水土流失系统治理对河湖生态环境提升的作用与举措

胡春宏，张晓明，赵 阳

（中国水利水电科学研究院，100048，北京）

水是生存之本、文明之源，是经济社会发展的重要支撑和基础保障。河湖是水资源的重要载体以及生态系统的重要组成部分。河湖生态环境建设，关系人民福祉，关乎民族未来。复苏河湖生态环境，建设幸福河湖是新发展阶段满足人民对美好生活向往的迫切需要，更是推动新阶段水利高质量发展的重要路径。党和国家历来高度重视河湖保护工作。党的十八大以来，习近平总书记多次赴长江、黄河、淮河等重要江河考察流域生态保护和发展等情况，并就河湖治理保护等作出重要指示批示，为做好河湖管护工作提供了科学指南和根本遵循。水利部印发的《关于复苏河湖生态环境的指导意见》要求各级水利部门要加快复苏河湖生态环境，支撑我国社会主义现代化建设。复苏河湖生态环境，提升大江大河大湖生态保护治理能力，优化水生态安全屏障体系，有效维护河湖健康生命，实现人水和谐共生，已成为推动新阶段水利高质量发展和满足人民优美水生态水环境需求的关键举措与迫切需要。

水土流失是制约人类生存和社会可持续发展的重大环境问题，是我国各种生态问题的集中反映，对粮食安全、生态安全和河湖健康生命安全造成严重威胁。水土保持作为江河治理的根本，集水区水土流失状况与河湖生态环境紧密相关。流域水土流失产生的泥沙颗粒物输出是河湖淤积泥沙及污染物的重要来源和载体，坡沟治理、生物过滤带、封育保护、生态修复等水土保持措施，对于调水保土、阻控面源污染具有重要作用。开展水土流失系统治理，就抓住了生态建设的“牛鼻子”，抓住了解决河湖生态环境问题的关键和基础。因此，搞好水土保持是实现河湖功能永续利用的重要前提。本文以河湖生态环境复苏为背景，通过探讨水土保持与河湖生态环境的关系，探索维持河湖生命健康的水土流失系统治理实施路径，旨在为系统推进河湖健康发展与实现河湖功能永续利用提供支撑。

一、水土流失是加剧河湖生态环境恶化的主要根源之一

1.水土流失导致“三生”环境恶化，威胁河湖生态安全

水土流失破坏土地资源，导致土地退化、耕地减少、生产力降低，生态、生产和生活条件恶化，制约山丘区经济社会发展。1959—2009年间，我国因水土流失而损失的耕地达5 000多万亩（1亩=1/15 hm2，下同），平均每年约100万亩，水土流失造成的经济损失相当于国民生产总值的3%左右，黄土高原水土流失严重区每年流失表土1 cm以上。中国科学院发布的《东北黑土地白皮书（2020）》指出，东北黑土地黑土层的厚度已经减少了30%~50%，一些地区土壤黑土层不足20 cm，而且目前黑土层仍以每年1~2 mm的速度减少。北方土石山区、西南岩溶区和长江上游等地有相当比例的农田耕作层土壤已经流失殆尽，母质基岩裸露，彻底丧失了农业生产能力。同时，水土流失造成植被破坏，土地水源涵养能力减弱，土壤大量“石化”“沙化”，沙尘天气加剧，造成空气污染。水土流失区与贫困人口空间分布具有地理耦合性，二者相互影响，互为因果。而贫困加剧往往引发更大范围的开垦、过度放牧，形成“越垦越穷，越穷越垦”的恶性循环，直接影响流域生态环境保护，严重威胁河湖生态安全。

2.水土流失导致江河湖库泥沙淤积，威胁河湖防洪安全

20世纪80—90年代，全球年均水土流失量约260亿t，其中我国年均水土流失量在50亿t以上，水土流失使大量泥沙淤塞下游河道和江河湖库。White统计表明，每年由于泥沙淤积造成的全球水库总库容损失达0.5%~1%。同时，由于水土流失使上游地区土层变薄，土壤蓄水能力降低，增加了山洪发生频率和洪峰流量，加大了部分地区滑坡泥石流等灾害的发生机率。黄土高原作为世界上水土流失最严重区域之一，1919—1959年间，严重的水土流失导致入黄河泥沙每年高达16亿t，黄河下游河床普遍抬高2~4 m，极大削弱了河道泄洪能力，降低了湖库调蓄洪水能力，导致历史上黄河“三年两决口、百年一改道”，洪涝灾害频发。如图1所示，1960年9月三门峡水库建成后，由于黄土高原下泄泥沙不断在库区淤积，黄河潼关高程由建库前的323.4 m大幅抬升了约5 m，使渭河口形成拦门沙，严重威胁着关中平原防洪安全。

图1 1960—2020年黄河汛前、汛后潼关高程与输沙量变化

3.水土流失面源污染加剧河湖水环境恶化，威胁河湖水环境安全

面源污染是我国江河湖库污染物的主要来源，水土流失是面源污染发生的重要形式和运输载体，流域污染源通过水土流失向水体中不断排放的污染物，将水体迅速推高到富营养状态，许多湖泊从“草型湖泊”快速演变为“藻型湖泊”，加速了沼泽化过程。一方面，大量化肥农药和生活垃圾等污染物伴随水土流失过程进入河湖，加剧河湖水源污染；另一方面，泥沙淤积导致河湖水域自净能力大幅度减弱，底泥中重金属和持久性有机污染物残留富集严重，导致鱼类等水生动植物生存环境恶化，生物多样性降低。我国许多湖泊处于严重富营养化状态，其中，长江中下游地区绝大部分湖泊已经富营养化或者正在富营养化。2020年，开展营养状态监测的110个重要湖泊（水库）中，富营养状态湖泊（水库）占比29%，比2016年增加5.9个百分点。根据2020年全国七大流域507个断面（点位）水生态状况调查监测结果，全国重点流域水生态状况以中等—良好状态为主，优良状态断面（点位）数量占比36%，中等状态占比50%，较差及很差状态占比14%。2020年全国八大流域水土流失强度及其相关河流水质状况如图2所示。水土流失导致的农业面源污染已成为当前水环境污染尤为突出的问题之一，严重威胁我国江河湖库水环境安全。

图2 2020年全国八大流域水土流失强度及其相关河流水质状况

二、水土流失系统治理是提升河湖生态环境的关键

水土保持是江河治理的根本，是河湖生态环境治理和保护的源头，是与水环境管理互为促进、紧密结合的有机整体。按照山水林田湖草沙系统治理理念，以小流域为单元，集合区域实际，对农田、水利、牧业、林业及生产建设活动进行综合规划和治理，科学推进水土流失综合治理，打造生态清洁流域，充分发挥水土保持在复苏河湖生态环境中的“拦沙减淤、净化过滤、调节反补、开源引流、减排增汇”作用，这既是我国开展水土保持工作的主要成功经验，也是复苏河湖生态环境的关键和基础。

1.拦沙减淤

流域坡面和沟道是江河湖库淤积泥沙的“源”。实践证明，梯田、水平沟等治坡工程，淤地坝、拦砂坝等治沟工程以及水窖、涝池等小型水利工程措施，通过塑造微地形，改变地表径流运动形态，有效控制土壤侵蚀，防止水土流失，减少进入水体泥沙和泥沙所吸附的营养性污染物，进而有效改善河湖淤积、保护水体质量。研究表明，近年来，三峡库区水土流失治理成效显著，平均每年减少泥沙流失约7 880万t。黄河流域经过70余年水土流失综合防治，黄土高原林草覆被率由20世纪80年代总体不到20%增加到63%，梯田面积由1.4万km2提升至5.5万km2，建设淤地坝5.9万座。由于黄土高原坡面措施直接蓄水拦沙，2010年以来侵蚀模数相比1980年减幅超过65%。如表1所示，2011—2017年间黄土高原沟道淤地坝共拦沙10.5亿t。黄河潼关输沙量2010—2020年相比1919—1959年分别减少89%，下游河道由1960—1999年累积淤积泥沙48.2亿t变为2000年以来累积冲刷泥沙29.4亿t，黄河中游“一碗水半碗沙”成为历史，保障了黄河长久安澜。

表1 黄土高原淤地坝淤积特性

2.净化过滤

水土流失是引发水库、湖泊、河流等地表水体发生富营养化的重要根源，而水土保持措施具有吸收、过滤、迁移和转化土壤与水体中某些有害物质，防治非点源污染，改善地表水和地下水水质的作用。研究表明，水土保持生物措施具有改善土壤质地、增加土壤团粒结构、增加土壤微生物种类和数量等功能，进而减少污染源系统的污染物通量；以林地为主流域较无林流域可多滞留径流氨化合物22%~78%、磷化物58%~80%。高鹏等在辽宁西部风沙半干旱区研究发现，林草植被较荒草地多拦蓄泥沙48%~96%，土壤全氮增加12%~72%，有机质提高10%~77%。

3.调节反补

水土保持措施具有调节洪峰流量和枯水季河川流量等作用。北京“7·21”特大暴雨灾害中，山区坡面水土保持措施削减洪峰和减少水土流失作用显著，水土保持措施削减洪峰流量35%。无定河2017年发生“7·26”特大暴雨，如图3所示，淤地坝系使洪峰消减46%，同时将第一个洪峰完全滞蓄消纳，并降低了沟道沿程径流挟沙力，最大径流挟沙力减小76%；由于全流域水土流失系统治理，与1977年特大暴雨相比，在面降雨量一致、降雨强度增加1倍条件下，“7·26”特大暴雨洪水量减少34%，产沙量减少53%。同时，在水土保持措施影响下，黄河一级支流秃尾河流域汛期径流量占年径流量比例下降，枯水期径流量比例上升，季节分配趋于均匀。水土保持典型措施对渭河流域地下水补给具有蓄洪补枯效应，有利于流域枯水期生态基流保障。高新和等研究认为，天山山地森林长期对河流枯水期径流进行补给，维持了天山生态系统的稳定。

图3 无定河流域“7·26”特大暴雨下坝系流域和无坝流域洪水过程与沿程挟沙力对比

4.开源引流

山区是我国的主要水源区，据全国第二次水资源调查评价成果，全国85%的降水量分布在山区。林地作为山区主要土地利用类型，诸多研究表明，大规模水土保持林草建设具有改变局部小气候，调节降雨量的作用。黄土高原大规模水土保持坡面措施及库坝等沟道措施实施，使得内源水汽增多，区域水分循环加快，从而改变了当地小气候特性，对局地降水产生一定影响。魏晓华等研究认为，森林流域较无林流域年降水量一般可增加1%~30%。有防护林地区比无林地区能增加露水60%，防护林内的土壤含水量比空旷地多5.8%。

5.减排增汇

实现碳达峰、碳中和，是党中央作出的重大战略决策，事关中华民族永续发展。水土保持生态建设对于提升河湖生态系统固碳能力具有重要意义。水土保持林草、工程和耕作措施以及生产建设项目水土保持措施，通过促进林草植被发育、保护培育土壤、减少面源污染、消减“先污后治”能耗及CO2排放等形式起到碳减排与碳汇作用。我国过去20年由于水土流失造成的年均横向土壤碳输移量为1.8亿±0.8亿t，由此引发垂直CO2通量为净碳汇0.45亿±0.25亿t，相当于我国陆地碳汇的8%~37%；同时，由于全国性大规模水土保持实践，土壤有机碳的横向输移量减少41%，水土保持减排增汇效益显著。

三、河湖生态环境复苏背景下水土流失系统治理举措

水是生命之源，土是生存之本。做好水土保持是保护河湖水生态环境的重要内容。新发展阶段推动水土保持高质量发展是一项复杂的系统工程，要坚持系统观念，从生态系统整体性出发，更加注重统筹规划、综合治理、系统治理、源头治理，充分发挥好水土保持在保障河湖生态环境中的重要基础作用，力求在以下5个方面深化拓展和突破。

1.建立流域系统治理目标责任制，落实多规合一系统治理任务要求

当前，我国山水林田湖草沙管理涉及众多部门，水土保持、水质管理、生态修复等管理职能分散于不同部门，日常管理协调机制尚未定型，在此背景下实施流域系统治理，一要建立流域山水林田湖草沙系统治理目标责任制度，推动地方政府主体责任和相关部门职责落实；二要更加突出流域管理的治水体制机制，在流域层面实现系统治理的科学统筹。依据系统治理新思路和新要求，组织修订流域综合规划，多规合一，为系统治理提供整体技术方案；三要着眼于流域生态系统保护，打破行业分割，形成部门合力，以水要素为纲，统筹陆域和水域，制定包括治山、治河、治林、治田、治湖、治草和治沙在内的流域综合治理规划。

2.创新流域系统治理体制机制，激发水土保持高质量发展内在动力

在推进系统治理政策方面，一要建立水土流失系统治理与用地、用水、用能等挂钩政策，激发市场主体主动参与和落实水土保持责任的活力；二要从产权激励、金融扶持、财税优惠等方面，完善社会资本投入水土流失治理、面源污染防治的支持政策，激发社会资本投资潜力和创新动力；三要在河湖长制基础之上，建立林长制、田长制等，全面推进小流域综合治理工程以奖代补建设方式，建立工程质量考评与奖惩机制、工程管护长效机制等，确保工程长期稳定地发挥效益；四要全面强化人为水土流失与面源污染监管，构建“纵向到底、横向到边、环节闭合”的监管制度体系，推进水土保持与面源污染监管制度化、规范化。

3.优化开发活动水土要素影响评价制度，倒逼陆域要素系统治理

水是贯穿流域生态系统各要素的“血脉”，土是最基础媒介，陆地生态要素变化和人类社会活动影响将集中反映到对“水和土”状态的影响。为此，一要强化山水林田湖草沙系统源头预防、过程控制，要消除条块分割、单项论证弊端，建立与系统治理相适应的流域综合管理和行政审批制度；二要站在系统治理全局高度，以生产建设项目水土保持方案为抓手，建立完善的水土资源影响评价体系，倒逼各类流域开发建设行为满足系统治理总体目标要求；三要建立支撑陆域水土资源影响评价的制度体系与技术保障措施，确保系统治理上下协同，落地见效。

4.以数字孪生流域为载体，全面提升系统治理基础支撑能力

一要依托“全国水利一张图”，建成互联互通、资源共享的集生产建设项目水土保持监管、水土流失综合治理、河湖水生态环境保护治理于一体的智慧监管服务平台，通过智慧水利建设赋能传统管理模式转型升级，系统提升水土流失与面源污染防治水平。二要探索与中国生态系统研究网络（CERN）、中国森林生态系统定位观测研究网络（CFERN）、生态环境监测网络建设、水文站网协作共享机制，加快推进实施国家水土保持监测站点优化布局工程，建设水土资源、污染物和土壤碳等多要素监测大数据平台，提升水土资源与面源污染风险监控与评价能力。三要加快推进全国水土流失预测模型研发，全面提升水土流失及其伴生污染物的监测、评价、决策、管理水平。

5.聚焦系统治理科技短板，坚持以科技创新夯实高质量发展新动能

水土流失系统治理的基础在于明确流域山水林田湖草沙各系统自身内在的结构、功能和其过程的动态变化，并需明晰系统之间正向、负向的复杂作用关系。通过针对不同侵蚀类型区本底、资源环境承载力及其改善目标，科学制定水土保持率，合理配置治理措施比例与模式，以保障系统的整体性、结构性、动态性及“水纽带”维持。为此，需持续开展基础理论与关键技术和产品研发，在基础理论研究方面，聚焦河湖污染物来源组成及其驱动机制、多时空尺度水-沙-污染物质耦合迁移转化规律、水土保持措施防蚀减污机理及适用性评价、水土流失面源污染过程与机理、水土保持措施固碳机制与碳汇效应、多目标的江河湖库氮磷控制阈值等；在关键技术与产品研发方面，聚焦水土流失区降雨地表径流调控与高效利用技术、水土流失区面源污染控制与生态拦截技术、水土保持碳汇核算方法与能力提升技术、水肥一体氮磷流失阻控技术、水陆交错带植被群落恢复构建及水质改善技术、开发建设项目水土流失防治技术以及水土流失型氮磷面源污染阻截产品等，着力构建综合完备的生态清洁小流域综合技术支撑体系，为科学推进水土流失综合治理，复苏河湖生态环境提供技术支撑。 ■