水土保持率遠期目標確定的技術方法

曹文洪，寧堆虎 ，秦 偉

(1.中國水利水電科學研究院，北京 100048； 2.水利部 水土保持生態(tài)工程技術研究中心，北京 100048；3.國際泥沙研究培訓中心，北京 100048)

我國是世界上水土流失最嚴重的國家之一。黨和政府歷來高度重視水土保持工作，經(jīng)過長期不懈治理，取得了顯著成效，當前水土流失面積較20世紀80年代中期減少了1/5，土壤侵蝕強度明顯下降。然而，對照新時代生態(tài)文明、美麗中國、幸福河和山水林田湖草沙系統(tǒng)治理要求，水土流失預防和治理到什么程度才算“行”與“好”，還缺少概念標準。2019年10月，水利部黨組首次提出“水土保持率”的概念，科學解讀這一概念的內涵要義、明確其指標定義并提出定量應用成果，正是回答當前及今后水土保持能干什么、干到什么程度等問題的關鍵。為此，水利部水土保持司組織中國水利水電科學研究院等水利行業(yè)和中國科學院系統(tǒng)的10家科研單位，開展了“新時代水土保持目標和對策研究”和“水土保持率專題研究”。歷時一年多時間，研究提出了水土保持率內涵概念、確定方法，以及全國、8個水土保持一級區(qū)和31個省份的水土保持率遠期目標初步成果，為制定《黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展規(guī)劃綱要》和推進美麗中國建設評估提供了科技支撐。

目前，水利部正在組織開展省級水土保持率遠期目標復核與分解工作，為幫助各地更好理解水土保持率內涵概念、弄清如何確定水土保持率閾值(遠期目標值)，本研究基于水利重大科技問題“新時代水土保持目標與對策研究”成果，簡要介紹了水土保持率研究的需求意義及其內涵定義，重點解讀了確定不同區(qū)域水土保持率閾值(遠期目標值)的技術方法，分析了全國和8個水土保持一級區(qū)的遠期目標值研究結果，以期為水利部以及新時期水土保持管理與研究提供借鑒和參考。

1 水土保持率研究的需求意義

從概念上講，“水土流失”是指在水力、風力、重力及凍融等自然營力及人類活動作用下，水土資源和土地生產(chǎn)力的破壞與損失[1]。與之對應，“水土保持”在廣義層面，是指為防治水土流失，保護、改良與合理利用水土資源，維護和提高土地生產(chǎn)力，減輕洪水、干旱和風沙災害，以利于充分發(fā)揮水、土資源的生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益，建立良好生態(tài)環(huán)境，支撐可持續(xù)發(fā)展的生產(chǎn)活動和社會公益事業(yè)[2]；狹義層面，是指針對自然因素及人為活動造成水土流失所采取的預防和治理措施[3]。水土保持無論是廣義事業(yè)，還是狹義措施，都需要科學可行的推進目標與客觀有效的衡量標準，也就是合適的“度”與管用的“尺”。簡單說，就是要明確自然與人為水土流失預防和治理到什么程度才是“行”和“好”。水土保持率概念的提出，正是要明確這樣的“度”與“尺”，在當前主要存在三方面需求意義：

一是從社會發(fā)展層面看，總書記提出“綠水青山就是金山銀山，既要綠水青山，也要金山銀山”，就是要在發(fā)展中保護、保護中發(fā)展。水土保持作為生態(tài)治理的重要內容，明確其兼顧生態(tài)環(huán)境改善需要和經(jīng)濟社會發(fā)展要求的目標，將會更好地促進人與自然和諧共生。

二是從系統(tǒng)治理角度看，新時期治水要與治山、治林、治田、治湖、治草、治沙統(tǒng)籌考慮，促進生命共同體和諧穩(wěn)定。傳承并完善以小流域為單元的綜合治理經(jīng)驗，提出面向系統(tǒng)治理的水土保持目標，可以強化對生態(tài)文明、綠色發(fā)展、鄉(xiāng)村振興等國家戰(zhàn)略的支撐。

三是從水利發(fā)展需要看，新時期水利部確定了“在監(jiān)管上強手段，在治理上補短板”的水土保持工作總要求[4]。立足不同區(qū)域的自然社會條件，在空間層面明確一定時期內自然與人為水土流失預防治理到什么程度，才能使“補短板”有的放矢、“強監(jiān)管” 有度可循。

2 水土保持率概念的內涵定義

2.1 內涵要義

根據(jù)新時期水土保持工作面臨的形勢和要求，研究“水土保持率”的根本任務就是要回答水土流失預防和治理到什么程度才算“行”與“好”這一重大問題。因此，這一概念的核心內涵是：符合自然規(guī)律并滿足經(jīng)濟社會發(fā)展要求下，水土流失預防和治理應當達到的程度。具體而言，既涵蓋面向廣義水土保持的區(qū)域空間層面上，通過預防和治理，水土流失面積減少和強度降低應當達到的程度，也涵蓋面向狹義水土保持的具體工作層面上，為實現(xiàn)水土流失面積減少和強度降低，各項預防和治理措施應當達到的程度，兩個方面相互關聯(lián)、彼此依存。其中：區(qū)域空間上水土流失面積減少、強度降低的目標，是工作層面上各項措施成效的綜合體現(xiàn)；工作層面上各項措施應當達到的程度，要結合水土流失面積減少、強度降低目標確定，是其實現(xiàn)的前提和保障。

水土保持率內涵所包含的內容，可以概括為空間上“減少水土流失面積數(shù)量”“降低水土流失強度等級”，以及措施層面上“增強水土保持功能成效” 等三方面的適宜程度，即所謂“減量、降級、增效”，這正是符合新時期社會發(fā)展需求的水土保持綜合目標。

2.2 指標定義

按照對水土保持率內涵要義的上述認識，其本質上是要明確水土保持工作應當達到的程度，形式上需要針對不同層次和內容設定相應的具體標準，以真正發(fā)揮目標導向和評估作用。鑒于我國目前仍有271.08萬km2水土流失面積[5]，占國土面積四分之一強，嚴控“增量”和消除“存量”仍是大部分地區(qū)水土流失防治的首要任務，同時考慮“可獲取、可分解、可衡量、可操作”等原則，研究提出，當前以區(qū)域水土流失面積減少適宜程度作為國家水土保持宏觀管控的總指標，并據(jù)此進行水土保持率指標定義：

(1)水土保持率。區(qū)域內水土保持狀況良好的面積(非水土流失面積)占國土面積的比例，是水土流失預防治理效果和自然稟賦水土保持功能在空間尺度的綜合體現(xiàn)[6]。

(2)水土保持率閾值(遠期目標值)。通過水土流失預防和治理，區(qū)域內水土保持狀況良好的面積(非水土流失面積)占國土面積比例的上限，反映符合自然規(guī)律并滿足經(jīng)濟社會發(fā)展要求下，水土流失預防和治理應當達到的程度。結合生態(tài)文明和美麗中國建設要求，閾值年確定為2050年[6]。

3 水土保持率閾值的確定方法

根據(jù)水土保持率指標定義，其現(xiàn)狀值和閾值(遠期目標值)可分別按如下方式計算獲得：水土保持率現(xiàn)狀值=(區(qū)域內土壤侵蝕強度輕度以下的現(xiàn)狀國土面積/區(qū)域國土面積)×100% ；水土保持率閾值(遠期目標值)=(區(qū)域內土壤侵蝕強度輕度以下的國土面積上限/區(qū)域國土面積)×100%。

一定區(qū)域的水土保持率閾值便是其因地制宜的水土保持適宜目標，現(xiàn)狀值較閾值的差距，便是對應區(qū)域一定時期內水土保持工作的基本任務。

以上計算中所需的區(qū)域內土壤侵蝕強度輕度以下的現(xiàn)狀國土面積可依據(jù)年度水土流失動態(tài)監(jiān)測成果獲得，而區(qū)域內土壤侵蝕強度輕度以下的國土面積上限則需要根據(jù)當?shù)厮亮魇КF(xiàn)狀及自然、社會條件綜合研究確定。

為確定全國及不同區(qū)域水土保持率閾值(遠期目標值)，水利重大科技問題“新時代水土保持目標和對策研究”項目組，以2018年全國水土流失動態(tài)監(jiān)測成果等數(shù)據(jù)為基準，針對全國水土保持區(qū)劃8個一級區(qū)和115個三級區(qū)(除南海諸島生態(tài)維護區(qū)、臺西山地平原減災人居環(huán)境維護區(qū)、花東山地減災生態(tài)維護區(qū))[7]，提出了“全區(qū)綜合研判”自上而下、“分區(qū)解算匯總”自下而上的雙向互檢的總體思路，即：首先，從全區(qū)尺度上，根據(jù)水土流失現(xiàn)狀、自然地理條件、經(jīng)濟社會發(fā)展水平和趨勢，從地形地貌、土地利用和人類活動等土壤侵蝕過程的主要影響因素入手，分析確定水土流失存量中哪些應當治理、哪些不需要治理，哪些可以完全治理(治理后土壤侵蝕強度可降低到輕度以下)、哪些不可完全治理(治理后土壤侵蝕強度仍在輕度及以上)，以及治理后的水土保持效果與水土流失情勢，進而宏觀研判全區(qū)遠期水土流失面積；其次，以各區(qū)所含三級區(qū)為基本單元，基于多時相、多因子空間數(shù)據(jù)疊加分析，逐片解算遠期水土流失面積與分布；最后，針對并行研究結果，進行合理性互檢與必要優(yōu)化，匯總提出全國、8個一級區(qū)、31個省份(自治區(qū)、直轄市)水土保持率遠期目標。主要技術路線見圖1。

確定區(qū)域水土保持率閾值(遠期目標)的技術流程中，針對各類不同土流失、土地利用、地形坡度和植被覆蓋等條件的空間單元，利用空間數(shù)據(jù)疊加分析，并綜合多源地理或統(tǒng)計資料，合理研判遠期水土保持情勢是技術關鍵。對此，研究提出：首先將水土流失存量劃定為不需治理和應當治理兩類，兩者面積之和等于現(xiàn)存水土流失總面積，即研判確定了不需治理的水土流失面積后，其余現(xiàn)存水土流失面積均視為應當治理；然后將應當治理的水土流失劃定為不可完全治理(到輕度以下)和可以完全治理(到輕度以下)兩類，兩者面積之和等于應當治理的水土流失總面積，即研判確定了不可完全治理的水土流失后，其余應當治理的現(xiàn)存水土流失均視為可以完全治理，但需針對所劃定的水土流失空間單元逐類分析適宜實施的措施、效果及其可行性。

圖1 區(qū)域水土保持率閾值(遠期目標)確定技術路線

3.1 水土流失治理類別定義

(1)不需治理的水土流失，指區(qū)域內對生產(chǎn)、生活、生態(tài)無不利影響或影響較小，無需進行專門治理且難以自然恢復消除的水土流失面積。

(2)應當治理的水土流失，指區(qū)域內對生產(chǎn)、生活、生態(tài)存在不利影響，需要實施針對性預防、治理措施的水土流失面積。

(3) 不可完全治理(到輕度以下)的水土流失，指應當治理的水土流失中，受自然、經(jīng)濟、技術水平等限制，治理后不能將土壤侵蝕強度完全控制在輕度以下的面積。

(4)可以完全治理(到輕度以下)的水土流失，指應當治理的水土流失中，通過因地制宜、分類施策的綜合防治，治理后土壤侵蝕強度能控制到輕度以下的水土流失面積。

3.2 不需治理的水土流失基本確定規(guī)則

綜合各水土保持一級區(qū)的研究結果，提出如下基本研判規(guī)則：

(1)高寒、高海拔人口稀疏地區(qū)現(xiàn)存水土流失面積，主要通過減少擾動促進自然恢復，可全部或絕大部分計入遠期存在的水土流失面積。如青藏高原區(qū)海拔4 000 m以上、西南紫色土區(qū)海拔2 500 m以上、北方土石山區(qū)海拔1 500 m以上且人口稀疏地區(qū)的現(xiàn)存水土流失面積等。

(2)集中連片沙漠、戈壁及部分沙地內的現(xiàn)存水土流失面積，主要在周邊進行適度治理以防治沙漠擴張和風沙危害，可全部或絕大部分計入遠期存在的水土流失面積。如北方風沙區(qū)和西北黃土高原區(qū)內塔克拉瑪干、古爾班通古特、巴丹吉林、騰格里、庫姆塔格、庫布齊、烏蘭布和沙漠及渾善達克沙地等內的現(xiàn)存輕度及以上風力侵蝕面積等。

(3)以集中連片裸露基巖為主體的地表內破碎分布的現(xiàn)存水土流失面積，主要減少擾動促進自然恢復，可全部或絕大部分計入遠期存在的水土流失面積。如南方紅壤區(qū)內集中連片裸巖石礫地塊內現(xiàn)存的破碎水土流失地塊。

3.3 不可完全治理的水土流失基本確定規(guī)則

綜合各水土保持一級區(qū)的研究結果，提出如下基本研判規(guī)則：

(1)東北、西北、西南、東南、華北等地漫崗區(qū)或山丘區(qū)的部分坡耕地和園地現(xiàn)存水土流失面積。如東北漫崗區(qū)3°以上連片長緩坡耕地的現(xiàn)存水土流失，受地勢起伏多變、機械耕作制約、措施不易落地等因素限制，部分可視為不可治理到輕度以下；西北黃土高原區(qū)干旱、半旱區(qū)地區(qū)的部分15°以上坡耕地現(xiàn)存水土流失，以及西南紫色土區(qū)和北方土石山區(qū)內部分田塊面積較小的10°以上破碎坡耕地，受水分、地形、效益等綜合因素限制，不適宜大規(guī)模實施坡改梯等工程措施，可視為水土流失不能治理到輕度以下。

(2)華北、西南、東南等地山丘區(qū)陡坡、溝谷地形下的部分現(xiàn)存中、低覆蓋林草地水土流失面積。如西南紫色土區(qū)、南方紅壤區(qū)、北方土石山區(qū)內部分35°以下林草地現(xiàn)存水土流失，以及大部分35°以上陡坡林草地現(xiàn)存水土流失，因遭受陡坡重力崩滑或溝谷匯流沖刷，可視為不能治理到輕度以下。

(3)西北黃土高原區(qū)溝壑陡坡的水力、重力混合侵蝕形成的水土流失面積。如該區(qū)大部分25°以上水土流失或15°～25°且植被蓋度大于60%的中度以上現(xiàn)存水土流失，一般分布在溝沿線以下的溝坡，因立地條件苛刻和混合侵蝕作用，可視為不能治理到輕度以下。

(4)西北干旱區(qū)固定沙地與沙漠邊緣、綠洲與荒漠過渡帶、河湖沿岸、重要交通水利設施沿線主要為風力侵蝕的水土流失面積。如為防治荒漠化、避免沙進人退，需在北方風沙區(qū)的上述局部地區(qū)開展水土保持預防、治理，但受制于少雨、干熱、大風等嚴酷自然氣候條件，大部分現(xiàn)存水土流失面積可視為不能治理到輕度以下。

(5)必要生產(chǎn)建設造成的階段性人為水土流失面積。生產(chǎn)建設人為水土流失主要存在于工程實施過程中，按照水土保持方案及設計要求落實水土保持措施后可基本消除，但一定區(qū)域內的人為水土流失總量將隨新增、新開項目而此消彼長。結合當前我國所處的經(jīng)濟社會發(fā)展階段，可依據(jù)不同地區(qū)生產(chǎn)建設項目水土流失歷史變化和建設規(guī)模趨勢，以建設用地現(xiàn)狀水土流失(人為水土流失地塊)總量為基數(shù)，取一定比例視為遠期階段性人為水土流失。

4 水土保持率閾值的研究結果

4.1 全國水土保持率閾值(遠期目標值)

按照上述技術方法，研究認為，全國遠期(2050年)水土流失面積閾值約198.06萬km2，對應的水土保持率閾值為79.2%，即：綜合自然、經(jīng)濟、技術等因素限制及社會發(fā)展需求，為滿足生態(tài)文明和美麗中國建設要求，全國現(xiàn)存271.08萬km2水土流失，還應通過預防和治理消減約73萬km2，使非水土流失面積占比提高到79.2%。這一目標便是今后30年，通過水土保持預防和治理，全國水土流失面積減少的適宜程度。

遠期存在的水土流失面積主要涉及兩類：

(1)一類是對區(qū)域內生產(chǎn)、生活、生態(tài)無不利影響或影響較小，無須進行專門治理且難以自然恢復消除的水土流失面積，約100萬km2。主要包括現(xiàn)存水土流失面積中，西北地區(qū)沙漠、戈壁、半固定和流動沙地的風力侵蝕，青藏高原、橫斷山區(qū)等高寒、高海拔無人區(qū)的水土流失。

(2)另一類是對區(qū)域生產(chǎn)、生活、生態(tài)存在不利影響，需要實施針對性預防、治理措施，但受自然、經(jīng)濟、技術水平等限制，治理后不能將土壤侵蝕強度完全控制在輕度以下的水土流失面積，約98萬km2。主要包括現(xiàn)存水土流失面積中，東北漫崗區(qū)和西南、東南、華北等地山丘區(qū)部分坡耕地、園地和陡坡林草地水力侵蝕，西北干旱區(qū)固定沙地、綠洲與荒漠過渡帶的風力侵蝕，黃土高原地區(qū)溝壑陡坡的水力、重力混合侵蝕，必要的建設活動造成的人為水土流失。

4.2 區(qū)域水土保持率閾值(遠期目標值)

8個水土保持一級區(qū)的水土保持率遠期目標研究表明(見表1)：與水土流失面積閾值相比，東北黑土區(qū)、北方風沙區(qū)、北方土石山區(qū)和西南巖溶區(qū)需要消減的水土流失面積絕對存量均超過8萬km2，這一方面與各區(qū)國土面積較大有關，另一方面也反映出這些地區(qū)更大的治理需求；其他區(qū)則介于5萬～8萬km2。與水土保持率閾值相比，北方土石山區(qū)、西北黃土高原區(qū)、西南巖溶區(qū)、西南紫色土區(qū)的現(xiàn)狀值均不足閾值的85%，表明未來仍以水土流失“減量”為重點；青藏高原區(qū)和南方紅壤區(qū)則均在95%以上，反映出鞏固成果和提質增效為主的發(fā)展趨勢；其余地區(qū)則應治理與保護并重。

表1 全國8個一級區(qū)水土流失面積和水土保持率現(xiàn)狀值與遠期目標值

總體上，通過數(shù)十年持續(xù)治理，我國水土流失分布格局較過去發(fā)生了巨大變化，未來應圍繞東北黑土地保護、長江經(jīng)濟帶、黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展等重大戰(zhàn)略，以水土流失面積大、強度高的黃河中游、長江上游、東北黑土區(qū)、西南巖溶區(qū)等為重點，加快實施坡耕地整治和小流域綜合治理等國家水土保持重點工程建設。同時，科學推進北方荒漠化防治和青藏高原生態(tài)保護，并加強人為水土流失管控，保障南方紅壤區(qū)等地水土保持成果鞏固與提質增效。

5 展 望

本研究在介紹水土保持率需求意義和內涵定義的基礎上，詳細解讀了水利重大科技問題“新時期水土保持目標與對策研究”提出的水土保持率閾值確定技術方法，解決了如何確定不同區(qū)域水土保持率遠期目標的問題。同時，有關不同類別水土流失的研判確定規(guī)則，主要是針對8個水土保持一級分區(qū)尺度提出的，在各地分解研究中可進一步細化。

水土保持率已被納入美麗中國建設評估指標體系[8]和《黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展規(guī)劃綱要》，要全面發(fā)揮水土保持率對各地的目標引領作用，還需要在復核確認各區(qū)域和各省份閾值(遠期目標值)結果的基礎上，從空間上進一步分級到各市縣，并納入各級政府和水行政主管部門的相關規(guī)劃，以便逐級明確任務、分區(qū)施策。此外，按照水土保持率的內涵要義，未來還應不斷探索全國和不同區(qū)域水土流失面積減少、水土流失強度降低和水土保持功能提升的多維度合理閾值，逐步形成“減量-降級-增效”的新時代水土保持綜合目標體系，為生態(tài)文明建設提供可靠的科技支撐。

(致謝：本文基于水利部水利重大科技問題“新時代水土保持目標與對策研究“項目部門研究成果撰寫，不同一級區(qū)的水土保持率目標值由各區(qū)任務負責人及其團隊提供，主要包括中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所張興義研究員團隊、中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院趙文智研究員團隊、中國科學院水利部水土保持研究所焦菊英研究員團隊、黃河水利科學研究院史學建教高團隊、中國科學院南京土壤研究所梁音研究員團隊、長江水利委員會長江科學院張平倉教高團隊、中國地質科學院巖溶地質研究所蔣忠誠研究員團隊、中國科學院青藏高原研究所張凡研究員團隊等，在此一并致謝。)