南方紅壤丘陵區水土保持生態服務功能提升研究進展
——以江西省興國縣塘背河小流域為例

肖勝生, 王 聰, 郭利平, 宋月君, 湯崇軍

(1.江西省土壤侵蝕與防治重點實驗室， 江西 南昌 330029; 2.江西省水土保持科學研究院，江西 南昌 330029; 3.中國科學院生態環境研究中心 城市與區域生態國家重點實驗室, 北京 100085)

南方紅壤丘陵是中國“兩屏三帶”生態安全屏障的重要組成部分。由于自然和人為因素的雙重影響，導致其生態屏障作用得不到有效發揮，區域生態安全難以維持。 ①自然因素。區域降雨量是全國年均水平的2～3倍，且季節分布不均衡，降雨集中在4—6月，容易誘發嚴重的水土流失；區域內低山丘陵交錯，地形破碎(如崩崗地貌發育，且分布廣泛)，為土壤侵蝕提供了較為便利的地形條件。 ②人為因素。主要是區域人口稠密，人地矛盾突出。例如，不規范地規模化經果林開發等強度大的活動進一步加劇了水土流失。南方紅壤丘陵實施了系列生態工程治理后(如飛播造林、退耕還林和水土流失重點治理工程等)，對區域內生態系統服務功能的提升具有一定的促進作用[1-2]，水土流失面積也得到了有效遏制，但區域內廣泛分布的殘次林存在生物多樣性低，固碳增匯效率差，水土保持與水源涵養功能低下等生態服務功能問題依然存在，治理技術及模式的生態功能仍有待提升。總體來說目前區域的水土保持工作處于一種瓶頸狀態，亟需開展相關基礎理論研究，研發集成相關技術，建立示范樣板，將水土流失治理的生態服務功能與民生改善有機結合，從側重遏制水土流失面積的擴張轉向注重生態系統功能的整體提升。

江西省興國縣塘背河小流域為中國1980年首批開展小流域綜合治理試點的小流域之一，是南方花崗巖侵蝕區具有典型性和代表性的水土保持綜合治理試點的樣板。經過幾十年的水土保持綜合治理，興國縣2012年被評為“國家水土保持生態文明縣”，但由于地處贛南革命老區腹地，脫貧攻堅任務依然嚴峻。因此，如何由“綠起來”向“富起來”轉變、新時期水土保持工作如何轉型升級、如何保持“塘背”這張靚麗名片不褪色是我們需要考慮的問題。為此，本文以塘背河小流域為研究對象，在考慮糧食/果品生產、水土保持、生物多樣性、水源涵養和固碳增匯等不同生態服務功能之間權衡和協同關系的基礎上，開展以水土保持服務功能提升為核心的關鍵技術研究，構建兼顧生態和社會經濟發展的生態服務功能提升優化模式，打造塘背河小流域“升級版”和“擴展板”，旨在為小流域水土保持重點建設工程效益評價提供參考，進而為南方紅壤丘陵山區的水土保持與生態建設，脫貧致富，和經濟社會可持續高質量發展提供借鑒。

1 塘背河小流域水土流失治理成效及存在問題

1.1 水土流失治理成效研究進展

塘背河小流域位于江西省興國縣境內(圖1)，跨龍口、永豐兩個鄉，屬長江流域鄱陽湖水系，為贛江上游貢水的二級支流，流域面積16.38 km2[3]。氣候屬亞熱帶季風氣候，年平均溫度19.5 ℃，無霜期289 d，年平均降雨量為1 593 mm。地貌類型以山地丘陵為主，其中40%為低山，主要分布在上游，50%為丘陵；流域海拔高度131～469 m[3]，土壤類型為花崗巖發育成的紅壤，地帶性植被為亞熱帶常綠闊葉林。由于過去不合理地采伐利用，該區原生植物遭到毀滅性破壞，引發了嚴重的水土流失，使得塘背河小流域成為南方紅壤區重度侵蝕區。20世紀80年代初，小流域境內山地面積1 155 hm2，而劇烈和強度流失面積合計951 hm2，占山地面積的82.4%，山地植被覆蓋率僅為10%，被稱為“江南紅色沙漠”[4]。塘背河小流域于1983年成為全國首批開展小流域綜合治理試點的小流域之一。經過約30 a的綜合治理，取得了顯著的生態、經濟和社會效益，昔日“江南紅色沙漠”腹地變成了美麗的綠色山川。2000年，塘背河小流域被國家水利部、財政部命名為“全國水土保持生態環境建設示范小流域”，其所在的興國縣于2012年被評為“國家水土保持生態文明縣”，且其所在的贛州市于2014年被水利部列為全國首個水土保持改革試驗區。塘背河小流域治理的成功經驗為贛南乃至南方紅壤丘陵區的水土保持治理工作奠定了基礎。之后以小流域為單元的水土流失綜合治理在南方紅壤丘陵區全面鋪開，并在減少江河湖庫泥沙淤積，改善農業生產條件，調整產業結構以及促進經濟社會協調發展等方面成效顯著。塘背河小流域的成功經驗也越來越受到相關學者的重視。如宋月君和張金生[5]采用中國土壤流失方程(CSLE)對1975—2008年塘背河小流域土壤侵蝕時空變化特征進行了分析，結果表明，土壤侵蝕面積已由1975年的12.20 km2減少為2008年的3.40 km2，治理度達72.13%，尤其是強烈和劇烈流失面積下降了98.5%，并且以流域中游的來溪村和下游的都田村變化最為顯著，在空間格局上已由治理前的集中連片式轉變為2008年的零星分散式。小流域植被覆蓋度也由1975年的22.91%提升到2014年的86.87%。40 a間塘背河小流域新增植被面積高達7.25 km2，超過整個流域總面積的50%[3]。另外，蘇春麗等[6]建立了“小流域治理度”的概念，并認為塘背河小流域經過多年治理恢復，其治理度由治理前的0.252提高到0.683，生態經濟系統進入了初步的良性循環。孫昕等[7]也認為，塘背河小流域基本上已進入良性發展狀態，不需再進行大規模的治理活動，因此其今后水保工作的重點是強化維護工作以持續發揮水土保持措施的生態、社會和經濟效益。

圖1 興國縣塘背河小流域地形圖(DEM)

1.2 水土保持工作存在問題

盡管塘背河小流域水土保持工作取得了階段性成效，但依然存在明顯不足。如小流域內以馬尾松小老頭林為代表的低效林廣泛分布，導致了嚴重的林下水土流失問題。“遠看青山在，近看水土流”是對該區域的真實寫照；以針葉林為主的林分結構不合理，導致森林生態功能低下；崩崗侵蝕在小流域內還有零星分布，主要集中在小流域中游腹地，個別區域水土流失嚴重。例如，永豐鄉凌源村一處崩崗侵蝕群，侵蝕面積達到3.00×104m2[3]。特別是規模山地林果開發(主要是臍橙和油茶)等人為活動劇烈導致新增水土流失等問題。如與2001年相比，由于流域下游文院村果園開發導致小流域植被覆蓋減少了0.86 km2，并且新開發果園2～3 a內地表植被尚未完全覆蓋，從而造成一定程度的水土流失[3]。宋月君和張金生[5]指出，塘背河小流域仍然存在著少量的水土流失強烈侵蝕區，主要與新果園開發初期有關，特別是山頂以及個別區域存在林下水土流失和崩崗侵蝕。這些問題導致流域生物多樣性維持、碳匯功能、水土保持與水源涵養等生態服務功能嚴重退化，生態屏障作用不斷被削弱，對區域生態安全造成一定的威脅。另外，塘背河小流域內經濟發展水平相對滯后，如下游所在的都田村共計465戶2 217人，至2018年底仍有貧困戶40戶和貧困人口204人，脫貧攻堅任務較重。總體而言，將來一段時期內塘背河小流域水土保持工作需要結合民生改善，將水土流失治理與生態服務功能提升有機結合，在進一步有效消減現有水土流失面積和遏制新增人為水土流失的基礎上，逐步提升生態服務功能，培育生態產業[8]，以有效推動當地的社會經濟發展。

在到整個南方紅壤丘陵區，由于其特殊的自然地理條件和生態恢復的復雜性，截至2013年第一次全國水利普查時區域內仍有水土流失面積1.60×105km2，特別是崩崗侵蝕達到23.9萬個[9]。史志華等[8]認為，南方紅壤區治理模式缺乏區域針對性；廣泛分布的低效林林分結構亟需調整；崩崗與林下水土流失治理、生態與生產協調發展是難點。針對上述問題，建議研發以下關鍵技術： ①多用途抗逆鄉土植物篩選及規模化建植技術； ②有機物資源利用與侵蝕退化土壤肥力提升技術； ③水土保持措施空間布局與系統功能提升技術； ④區域水土流失治理與特色生態產業協同發展技術[8]。

2 生態系統服務研究進展

新時期，水土保持工作面臨著從初步治理到質量提升的轉型階段。在這種轉型過程中，需要從單一治理措施到綜合技術集成，從增加植被覆蓋率為目的轉向結構改善和功能提升，從蓄水減沙為主到小流域綜合治理，再到區域尺度上的生態經濟協同、持續和高質量發展與優化布局，并注重資源—經濟—社會的空間分異及其功能分區[8,10-11]。因此，區域尺度生態經濟協同發展與優化布局就需要從整體和系統性的角度出發，以提升生態服務功能為切入點是關鍵，利用生態系統服務的研究方法，綜合權衡和協同不同生態服務功能之間的關系。

2.1 生態系統服務及其權衡和協同研究

自Costanza[12]對全球生態系統服務經濟價值進行評估以來，國際上生態系統服務研究逐漸興起。生態系統服務概念的一般性共識是生態系統為人類提供的各種惠益，包括供給服務(如提供食物和淡水)、調節服務(如水土保持)、文化服務(如精神、娛樂和文化收益)以及支持服務(如維持地球生命生存環境的養分循環)，是人類與環境可持續協調發展不可或缺的基礎。國內外開展了一系列針對不同地區、生態系統類型下的生態系統服務價值評估，得到了一系列不同尺度下生態系統服務價值的空間格局結果[13-16]。并且認為，自中國改革開放30 a余以來，盡管經濟社會資產快速增長，但生態系統服務負債呈現出累積性高速增長態勢[17]。

不同生態系統服務類型之間權衡/協同的相互作用關系成為近年來國內外研究的熱點[18-19]。不同類型生態系統服務之間主要包括權衡關系(trade-off)和協同關系(synergy)，生態系統服務管理主要是對這兩種關系進行平衡協調。所謂權衡，即生態系統在增加某種服務供給時，相應地削弱其他生態系統服務提供能力的現象。協同就是生態系統在增加某種服務供給時也會同時增加對其他服務的供給。生態系統服務權衡產生于人們對生態系統服務的需求偏好。當人們消費某一種或某幾種生態系統服務時，就會有意或無意地對其他生態系統服務的提供產生影響，隨即產生生態系統服務的權衡與協同問題[20]。生態系統服務之間的關系中，許多服務之間是矛盾的(特別是供給服務和調節服務)。大部分的生態脆弱地區同時也是貧困相對集中地區，由于對某項服務需求的增加(如糧食或果品生產等)，人們常常通過改造生態系統來增加其提供能力。例如，山地開墾和經濟果木林開發等來轉換生態系統類型，減少自然生態系統面積或向生態系統投入更多的人為輔助能量等，其結果往往是犧牲一些服務來使另外一些服務的供給能力得以提高[21]。例如，在山地開墾坡地種植農作物，糧食產量的提高常常會以土壤侵蝕的加劇為代價。同理，侵蝕劣地的治理和生態恢復在總體上能夠提升生態系統服務能力，特別是調節服務和文化服務的水平，但可能降低產品供給服務的能力。如黃土高原的研究表明，土地利用變化(植被覆蓋的增加)與土壤保持、碳固定具有正效應，與產水量間存在負效應[22]。但若想同時提升供給服務的水平，需要同時增加投入，為營造供給服務提供更多外在條件[22]。因此，必須通過權衡不同服務功能項，科學地集成服務項以實現生態系統服務的優化，以期為生態系統服務相關的管理決策提供科學依據[23]。

2.2 南方紅壤丘陵區生態系統服務功能提升途徑研究

國際上關于退化地生態系統服務功能提升的研究主要集中于熱帶森林，嘗試通過恢復和適應性管理的途徑加速退化森林的自然恢復，提高其生物多樣性和生態服務功能[24]，并特別強調農村生計可持續發展和社區參與在實現恢復目標方面的重要性[25-26]。南方紅壤丘陵區作為中國水土流失最為嚴重的地區之一，對其生態系統服務價值與功能的正確認知，是開展多種生態系統服務可持續管理決策的基礎[27]。基于此，國內部分學者也開展了相關研究。如陳美球等[1]認為得益于退耕還林，1990—2005年貢江源頭的石城縣及章江源頭的上猶縣和崇義縣的生態系統服務價值增量最多。劉海等[2]也得出類似結果。他認為由于水土保持和退耕還林等工作的相繼開展，與1990年相比，2008年鄱陽湖流域單位面積生態系統服務價值均有所提升，特別是鄱陽湖流域南部的紅壤山地丘陵區(同時也是水土流失主要分布區)，并建議以林地為主的子流域中應加大對生態環境的維護，發展林業經濟。另外，基于江西省廣豐縣2009年森林資源二類清查數據，王兵和王丹[28]研究得到混交林的單位面積生態效益價值最大，硬闊類、竹林和灌木林也較大，而馬尾松和軟闊類則具備較低的單位面積生態服務功能價值。賈芳芳[29]的研究進一步指出，贛江流域各森林類型的不同生態服務功能能力存在差異。例如，土壤保持能力表現為：杉木林>灌木林>闊葉林>松林>經濟林>竹林；水源供給能力表現為：竹林>杉木林>經濟林>闊葉林>松林>灌木林；總碳密度大小順序為：闊葉林>竹林>經濟林>杉木林>灌木林>松林。上述結論可為南方紅壤丘陵區廣泛分布的馬尾松林低效林改造提供借鑒。例如，馬尾松林針改闊時建議采取硬闊類樹種，而非軟闊類樹種；杉木林可作為改造的目標樹種之一，它不僅具備最高的保持土壤能力，也具備較強的水源涵養能力，同時還屬于速生用材樹種，經濟效益巨大。

總體而言，前期相關研究多集中于生態系統服務功能理論和方法，對生態屏障帶生態系統或侵蝕劣地生態系統服務功能提升的深入研究較為缺乏，尤其是對于南方紅壤丘陵侵蝕劣地生態服務功能提升的理論、技術集成與示范方面關注較少。例如，關于不同生態服務功能之間的權衡關系及理論依據、生態服務功能提升的途徑及關鍵技術、生態服務功能提升綜合優化模式的構建與示范以及大面積推廣的社會和經濟驅動因素與關鍵限制性因素等方面的理論和技術方法的研究薄弱。

3 研究展望

經過30 a的水土流失綜合治理，塘背河小流域和整個南方紅壤丘陵區水土保持工作成效顯著。學術界基于此實踐成果，在理論認識和技術模式等方面都取得了豐富的研究成果。但同時也清醒地認識到，南方紅壤丘陵區水土保持工作還存在不少薄弱環節。新時期該區的生態系統亟需轉型和升級。參考生態系統服務的研究體系，建議從基礎研究、關鍵技術研發和綜合模式構建與示范等三個方面開展進一步研究工作。

3.1 生態系統服務的權衡與區域集成基礎研究

生態系統服務的權衡與區域集成是生態學的研究前沿[23]。收集小流域氣候因子、影像資料、土地利用等數據，以水土保持服務為核心，綜合評估小流域水源涵養、生物多樣性維持和碳固持等關鍵生態系統服務功能，分析水土保持生態系統服務功能的時空分異規律，揭示水土保持在自然因素和人為因素作用下與其他關鍵生態系統服務功能的協同關系，明確該尺度下主要是以哪種服務為主，哪種服務為輔，從而為明確土地利用格局和國土空間規劃提供關鍵科學支撐。在此基礎上，通過GIS熱點分析工具對水土保持服務進行分等定級，劃定小流域水土保持服務的供給區與受益區，以水土保持生態服務功能為指標，借助水文、物理模型分析水土保持服務功能流動的空間范圍，探究其空間流動特征。

3.2 關鍵技術研發

在對小流域及其典型區進行調查的基礎上，明確區域目前水土保持服務功能存在的問題，有針對性地研究水土保持服務功能提升的關鍵技術，并進行適應性評價(包括技術的提升效應、適宜性和推廣性)；從關鍵技術出發，融合其他措施手段，對區域典型生態系統進行改造，并對其生物多樣性、碳匯和水源涵養等功能進行分析。對塘背河小流域而言，主要是需要針對馬尾松林下流、崩崗侵蝕和規模經濟果木林開發人為水土流失等類型，研發集成相關水土保持技術手段并提升生態服務功能。

3.2.1 馬尾松低效林林下水土流失 傳統的低效林改造技術(如間伐、撫育等)更多注重生產力和生物量等單方面的效益，而忽略了水土保持、水源涵養、生物多樣性和碳匯等生態服務功能的其他方面及其之間的權衡關系。本文所研發的技術需要具備基本的土壤保持功能，同時在水源涵養、生物多樣性和碳吸存等方面也需具備較強的水平；所研究的技術除了具備基本的水土保持效益之外，還能創造較大的社會效益或經濟效益。如通過小老頭松精準施肥、竹節水平溝加密放淺、灌草植被帶營造和林下多種經營技術(林—藥復合)等加速群落正向演替，實現結構與功能的恢復，實現生態系統服務功能的協同提升。

3.2.2 崩崗侵蝕 針對崩崗侵蝕區劣地土壤缺乏草灌植被覆蓋，徑流侵蝕十分嚴重，固碳能力下降，生物多樣性顯著減少的問題，研發多種優勢草灌植物種類復合配置的種植、撫育和管理技術；將單個崩崗(將溝頭集水區、崩壁、溝道、沖積扇整體施策)或崩崗侵蝕群作為一個系統對待，根據其風險等級，結合崩崗的發育程度、規模、位置、開發條件等，分別按照大封禁+小治理生態恢復模式、治坡降坡和穩坡“三位一體”生態恢復模式、先期有效攔擋+后續開發利用模式、反坡臺地規模開發+經果林種植模式和建設用地規模整理模式等實施，加強技術模式的針對性，同時加強新技術、新方法的引入，將工程措施、植物措施以及耕作措施進行有效集成，空間對位，實現基于“人為干預+自然修復”為一體的生態修復服務功能提升體系。

3.2.3 規模經果林開發 廣泛存在的向侵蝕劣地“要地”、經濟果木林規模開發活動是塘背河小流域及整個南方紅壤丘陵區提高土地資源利用率，增加生態系統供給服務的主要手段。但開發過程中特別是開發初期需要控制水土流失和土壤肥力損失，后續需要維持土壤結構和地力，實現幼齡林果地退化土壤肥力快速恢復，實現林果地紅壤生態服務功能和經濟效益的顯著提高。需要研發以耕代撫的保土蓄水技術和有機資源就地利用改善土壤結構(如果園生草刈割覆蓋、芒萁刈割覆蓋+微生物促腐技術)；研發林下綠肥和開發初期作物套種技術，在保水保土的同時增加生物多樣性；研發經果林下多功能水土保持植物篩選與種植技術(如蜜源植物等)，提升經果林生態服務功能。

3.3 綜合模式構建與示范

將生態服務功能提升與民生改善有機結合，按照“點面調查與評估—技術模式集成—生態服務功能提升—系統性解決方案構建”的思路，以單位面積生態服務功能提升為主線，集成適應性水—土—植被—產業技術體系，建立典型小流域生態系統服務提升的綜合模式集成方案，建立提升技術轉移轉化平臺，形成可持續的生態產業—服務功能提升價值鏈及適應性管理機制，為該區生態系統服務功能提升提供系統性解決方案。在此過程中，堅持治山治水治窮致富結合，工程生物耕作措施相協調；堅持治理開發保護相結合，生態經濟社會效益相協調。建議以塘背河小流域為尺度建設示范點，依托興國縣水土保持重點建設工程和興國縣水土保持科技示范園建設，集成已有提升技術，有針對性地開展生態系統服務提升的示范點建設，為南方紅壤丘陵區生態環境保護與可持續高質量發展提供借鑒。