新疆地區土壤流失情況分析

趙 欣

(新疆維吾爾自治區水土保持生態環境監測總站，新疆 烏魯木齊 830000)

1 新疆水土流失情況介紹

1.1 水土流失現狀

新疆土地總面積約166.49萬km2，境內高山盆地相間，地形主要由山地、丘陵、平原、沙漠組成，天山橫亙在新疆中部，據首次水土保持公報調查結果，截至2011年，新疆地區水土流失面積達到了88.54萬km2，達到全疆面積的53%，接近全國水土流失面積的30%[1- 2]。“十三五”期間，為加大新疆水土流失治理力度，采取了一系列水保措施，如進一步做好造林規劃、種草規劃，全面加強民眾思想意識。在維護方面，以預防為主的“重點監督執法計劃”陸續開展，充分使用水保執法監督系統對各種水土流失活動進行監控。

經過多年的全面調控，到2018年末，水土流失面積從2011年的88.54萬km2減少到84.16萬km2。新疆水土流失面積廣，可分塊按照強度大小分別統計，全疆各級水土流失強度面積比例構成如圖1所示。由此可見，新疆水土流失強度等級可劃分為5級，以輕度侵蝕為主，占比超過一半；其次為中度侵蝕，中度侵蝕疆域面積達到全疆的25.46%；新疆水土流失等級為“強烈”及以上的占據全疆面積的21.14%，在這21.14%的“強烈”型侵蝕等級中，主要還是以“劇烈”為主[2]。

圖1 水土流失強度比例構成圖

1.2 水土流失類型與面積

新疆地域廣，地形復雜多樣，土壤土質也具有多樣化，所以對于水土流失而言，不僅包含普通的風力侵蝕和水力侵蝕，還包含高海拔地帶的凍融侵蝕。新疆水土流失主要侵蝕類型盡管不是水力侵蝕，但就其影響而言，卻具有高強度破壞性和輻射面積廣的特點。新疆沙漠面積占比達到土地總面積的25%，新疆地區綠洲和沙漠面積比值大約為1∶6，可以看出沙地所面臨的風力侵蝕威脅是非常大的，風力侵蝕便表現為主要的侵蝕類型，其影響范圍可遍布全疆[3- 4]。新疆維吾爾自治區2018年水土流失動態監測報告成果顯示，整個新疆土壤侵蝕面積為84.16萬km2，風力侵蝕占比達到90.06%，影響面積為75.79萬km2，水力侵蝕占比為9.94%，輻射面積僅為8.37萬km2。這也充分說明風力侵蝕是新疆水土保持工作的主要難點。

通過分析新疆維吾爾自治區2018年水土流失動態監測報告成果可以看出，全疆水力侵蝕總面積為8.37萬km2，按照等級進行分類計算后可以看出，雖然輕度和中度侵蝕面積所占比例較大，達88.76%，但是水力侵蝕等級由輕度到劇烈程度影響面積呈下降趨勢，主要侵蝕程度還是中、輕度。中、輕度和其余強度侵蝕面積分別是5.32萬km2、2.11萬km2和1萬km2以下。

風力侵蝕占比大，輻射面廣，從等級來看還是以輕度、中度侵蝕為主，輕度侵蝕輻射面具為39.62萬km2、中度為19.32萬km2。強烈、極強烈和劇烈等級的侵蝕面積相比較少，但都超過1萬km2，其侵蝕面積分別為5.30萬km2、3.16萬km2和8.39萬km2。由輕度到劇烈程度燈具的侵蝕面積占比分別為52.28%、25.49%、6.99%、4.17%、11.07%。新疆土壤侵蝕面積及強度詳見表1，不同侵蝕類型面積及結構如圖2所示。

表1 新疆土壤侵蝕面積及強度統計表

圖2 土壤侵蝕面積及結構分布圖

2 研究路線與方法

2.1 研究路線

通過對新疆水土流失現狀的初步了解，為進一步評價新疆維吾爾族自治區土壤流失面積、侵蝕強度和區位分布，現針對不同侵蝕類型設計獨特的評價體系。

(1)水力侵蝕類型

以計算所得的降雨侵蝕力、土壤可蝕性、坡長等分項為基礎因子，導入中國土壤流失方程CSLE模型并計算水力侵蝕模數。

(2)風力侵蝕類型

以土地利用類型為藍本，選擇與之對應的風力侵蝕模型，計算出風力侵蝕地區的風力因子、土地濕度因子以及植被覆蓋程度，結合兩者結果得出風力侵蝕模數。

(3)凍融侵蝕類型

計算項包含凍融日循環天數、年均降水量和植物覆蓋程度，采用侵蝕強度評價模型計算凍融侵蝕強度。分析每個柵格的侵蝕類型，綜合評價水土流失面積、強度和分布。

2.2 研究方法

風力侵蝕是新疆最主要和典型的侵蝕類型，由于風力侵蝕影響地域廣，是新疆干旱地區最主要也是關鍵的水土流失因素，本次只闡述風力侵蝕定量計算的一系列研究方法，關于水力侵蝕與凍融侵蝕的計算方法不再贅述。

風力侵蝕模型的選擇由土地使用類型決定，若某片土地使用類型為耕地，則選用耕地風力侵蝕模型，土地類型為草(灌)地的，則選擇草(灌)地風力侵蝕模型，以此類推。需要說明的是，水澆地、旱地屬于耕地；天然草場和茶園等屬于草(灌)地；除此之外的其余未利用土地(鹽堿地、裸巖石礫地)都選用沙地(漠)風力侵蝕模型。分土壤利用類型建立的數學模型如下所示[5- 7]：

(1)耕地風力侵蝕模型基本形式

(1)

式中，Qfa—每半個月內耕地風力侵蝕模數,t/(hm2·a)；W—每半個月內表土濕度因子，介于0～1；Tj—每半個月內各風速等級的累計時間,min；Z0—地表粗糙度,cm；j—風速等級序號，在5～40m/s內按1m/s為間隔劃分為35個等級，取值1，2，…，35；Uj—第j個等級的平均風速,m/s，譬如風速等級為5～6m/s，U1=5.5m/s。

(2)草(灌)地風力侵蝕模型基本形式

(2)

式中，Qfg—每半個月內草(灌)地風力侵蝕模數,t/(hm2·a)；V—植被覆蓋度,%；其他參數含義同上式。

(3)沙地(漠)風力侵蝕模型基本形式

(3)

式中，Qfs—每半個月內沙地風力侵蝕模數,t/(hm2·a)；其他參數含義同上式。

侵蝕因子計算如下：

(1)風力因子

基于收集到的各站逐日風速數據，利用插值法將風速表征為每日24次。根據相關規定，半月風速等級所對應的累計時間(Tj)有以下累計規則：對于沙地而言，土地的植物達標率>80%時，Tj=0，否則只對表2中的臨界侵蝕風速(Ujt)的各等級風速進行時間累計；對于草灌地而言，植物達標率的界限值為70%，即大于70%時，Tj=0，否則按照表2進行累計取值。利用普通克里金空間插值方法[6]，對風力因子進行空間插值。風力因子沿用水利部水土保持監測中心2018年提供的數據，重采樣成10m柵格。

(2)表土濕度因子W

利用2018年ASCAT土壤含水量數據，根據土壤含水量與表土濕度因子之間的關系計算，得到表土濕度因子。

W=0.0932ln(0.67SM)-0.0864

式中，W—表土濕度因子，無量綱。將表土濕度因子的計算結果重采樣成10m柵格。

表2 沙地(漠)和草(灌)地不同植被覆蓋度下的臨界侵蝕風速

基于地理信息系統(GIS)，對各地塊展開計算與評價。計算與評價步驟如下[8- 10]：首先利用計算機得到各個類型的侵蝕因子數值，緊接著采用上述匹配選擇法，依次選擇與土地使用類型情況相同的侵蝕模型，最后通過兩次累加工作，將不同風速等級下和所有半個月下的土壤侵蝕模式相加即得出最終值。評價體系標準選擇SL 190—2007《土壤侵蝕分類分級標準》。

3 結果分析

3.1 土地利用情況分析

本次水土流失動態監測涉及烏魯木齊市、克拉瑪依市等11個州(地、市)縣級行政區和1個自治區直轄縣，共計53個縣級行政區，總面積53.34萬km2。由于雙河市、昆玉市沒有行政區劃界，包含在國家級重點防治區的博樂市與皮山縣之中，因此實際監測范圍涉及51個縣級行政區。根據2020年新疆維吾爾自治區土地利用統計表(表3)可以看出，新疆維吾爾自治區級水土流失動態監測項目區總土地面積531960.71km2，其中，草地面積占比和其他土地占比相近，均接近總土地面積的40%。其中，草地占比為38.98%，其他土地占比為38.72%，占地面積分別為207375.45、205965.56km2。耕地、園地、林地、建設用地、交通運輸用地、水域及水利設施用地6種土地利用類型面積較小，分別占總土地面積的6.90%、0.79%、6.78%、1.24%、0.24%、6.35%。通過上述占比分析可以發現，草地和其他土地類型幾乎占據了全疆的80%，而在剩余20%的土地類型中，耕地、林地和水域水利設施也近乎是平均分配。綜上所述，可以得出到2020年為止，新疆維吾爾自治區用于開發建設運輸的地域依然較少，交通運輸用地僅有1268km2。

3.2 植被覆蓋程度分析

根據調查結果可見(表4)，新疆維吾爾自治區級水土流失動態監測項目區林草面積為247622.48km2，占總土地利用面積的46.55%。綠地植被多為低覆蓋植物，覆蓋面積占比較大，為43.38%，其余為中低覆蓋植物，占比27.02%。此外，高覆蓋面積為37040.99km2，占總林草面積的14.96%；中覆蓋面積為19342.54km2，占總林草面積的7.81%；中高覆蓋面積最少，僅為16903.37km2，占總林草面積的6.83%。

3.3 土壤侵蝕程度分析

新疆自治區級水土流失動態監測項目區水土流失總面積為273626.89km2，占總土地利用面積的51.44%。侵蝕類型上，監測區域土壤侵蝕表現出“種類多且復雜”的特征。微度侵蝕最多的是凍融和水力侵蝕，但是侵蝕影響程度較小；輕度以上侵蝕均以風力侵蝕為首，侵蝕范圍廣，影響程度大。各類別侵蝕模式影響面積均呈現“倒三角”特點，即由輕度—劇烈程度表現為侵蝕影響面積逐漸下降的趨勢，表明不管是何種侵蝕，其影響程度都是輕度范圍廣，重度范圍窄。各侵蝕強度影響面積見表5。新疆維吾爾自治區級監測區域2020年實施的水土保持措施主要以造林、種草和封育措施為主，造林64.58km2，種草面積為303.91km2，封育措施面積為2833.53km2。

表4 2020年新疆維吾爾自治區植被覆蓋度統計表

4 結論與建議

通過本次對新疆維吾爾地區進行的水土保持調查等工作可以看出，新疆地區水土保持工作雖然已取得階段性進展，但是從全社會水土流失防治觀念和生態環保意識來看，在經濟建設中重開發、輕保護的現象依然存在，“三同時”制度還未全面貫徹落實[11]。另外，水土保持監測亦存在如監測機構不健全、監測人員不穩定，技術水平偏低、制度不健全和監測網絡不完善等問題。針對上述存在的問題，現提出以下合理性建議：

(1)繼續深挖水保基礎理論并加強研究關鍵性技術。以當前水土保持存在的關鍵性問題、熱點問題為突破點，組織開展水土流失監測技術和方法研究工作，全面掌握新疆地區土壤侵蝕狀況，摸清水土流失規律，探究新疆土壤侵蝕內在發生、發展機理，進而建立水土流失預測預警模型，提出更加科學、合理的水土流失治理措施與建議，為新疆地區水土流失治理、水土保持效果評估及水土保持監督管理提供科學理論依據和技術支撐。

(2)加強應用技術推廣。建立健全水土保持實用技術推廣和服務體系，建立一批高水平的水土保持科技示范園，加快科技成果的轉化。

(3)注重水土保持的創新性和改革性建設。水土保持研究需與現代化創新性理念和改革手段相結合，必須深化水土保持科研機構的體制改革以及科技人才引進，鼓勵各機構或研究人員提出創新性水保措施技術手段。對主動承擔起區域性水土保持和生態改善工作的企業，應給予相應的政策扶持。

(4)強化技術合作與學術交流。對于科研人員而言，積極了解學習國外關于水土保持的有效技術措施和先進理論是有效改善國內體制改革現狀的有效途徑。加強區域合作并更多地開展學術交流，提高水土保持科技水平，扼殺學術堡壘的形成。