桂西北峰叢洼地不同土壤類型水土流失特征對比與展望

高澤超

(陜西地建土地勘測規劃設計院有限責任公司，陜西 西安 710075)

引言

桂西北峰叢洼地區位于云貴高原向廣西盆地的過渡地帶，是我國乃至世界亞熱帶巖溶區的典型地區，該地區生態環境脆弱，也是廣西貧困人口的主要分布區[1]。有研究將該峰叢洼地區劃分成非喀斯特區(碎屑巖為主)和喀斯特區(碳酸鹽巖為主)[2]，由于母巖性質差異造成同一地區的土壤發育為多種不同類型，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[3]。桂西北地區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差異顯著，同種水土保持措施在同一流域不能完全適用，對當地農業生產以及水土流失治理均產生較大影響。

目前，桂西北地區耕地資源貧困度較高[4]，水土流失現象較為突出。由于喀斯特與非喀斯特區坡地土壤侵蝕過程差別顯著，因此亟需對該地區喀斯特和非喀斯特土壤耕地的土壤侵蝕特征進行歸納和合理評價。本文將深化對桂西北坡地土壤侵蝕機理的認識，為合理評價桂西北耕地土壤侵蝕和布設水土保持措施提供科學依據。

1 紅壤水土流失特征

1.1 紅壤區概況

我國南方紅壤總面積為218萬km2，分布于我國15個省和自治區，約占全國國土總面積的22%，該地區氣候溫暖，雨量充沛，降雨通常強度高，持續時間長，暴雨頻繁[5]；且南方紅壤區本身具有的土壤深度淺、坡度陡、土壤質地不均衡、雨熱同期、土地集約利用率高等條件[6]，使得南方紅壤區土壤退化和侵蝕的研究受到越來越多的關注。亞熱帶花崗巖紅壤山地丘陵地區人口較多，且居住密集，人地矛盾較大，越來越多的坡地被當地居民改成果園、茶園、坡耕地等，進而導致生態系統發生不同程度的退化[7]。

1.2 紅壤水土流失特征

李朝霞等[8]通過人工模擬降雨試驗，研究了紅壤表層土壤結構和地表侵蝕產沙之間的關系，結果表明，由于泥質頁巖紅壤表層土壤易形成結皮，導致徑流量增大，但減少了地表產沙量。第四紀紅粘土紅壤結構變化相對緩慢，產流產沙量隨結構的破壞而逐漸增加?；◢弾r紅壤侵蝕過程中徑流泥沙總量隨土壤粗化程度的升高而增大。侵蝕過程中，不同母質土壤侵蝕泥沙的顆粒成分隨著土壤結構變化有一定差異。泥質頁巖紅壤侵蝕泥沙的MWD較小，當地表徑流逐漸穩定后，泥沙的顆粒成分也隨之恒定。第四紀紅粘土紅壤泥沙粗顆粒含量較高，并且隨著降雨歷時的延長和徑流總量的增大而增大?；◢弾r紅壤降雨初期泥沙中細顆粒含量相對較高，但顆粒粗化現象發生后，泥沙中粗顆粒含量也有對應增加。紅壤區已有研究[9-13]表明，紅壤地表徑流初始產流時間隨降雨強度和坡度的增大而縮短；地表徑流總徑流量、地表侵蝕產沙量均與降雨強度呈正比；徑流系數的大小與坡度的大小呈正相關；坡度對徑流總量的影響貢獻率>60%，但對產沙總量的貢獻率僅在30%左右；而坡度大小對侵蝕產沙量的影響存在著臨界值，該臨界值在20°～25°范圍內變化。錢婧[14]以紅壤坡面菜地為研究對象，通過室內人工模擬降雨試驗表明，紅壤坡面的初始產流時間與坡長呈反比，與植被覆蓋度呈正比，而影響初始產流時間的最大因素為植被覆蓋度。

2 石灰土水土流失特征

2.1 石灰土區概況

我國喀斯特地區面積約為1.01×107hm2，其中以廣西為中心的亞熱帶巖溶區面積最大，桂西北巖溶區面積占廣西巖溶區的49.85%，是廣西石漠化趨勢最嚴重的地區[15,16]。石灰土主要分布在喀斯特坡地，該地區具有雙層水文地質結構和特殊的土壤剖面特征，表現在地表巖石裸露、地下巖溶裂隙、管道發育，土層較薄且不連續，這些特征導致喀斯特坡地土壤侵蝕過程十分復雜且與非喀斯特地區差異顯著。

2.2 石灰土水土流失特征

現有研究表明，喀斯特坡地的土壤侵蝕包括2個過程，即地表流失和地下漏失，土壤不僅隨地表徑流流失，同時還沿巖溶孔(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，通過徑流小區、侵蝕劃線法及核素示蹤方法等技術手段測得的現有喀斯特坡地地表侵蝕模數在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]。陳洪松等通過小區監測的結果表明，坡耕地和經果林的種植早期，地表土壤侵蝕模數可達到30～100t·(km-2·a-1)，超過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、溶槽和基巖裂隙發育程度較高，導致降雨時雨水在土壤中入滲速率快，在巖-土界面產生壤中流或地下徑流，地表產流較少[22-24]?？λ固仄碌赝撩娈a流以蓄滿產流為主，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體現為地下漏失和地表流失的雙重作用，在雨強較低時以地下漏失過程為主，在雨強較大時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，除了地表土壤層產流外，巖面產流也是喀斯特坡地的重要產流模式[27]，巖面徑流顯著影響了巖石附近土壤水分、養分的空間異質性[28,29]。在大雨或暴雨條件下，裸露巖面匯集雨水形成徑流，會對周圍土壤產生明顯沖刷，目前有關巖面流對喀斯特坡地土壤地表侵蝕的影響還有待于進一步研究。

土壤漏失是喀斯特地區獨特的土壤侵蝕形式。國外學者在20世紀60、80年代報道過喀斯特地區的地下水土流失。在我國，劉志剛最早報道地下水土流失，指出廣西都安石灰巖區的土壤易于隨著徑流沿落水洞進入地下空間[30,31]。近十幾年來，喀斯特地區的土壤漏失得到了廣泛關注，部分學者通過巖溶風化殼的演變過程、壤中流的蠕滑擦痕、石灰土剖面的地球化學特性以及地下洞穴土壤性質、土壤蠕移過程等分析了土壤漏失的機理，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展水土保持，要以小流域內不同土壤類型為單元，根據自然規律，在全面規劃的基礎上，因地制宜，對癥下藥，合理安排工程、生物、蓄水保土3大水土保持措施，實施山、水、林、田、路綜合治理，最大限度地控制水土流失，從而達到保護和合理利用水土資源，實現經濟社會的可持續發展。

3.1 工程措施

為防止水土流失危害，保護和合理利用水土資源而修建各種工程設施，在桂西北地區，開展坡改梯、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。

修建工程措施時應秉承“因地制宜、對癥下藥”的原則，在廣西國家水土保持重點工程中，對于水土流失嚴重、經濟相對落后的地區，主要通過傳統小流域綜合治理措施進行治理，如坡改梯和排蓄水工程等；而對于面積較大、水土流失情況復雜、區域經濟發展不等的地區，在傳統治理措施的基礎上還增加了崩崗治理和清潔生產2大類工程[37]。

3.2 生物措施

廣西擁有獨特的自然條件，現已開發出多種水土保持植物，如絞股藍、鐵皮石斛、羅漢果、草珊瑚、扶芳藤等[38]，這些植物在發揮其水土保持作用的同時，還具有較高的藥用價值，可以為當地的農業經濟帶來幫助。

通過對比試驗與示范，尹輝等篩選出了牧草、金銀花等6種適宜巖溶區土-石組合微地貌單元的水保植物，設計了牧草加金銀花、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土地優化利用模式，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土壤有機質抗蝕力等方法，保土蓄水，改良土壤，以提高農業生產的技術措施，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、節水保墑、提高土壤肥力等科學價值。Sadeghi等通過測定發現，秸稈覆蓋對降低徑流系數、徑流含沙量和減少水土流失效果顯著[40]。

4 存在問題與展望

當前桂西北水土保持工作的開展多在小流域基礎上進行，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測體系，缺少流域尺度的長期觀測和高精度監測數據支持，對流域尺度的成土能力、水土流失過程及其與各影響因素之間的關系研究不夠清晰，未建立起與不同巖溶環境相適應的流域尺度上的水土流失監測和預報模型。

桂西北峰叢洼地應針對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編制較為完整的技術手冊和標準規范，應結合當地氣象、土地資源和水土流失監測系統建立起適用于當地的水土保持完整數據庫，以及其水土保持綜合效益計算辦法。