长江流域国家级重点防治区水土流失动态监测与消长情况分析

黄立文 朱永清

摘要：长江流域土壤侵蚀类型多样、侵蚀机理复杂，是我国水土流失最严重的区域之一。本研究以长江流域国家级水土流失重点防治区为对象，基于多源遥感数据，采用资料收集、室内解译和实地调查相结合的方法，获取土壤侵蚀影响因子，利用中国土壤流失方程CSLE （Chinese Soil LossEquation）和风力侵蚀模型计算土壤侵蚀模数，并依据《土壤侵蚀分类分级标准》（SL 1902007）等技术标准，评价监测区土壤侵蚀强度，实现长江流域国家级重点防治区2018年全覆盖水土流失监测，并实现以重点防治区和县级行政区为单元的水土流失消长分析。结果显示：土壤侵蚀总面积及各防治区土壤侵蚀面积均呈不同程度的下降趋势，水土流失强度也在逐步减轻。研究表明，该区域水土流失得到有效控制，水土流失预防和治理效果明显。本研究为超大尺度水土流失动态监测进行了技术尝试，可为水土保持监管、地方政府水土保持目标责任考核等提供有效技术途径和重要参考。

关键词：水土流失;动态监测;消长分析;重点防治区

中图法分类号：TV697.13

文献标志码：A

DOI： 10.19679/j.cnki.cjjsjj.2019.0216

长江流域是我国水土流失最严重的区域之一，复杂多变的地质地貌条件、丰沛的降水和人类不合理的生产活动，使流域内水土流失量大面广、类型多样。根据第一次全国水利普查数据（2013年公布），长江流域水土流失面积38.46万km2，占总面积21.37%。土壤侵蚀是导致人类赖以生存且日趋紧缺的土地资源退化和损失的主要原因[1]，严重的水土流失不仅破坏水土资源，恶化生态环境，加剧自然灾害[2]，而且严重制约我国经济社会的可持续发展。长江是中华民族的母亲河，也是中华民族发展的重要支撑。搞好流域水土保持、推进长江经济带绿色发展是时代赋予我们的使命[3]。当前，生态文明建设和国家重大战略部署，对水土保持监测工作提出了新的更高要求[4]，及时、全面、准确地掌握流域特别是国家级重点防治区水土流失及其动态变化状况，科学评价水土保持生态建设成效至关重要。

长江流域国家级水土流失重点防治区涉及13省354个县（市、区），面积110万km2。由于范围太广，因此在过去水土流失监测工作中，均采取抽样监测的方式，不足之处是以点代面，难以全面、准确把握全流域水土流失状况。本研究基于多源遥感数据，采用资料收集、室内解译和实地调查相结合的方法，获取各防治区土壤侵蚀因子，并利用中国土壤流失方程CSLE（ Chinese Soil Loss Equation）和风力侵蚀模型，进行长江流域国家级重点防治区2018年全覆盖水土流失监测，并实现以县级行政区为单元的水土流失消长分析评价。本研究为超大尺度水土流失动态监测工作进行了技术尝试，能为水土保持监管、地方政府水土保持目标责任考核等提供基础数据和决策依据。

1 数据和方法

1.1数据

本研究基础数据主要包括：（1）高分辨率遥感影像，（2） TM影像，（3）MODIS影像，（4）气象资料，（5）土壤可蚀性数据，（6）地理信息数据，（7）土地利用，（8）水土保持重点工程资料，（9）生产建设活动扰动资料。详见表1。

1.2方法

在以往的监测中，均采取抽样监测的方式，不足之处是以点代面，难以全面、准确把握全流域水土流失状况。而本研究基于多源遥感数据，采用资料收集、室内解译和实地调查相结合的方法，获取各防治区土壤侵蚀因子，并利用中国土壤流失方程CSLE（ ChineseSoil Loss Equation）和风力侵蚀模型，实现全覆盖水土流失监测，该方法精度高且首次实现了长江流域全覆盖水土流失監测。具体计算模型如下：

（1）水力侵蚀计算

对于水力侵蚀区，采用中国土壤流失方程CSLE（ Chinese Soil Loss Equation）计算土壤侵蚀模数[5，6]。方程基本形式为：

A=RKLSBET

（2-1）

式中，A-土壤侵蚀模数，t.hm-2.a-l; R-降雨侵蚀力因子，MJ.mm.hm-2.li-J.a-I;K—土壤可蚀性因子，t.hm2.h.hm-2.MJ-1.mm-1; L—坡长因子，无量纲[7];s-坡度因子，无量纲[7];B—植被覆盖与生物措施因子，无量纲;E-T程措施因子[8]，无量纲;T-耕作措施因子[9]，无量纲。

（2）风力侵蚀计算

对于风力侵蚀区，根据土地利用类型，可分别选用与之对应的耕地、草（灌）地、沙地（漠）风力侵蚀模型，计算土壤侵蚀模数‘10]。其中：耕地风力侵蚀模型基本形式为：

式中，Qfa一耕地风力侵蚀模数，t.hm-2.a-l;Tj一表土湿度因子，介于0～1之间;Tj一1年内风力侵蚀发生期间各风速等级的累积时间，min; Zo -地表粗糙度，cm; UJ一j等级的平均风速，m/s，j一风速等级序号，在5 -40m/s内按Im/s为间隔划分为35个等级。

草（灌）地风力侵蚀模型基本形式为：

式中，V一耕地风力侵蚀模数，t·hm-2·a-l;V一植被覆盖度，%。其它参数含义同式5-2。

沙地（漠）风力侵蚀模型基本形式为：

式中，Q fs -耕地风力侵蚀模数，t·hm-2 ·a-1;其它参数含义同式5-2。

（3）土壤侵蚀强度评价

基于GIS平台，利用各土壤侵蚀因子，运用水力侵蚀模型和风力侵蚀模型，计算得到监测区土壤侵蚀模数，并依据《土壤侵蚀分类分级标准》（SL190-2007）等技术标准，评价监测区土壤侵蚀强度。

2 结果和分析

2.1 水土流失监测结果

（l）国家级重点防治区水土流失监测结果

长江流域国家级重点防治区涉及金沙江下游等6个国家级水土流失重点治理区以及丹江口库区及上游等7个国家级水土流失重点预防区，监测面积111万km2。

监测结果显示，金沙江下游等6个国家级水土流失重点治理区，监测面积共38万km2，该区域土壤侵蚀类型包含水力侵蚀，水力侵蚀面积为116774km2。占土地面积的31%。其中：轻度侵蚀面积为69 808km2;占水力侵蚀面积的60%;中度侵蚀面积为17 600km2;占水力侵蚀面积的15%;强烈侵蚀面积为12 344km2;占水力侵蚀面积的11%;极强烈侵蚀面积为11 849km2;占水力侵蚀面积的10%;剧烈侵蚀面积为5 173km2;占水力侵蚀面积的4%。丹江口库区及上游等7个国家级水土流失重点预防区，监测面积共73万krTi2。监测区土壤侵蚀面积125 139km2，占土地总面积的17%：其中：轻度侵蚀97 192km2，占土壤侵蚀总面积的78%;中度侵蚀13 770km2，占土壤侵蚀总面积的11.00%;强烈侵蚀6 457km2，占土壤侵蚀总面积的5%;极强烈侵蚀5 748km2，占土壤侵蚀总面积的5%;剧烈侵蚀1972km2，占土壤侵蚀总面积的1%。根据监测，监测区土壤侵蚀类型包含水力侵蚀和风力侵蚀，其中：水力侵蚀面积为120 316km2。占土地面积的16%。其中：轻度侵蚀面积为92 667km2;占水力侵蚀面积的77%;中度侵蚀面积为13 626km2;占水力侵蚀面积的11%;强烈侵蚀面积为6 316km2;占水力侵蚀面积的5%;极强烈侵蚀面积为5 736km2;占水力侵蚀面积的5%;剧烈侵蚀面积为1 971km2;占水力侵蚀面积的2%。风力侵蚀面积为4 823km2。占土地面积的1%。其中：轻度侵蚀面积为4 525km2;占风力侵蚀面积的94%;中度侵蚀面积为l44km2，占风力侵蚀面积的3%;强烈侵蚀面积为l42km2;占风力侵蚀面积的3%。极强烈侵蚀面积为12 km2。

国家级水土流失重点防治区水土流失强度分布详见表2，以金沙江下游水土流失重点治理区和丹江口库区及上游水土流失重点预防区为例，其水土流失强度空间分布特征见图1和图2。总体而言，国家级水土流失重点治理区以及国家级水土流失重点预防区均以轻度、中度土壤侵蚀强度为主，分别占其土壤侵蚀总面积的75%和89%。分析发现，长江流国家级水土流失重点防治区轻度侵蚀主要分布在部分低中覆盖度植被、园地以及缓坡耕地区域;中度侵蚀、强烈侵蚀主要分布在斜坡、陡坡上的耕地、部分园地区域，极强烈侵蚀、剧烈侵蚀主要分布在采矿用地、裸土地等区域，如在建的城镇建设用地、农村建设用地、交通运输用地、工矿用地等。坡耕地、采矿用地、低中覆盖度植被区域是土壤侵蚀的主要策源地。

总体而言，该区域以轻度、中度土壤侵蚀强度为主，占土壤侵蚀总面积的75%。轻度侵蚀主要分布在部分低中覆盖度植被、园地以及缓坡耕地区域;中度侵蚀、强烈侵蚀主要分布在斜坡、陡坡上的耕地、部分园地区域，极强烈侵蚀、剧烈侵蚀主要分布在采矿用地、裸土地等区域，如在建的城镇建设用地、农村建设用地、交通运输用地、工矿用地等。坡耕地、采矿用地、低中覆盖度植被区域是土壤侵蚀的主要策源地。

（2）国家级重点预防区

涉及长江流域嘉陵江上游等7个国家级水土流失重点预防区，监测面积共计73万klTI2。

监测结果显示，监测区土壤侵蚀面积125 139km2，占土地总面积的17%。其中：轻度侵蚀97 192km2，占土壤侵蝕总面积的78%;中度侵13 770km2，占土壤侵蚀总面积的11.00%;强烈侵蚀6 457km2，占土壤侵蚀总面积的5%;极强烈侵蚀5 748km2，占土壤侵蚀总面积的5%;剧烈侵蚀1 972km2，占土壤侵蚀总面积的1%。

根据监测，监测区土壤侵蚀类型包含水力侵蚀、风力侵蚀，水力侵蚀面积为120 316km2，占土地面积的16%。其中：轻度侵蚀面积为92 667km2，占水力侵蚀面积的77%;中度侵蚀面积为13 626km2，占水力侵蚀面积的11%;强烈侵蚀面积为6 316km2，占水力侵蚀面积的5%;极强烈侵蚀面积为5 736km2，占水力侵蚀面积的5%;剧烈侵蚀面积为1 971 km2，占水力侵蚀面积的2%。风力侵蚀面积为4 823km2，占土地面积的1%。其中：轻度侵蚀面积为4 525km2，占风力侵蚀面积的94%;中度侵蚀面积为144km2，占风力侵蚀面积的3%;强烈侵蚀面积为l42km2，占风力侵蚀面积的3%;极强烈侵蚀面积为l2km2。国家级水土流失重点预防区水土流失强度分布详见表2，以丹江口库区及上游水土流失重点预防区为例，其水土流失强度空间分布特征见图2。

2.2 水土流失消长分析

相对于2011年，长江流域国家级水土流失重点治理区土壤侵蚀（水力侵蚀和风力侵蚀）面积减少7 244km2，占2011年土壤侵蚀面积比为6%。其中轻度侵蚀面积增加19 320km2，中度烈侵蚀面积减少21 274km2，强烈侵蚀面积减少5 820km2，极强烈侵蚀面积增加989km2，剧烈侵蚀面积减少459km2。长江流域国家级水土流失重点预防区土壤侵蚀（水力侵蚀和风力侵蚀）面积减少11443km2，占2011年土壤侵蚀面积比为8%。其中轻度侵蚀面积增加16642km2，中度侵蚀面积减少l9126km2，强烈侵蚀面积减少6 886km2，极强烈侵蚀面积减少999km2，剧烈侵蚀面积较少1 074km2。总体而言，水土流失得到有效控制，水土流失面积在逐步减小。其中中度侵蚀、强烈侵蚀强度在减少，微度、轻度侵蚀面积在增加，中度、强烈侵蚀强度在向微度、轻度方向转化。这主要得益于项目区实施的各种水土保持治理措施效益的发挥，得益于项目区长期坚持的生态环境保护政策，得益于在逐年生态修复中植被覆盖面积及高植被覆盖度比例的提高。部分地区极强烈以上面积有所增长，与项目区存在的一些生产建设活动新增人为扰动和不良的耕作方式有关，是今后开展水土流失治理的重要区域之一。

3结论

实践应用表明：一是运用遥感技术进行土壤侵蚀因子提取，基于中国土壤流失方程（ CSLE）和风力侵蚀模型进行土壤侵蚀强度分析计算方法，可有效应用于超大尺度水土流失动态监测工作中;二是长江流域国家级重点防治区水土流失得到有效控制，水土流失预防和治理效果明显;三是水土保持治理、生态环境保护在水土流失防治工作中起到十分重要作用;四是研究成果可为水土保持监管提供技术支持，为地方政府水土保持目标责任考核提供重要参考。

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