1999-2018年黃河源區水土流失動態變化

殷寶庫， 曹夏雨， 張建國， 張 棟， 王小燕

(黃河流域水土保持生態環境監測中心， 陜西 西安 710021)

黃河源區地處青藏高原腹地，是中國三江源預防保護區的重要組成部分，也是黃河重要的水源涵養區和水源補給區，提供黃河總水量49%[1]，是中國江河中下游地區可持續發展的生態屏障，在西部大開發生態環境的治理保護中肩負著重要責任[2-3]。由于該區域獨特的地理位置及生態環境特點，在全球氣候變化和人類活動的綜合影響下[4]，黃河源區的高寒草地發生了不同程度的退化[5]。退化的源區生態環境不但影響本區經濟的可持續發展，而且對中下游地區的生態環境和水文條件構成很大威脅。

退化的生態環境導致該區植被覆蓋率低，加劇水土流失潛在發生。防治水土流失依然成為該區改善生態環境的有效措施。目前，關于黃河源區或三江源區的土壤侵蝕已有報道[4,6-7]，但大多數研究時間節點較早，不能反映黃河源區水土流失現有狀況。且已有的研究多數集中于年度監測成果，少有關于該區水土流失動態變化及空間分析。掌握黃河源區水土流失動態變化情況，如趨好或趨壞，可以更好地反映該區生態保護和建設項目的水土保持措施和評估水土流失治理效果。掌握水土流失空間變化數據，可以為今后黃河源區生態保護提供科學的決策依據，如對水土流失加劇的區域進一步的加大治理或保護力度等。基于此，本文利用1999，2011，2018年水土流失監測數據，掌握黃河源區水土流失監測成果，分析黃河源區水土流失動態變化及其原因，并基于1999年和2018年土壤侵蝕空間數據，分析了該區土壤侵蝕強度等級變化及空間分布情況，以期為該區域生態環境建設和水土流失治理提供數據支撐。

1 研究區概況

黃河源區位于青藏高原東北部，區內山脈綿亙，地勢西高東低，海拔4 000 m左右，地形開闊、地勢平緩，涉及青海、四川和甘肅3個省，地理位置介于95°52′—103°25’E和32°09′—36°34′N之間，面積約1.31×105km2，占黃河流域總面積(7.95×105km2)的16.53%。該區雪山連綿，水系發達，支流眾多，是中國三江源預防保護區的重要組成部分，也是黃河水資源的主要來源地之一。

黃河源區屬高原性大陸性氣候，年溫差小、日溫差大，日照時間長，輻射強烈，風沙大，植物生長周期短，絕大部分地區無絕對無霜期，多年平均降水量198～700 mm，年蒸發量800～1 200 mm[8]。降水主要受西南季風和區域內氣候系統影響，季節降水變化差異較大，主要集中在夏、秋季，約占全年降水量75%以上。氣候寒旱，日照充足，年日照約2 400～2 800 h，輻射較強，氣候系統較不穩定。黃河源區的植被以高寒草原和高寒草甸為主。

2 數據與方法

2.1 數據來源及說明

黃河源區水土流失數據主要是基于1999，2011，2018年3個年度的土壤侵蝕數據。各年度間的數據基礎、技術路線不完全一致，數據精度有一定偏差。其中2018年土壤侵蝕數據是基于2017—2018年2 m和16 m分辨率衛星影像進行專題信息提取和野外調查，在水力侵蝕區利用中國土壤流失方程CSLE模型，在風力侵蝕區利用風力侵蝕模型〔耕地、草(灌)地、沙地(漠)風力侵蝕模型〕，計算獲取2018年全國水土流失動態監測和黃河流域9省區省級水土流失動態監測土壤侵蝕成果數據，利用軟件鑲嵌和裁切并統計，得到所需區域的土壤侵蝕各強度等級數據。

2011年土壤侵蝕數據是基于2011年全國水利普查數據，根據所占面積比例進行分攤，經各省區進行核實、修改、認可后形成2011年黃河流域水利普查數據。

1999年土壤侵蝕數據是基于1998—1999年30 m分辨率衛星影像進行專題信息提取和野外調查，水力侵蝕區根據土地利用、植被覆蓋和坡度進行三因子計算獲取，風力侵蝕區根據植被覆蓋度和地表情況獲取。與2018年相比，1999年土壤侵蝕計算方法不一樣，其采用的衛星影像分辨率較低。

本文中的水土流失面積特指水力侵蝕面積和風力侵蝕面積之和，不包含凍融侵蝕。水土流失強度等級包括輕度、中度、強烈、極強烈和劇烈侵蝕，根據《土壤侵蝕分類分級標準》SL190-2007判定[9]。

2.2 研究方法

本文利用1999，2011，2018年土壤侵蝕監測(調查)結果，對比分析不同年份黃河源區水土流失動態變化和不同強度等級之間的變化情況。基于1999年和2018年兩年的空間數據，計算出同一像元土壤侵蝕強度等級之間的變化情況，包括像元侵蝕強度等級未發生變化、強度等級增加/降低1級、強度等級增加/降低2級、強度等級增加/降低2級及以上。通過空間數據對比，更直觀的展現黃河源區水土流失的空間變化情況。

3 結果與分析

3.1 水土流失動態監測結果

1999，2011，2018年不同時期黃河源區的水土流失監測(調查)面積如表1所示。其中1999年水土流失面積為1.50×104km2，侵蝕強度等級以輕度、中度和強烈為主，占水土流失面積的比例為84.67%；2011年水土流失面積為3.39×104km2，侵蝕強度等級以輕度為主，占水土流失面積的比例為75.22%；2018年黃河源區水土流失面積為2.51×104km2，侵蝕強度等級以輕度為主，占水土流失面積的比例為80.88%。

表1 不同時期黃河源區水土流失面積及比例

據2018年水土流失動態監測結果，黃河源區以風力侵蝕為主，侵蝕面積為1.61×104km2，占水土流失面積的64.15%；水力侵蝕面積約9 000 km2，占水土流失面積的35.85%。從侵蝕強度等級來看，主要以輕度侵蝕為主，占水土流失面積的80.88%。從分布區域來看，黃河源區水土流失主要集中于青海省，水土流失面積為1.98×104km2，占黃河源區水土流失總面積的78.89%。黃河源區水土流失面積和各省水土流失面積詳見表2和表3。

表2 2018年黃河源區不同侵蝕類型水土流失面積及比例

表3 2018年黃河源區各省水土流失面積 104 km2

3.2 水土流失動態變化

黃河源區1999，2011，2018年水土流失動態變化情況如圖1所示，可以看出，水土流失動態變化表現出先增加后減少，1999年水土流失面積為1.50×104km2，至2011年增加至3.39×104km2，2018年水土流失面積減少為2.51×104km2。從侵蝕強度等級來看，輕度、劇烈侵蝕變化與水土流失動態變化一致，先增加后減少，中度、強烈、極強烈均表現出降低趨勢。

圖1 黃河源區水土流失動態變化特征

表4為黃河源區水土流失動態變化情況，可以看出，與1999年相比，2011年水土流失面積增加1.89×104km2，增幅126%，其中輕度侵蝕面積增加比例最多，增加1.99×104km2，增幅355.36%；2018年水土流失面積增加1.01×104km2，增幅67.33%，輕度侵蝕面積增加比例最多，增幅262.5%；與2011年相比，2018年水土流失面積減少8 800 km2，減幅25.96%，各侵蝕強度等級水土流失面積均有所減少，輕度、中度、強烈、極強烈、劇烈侵蝕面積分別減少20.39%，35.29%，15.79%，71.43%，60%。胡光印等[10]研究表明，1975—2005年，黃河源區沙化土地面積明顯增加，沙漠化土地面積從1975年的1.93×104km2增加到2005年的2.20×104km2，增加了2 700 km2。

表4 黃河源區水土流失面積動態變化情況

3.3 水土流失動態變化分析

對比1999年和2018年土壤侵蝕空間數據，其土壤侵蝕等級空間變化情況分別如表5和附圖14(見封3)所示。

由表5可知，1999年至2018年黃河源區土壤侵蝕強度等級未變化區域占主導，約有77.97%的區域土壤侵蝕強度等級未發生變化；19.33%的區域土壤侵蝕強度等級降低，表現為高強度等級侵蝕向低強度侵蝕轉變，其中，10.65%的區域土壤侵蝕強度等級降低2級以上，如極強烈侵蝕降至輕度或微度等級，6.06%的區域土壤侵蝕強度等級降低2級，如強烈侵蝕降至輕度，2.62%的區域土壤侵蝕強度降低1個等級；2.70%的區域侵蝕強度等級增加，加劇1級的占比最高，為2.04%。

表5 1999-2018年黃河源區土壤侵蝕強度空間動態變化統計

黃河源區1999—2018年水土流失面積增加1.01×104km2，其中風力侵蝕面積增加1.21×104km2，水力侵蝕面積減少2 000 km2。由附圖14(見封3)可以看出，水土流失面積減少和侵蝕強度等級降低明顯的區域主要集中于若爾蓋—江河源高原山地區的東北部地區，具體來說，集中于青海省海南藏族自治州的南部、黃南藏族自治州的西部，甘肅省甘南藏族自治州的西南部。水土流失面積增加和強度明顯增強的區域主要集中于果洛藏族自治州和海南藏族自治州的東北部。

3.4 動態變化原因分析

與2011年相比，黃河源區水土流失面積減少8 800 km2，各侵蝕強度等級水土流失面積均有所減少，輕度、中度、強烈、極強烈、劇烈侵蝕面積分別減少20.39%，35.29%，15.79%，71.43%，60%。水土流失面積和強度的降低除了與各地持續開展的退耕還林工程和大規模的封禁治理措施有關外，還與各地區對水土保持工作的重視程度有關。青海省各級水行政主管部門緊緊圍繞黃河源區生態建設存在的主要問題，按照人與自然和諧相處的理念，遵循預防為主、保護優先、自然修復的原則，在源區黃南、海南2州實施了水土保持預防保護工程。通過采取圍欄封育、政策性封禁、水土保持監測和健全機構、完善法制等措施，使源區生態環境明顯改善，草地退化趨勢得到初步遏制，濕地生態功能顯著提高，嚴重退化區植被覆蓋度明顯提升，逐步走上人與自然和諧相處的道路，積極踐行“綠水青山就是金山銀山”的生態文明理念。

甘南州堅持保護優先，堅守生態紅線，加快生態建設步伐。牢固樹立“綠水青山就是金山銀山”理念，加大沙化(黑土灘)綜合治理項目和退牧還草工程實施力度，治理沙化和重度退化草原400 km2，治理流動沙丘3.33 km2，治理重度沙化地8 km2，并開展礦山、電站和公路建設項目生態恢復治理。

值得注意的是，相比于1999年，2011年黃河源區水土流失面積增加1.89×104km2，2018年該區水土流失面積增加1.01×104km2。草地退化、草原鼠蟲害嚴重，部分地區草場超載放牧，亂開濫挖草地、過量采伐森林等不當人類活動是導致局部地區植被退化，水土流失加劇的主要原因[6]。草場退化主要是由氣候變化和人類不合理活動引起的。研究表明，區域暖干化[11]導致該區草場退化，草地退化加劇該地區水土流失、又反過來進一步加劇草地的退化[12]。馬守存等[13]研究表明，1982—2013年黃河源區氣溫呈顯著升高、降水則呈微弱增加的趨勢，植被覆蓋呈現整體緩慢升高、局部退化的趨勢。此外，人類不合理的活動，如過度放牧、濫挖蟲草等對源區草地不合理的人為干預也是引起草場退化、水土流失加劇的重要因素。

以水土流失強度增加的果洛藏族自治州的瑪多縣為例，水土流失加劇主要與該區特殊的自然條件和不合理的人類活動有關[14]。瑪多縣氣候條件惡劣，土壤肥力差，多以礫石和粗砂形式存在，嚴重影響牧草的生長。加之海拔高、氣候寒冷干燥，土壤中微生物活性較低，對有機質的分解非常緩慢，直接影響土壤養分的供給。常年的草場破壞、過牧踐踏，進一步惡化草場土壤環境。此外，瑪多縣大風、洪水等災害頻發，嚴重降低了土壤中肥、氣、熱等牧草生長所需的條件，加速了土壤生長層土粒的流失，加劇了沙化、礫化進程。

黃河源區的治理要按照習近平總書記在黃河流域生態保護和高質量發展座談會上的重要講話精神，將黃河生態系統作為一個有機整體，加強生態保護。以三江源、祁連山、甘南黃河上游水源涵養區和生態功能重要的地區等為重點，保護生態環境，推進實施一批重大生態保護修復和建設工程，提升水源涵養能力，創造更多生態產品，改善該區生態環境，治理水土流失。

4 結 論

(1) 1999，2011，2018年水土流失數據表明，黃河源區水土流失先增加后降低，與1999年相比，2011年水土流失面積增加1.89×104km2，2018年水土流失面積增加1.01×104km2。與2011年相比，2018年水土流失面積減少8 800 km2。草地退化、部分地區草場超載放牧,亂開濫挖草地等不當人類活動是導致局部地區植被退化，水土流失加劇的主要原因。

(2) 與1999年相比，2018年黃河源區77.97%的區域土壤侵蝕強度等級未發生變化，19.33%的區域侵蝕強度等級降低，2.70%的區域侵蝕強度等級增加。空間區域上看，土壤侵蝕強度等級降低明顯的區域主要集中于若爾蓋—江河源高原山地區的東北部地區，具體來說，集中于青海省海南藏族自治州的南部、黃南藏族自治州的西部，甘肅省甘南藏族自治州的西南部。水土流失強度等級增加明顯增強的區域主要集中于果洛藏族自治州和海南藏族自治州的東北部。

(3) 區域暖干化和不合理的人類活動導致黃河源區草地退化，而草地退化后土壤侵蝕是該地區水土流失加劇、草地進一步惡化的一個重要因素。黃河源區的水土流失治理應按照習近平總書記在黃河流域生態保護和高質量發展座談會上的重要講話，以三江源、祁連山、甘南黃河上游水源涵養區和生態功能重要的地區等為重點推進實施一批重大生態保護修復和建設工程，改善該區生態環境，治理水土流失。