坡地赤红壤退化与生态环境重建.doc

坡地赤红壤退化与生态环境重建曾晓舵（广东省生态环境与土壤研究所，广东 广州 510650）摘要：广东坡地赤红壤是广东农业生产的重要土壤资源，但是，坡地赤红壤长期以来存在着利用不当和退化问题，严重制约着其生产潜力的发挥。文章总结了坡地赤红壤的基本特性及退化状况，探讨了其生态环境重建的途径。认为坡地赤红壤之退化主要是生态退化、水土流失、物理退化和养分退化。指出坡地赤红壤之生态环境重建主要有如下几种途径：因地制宜，合理利用，恢复与重建土壤-植被生态系统；综合治理水土流失；增加有机质，改善土壤结构，提高土壤肥力；发挥地域优势，大力发展绿色农业，走农业产业化道路。关键词：坡地赤红壤；退化；生态环境重建中图分类号：S156 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2003）02-0198-05赤红壤又名砖红壤性红壤，是南亚热带的地带性土壤。它分布广，面积大，是发展南亚热带粮食作物、经济作物与林木、果树的重要生产基地。在广东，由于人多耕地少，坡地赤红壤更是一种重要的土壤资源，它对于今后广东农业生产的进一步发展起到举足轻重的作用。但是，坡地赤红壤长期以来存在着利用不当和退化问题，严重制约着其生产潜力的发挥；恶化的生态环境又反过来影响着社会经济的发展和人民生活的安全。有鉴于此，本文试图总结坡地赤红壤的特性及环境状况，从而探讨其生态环境重建的途径，为坡地赤红壤的合理开发利用提供科学依据。1 坡地赤红壤的分布与特性1.1 坡地赤红壤的分布及其气候条件在广东，赤红壤主要分布于北纬21352431之间，海拔300450 m以下的低丘台地；面积658多万 hm2，占全省土壤面积的44.67%。其中以惠阳地区（占22.5%）、肇庆地区（占17.2%）、江门地区（占13.4%）、广州市（占11.2%）的面积较大，均在66万hm2以上1。广东赤红壤分布地区处于南亚热带季风气候带，具有高温多雨、干湿季节明显的气候特点。年均温2022 ；10 年积温75008458 ；10 日数286360 d；最冷月均温1015 ，最热月（月）均温2829 ；温度年较差1316 。年平均降雨量13002200 mm，雨量集中于49月，这几个月的雨量占全年的80%以上1；10月至翌年3月为旱季，干湿季节明显。由于高温多雨的条件，岩石的风化分解、淋溶强烈，生物繁衍旺盛。1.2 坡地赤红壤的基本特性坡地赤红壤植被为常绿阔叶林，母质主要为花岗岩及其他酸性岩。土壤的脱硅富铝化作用比红壤强。硅铝率为1.92.0。赤红壤中的生物物质循环比较快，有机质分解也快，肥力较低，尤其是植被受到破坏后，肥力更低。植被受破坏程度不同，赤红壤的养分含量也不同。据测定2, 3，植被保存完好的，有机质层厚度超过15 cm，有机质和全氮含量分别可达70.0 g/kg和3.0 g/kg；坡面侵蚀严重的，有机质和全氮含量分别在10.0 g/kg和0.8 g/kg以下。表层pH值为4.70.6，为酸性至强酸性土壤2, 3。X光衍射及电镜分析的研究结果4表明，粘粒矿物以高岭石为主，并含有少量的三水铝石及水云母，此外含有少量针铁矿，说明这类土壤脱钾作用虽不及砖红壤深，但其富铝化程度仍较高。此外，土壤磷素含量甚低，钾素含量则因母质而异，花岗岩、流纹岩发育的土壤钾素含量最高，而玄武岩与砂页岩发育的则不足20 g/kg。有关研究5表明，赤红壤旱地的比水容量较小，能及时供给植物生长的水量较少，这是作物易受旱害的主要内因。赤红壤旱地比红壤旱地的土壤水分性质差，作物更容易受到干旱的协迫。赤红壤旱地贮水库容（1 m深土层为232.7 mm）比红壤旱地贮水库容（1 m深土层为321 mm）小，赤红壤旱地的比水容量达到10-2数量级的难效水在-10 kPa-30 kPa就开始出现，而红壤旱地出现在-30 kPa以下，说明赤红壤旱地的失水速度快，保水供水性能弱于红壤旱地。赤红壤旱地水分总库容、贮水库容较红壤旱地低的主要原因是其有机质含量和粘粒含量都较低。2 坡地赤红壤的退化状况近几十年来，由于人口剧增，森林滥伐，土地开垦利用不当，耕地用养失调，以及农业的化学化等方面的影响，引起了全球性的土壤退化。据世界资源研究所调查，在过去45年中，世界上有1/10以上的土壤由于人类活动失去了自然肥力，另一部分土壤受到工业污染而威胁着人类的健康6。赤红壤也存在着严重的退化问题。2.1 生态退化长期以来，人们违背自然规律和经济规律，进行不合理的、粗放的、掠夺性的经营。在坡地林业利用上，以松、杉为主，人工针叶林多，混交林少；乔木多，灌、草少。树种单一，结构简单，生态效益不能充分发挥，土地利用率低。大部分地区都没有建立必要的薪炭林基地，乱砍乱伐禁而不止，森林资源遭到严重破坏，不少地方成为光山秃岭。违背因地制宜的原则，盲目造林，结果林木生长不良，效益极差。2.2 水土流失坡地赤红壤退化的另一重要问题是水土流失，它明显制约着农业的可持续发展。广东坡地赤红壤的水土流失相当严重。以广东省五华县在综合治理水土流失之前的情况为例，五华县有24.4万hm2山地，坡地赤红壤区水土流失面积竟高达8.758万hm2，占山地总面积的35.9；年侵蚀模数达7409 t/km2。泥沙的大量流失，使全县232宗山塘变成沙库，72宗水库年平均淤积泥沙24.1万m3，许多良田被泥沙吞噬，105条大小河床普遍淤高。如果日降雨量达1000 mm，全县受浸面积就超过6600 hm2；如果20天不下雨，受旱面积就要超过4600 hm2（五华县水土保持委员会办公室，1996）。2.3 物理退化在原生自然植被的条件下，坡地赤红壤由于土壤与植被相互作用，互利互惠，协同进化，不存在物理退化问题。但由于人类活动的影响，坡地赤红壤的原生植被多已被破坏而沦为次生植被，或被人工栽培的植被所替代，因此产生严重的物理退化。坡地赤红壤的物理退化主要包括土壤结构退化及土壤水分性能退化。土壤结构退化主要表现在表土砂化，即砂砾含量相对增加，粘粒含量相对减少；土壤结构稳定性下降，较大粒径水稳性团聚体减少；土壤孔隙性变差，较大孔径孔隙减少，体积质量增加7。土壤水分性能退化主要表现在导水性降低，2 h饱和渗水量明显减少；持水能力明显下降，在同样的吸力下，土壤持水量较少；供水能力下降，在相同的吸力段，表土释放的水量较少；亚表土在低吸力段释放水量较少8。2.4 养分退化受侵蚀的赤红壤普遍存在养分退化现象。以广东省惠阳地区为例，根据对该地区6种受侵蚀的坡地赤红壤与其相对应的无明显侵蚀的自然土的有机质层的分析对比9，有机质含量下降21%52%；有83%的坡地赤红壤的全氮含量下降14%43%。根据该地区4种受侵蚀的坡地赤红壤与其相对应的无明显侵蚀的自然土的有机质层的分析对比9，土壤中的有机质、全氮、粒径0.001 mm和0.01 mm的土壤颗粒的含量均有不同程度的下降。3 坡地赤红壤生态环境重建目标和原则坡地的可持续利用应包括两方面的内容，即在利用过程中应维护生态持续性和经济持续性；其中，生态持续性是前提，经济持续性是目的，两者相辅相成，缺一不可；只有这两者的协调统一，才能建设良性循环的、高效的经济生态系统；建设这样的良性生态系统，其实质是为了提高坡地的自然生产力，所以，提高坡地的自然生产力是坡地改良利用的目标10。这是全部改良利用工作的关键。要以提高坡地自然生产力为中心，维护生态持续性和经济持续性，制定和实施坡地改良利用的对策、措施。为了建设良性循环的、高效的经济生态系统，实现提高坡地自然生产力的目标，坡地的改良利用，必须遵循生态规律和经济规律，所以，遵循生态规律和经济规律是坡地改良利用的原则10。在开发方式上，要变资源消耗型为资源节约型，变经营粗放型为经营集约型。从本质上说，上述坡地改良利用的原则和目标，也是坡地赤红壤生态环境重建的原则和目标。4 坡地赤红壤生态环境重建的途径人类以土为生，依土而存。当今，人类社会生活中的一个特点是，人口剧增，土地尤其是耕地被严重占用，土地承载越来越重，人口土地食物矛盾突出。广东与全国相比，人均土地面积、耕地面积、农用后备土地资源数量均较少，而人口自然增长率仍然较高。据预测11，2010年广东人口将比现在有较大的增长，届时人均消费水平也将有较大的提高；广东粮食自给率为70%时，耕地承载力将严重超载。因此，对坡地赤红壤这种重要的土壤资源的生态环境重建或改良利用应引起关注和重视。现就坡地赤红壤的生态环境重建提出以下几种途径。4.1 因地制宜，合理利用，恢复与重建土壤-植被生态系统封山育林恢复植被，营造针阔叶混交林，林灌草多层配置，带垦和穴垦造林，都是改良坡地赤红壤的有效措施。要根据森林的生态作用、农业的整体布局和当地的坡地环境条件，确定造林面积的比例。单一树种和简单的森林结构，极易发生病虫害，而且森林的生态效益低，尤其是某些树种（如桉树、松、杉），还易造成土壤酸化，加速土壤侵蚀和土壤退化。生态复杂性有利于提高生态系统的稳定性，生物多样性有利于提高生态系统的可靠性，因此，应提倡营造混交林，建立合理的森林资源结构。研究12表明，在赤红壤上实行乔、灌、草层多层配置，可使土壤物理状况和养分状况得到改善（表12）。在建立坡地新的林业结构时，应遵循“以营林为基础，采育结合，多种经营，永续利用”的方针，提高经济效益，保证坡地林业的稳步发展。在恢复植被的过程中，除了种植林木以外，还可以因地制宜，种植一些果树和经济作物，如山区的坡地赤红壤，要大力发展柿、李、柑桔等果树和油茶、茶叶等经济作物；坡度大的赤红壤区，一律退耕还田；丘陵区赤红壤应大力发展柑桔、香蕉、荔枝、龙眼、芒果等果树和桑、茶等经济作物，以及橡胶、胡椒等亚热带作物；台地赤红壤应大力发展甘蔗、花生、各种薯类、豆类等经济作物和橡胶、胡椒等亚热带作物，这样既有生态效益，又有经济效益13。4.2 综合治理水土流失治理水土流失应遵循工程措施与生物措施相结合的原则，以生物措施为主。工程措施和生物措施是水土保持最基本的技术措施，在水土保持治理中各有其作用，应把两者有机地结合起来，互相配合，才能相得益彰，发挥综合治理的作用。同时要注意治理和开发相结合，以开发性治理为主。另外，要强调政策措施与技术措施相结合，调动积极因素。水土保持工作要取得社会各方面的支持和配合，才能顺利进行。治理水土流失，要提倡以小流域为单元，治一片，成一片，因地制宜，分类治理，分层治理，分区治理；做好规划，统一安排，突出重点，点面结合，循序渐进14。在治理水土流失中，要注意不同的套种模式对控制水土流失会有不同的效果。杨曾奖等12在广东省东江中上游低效水土保持林的改造中，在赤红壤上营建了不同套种模式的水保林，结果表明，乔灌草模式、乔灌模式和马尾松纯林模式中，以乔灌草模式的水土保持效果为最佳。乔、灌、草层分别对降水的截留和吸附，以及大量的地上枯落物具有强大的持水能力，有效地减少了雨滴直接冲刷地表，使得乔灌草模式的土壤侵蚀明显减少，套种4 a后土壤侵蚀模数降为960 t/(km2a)，约为乔灌模式的1/3和马尾松纯林的1/5。由此看来，对于控制坡地赤红壤的水土流失，实行乔、灌、草层配置会取得较好的较果。在控制果园的水土流失中，不同的套种模式也有不同的效果。据报道15，赤红壤果园的降水流失率在无植被的坡地约为83%，木薯套种花生的坡地平均为36%，荔枝间种柱花草的坡地平均为33%。与试验对照（无植被的裸地）相比，果园间作牧草、花生，其降水流失率减少了50%左右。这一结果表明，赤红壤坡地开垦为梯田果园，除果树外，如无其它植被覆盖，水土流失是严重的，其降水流失率高达80%以上；如果种植了牧草或其它经济作物，则这种果草生态系统具有良好的水土保持效应，水土保持率提高了50%60%。类似的试验16也表明在果园中间种牧草能显著地控制水土流失。从上述试验结果来看，在果园中建立果草生态结构，可明显增大地面覆盖，减少水土流失，是坡地赤红壤果园一种值得推广的可持续利用模式。但也须指出，由于有些牧草生长旺盛、生物量大，不可避免地与果树争肥、争水、争光，特别是在贫瘠的坡地上或在干旱季节里，因此，在牧草品种的适应性选择方面应加以深入研究，使果草搭配合理，生态结构优化。同时要采取合理的种植和管理方式，对牧草的生长量、高度和密度进行适度控制，使果草群落产生良好的生态环境效应。坡地种植草篱，例如利用香根草（Vetiveria zizanioides）密植一排，占地宽约0.5 m，便具有拦泥作用，使草篱与草篱之间的地面形成梯田。红壤坡地柑桔园种植香根草，具有良好的水土保持作用和改土增肥效果17。国外也有类似的研究18，证明草篱确实能有效地控制水土流失。这种水土保持措施，宜试验推广。4.3 增加有机质，改善土壤结构，提高土壤肥力坡地赤红壤中有机质的含量虽然不高，但它却是土壤固相中最活跃的部分，是氮素养分的主要来源，对土壤理化性质具有重大影响，同时也是衡量土壤肥力高低的主要指标。钟继洪等19的研究表明，广东红壤类土壤结构是复杂的，既受土壤颗粒组成、有机质和铁铝氧化物含量的影响，又受利用方式的影响。一般来说，红壤类土壤团聚性、结构的稳定性较高，但孔隙性较差，不利于通气透水，这与这类土壤铁铝氧化物含量较高而有机质含量较低有关。红壤类土壤开垦利用后，其孔隙性得到一定的改善，这有利于改善其通气透水状况，但由于其结构稳定性下降，在降雨尤其是暴雨时，土壤常因结构破坏而出现“粘闭”，因此，其孔隙性的改善对改善红壤类土壤通气透水状况又是有限的。所以，进一步改良红壤土壤结构就很有必要。提高土壤有机质含量，是改善广东红壤类土壤结构状况的关健。对自然红壤类土壤而言，必须采取措施，促进植被演替，通过增加回归土壤的凋落物数量而提高土壤有机质含量；对耕地红壤类土壤而言，则须合理间种、套种绿肥，增施有机肥。坡地赤红壤种植牧草有利于改善土壤结构和提高土壤肥力。章家恩等15的研究表明，在不同果草生态系统中，土壤有机质、土壤全氮、全钾、有效氮、有效钾和阳离子交换量与对照土壤相比都有显著提高；这说明在果园中种植牧草（特别是豆科牧草）对土壤有机质有较好的积累作用和固氮作用。从土壤机械组成和质地来看，在种牧草的土壤中，粒级0.01 mm的土粒的质量分数均比对照土壤要高。通过种植牧草，土壤质地从砂壤向轻壤转变，土壤结构不断改善15。有关的试验结果16还表明，种植格拉姆柱花草等优良牧草，不仅可以改善土壤结构，提高土壤养分，还可以提高水分含量，例如，种植格拉姆柱花草的土壤的水分含量为206 g/kg，无种植的为138 g/kg，前者比后者提高了68 g/kg，土壤降温2.07.5 ，防止了高温伤害果树根系。种植绿肥有利于果树的生长，提高了果树经济效益，也为畜牧业提供了优质饲料，是改良坡地赤红壤的重要途径。除上述措施外，提高坡地赤红壤的肥力，促进植物生长，还应注意钾肥的施用。广东坡地赤红壤处在高温多雨的气候条件下，粘粒和有机质含量低，土壤易释放钾库及供钾能力均小，耕作上如少施或不施钾肥，极易引起土壤钾营养的恶化和作物减产；而钾肥施用量过大，则土液及土粒表面有大量的K+，在多雨情况下易于淋失，造成钾的浪费；因此，在耕种的坡地赤红壤上，勤施薄施钾肥是应遵循的原则20。4.4 发挥地域优势，大力发展绿色农业，倡导走农业产业化道路如上所述，坡地的生态环境建设与坡地利用的经济目标是紧密相连的。生态环境建设有助于经济目标的实现，经济目标的实现有助于生态环境建设的进一步发展。因此发展坡地农业产业也是坡地生态环境建设的重要内容。坡地赤红壤大部分由于地势较高和远离工业区，受工业污染较少，有害金属元素残留量低，适于发展绿色食品生产。绿色食品是指遵循可持续发展的原则，按照特定的标准生产、经专门机构认定、许可使用绿色食品商标的无污染、无公害、安全优质的营养食品。已有学者21对坡地发展绿色食品生产的途径作了较详细的论述。简要地说，在坡地赤红壤上可以通过以下途径来发展绿色农业：创建无污染的具有良好生态环境的基地；选育抗性强的优良品种；做好生产基地的规划，创建无公害绿色食品生产基地；少施化学肥料，重施优质有机肥和生物菌肥，改良土壤；综合防治病虫害，积极采用先进的生物技术；在生产上采取基地化、规模化的模式，使种植、加工、销售一体化，以适应绿色食品生产的要求。坡地开发必须适应现代市场经济和生态保护的要求。必须实现从单一种植模式到多种种植模式，从无机农业到生态农业，从农户单干到有组织的合作经营，从自给自足的个体经济到全球化的市场经济的战略转变。为此，我们倡导坡地开发走农业产业化的道路。所谓农业产业化，是指以国内外市场为导向，以提高效益为中心，以科技进步为手段，将农业产前、产中、产后联结为一个完整的产业系统，以各类企业、中介组织为龙头，以龙头带动农户，在组织上组成“利益共享、风险共担”的利益共同体，实现专业化、规模化、集约化、市场化经营的发展过程。从世界农业发展史来看，农业产业化是实现农业和农村现代化的必由之路。在坡地的农业开发中走农业产业化道路，有利于提高经济效益和保护生态环境，实现农业的可持续发展。参考文献：1 广东省土壤普查办公室. 广东土壤M. 北京: 科学出版社, 1993: 129. 2 广东省科学院丘陵山区综合科学考察队. 广东山区土壤M. 广州: 广东科技出版社, 1991.3 林美莹, 邹国础, 肖辉林, 等. 韶关市土壤类型及土壤资源开发利用分区A. 见：中国科学院南方山区综合科学考察队第四分队编. 广东省韶关市综合科学考察报告集M. 广州: 广东科技出版社, 1987: 381-428.4 赵其国. 红壤物质循环及其调控M. 北京: 科学出版社, 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