1985-2020年黃河中游多沙粗沙區(qū)水土流失動態(tài)變化

殷寶庫， 蘇鵬飛， 張建國， 曹夏雨

(黃河水利委員會 黃河上中游管理局, 陜西 西安 710021)

黃河中游多沙粗沙區(qū)是黃河流域主要的產(chǎn)沙區(qū)，也是黃土高原地區(qū)水土流失最嚴重的區(qū)域，嚴重的水土流失導致土壤退化、生產(chǎn)力降低，惡化了當?shù)厣a(chǎn)生活環(huán)境，造成了河道淤積，加重了旱澇災害，影響著社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[1-3]。很多學者從土地利用、植被覆蓋、水土流失等不同角度對研究區(qū)進行了研究。張含玉[2]利用NDVI，水文等數(shù)據(jù)分析了研究區(qū)侵蝕產(chǎn)沙變化特征及主控因子，王光謙等[4]根據(jù)80，90年代遙感影像及水文數(shù)據(jù)分析了研究區(qū)植被覆蓋變化與其減水減沙效益之間的規(guī)律，陳劭鋒等[5]探索了研究區(qū)自然和人文要素對侵蝕產(chǎn)沙的作用，楊勝天等[6]利用中分辨率衛(wèi)星影像研究了研究區(qū)土地利用的轉(zhuǎn)型和漸變與促進植被蓋度恢復的關(guān)系。這些研究一般利用研究區(qū)的一部分作為研究對象，且間隔一般較短，而根據(jù)長序列數(shù)據(jù)研究其變化趨勢與規(guī)律具有重要指導意義，可為預防保護和水土流失綜合治理等提供依據(jù)。本研究選取整個黃河中游多沙粗沙區(qū)為研究對象，利用覆蓋整個研究區(qū)1985—2020年的長序列水土流失數(shù)據(jù)對其水土流失時空變化特征及變化原因進行分析，以期為防治黃土高原地區(qū)水土流失，推動黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展提供有益參考。

1 研究區(qū)概況

黃河中游多沙粗沙區(qū)位于黃河河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間及涇河、洛河上游，面積約7.86×104km2，介于東經(jīng)106°57′—111°58′和北緯35°54′—40°15′之間[4],主要為黃土丘陵溝壑和黃土高塬溝壑地貌，溝壑密度大且坡陡溝深,區(qū)內(nèi)地表土壤以易蝕性的沙黃土主。屬干旱半干旱區(qū),降雨較少而又非常集中,多年平均降水量450 mm左右,由東南至西北遞減，全年60%以上降水發(fā)生在7—9月且以常以暴雨形式出現(xiàn)[1，4]。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

本研究基于2020年水土流失動態(tài)監(jiān)測和1985，1999年土壤侵蝕遙感調(diào)查數(shù)據(jù)，3期成果均采用遙感技術(shù)利用衛(wèi)星遙感影像等資料獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，且各年份土壤侵蝕的定義沒有實質(zhì)性變化，其水力和風力侵蝕強度分級前后一致[7]。2020年土壤侵蝕采用中國土壤流失方程(CSLE模型)[8]計算水力侵蝕模數(shù)，采用風力侵蝕模型[9]計算風力侵蝕模數(shù)，基于土壤侵蝕分類分級標準[10]分析土壤侵蝕強度。利用Arcgis的裁切功能獲取研究區(qū)土壤侵蝕空間數(shù)據(jù)，利用其珊格計算功能對1985,1999,2020年土壤侵蝕數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，對1999,2020年的土壤侵蝕強度數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)移分析，獲取研究區(qū)水土流失時間和空間變化特征。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同年份水土流失狀況

1985年，研究區(qū)內(nèi)水土流失面積為7.52×104km2，占總面積的95.67%；水土流失強度以極強烈和劇烈為主，極強烈和劇烈侵蝕面積達5.76×104km2，占水土流失面積比例達76.60%(表1，圖1)。

表1 1985-2020年黃河中游多沙粗沙區(qū)水土流失面積 104 km2

圖1 1985-2020年黃河中游多沙粗沙區(qū)土壤侵蝕特征

1999年，研究區(qū)內(nèi)水土流失面積為7.32×104km2，占總面積的93.13%；水土流失強度以強烈及以上侵蝕為主，強烈及以上侵蝕面積達5.57×104km2，占水土流失總面積的76.10%(表1，圖1)。

2020年，研究區(qū)內(nèi)水土流失面積為4.27×104km2，占總面積的54.33%；水土流失強度以輕度和中度侵蝕為主，面積達3.05×104km2，占水土流失總面積的71.43%；強烈及以上侵蝕面積為1.22×104km2，占水土流失總面積的28.58%(表1，圖1)。

3.2 不同時段水土流失動態(tài)變化特征

3.2.1 面積動態(tài)變化特征 研究期內(nèi)研究區(qū)水土流失狀況明顯改善，水土流失面積減少3.25×104km2，降幅達43.22%，年均減少1 000 km2。其中，劇烈和極強烈侵蝕面積減少最多，減少面積達5.23×104km2，減少幅度達90.80%；強烈侵蝕轉(zhuǎn)為比其等級低的侵蝕強度面積和由極強烈及劇烈轉(zhuǎn)來的面積基本持平，研究期內(nèi)面積基本未變；輕度和中度侵蝕面積均明顯增加，特別是輕度侵蝕面積增加1.39×104km2，增幅近700%(表2)。

表2 不同時段水土流失面積動態(tài)變化情況 104 km2

研究區(qū)1985—1999年和1999-2020年兩個時段內(nèi)，水土流失面積先緩慢減少后加速減少。1985—1999年14 a間研究區(qū)水土流失總面積處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，僅減少2 000 km2，降幅2.66%，年均減少水土流失面積僅100 km2，水土流失嚴重的狀況沒有根本改變。1999—2020年21 a間研究區(qū)水土流失面積快速減少，水土流失嚴重的狀況得到明顯改善，減少水土流失面積達3.05×104km2，降幅達41.67%，年均減少1 500 km2(表2)。

研究區(qū)兩個時段內(nèi)水土流失強度總體上均明顯變輕。前一時段內(nèi)水土流失強度變輕以劇烈侵蝕面積減少為主，降幅達66.67%，強烈及輕度水土流失面積增幅較多；后一時段內(nèi)強烈、極強烈、劇烈侵蝕面積協(xié)同下降且下降顯著，降幅均超過70%，其中劇烈侵蝕面積降幅達93.60%，年均減少面積分別為800，700，600 km2，輕度和中度水土流失面積有所增加(表2)。

3.2.2 空間變化特征分析 對研究區(qū)1999年和2020年土壤侵蝕空間數(shù)據(jù)進行計算和轉(zhuǎn)移分析(表3)，20 a多來研究區(qū)土壤侵蝕強度等級轉(zhuǎn)移最多的是輕度以上土壤侵蝕強度面積轉(zhuǎn)為微度，也就是研究區(qū)水土流失面積減少的部位，面積達3.26×104km2，占總面積的41.48%；其次是發(fā)生中度以上土壤侵蝕強度降級但未降到微度的部位，面積為3.01×104km2，占總面積的38.31%。土壤侵蝕未減輕的區(qū)域面積為1.59×104km2，其中侵蝕強度未變化的面積為9 500 km2，比例為12.09%；土壤侵蝕強度等級加劇的面積為6 400 km2，占比為8.14%。在土壤侵蝕強度等級加劇的區(qū)域中，非水土流失面積變?yōu)樗亮魇娣e1 900 km2，比例2.42%；水土流失加劇的面積為4 500 km2，比例5.72%。

表3 1999-2020年黃河中游多沙粗沙區(qū)土壤侵蝕強度空間動態(tài)變化統(tǒng)計 104 km2

1999—2020年研究區(qū)土壤侵蝕強度空間分布變化具有明顯的整體向好和少數(shù)部位強度變強特征，強度變輕、廣泛分布的“綠色調(diào)”為研究區(qū)主基調(diào)，強度變強的“棕色調(diào)”呈零星片狀或零散分布(圖2)。由水土流失面積轉(zhuǎn)為非水土流失面積的部位在研究區(qū)北部的呼和浩特、鄂爾多斯、忻州和榆林(北部)表現(xiàn)突出，成片區(qū)域降為非水土流失面積，榆林中部、延安中部及慶陽市、吳忠市表現(xiàn)較差。由微度變?yōu)檩p度及以上水土流失面積的部位集中分布在吳忠市、延安市東北部、呂梁市臨縣與興縣交界處的中部和方山縣外邊緣附近，榆林市東北角也有較連片的分布(圖2)。

3.3 水土流失變化原因分析

(1) 從人類活動影響來看，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和國民素質(zhì)的提高，在退耕還林還草等宏觀政策引導、水土流失預防保護和綜合治理等防治方略指引下，隨著大規(guī)模的人口從農(nóng)村轉(zhuǎn)移到城鎮(zhèn)，大量的水土保持治理工程被實施，各地實施嚴格的水土保持監(jiān)督制度，毀林毀草開荒、濫挖亂堆亂棄等現(xiàn)象急劇減少，植被得以修復，水土流失減輕，生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善。

(2) 結(jié)合研究區(qū)地形、坡耕地和人為水土流失地塊分布情況分析，研究區(qū)土壤侵蝕強度1999—2020年未減輕的區(qū)域主要位于研究區(qū)溝道、新增坡耕地和人為水土流失地塊上。該區(qū)溝壑縱橫、水土流失嚴重、耕地資源稀缺，在1999年開始退耕還林還草政策之后一段時間還存在開墾坡耕地的現(xiàn)象；同時該區(qū)主要位于煤、石油、天然氣等能源的富集區(qū)，是中國重要的能源產(chǎn)業(yè)基地集中區(qū)，大規(guī)模的資源集中開發(fā)與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對區(qū)域水土流失也造成了一定的影響。

圖2 1999-2020年黃河中游多沙粗沙區(qū)土壤侵蝕強度轉(zhuǎn)移特征

(3) 從自然條件來看，研究區(qū)植被覆蓋范圍的擴大和覆蓋等級的提高是研究區(qū)后一時段水土流失面積和高強度侵蝕面積雙降的重要影響因素。研究區(qū)降水、地形等條件并未發(fā)生根本性變化，植被覆蓋面積2020年比1999年增加了近1.00×104km2，覆蓋比例提高了18.52%。且高覆蓋和中高覆蓋面積大幅提升，由1999年的900 km2提高為2020年的1.67×104km2，中和中低覆蓋占比由超過90%降為僅占一半。植被覆蓋范圍的擴大和植被覆蓋等級的提高可有效降低水土流失強度等級和面積。

4 結(jié) 論

(1) 研究區(qū)35 a來水土流失狀況明顯改善，水土流失惡化態(tài)勢得到有效遏制，水土流失面積由1985年的95.67%降至2020年的54.33%，區(qū)域水土流失面積減少43.22%；極強烈和劇烈侵蝕占總面積比例由73.28%降至約6.74%，減幅達90.80%。在1985—1999年和1999—2020年兩個研究時段內(nèi)，1985—1999年水土流失面積相對穩(wěn)定，年均減少水土流失面積僅100 km2；1999—2020年水土流失面積和極強烈、劇烈侵蝕面積快速減少，水土流失面積減少達3.05×104km2，年均減少面積達1 500 km2，水土流失嚴重的態(tài)勢得到遏制。

(2) 研究區(qū)兩個時段內(nèi)水土流失強度總體上均變輕，但1999—2020年明顯好于1985—1999年且極強烈和劇烈侵蝕面積均大幅下降。1985—1999年內(nèi)水土流失強度變輕以劇烈侵蝕面積減少為主，減少面積達2.5×104km2；1999—2020年內(nèi)強烈、極強烈、劇烈等侵蝕面積均大幅減少，減少面積達4.35×104km2，減幅達78.10%。

(3) 研究區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況改善的主要原因是： ①區(qū)域水土保持監(jiān)督管理工作的加強有效遏制了生產(chǎn)建設(shè)活動產(chǎn)生的水土流失； ②預防保護與水土保持綜合治理的協(xié)同推進使得自然恢復與水土保持措施共同改善了區(qū)域植被覆蓋和水土流失狀況； ③經(jīng)濟社會的發(fā)展使得第一產(chǎn)業(yè)地位下降，對耕地的需求減少； ④一系列保護環(huán)境和生態(tài)的政策的引導使得人們更加重視保護生態(tài)環(huán)境，如1999年開始實施的大規(guī)模退耕還林草政策，研究區(qū)植被覆蓋度明顯提高。

(4) 經(jīng)過多年的預防保護與治理，雖然研究區(qū)水土流失面積與強度大幅降低，水土流失日趨嚴重的態(tài)勢得到了遏制，水土流失狀況大幅改善，但是其水土流失仍然廣泛分布，且占總面積一半以上，遠高于全國平均值；另外，研究區(qū)千溝萬壑，受技術(shù)條件限制未考慮溝道侵蝕，水土流失強度尚存在一定程度的低估。因此，研究區(qū)依然是黃土高原乃至全國水土流失最嚴重的地區(qū)，其生態(tài)環(huán)境脆弱的局面并未得到根本改變，仍需持續(xù)采取適宜措施保護好研究區(qū)生態(tài)環(huán)境，維護好研究區(qū)乃至黃土高原地區(qū)來之不易的大好局面。