長江流域國家級重點防治區(qū)水土流失動態(tài)監(jiān)測與消長情況分析

黃立文 朱永清

摘要：長江流域土壤侵蝕類型多樣、侵蝕機理復雜，是我國水土流失最嚴重的區(qū)域之一。本研究以長江流域國家級水土流失重點防治區(qū)為對象，基于多源遙感數(shù)據(jù)，采用資料收集、室內(nèi)解譯和實地調(diào)查相結(jié)合的方法，獲取土壤侵蝕影響因子，利用中國土壤流失方程CSLE （Chinese Soil LossEquation）和風力侵蝕模型計算土壤侵蝕模數(shù)，并依據(jù)《土壤侵蝕分類分級標準》（SL 1902007）等技術(shù)標準，評價監(jiān)測區(qū)土壤侵蝕強度，實現(xiàn)長江流域國家級重點防治區(qū)2018年全覆蓋水土流失監(jiān)測，并實現(xiàn)以重點防治區(qū)和縣級行政區(qū)為單元的水土流失消長分析。結(jié)果顯示：土壤侵蝕總面積及各防治區(qū)土壤侵蝕面積均呈不同程度的下降趨勢，水土流失強度也在逐步減輕。研究表明，該區(qū)域水土流失得到有效控制，水土流失預防和治理效果明顯。本研究為超大尺度水土流失動態(tài)監(jiān)測進行了技術(shù)嘗試，可為水土保持監(jiān)管、地方政府水土保持目標責任考核等提供有效技術(shù)途徑和重要參考。

關(guān)鍵詞：水土流失;動態(tài)監(jiān)測;消長分析;重點防治區(qū)

中圖法分類號：TV697.13

文獻標志碼：A

DOI： 10.19679/j.cnki.cjjsjj.2019.0216

長江流域是我國水土流失最嚴重的區(qū)域之一，復雜多變的地質(zhì)地貌條件、豐沛的降水和人類不合理的生產(chǎn)活動，使流域內(nèi)水土流失量大面廣、類型多樣。根據(jù)第一次全國水利普查數(shù)據(jù)（2013年公布），長江流域水土流失面積38.46萬km2，占總面積21.37%。土壤侵蝕是導致人類賴以生存且日趨緊缺的土地資源退化和損失的主要原因[1]，嚴重的水土流失不僅破壞水土資源，惡化生態(tài)環(huán)境，加劇自然災害[2]，而且嚴重制約我國經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。長江是中華民族的母親河，也是中華民族發(fā)展的重要支撐。搞好流域水土保持、推進長江經(jīng)濟帶綠色發(fā)展是時代賦予我們的使命[3]。當前，生態(tài)文明建設(shè)和國家重大戰(zhàn)略部署，對水土保持監(jiān)測工作提出了新的更高要求[4]，及時、全面、準確地掌握流域特別是國家級重點防治區(qū)水土流失及其動態(tài)變化狀況，科學評價水土保持生態(tài)建設(shè)成效至關(guān)重要。

長江流域國家級水土流失重點防治區(qū)涉及13省354個縣（市、區(qū)），面積110萬km2。由于范圍太廣，因此在過去水土流失監(jiān)測工作中，均采取抽樣監(jiān)測的方式，不足之處是以點代面，難以全面、準確把握全流域水土流失狀況。本研究基于多源遙感數(shù)據(jù)，采用資料收集、室內(nèi)解譯和實地調(diào)查相結(jié)合的方法，獲取各防治區(qū)土壤侵蝕因子，并利用中國土壤流失方程CSLE（ Chinese Soil Loss Equation）和風力侵蝕模型，進行長江流域國家級重點防治區(qū)2018年全覆蓋水土流失監(jiān)測，并實現(xiàn)以縣級行政區(qū)為單元的水土流失消長分析評價。本研究為超大尺度水土流失動態(tài)監(jiān)測工作進行了技術(shù)嘗試，能為水土保持監(jiān)管、地方政府水土保持目標責任考核等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和決策依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1數(shù)據(jù)

本研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括：（1）高分辨率遙感影像，（2） TM影像，（3）MODIS影像，（4）氣象資料，（5）土壤可蝕性數(shù)據(jù)，（6）地理信息數(shù)據(jù)，（7）土地利用，（8）水土保持重點工程資料，（9）生產(chǎn)建設(shè)活動擾動資料。詳見表1。

1.2方法

在以往的監(jiān)測中，均采取抽樣監(jiān)測的方式，不足之處是以點代面，難以全面、準確把握全流域水土流失狀況。而本研究基于多源遙感數(shù)據(jù)，采用資料收集、室內(nèi)解譯和實地調(diào)查相結(jié)合的方法，獲取各防治區(qū)土壤侵蝕因子，并利用中國土壤流失方程CSLE（ ChineseSoil Loss Equation）和風力侵蝕模型，實現(xiàn)全覆蓋水土流失監(jiān)測，該方法精度高且首次實現(xiàn)了長江流域全覆蓋水土流失監(jiān)測。具體計算模型如下：

（1）水力侵蝕計算

對于水力侵蝕區(qū)，采用中國土壤流失方程CSLE（ Chinese Soil Loss Equation）計算土壤侵蝕模數(shù)[5，6]。方程基本形式為：

A=RKLSBET

（2-1）

式中，A-土壤侵蝕模數(shù)，t.hm-2.a-l; R-降雨侵蝕力因子，MJ.mm.hm-2.li-J.a-I;K—土壤可蝕性因子，t.hm2.h.hm-2.MJ-1.mm-1; L—坡長因子，無量綱[7];s-坡度因子，無量綱[7];B—植被覆蓋與生物措施因子，無量綱;E-T程措施因子[8]，無量綱;T-耕作措施因子[9]，無量綱。

（2）風力侵蝕計算

對于風力侵蝕區(qū)，根據(jù)土地利用類型，可分別選用與之對應(yīng)的耕地、草（灌）地、沙地（漠）風力侵蝕模型，計算土壤侵蝕模數(shù)‘10]。其中：耕地風力侵蝕模型基本形式為：

式中，Qfa一耕地風力侵蝕模數(shù)，t.hm-2.a-l;Tj一表土濕度因子，介于0～1之間;Tj一1年內(nèi)風力侵蝕發(fā)生期間各風速等級的累積時間，min; Zo -地表粗糙度，cm; UJ一j等級的平均風速，m/s，j一風速等級序號，在5 -40m/s內(nèi)按Im/s為間隔劃分為35個等級。

草（灌）地風力侵蝕模型基本形式為：

式中，V一耕地風力侵蝕模數(shù)，t·hm-2·a-l;V一植被覆蓋度，%。其它參數(shù)含義同式5-2。

沙地（漠）風力侵蝕模型基本形式為：

式中，Q fs -耕地風力侵蝕模數(shù)，t·hm-2 ·a-1;其它參數(shù)含義同式5-2。

（3）土壤侵蝕強度評價

基于GIS平臺，利用各土壤侵蝕因子，運用水力侵蝕模型和風力侵蝕模型，計算得到監(jiān)測區(qū)土壤侵蝕模數(shù)，并依據(jù)《土壤侵蝕分類分級標準》（SL190-2007）等技術(shù)標準，評價監(jiān)測區(qū)土壤侵蝕強度。

2 結(jié)果和分析

2.1 水土流失監(jiān)測結(jié)果

（l）國家級重點防治區(qū)水土流失監(jiān)測結(jié)果

長江流域國家級重點防治區(qū)涉及金沙江下游等6個國家級水土流失重點治理區(qū)以及丹江口庫區(qū)及上游等7個國家級水土流失重點預防區(qū)，監(jiān)測面積111萬km2。

監(jiān)測結(jié)果顯示，金沙江下游等6個國家級水土流失重點治理區(qū)，監(jiān)測面積共38萬km2，該區(qū)域土壤侵蝕類型包含水力侵蝕，水力侵蝕面積為116774km2。占土地面積的31%。其中：輕度侵蝕面積為69 808km2;占水力侵蝕面積的60%;中度侵蝕面積為17 600km2;占水力侵蝕面積的15%;強烈侵蝕面積為12 344km2;占水力侵蝕面積的11%;極強烈侵蝕面積為11 849km2;占水力侵蝕面積的10%;劇烈侵蝕面積為5 173km2;占水力侵蝕面積的4%。丹江口庫區(qū)及上游等7個國家級水土流失重點預防區(qū)，監(jiān)測面積共73萬krTi2。監(jiān)測區(qū)土壤侵蝕面積125 139km2，占土地總面積的17%：其中：輕度侵蝕97 192km2，占土壤侵蝕總面積的78%;中度侵蝕13 770km2，占土壤侵蝕總面積的11.00%;強烈侵蝕6 457km2，占土壤侵蝕總面積的5%;極強烈侵蝕5 748km2，占土壤侵蝕總面積的5%;劇烈侵蝕1972km2，占土壤侵蝕總面積的1%。根據(jù)監(jiān)測，監(jiān)測區(qū)土壤侵蝕類型包含水力侵蝕和風力侵蝕，其中：水力侵蝕面積為120 316km2。占土地面積的16%。其中：輕度侵蝕面積為92 667km2;占水力侵蝕面積的77%;中度侵蝕面積為13 626km2;占水力侵蝕面積的11%;強烈侵蝕面積為6 316km2;占水力侵蝕面積的5%;極強烈侵蝕面積為5 736km2;占水力侵蝕面積的5%;劇烈侵蝕面積為1 971km2;占水力侵蝕面積的2%。風力侵蝕面積為4 823km2。占土地面積的1%。其中：輕度侵蝕面積為4 525km2;占風力侵蝕面積的94%;中度侵蝕面積為l44km2，占風力侵蝕面積的3%;強烈侵蝕面積為l42km2;占風力侵蝕面積的3%。極強烈侵蝕面積為12 km2。

國家級水土流失重點防治區(qū)水土流失強度分布詳見表2，以金沙江下游水土流失重點治理區(qū)和丹江口庫區(qū)及上游水土流失重點預防區(qū)為例，其水土流失強度空間分布特征見圖1和圖2?？傮w而言，國家級水土流失重點治理區(qū)以及國家級水土流失重點預防區(qū)均以輕度、中度土壤侵蝕強度為主，分別占其土壤侵蝕總面積的75%和89%。分析發(fā)現(xiàn)，長江流國家級水土流失重點防治區(qū)輕度侵蝕主要分布在部分低中覆蓋度植被、園地以及緩坡耕地區(qū)域;中度侵蝕、強烈侵蝕主要分布在斜坡、陡坡上的耕地、部分園地區(qū)域，極強烈侵蝕、劇烈侵蝕主要分布在采礦用地、裸土地等區(qū)域，如在建的城鎮(zhèn)建設(shè)用地、農(nóng)村建設(shè)用地、交通運輸用地、工礦用地等。坡耕地、采礦用地、低中覆蓋度植被區(qū)域是土壤侵蝕的主要策源地。

總體而言，該區(qū)域以輕度、中度土壤侵蝕強度為主，占土壤侵蝕總面積的75%。輕度侵蝕主要分布在部分低中覆蓋度植被、園地以及緩坡耕地區(qū)域;中度侵蝕、強烈侵蝕主要分布在斜坡、陡坡上的耕地、部分園地區(qū)域，極強烈侵蝕、劇烈侵蝕主要分布在采礦用地、裸土地等區(qū)域，如在建的城鎮(zhèn)建設(shè)用地、農(nóng)村建設(shè)用地、交通運輸用地、工礦用地等。坡耕地、采礦用地、低中覆蓋度植被區(qū)域是土壤侵蝕的主要策源地。

（2）國家級重點預防區(qū)

涉及長江流域嘉陵江上游等7個國家級水土流失重點預防區(qū)，監(jiān)測面積共計73萬klTI2。

監(jiān)測結(jié)果顯示，監(jiān)測區(qū)土壤侵蝕面積125 139km2，占土地總面積的17%。其中：輕度侵蝕97 192km2，占土壤侵蝕總面積的78%;中度侵13 770km2，占土壤侵蝕總面積的11.00%;強烈侵蝕6 457km2，占土壤侵蝕總面積的5%;極強烈侵蝕5 748km2，占土壤侵蝕總面積的5%;劇烈侵蝕1 972km2，占土壤侵蝕總面積的1%。

根據(jù)監(jiān)測，監(jiān)測區(qū)土壤侵蝕類型包含水力侵蝕、風力侵蝕，水力侵蝕面積為120 316km2，占土地面積的16%。其中：輕度侵蝕面積為92 667km2，占水力侵蝕面積的77%;中度侵蝕面積為13 626km2，占水力侵蝕面積的11%;強烈侵蝕面積為6 316km2，占水力侵蝕面積的5%;極強烈侵蝕面積為5 736km2，占水力侵蝕面積的5%;劇烈侵蝕面積為1 971 km2，占水力侵蝕面積的2%。風力侵蝕面積為4 823km2，占土地面積的1%。其中：輕度侵蝕面積為4 525km2，占風力侵蝕面積的94%;中度侵蝕面積為144km2，占風力侵蝕面積的3%;強烈侵蝕面積為l42km2，占風力侵蝕面積的3%;極強烈侵蝕面積為l2km2。國家級水土流失重點預防區(qū)水土流失強度分布詳見表2，以丹江口庫區(qū)及上游水土流失重點預防區(qū)為例，其水土流失強度空間分布特征見圖2。

2.2 水土流失消長分析

相對于2011年，長江流域國家級水土流失重點治理區(qū)土壤侵蝕（水力侵蝕和風力侵蝕）面積減少7 244km2，占2011年土壤侵蝕面積比為6%。其中輕度侵蝕面積增加19 320km2，中度烈侵蝕面積減少21 274km2，強烈侵蝕面積減少5 820km2，極強烈侵蝕面積增加989km2，劇烈侵蝕面積減少459km2。長江流域國家級水土流失重點預防區(qū)土壤侵蝕（水力侵蝕和風力侵蝕）面積減少11443km2，占2011年土壤侵蝕面積比為8%。其中輕度侵蝕面積增加16642km2，中度侵蝕面積減少l9126km2，強烈侵蝕面積減少6 886km2，極強烈侵蝕面積減少999km2，劇烈侵蝕面積較少1 074km2?？傮w而言，水土流失得到有效控制，水土流失面積在逐步減小。其中中度侵蝕、強烈侵蝕強度在減少，微度、輕度侵蝕面積在增加，中度、強烈侵蝕強度在向微度、輕度方向轉(zhuǎn)化。這主要得益于項目區(qū)實施的各種水土保持治理措施效益的發(fā)揮，得益于項目區(qū)長期堅持的生態(tài)環(huán)境保護政策，得益于在逐年生態(tài)修復中植被覆蓋面積及高植被覆蓋度比例的提高。部分地區(qū)極強烈以上面積有所增長，與項目區(qū)存在的一些生產(chǎn)建設(shè)活動新增人為擾動和不良的耕作方式有關(guān)，是今后開展水土流失治理的重要區(qū)域之一。

3結(jié)論

實踐應(yīng)用表明：一是運用遙感技術(shù)進行土壤侵蝕因子提取，基于中國土壤流失方程（ CSLE）和風力侵蝕模型進行土壤侵蝕強度分析計算方法，可有效應(yīng)用于超大尺度水土流失動態(tài)監(jiān)測工作中;二是長江流域國家級重點防治區(qū)水土流失得到有效控制，水土流失預防和治理效果明顯;三是水土保持治理、生態(tài)環(huán)境保護在水土流失防治工作中起到十分重要作用;四是研究成果可為水土保持監(jiān)管提供技術(shù)支持，為地方政府水土保持目標責任考核提供重要參考。

參考文獻：

[1]章文波.基于CJIS的中國土壤侵蝕預報信息系統(tǒng).水土保持學報.2003;17：89-92.

[2]曾紅娟，朱永清.三峽庫區(qū)及上游水土保持監(jiān)測站網(wǎng)建設(shè)思路探討.人民長江.2017;48：26-9.

[3]馬建華.踐行新發(fā)展理念推進長江上游水土保持新發(fā)展.中國水土保持.2018：7 -9.

[4]喬殿新，王瑩，屈創(chuàng)，蔡昕，凌峰，QiaoDianxin，et al.新時期水土保持監(jiān)測工作芻議.中國水土保持科學.2016;14：137-40.

[5]基于CSLE模型的沂蒙山國家級重點治理區(qū)土壤侵蝕格局分析：山東農(nóng)業(yè)大學;2014.

[6]謝云，岳天雨.土壤侵蝕模型在水土保持實踐中的應(yīng)用.中國水土保持科學.2018;16：25-37.

[7]符素華，劉寶元，周貴云，孫中軒，朱小立.坡長坡度因子計算工具.中國水土保持科學.2015;13：105-10.

[8]劉寶元，劉瑛娜，張科利，謝云.中國水土保持措施分類.水土保持學報.2013;27：80-4.

[9]郭乾坤，劉寶元，朱少波，王國燕，劉瑛娜，王愛娟.中國主要水土保持耕作措施因子.中國水土保持.2013：22-6.

[10]李智廣，鄒學勇，程宏.我國風力侵蝕抽樣調(diào)查方法.中國水土保持科學.2013;11：17-21.