)沙量均與降雨強(qiáng)度呈正比；徑流系數(shù)的大小與坡度的大小呈正相關(guān)；坡度對(duì)徑流總量的影響貢獻(xiàn)率>60%，但對(duì)產(chǎn)沙總量的貢獻(xiàn)率僅在30%左右；而坡度大小對(duì)侵蝕產(chǎn)沙量的影響存在著臨界值，該臨界值在20°～25°范圍內(nèi)變化。錢婧[14]以紅壤坡面菜地為研究對(duì)象，通過(guò)室內(nèi)人工模擬降雨試驗(yàn)表明，紅壤坡面的初始產(chǎn)流時(shí)間與坡長(zhǎng)呈反比，與植被覆蓋度呈正比，而影響初始產(chǎn)流時(shí)間的最大因素為植被覆蓋度。

2 石灰土水土流失特征

2.1 石灰土區(qū)概況

我國(guó)喀斯特地區(qū)面積約為1.01×107hm2，其中以廣西為中心的亞熱帶巖溶區(qū)面積最大，桂西北巖溶區(qū)面積占廣西巖溶區(qū)的49.85%，是廣西石漠化趨勢(shì)最嚴(yán)重的地區(qū)[15,16]。石灰土主要分布在喀斯特坡地，該地區(qū)具有雙層水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)和特殊的土壤剖面特征，表現(xiàn)在地表巖石裸露、地下巖溶裂隙、管道發(fā)育，土層較薄且不連續(xù)，這些特征導(dǎo)致喀斯特坡地土壤侵蝕過(guò)程十分復(fù)雜且與非喀斯特地區(qū)差異顯著。

2.2 石灰土水土流失特征

現(xiàn)有研究表明，喀斯特坡地的土壤侵蝕包括2個(gè)過(guò)程，即地表流失和地下漏失，土壤不僅隨地表徑流流失，同時(shí)還沿巖溶孔(裂)隙、漏斗、落水洞等向下流失[17]?？λ固仄碌赝寥赖乇砬治g量低，通過(guò)徑流小區(qū)、侵蝕劃線法及核素示蹤方法等技術(shù)手段測(cè)得的現(xiàn)有喀斯特坡地地表侵蝕模數(shù)在0.1～1444.1t·(km-2·a-1)[18,19]。雖然喀斯特坡地土壤地表侵蝕量低，但喀斯特坡地成土速度非常慢，土壤資源量少，容許土壤流失量只有30t·(km-2·a-1)[20,21]。陳洪松等通過(guò)小區(qū)監(jiān)測(cè)的結(jié)果表明，坡耕地和經(jīng)果林的種植早期，地表土壤侵蝕模數(shù)可達(dá)到30～100t·(km-2·a-1)，超過(guò)喀斯特坡地的容許土壤流失量[22]。

石灰土坡地土壤地表侵蝕主要受地表徑流的影響。由于喀斯特坡地土壤入滲率高，地下溶溝、溶槽和基巖裂隙發(fā)育程度較高，導(dǎo)致降雨時(shí)雨水在土壤中入滲速率快，在巖-土界面產(chǎn)生壤中流或地下徑流，地表產(chǎn)流較少[22-24]?？λ固仄碌赝撩娈a(chǎn)流以蓄滿產(chǎn)流為主，且只有在大雨和暴雨條件下才有明顯的地表徑流[25]?？λ固仄碌氐耐寥狼治g體現(xiàn)為地下漏失和地表流失的雙重作用，在雨強(qiáng)較低時(shí)以地下漏失過(guò)程為主，在雨強(qiáng)較大時(shí)地上地下流失共同作用，甚至以地表流失為主[26]。在喀斯特坡地，除了地表土壤層產(chǎn)流外，巖面產(chǎn)流也是喀斯特坡地的重要產(chǎn)流模式[27]，巖面徑流顯著影響了巖石附近土壤水分、養(yǎng)分的空間異質(zhì)性[28,29]。在大雨或暴雨條件下，裸露巖面匯集雨水形成徑流，會(huì)對(duì)周圍土壤產(chǎn)生明顯沖刷，目前有關(guān)巖面流對(duì)喀斯特坡地土壤地表侵蝕的影響還有待于進(jìn)一步研究。

土壤漏失是喀斯特地區(qū)獨(dú)特的土壤侵蝕形式。國(guó)外學(xué)者在20世紀(jì)60、80年代報(bào)道過(guò)喀斯特地區(qū)的地下水土流失。在我國(guó)，劉志剛最早報(bào)道地下水土流失，指出廣西都安石灰?guī)r區(qū)的土壤易于隨著徑流沿落水洞進(jìn)入地下空間[30,31]。近十幾年來(lái)，喀斯特地區(qū)的土壤漏失得到了廣泛關(guān)注，部分學(xué)者通過(guò)巖溶風(fēng)化殼的演變過(guò)程、壤中流的蠕滑擦痕、石灰土剖面的地球化學(xué)特性以及地下洞穴土壤性質(zhì)、土壤蠕移過(guò)程等分析了土壤漏失的機(jī)理，提出了土壤漏失模型[32-36]。

3 桂西北峰叢洼地水土保持措施類型

在桂西北峰叢洼地開(kāi)展水土保持，要以小流域內(nèi)不同土壤類型為單元，根據(jù)自然規(guī)律，在全面規(guī)劃的基礎(chǔ)上，因地制宜，對(duì)癥下藥，合理安排工程、生物、蓄水保土3大水土保持措施，實(shí)施山、水、林、田、路綜合治理，最大限度地控制水土流失，從而達(dá)到保護(hù)和合理利用水土資源，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

3.1 工程措施

為防止水土流失危害，保護(hù)和合理利用水土資源而修建各種工程設(shè)施，在桂西北地區(qū)，開(kāi)展坡改梯、修建蓄水池和攔沙壩等措施可以有效保持土壤水分和充分利用水土資源。

修建工程措施時(shí)應(yīng)秉承“因地制宜、對(duì)癥下藥”的原則，在廣西國(guó)家水土保持重點(diǎn)工程中，對(duì)于水土流失嚴(yán)重、經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后的地區(qū)，主要通過(guò)傳統(tǒng)小流域綜合治理措施進(jìn)行治理，如坡改梯和排蓄水工程等；而對(duì)于面積較大、水土流失情況復(fù)雜、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展不等的地區(qū)，在傳統(tǒng)治理措施的基礎(chǔ)上還增加了崩崗治理和清潔生產(chǎn)2大類工程[37]。

3.2 生物措施

廣西擁有獨(dú)特的自然條件，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出多種水土保持植物，如絞股藍(lán)、鐵皮石斛、羅漢果、草珊瑚、扶芳藤等[38]，這些植物在發(fā)揮其水土保持作用的同時(shí)，還具有較高的藥用價(jià)值，可以為當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)幫助。

通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)與示范，尹輝等篩選出了牧草、金銀花等6種適宜巖溶區(qū)土-石組合微地貌單元的水保植物，設(shè)計(jì)了牧草加金銀花、牧草加火龍果、牧草籬、扶芳藤加果、山麻桿加果等微地貌單元生態(tài)土地優(yōu)化利用模式，取得了較好的蓄水保土效果[39]。

3.3 蓄水保土耕作措施

指以改變坡面微小地形，增加植被覆蓋或增強(qiáng)土壤有機(jī)質(zhì)抗蝕力等方法，保土蓄水，改良土壤，以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)措施，如等高耕作、等高帶狀間作、溝壟耕作少耕、免耕等。

秸稈覆蓋作為保護(hù)性耕作措施之一，是減少土壤侵蝕的主要措施，在廣西各地區(qū)普遍適用，其利用植物秸稈避免了雨水與土壤的直接接觸，具有減少水土流失、節(jié)水保墑、提高土壤肥力等科學(xué)價(jià)值。Sadeghi等通過(guò)測(cè)定發(fā)現(xiàn)，秸稈覆蓋對(duì)降低徑流系數(shù)、徑流含沙量和減少水土流失效果顯著[40]。

4 存在問(wèn)題與展望

當(dāng)前桂西北水土保持工作的開(kāi)展多在小流域基礎(chǔ)上進(jìn)行，但桂西北峰叢洼地水土流失研究中尚未建立起流域尺度的較為完善的水土流失監(jiān)測(cè)體系，缺少流域尺度的長(zhǎng)期觀測(cè)和高精度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)支持，對(duì)流域尺度的成土能力、水土流失過(guò)程及其與各影響因素之間的關(guān)系研究不夠清晰，未建立起與不同巖溶環(huán)境相適應(yīng)的流域尺度上的水土流失監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)模型。

桂西北峰叢洼地應(yīng)針對(duì)不同土壤類型和不同土地利用類型所適用的水土保持措施應(yīng)編制較為完整的技術(shù)手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀?、土地資源和水土流失監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建立起適用于當(dāng)?shù)氐乃帘３滞暾麛?shù)據(jù)庫(kù)，以及其水土保持綜合效益計(jì)算辦法。