2018年度四川省级监测区水土流失动态监测研究

2019-12-18陈锐银廖睿智

中国水土保持 2019年12期

游翔，陈锐银，廖睿智

(1.四川省水土保持生态环境监测总站，四川成都 610041； 2.中国科学院/水利部成都山地灾害与环境研究所，四川成都 610041； 3.中国科学院大学，北京 100049；4.攀枝花市水土保持生态环境监测分站，四川攀枝花 617000)

土壤侵蚀对土地资源及生态环境的破坏，严重影响了人类健康和经济社会的可持续发展。作为世界上土壤侵蚀最严重的国家之一，定期调查并公告全国土壤侵蚀及其治理状况,是客观反映水土流失治理成效、评价治理效益、编制治理规划的基础[1]。本研究基于四川省级水土流失动态监测项目，结合内业解译与外业复核获得模型相关参数，继而通过中国土壤流失方程计算监测区水土流失状况、面积和分布情况，并与2011年第一次全国水利普查水土保持数据对比分析，以期能为四川省今后的水土保持工作开展提供数据及技术支持。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

四川位于中国西南部，地处东经97°21′～108°31′、北纬26°03′～34°19′，土地总面积48.60万km2。作为我国第五大省区，北邻青海、甘肃、陕西三省，东接重庆，南连云南、贵州二省，西与西藏自治区毗邻。省内地势起伏，山地和丘陵面积较大，降水丰沛，是我国水土流失严重的省区之一。全省共21个市(州)183个区县，其中国家级重点防治区的91个区县动态监测工作由水利部统一组织实施，四川省级水土流失动态监测区仅涉及16个市(州)的92个区县，共计135 923.70 km2。区内地貌类型复杂多样，山地、丘陵、平原和高原类型齐全，其中山地所占面积最大且地表物质组成复杂。整个监测区西部为高原、山地，海拔在4 000 m以上，东部为盆地、丘陵，海拔在1 000～3 000 m之间，西高东低的特点明显；受地形影响，气候东西差异明显，降水量分布由东南往西北减少，且监测区东部和西部降雨强度相差甚远，年内分配不均，12—2月降水量最少，仅占全年的3%～4%，5—10月降水集中，期间降水量占全年的80%以上。监测区内土壤类型丰富，主要有19个土类，受气候和地形影响，区内植被多样且垂直分带特征明显。

1.2 数据准备

本研究所需气象资料为省级监测区及其周边的145个气象站1986—2015年逐年逐日降雨量数据；土壤资料为第一次全国水利普查水土保持情况普查成果数据中的土壤可蚀性因子数据；地形资料为省级监测区域内的1∶1万DEM数据(无1∶1万DEM覆盖区域用1∶5万DEM数据补充)；植被覆盖资料为2015、2016、2017年250 m空间分辨率的MODIS归一化植被指数(NDVI)产品；高分辨率遥感数据主要采用2017年“地理国情监测”影像。

1.3 研究方法

1.3.1 遥感解译与数据野外复核

选用优于2 m空间分辨率的遥感影像，在野外调查建立解译标志的基础上，采取人机交互方法进行信息提取，获取测区土地利用信息，依据《区域水土流失动态监测技术规定(试行)》中的要求，在每个区县随机抽取1个调查单元(1 km×1 km)对解译的土地利用类型图斑与模型各参数进行现场复核，并反馈复核信息，进行相应修订。

1.3.2 水土流失量计算

水土流失量计算模型为中国土壤流失方程(CSLE)[2]，其基本形式为

A=R×K×L×S×B×E×T

(1)

式中:A为土壤流失量，t/(hm2·a)；R为降雨侵蚀力因子，MJ·mm/(hm2·h·a)；K为土壤可蚀性因子，t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)；L为坡长因子；S为坡度因子；B为植被覆盖与生物措施因子；E为工程措施因子；T为耕作措施因子。

(1)降雨侵蚀力因子R。降雨侵蚀力是指降雨引起土壤侵蚀的潜在能力，水利部水土保持监测中心运用冷暖季日雨量算法[3]为本研究提供了R因子。

(2)土壤可蚀性因子K。土壤可蚀性是指土壤具有抵抗雨滴打击分离土壤颗粒和径流冲刷的能力[4]，本研究直接采用第一次全国水利普查水土保持情况普查成果中的土壤可蚀性因子数据。

(3)坡长因子L。坡长因子定量反映了坡长与土壤流失量之间的关系[5]。

(4)坡度因子S。坡度因子定量反映了坡度与土壤流失量之间的关系，本研究结合MCCOOL,et al.[6]的缓坡坡度公式和LIU B Y, et al.[7-8]的陡坡坡度公式。

(5)水土保持措施因子BET。中国土壤流失方程(CSLE)将USLE/RUSLE中覆盖与管理因子(C)和水土保持措施因子进一步细分为生物措施因子(B)、工程措施因子(E)和耕作措施因子(T)，其中B因子反映植被覆盖对土壤侵蚀的作用，E因子反映水土保持工程对土壤侵蚀的作用，T因子反映耕作管理对土壤侵蚀的作用[9]。

本研究参照《区域水土流失动态监测技术规定(试行)》分不同土地利用类型计算B值，如果是耕地、居民点及工矿用地、交通运输用地、水域及水利设施用地或其他土地利用类型，直接查表对该土地利用类型地块进行赋值。

工程措施因子和耕作措施因子是指在实际工程/耕作措施下(其余条件与标准小区相同)的土壤流失量与标准小区土壤流失量的比值[10]。定义中的标准小区是指坡度15°、坡长20 m、宽5 m的清耕休闲地。本研究依据《区域水土流失动态监测技术规定(试行)》中水土保持工程措施因子和耕作措施因子赋值表进行赋值，研究区所包含的措施见表1。

2 结果与分析

2.1 水土流失情况

基于GIS平台，依照侵蚀因子计算方法生成7个因子栅格数据，按照中国土壤流失方程(CSLE)将因子图层进行栅格乘积运算，获得监测区土壤侵蚀模数，参照《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190—2007)判定监测区土壤侵蚀强度级别，并统计各土壤侵蚀强度级别的面积及比例(表2)。监测区内土壤侵蚀以微度侵蚀为主，水土流失面积仅占监测区总面积的27.16%，其中轻度侵蚀所占的面积比例最高，为水土流失总面积的72.66%，剧烈侵蚀面积为347.87 km2，仅占0.94%。监测区平均土壤侵蚀模数为806.08 t/(km2·a)，属于轻度侵蚀。但从水力侵蚀强度分级图可以看出，监测区内土壤侵蚀分布存在明显空间异质性，虽整体土壤侵蚀强度较轻，但局部仍存在严重的水土流失。

表1 监测区工程及耕作措施赋值

表2 2018年度四川省级水土流失动态监测区水土流失面积统计

2.2 水土流失消长情况

根据2011年第一次全国水利普查水土保持情况普查成果，四川省级监测区水土流失面积为38 826.27 km2；2018年四川省级监测区水土流失面积减少率为4.85%，其中轻度流失面积增加了71.56%，中度流失面积减少了54.58%，强烈流失面积减少了53.92%，极强烈流失面积减少了56.99%，剧烈流失面积减少了78.47%，详见表3。

表3 水土流失面积消长情况统计 km2

2011—2018年省级监测区内92个区县土壤侵蚀面积消长除轻度侵蚀外，中度、强烈、极强烈和剧烈侵蚀面积平均变幅皆为负值，且五种侵蚀强度合计变幅的均值也小于0。整体来看，监测区水土流失状况为高强度侵蚀向低强度转移，流失程度减轻，且区内超过半数的区县符合这一规律。统计92个区县整体土壤侵蚀面积消长情况，共有72个区县水土流失面积减少或不变，其中，由于成都市成华区、金牛区、锦江区和青羊区位于市区，在两个调查时间点均无土壤侵蚀发生。剩余20个区县水土流失面积增加，且增加的区县主要集中于川西地区。

3 讨论

土壤侵蚀分级结果表明，监测区内空间分异性较大，整体上区内土壤侵蚀强度较低，但局部地区仍存在严重水土流失。高强度土壤侵蚀主要分布于四川省西南边缘的小凉山区及康定市等，综合其自然及人为因素，此类区域大部分地形较陡，植被覆盖较低，且由于耕地资源有限，并存在土地利用不合理情况，因此加强该类地区水土保持宣传教育，并开展相关治理工作是减少水土流失面积的关键。此外，部分地区由于新修大型工程和开采矿产等也加剧了土壤侵蚀，如何规避人为水土流失也是进一步提高水土保持效果的关键。

本次监测成果与2011年第一次全国水利普查水土保持情况公布成果对比分析，监测区水土流失面积减少1 881.07 km2，且水土流失强度由高强度转向低强度，该结果主要得益于在区内实施的小流域水土流失综合治理和坡耕地综合治理等工程措施，同时监测区内实施的造林、封禁、生态修复等生物措施也发挥了重要作用。四川省近些年始终坚持“预防为主、保护优先”的方针，树立“民生为本、管理为重、抓点带面、建管并举”工作理念，全面推进生态文明建设，着力构建长江上游生态屏障，在水土保持综合治理和生产建设项目预防监督工作中投入较大，水土保持宣传教育工作到位，因而水土保持工作取得了一定的成效。

监测区内仍有部分地区水土流失面积小幅增加，原因如下：一是两次水土流失监测方式不同，2011年第一次全国水利普查水土保持情况普查采用的方法是将调查单元点调查结果推算到面上，得到区域水土流失面积和强度等级值，本次调查的方法是采用模型法直接计算出面上数据，两者在计算方法和数据的精度上存在一定的差异；二是个别自然灾害及人为扰动破坏了土壤表层结构，致使土壤更容易被搬运迁移，增大了土壤侵蚀的风险；三是由于川西地区地势陡峭，自然条件恶劣，水土流失治理难度较大，水土保持效果甚微，因此，该地区水土流失治理工作仍任重而道远。