江蘇省水土保持率閾值研究

代夢(mèng)夢(mèng)，梁 音，童 建，郭紅麗，楊逸輝，吳 芳

（1.中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210008；2.江蘇省水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，江蘇南京 210012；3.江蘇省水文水資源勘測(cè)局，江蘇南京 210029；4.江蘇省水利廳，江蘇南京 210029；5.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)院，北京 100049）

新時(shí)期生態(tài)文明建設(shè)階段，我國(guó)高度重視水土保持工作，于2019年提出“水土保持率”的概念，明確要深入開(kāi)展全國(guó)不同區(qū)域水土保持率的研究確定工作［1］。此概念的提出，回答了“滿足生態(tài)文明和美麗中國(guó)建設(shè)要求下水土保持目標(biāo)如何確定”的問(wèn)題。2020年3月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)印發(fā)《美麗中國(guó)建設(shè)評(píng)估指標(biāo)體系及實(shí)施方案》，并將“水土保持率”納入22項(xiàng)具體評(píng)估指標(biāo)，要求各地區(qū)結(jié)合自身發(fā)展水平和定位、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及資源環(huán)境等因素，在充分尊重自然、經(jīng)濟(jì)規(guī)律，遵循民生需求的基礎(chǔ)上科學(xué)合理地確定水土保持目標(biāo)。

根據(jù)《水土保持率目標(biāo)確定方法指南（2021）》，水土保持率是區(qū)域內(nèi)水土保持狀況良好的面積（土壤侵蝕強(qiáng)度為微度的水土流失面積）占國(guó)土面積的比例，是水土流失預(yù)防治理成效和自然稟賦水土保持功能在空間尺度的綜合體現(xiàn)［1］。水土保持率閾值是指通過(guò)水土流失預(yù)防和治理，區(qū)域內(nèi)水土保持狀況良好的面積（土壤侵蝕強(qiáng)度為微度的水土流失面積）占國(guó)土面積比例的上限［1］，反映的是符合自然規(guī)律并滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展要求下，水土流失治理到一定程度后，區(qū)域水土流失面積不再持續(xù)減少，將處于動(dòng)態(tài)波動(dòng)的狀態(tài)［2］。確定水土保持率閾值的核心在于確定區(qū)域范圍內(nèi)遠(yuǎn)期水土流失地塊的判定條件，并基于多因子空間數(shù)據(jù)疊加分析，解算基于各判定條件下的水土流失面積及分布。2021年水利部組織多家優(yōu)勢(shì)科研單位，以2018年動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成果為基礎(chǔ)，系統(tǒng)研究了中國(guó)8個(gè)水土保持一級(jí)區(qū)的水土保持率現(xiàn)狀值及閾值［3］，其成果在指導(dǎo)各區(qū)水土保持工作方面發(fā)揮了重要作用。

江蘇省位于長(zhǎng)江、淮河下游，地形以平原為主。2018年水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，江蘇省水土流失面積為2 290.18 km2，僅占全省總面積的2.24%，是全國(guó)高水土保持率省份之一。此外，江蘇省橫跨南方紅壤區(qū)和北方土石山區(qū)2個(gè)水土保持一級(jí)區(qū)，南北2個(gè)區(qū)在自然環(huán)境狀況、社會(huì)發(fā)展水平、水土流失治理程度等方面存在一定的差異，需要分區(qū)分類制定水土流失治理方案和目標(biāo)。本文以江蘇省為研究區(qū)開(kāi)展水土保持率研究，掌握和解決未來(lái)水土保持工作能做什么，能做到什么程度等問(wèn)題，為制定新時(shí)代水土保持目標(biāo)任務(wù)、準(zhǔn)確評(píng)價(jià)水土保持工作成效科學(xué)合理地推進(jìn)水土流失綜合防治提供參考。

1 材料與方法

1.1 江蘇省水土流失現(xiàn)狀

江蘇省位于長(zhǎng)江、淮河下游地區(qū)，地形以平原為主，土壤質(zhì)地松散，季節(jié)性降雨豐沛，人為擾動(dòng)面積較大，易發(fā)生水土流失。2018年江蘇省水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成果顯示，全省水土流失面積為2 290.18 km2，主要分布在丘陵山區(qū)，水土保持率高達(dá)97.76%。相較于2013年，全省水土流失面積減少了886.78 km2，減幅達(dá)27.91%，表明過(guò)去10年江蘇省水土流失治理工作取得顯著成效。與全國(guó)水土流失嚴(yán)重的省份相比，江蘇省總體表現(xiàn)為水土流失面積小、程度輕的特點(diǎn)，以輕度水蝕為主，強(qiáng)烈及以上水土流失面積占比僅為8.50%，但其危害也相當(dāng)嚴(yán)重。水土流失導(dǎo)致了耕地生產(chǎn)力衰退，減災(zāi)抗災(zāi)能力下降，城市防洪及排水受阻，水質(zhì)安全受威脅，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降等一系列問(wèn)題［5］。因此，在2018年水土流失面積的基礎(chǔ)上確定江蘇省水土保持率閾值，對(duì)于進(jìn)一步開(kāi)展水土流失防治工作具有重要的指導(dǎo)意義。

圖1 江蘇省2018年土壤侵蝕等級(jí)空間分布

1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

本研究使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括：①江蘇省2018年土壤侵蝕數(shù)據(jù)；②土地利用數(shù)據(jù)；③地形坡度數(shù)據(jù)；④植被覆蓋度數(shù)據(jù)；⑤生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)；⑥河岸邊坡利用數(shù)據(jù)。其中①②③均來(lái)源于全國(guó)水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目江蘇省監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，④來(lái)源于GEE平臺(tái)，使用的數(shù)據(jù)為歐空局發(fā)射的Sentinel-2衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，⑤來(lái)源于江蘇省水利廳，⑥主要是采用無(wú)人機(jī)對(duì)典型河段的河岸邊坡進(jìn)行航拍并對(duì)邊坡利用類型解譯獲得。

1.3 技術(shù)路線

為與水利部研究成果保持一致，本研究以全國(guó)水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)起始年（2018年）為基準(zhǔn)年，以2050年（全國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)大會(huì)明確到21世紀(jì)中葉，全面建成美麗中國(guó)）為遠(yuǎn)期目標(biāo)年，進(jìn)行江蘇省水土保持率閾值的研究。根據(jù)《水土保持率目標(biāo)確定方法指南（2021）》，綜合自然地理?xiàng)l件、區(qū)域綜合發(fā)展水平與趨勢(shì)，以動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成果為基礎(chǔ)，分析確定江蘇省2018年水土流失地塊中不需治理和應(yīng)當(dāng)治理的面積，確定應(yīng)當(dāng)治理地塊中不可完全治理（治理后侵蝕強(qiáng)度在輕度以上）和可以完全治理（治理后侵蝕強(qiáng)度在輕度以下）的面積。將不需治理和不可完全治理的水土流失面積之和，確定為經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期治理該區(qū)域依然存在的水土流失面積，即遠(yuǎn)期水土流失面積（圖2）。按照水土保持率閾值的計(jì)算方法，國(guó)土面積與遠(yuǎn)期水土流失面積之差占國(guó)土面積的百分比，即為江蘇省水土保持率閾值，計(jì)算方法如式（1）所示。

圖2 江蘇省水土保持率閾值確定技術(shù)路線

2 江蘇省水土保持率閾值的確定方法

2.1 不需治理的水土流失地塊基本確定規(guī)則

不需治理的水土流失面積是指區(qū)域內(nèi)對(duì)生產(chǎn)、生活、生態(tài)無(wú)不利影響或影響較小，無(wú)需進(jìn)行專門治理且難以自然恢復(fù)消除的水土流失面積［3］。依據(jù)江蘇省的自然環(huán)境特點(diǎn)，南方紅壤區(qū)和北方土石山區(qū)不需治理的水土流失地塊類型基本一致，主要包括坡度≥35°陡坡區(qū)域、坡度≤2°緩坡耕地、植被覆蓋度≥75%區(qū)域以及裸巖石礫地等4類地塊。

（1）坡度≥35°陡坡區(qū)域的水土流失地塊。一般情況下，發(fā)生水土流失的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)隨坡度的增大而增大，治理難度也隨之加大。江蘇省地形以平原為主，陡坡地塊較多存在于高海拔地區(qū)，受人為干擾較小，是由自然因素所引發(fā)水土流失的地塊。此外，由于坡度較陡，人類在該區(qū)域活動(dòng)困難，在現(xiàn)有條件下對(duì)其進(jìn)行治理難度很大，應(yīng)以自然恢復(fù)為主。35°是國(guó)際地理學(xué)聯(lián)合會(huì)地貌坡度分級(jí)中急坡和急陡坡的臨界坡度，同時(shí)是水力侵蝕區(qū)土壤侵蝕強(qiáng)度發(fā)生變化的臨界坡度［6］，在地形地貌和水土保持研究中具有重要意義?；谏鲜鲆蛩?，研究將江蘇省坡度≥35°的水土流失地塊定義為不需治理的水土流失地塊。

（2）坡度≤2°緩坡耕地的水土流失地塊。坡度平緩的耕地，水土流失程度輕微、危害較小，可以采取一般的耕作措施予以控制，不須開(kāi)展專項(xiàng)治理。依據(jù)《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程（1984）》，耕地坡度分為五級(jí)，當(dāng)坡度≤2°時(shí)一般無(wú)水土流失現(xiàn)象。因此，研究將坡度≤2°的耕地水土流失地塊定義為不需治理的水土流失地塊。

（3）植被覆蓋度≥75%的園地、林地、草地的水土流失地塊。植被覆蓋能顯著減少坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙，根據(jù)水利部2008年頒發(fā)的《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（SL190—2007）中對(duì)于植被覆蓋度的分級(jí)指標(biāo)，當(dāng)植被覆蓋度≥75%時(shí)，被認(rèn)為是微度侵蝕強(qiáng)度，不構(gòu)成水土流失危害。研究認(rèn)為，植被覆蓋度≥75%的園林草地塊，水土流失輕微，可以將其定義為不需治理的水土流失地塊。

（4）裸露基巖的水土流失地塊。裸巖石礫地由于缺乏水土流失必要的物質(zhì)基礎(chǔ)，被認(rèn)為是不需要治理的水土流失地塊類型，尤其是風(fēng)景名勝區(qū)存在的裸巖不具有進(jìn)行水土流失治理的必要性。水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成果中存在集中連片的，以裸露基巖為主體的水土流失地塊，該類水土流失面積可全部計(jì)入不需治理的水土流失類型。

2.2 不可完全治理的水土流失地塊基本確定規(guī)則

受自然條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、治理技術(shù)水平等限制，江蘇省部分水土流失地塊經(jīng)過(guò)治理后，土壤侵蝕強(qiáng)度仍不能完全控制到輕度以下，這一部分地塊面積被定義為不可完全治理的水土流失面積。在江蘇省，南方紅壤區(qū)不可完全治理的水土流失地塊主要包括部分生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目及河岸邊坡的水土流失地塊，北方土石山區(qū)除上述兩種類型外，還包括零散分布的小面積坡耕地的水土流失地塊：

（1）北方土石山區(qū)10°～25°零散分布的小面積坡耕地的水土流失地塊。受降雨雨量、地形坡度、治理效益等綜合因素的限制，江蘇省北方土石山區(qū)內(nèi)部分田塊分散且面積較小的10～25°的坡耕地，不適宜大規(guī)模實(shí)施坡改梯等工程措施，但一般的耕作措施很難將其治理到輕度以下，因此該部分地塊可視為不可完全治理的水土流失地塊（25°以上坡耕地按要求退耕還林還草）。

（2）部分生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目造成的階段性人為水土流失地塊。生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目在工程實(shí)施過(guò)程造成人為水土流失，按照水土保持方案及設(shè)計(jì)要求落實(shí)水土保持措施后在一段時(shí)間內(nèi)水土流失可基本消除，但一定區(qū)域內(nèi)的人為水土流失量將隨新增、新開(kāi)項(xiàng)目的增加而增加，無(wú)法完全消除［2］。依據(jù)江蘇省水利廳統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全省生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目擾動(dòng)地塊面積為1 300.6 km2，其中發(fā)生水土流失的面積為663.9 km2（土壤侵蝕強(qiáng)度在輕度及以上），占生產(chǎn)建項(xiàng)目面積的51.05%。依據(jù)全省各市、縣（區(qū)）的實(shí)際情況，結(jié)合江蘇省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展階段，取各區(qū)域現(xiàn)有生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目擾動(dòng)地塊面積的30%～60%作為遠(yuǎn)期人為水土流失面積。

（3）部分河岸邊坡的水土流失地塊。江蘇省水系發(fā)達(dá)，河網(wǎng)密布，形成了面積廣闊的河岸邊坡。邊坡土體含水量較高［7-8］，土壤抗剪切力較低，在地表徑流的沖刷下容易形成細(xì)溝和切溝侵蝕；在水流和船行波的擾動(dòng)下，岸坡下部土體被掏蝕，上部土體由于失去支撐，進(jìn)而發(fā)展為嚴(yán)重的坍塌［9-10］。蔣瓚曾等［11］的研究顯示，河岸邊坡侵蝕嚴(yán)重，侵蝕量可達(dá)1 500～10 000 t/（km2·a）。受寬度的限制，小型河岸邊坡不利于采取工程措施治理，部分水土流失面積不能完全被治理到輕度以下。根據(jù)野外調(diào)查結(jié)果［12］，取小型河道河岸邊坡現(xiàn)存水土流失的50%作為不可完全治理的水土流失面積。

3 結(jié)果與分析

3.1 不需治理的水土流失面積

基于坡度數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、植被覆蓋度數(shù)據(jù)與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)疊加分析，提取得到江蘇省不需治理的水土流失地塊面積共計(jì)883.60 km2（表1）。從空間分布來(lái)看（圖3），坡度≥35°陡坡區(qū)域不需治理的水土流失面積為11.65 km2，主要分布在蘇南的宜興市、溧陽(yáng)市及蘇北的連云港市。坡度≤2°緩坡耕地不需治理的水土流失面積為478.95 km2，主要分布在徐州市、連云港市以及宿遷市。植被覆蓋度≥75%園林草地不需治理的水土流失面積為380.63 km2，主要分布在西南部的鎮(zhèn)江、蘇州和無(wú)錫等地。基于裸露基巖不需治理的水土流失面積為12.37 km2，主要分布在連云港市的連云區(qū)和海州區(qū)。

表1 江蘇省遠(yuǎn)期水土流失地塊的判定條件及面積

3.2 不可完全治理的水土流失面積

依據(jù)社會(huì)發(fā)展階段及現(xiàn)有技術(shù)水平，江蘇省不可完全治理的水土流失地塊面積共計(jì)836.85 km2。其中基于北方土石山區(qū)10°～25°零散分布的小面積坡耕地不可完全治理的水土流失面積為32.03 km2，主要分布在徐州市和連云港市（圖3）。部分生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目造成的階段性人為水土流失面積為600.03 km2，在各縣（區(qū)）均有分布（位置每年會(huì)發(fā)生變化，不在圖中展示）。部分河岸邊坡不可完全治理的水土流失面積為204.79 km2，主要分布在水系密布的沿海區(qū)域。

圖3 江蘇省遠(yuǎn)期水土流失地塊空間分布

從7類遠(yuǎn)期水土流失面積來(lái)看，全省以生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目、植被覆蓋度≥75%的園林草地、坡度≤2°緩坡耕地的遠(yuǎn)期水土流失面積為主，分別占全省遠(yuǎn)期水土流失面積的34.88%、22.12%和27.84%，基于河岸邊坡的遠(yuǎn)期水土流失面積占比為11.9%，基于10°～25°零散分布的小面積坡耕地的遠(yuǎn)期水土流失面積占比為1.86%，基于陡坡區(qū)域和裸巖的遠(yuǎn)期水土流失面積占比較小，均不足1%（圖4）。

圖4 江蘇省各類遠(yuǎn)期水土流失地塊面積占比

3.3 江蘇省水土保持率閾值

研究結(jié)果顯示，江蘇省遠(yuǎn)期水土流失面積為1 720.46 km2。依據(jù)水土保持率閾值計(jì)算公式，江蘇省水土保持率閾值為98.32%，即土壤侵蝕強(qiáng)度在輕度以下的國(guó)土面積上限將達(dá)到100 657.54 km2。

4 展望

本研究基于《水土保持率目標(biāo)確定方法指南（2021）》，分析確定了江蘇省不同類別遠(yuǎn)期水土流失地塊的判定規(guī)則，獲取了江蘇省遠(yuǎn)期水土流失面積及水土保持率閾值，該成果對(duì)于江蘇省開(kāi)展水土流失治理工作具有指導(dǎo)意義。但由于獲取的數(shù)據(jù)和研究時(shí)間的有限，以下兩個(gè)方面的研究還存在不足：

（1）水土流失面積的研判是在現(xiàn)有知識(shí)體系下，提取了各區(qū)域符合自然規(guī)律及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求的水土流失治理“天花板”，但隨著技術(shù)的進(jìn)步或自然環(huán)境條件的持續(xù)向好，遠(yuǎn)期水土流失面積可能降至更低，應(yīng)及時(shí)做出調(diào)整。

（2）江蘇省是全國(guó)水土流失面積最小，水土保持率最高的省份之一，進(jìn)一步治理難度很大。為充分開(kāi)展自上而下的水土流失治理成效審核工作，需要將全省的水土保持率閾值從空間上進(jìn)一步分解到各市縣（區(qū)），并將其納入各級(jí)政府和水行政主管部門的相關(guān)規(guī)劃，以便逐級(jí)明確任務(wù)、分區(qū)施策。此外，江蘇省要本著先易后難的治理原則開(kāi)展現(xiàn)有水土流失地塊治理工作，同時(shí)運(yùn)用各種自動(dòng)監(jiān)測(cè)手段嚴(yán)防新增水土流失地塊，做到治理、預(yù)防兩手抓，逐步形成“減量-降級(jí)-增效”的新時(shí)代水土保持綜合目標(biāo)體系，為江蘇省生態(tài)文明建設(shè)提供可靠支撐。