基于GIS的貴州省水土保持率遠期及分階段目標值分析研究

劉曉林，金平偉，王 娟，史燕東，姜學兵，羅煜東，曾小磊，亢 慶*

(1.珠江水利委員會珠江流域水土保持監測中心站，廣東 廣州 510611；2.珠江水利委員會珠江水利科學研究院，廣東 廣州 510611)

水土保持是生態文明建設的重要內容，水土保持狀況是反映生態系統質量和穩定性的重要指標[1]。為量化確定新時期全國的水土保持任務與目標，水利部于2019年10月提出水土保持率的概念，用于表征區域水土保持綜合狀況、回答水土流失防治到什么程度才算“行”與“好”的問題[2]。2020年3月國家發展改革委印發了《美麗中國建設評估指標體系及實施方案》，將水土保持率納入美麗中國建設的22項評估指標中[3]。貴州省內水土流失面積大、強度高、分布分散，巖溶區水土流失特色鮮明，水土流失現狀錯綜復雜，其石漠化水土流失研究、治理在全國都具很強的代表性。根據《國務院關于支持貴州在新時代西部大開發上闖新路的意見》(國發〔2022〕2號)要求，建設貴州生態文明先行區，筑牢長江、珠江上游生態安全屏障。因此，以2020年為基準，在全面分析全省水土流失防治進程與現狀特點的基礎上，通過空間分析和綜合研判，確定貴州省水土保持率遠期閾值和分階段目標值，可為貴州省水土保持生態建設科學布局和提質增效提供宏觀依據。

1 研究區概況

貴州地處云貴高原東部，面積約為17.62萬km2，其中，喀斯特出露面積10.91萬km2，占全省國土面積的61.92%，是中國南方喀斯特集中連片分布的中心[4]。全省大地貌類型以山地和丘陵為主，屬于亞熱帶濕潤季風氣候區，年均溫 14～16℃，年較差和日較差較小；年平均降水量1 100～1 400 mm，常年雨量充沛但時空分布不均；區內日照較少，相對濕度較大。區內廣布地帶性紅壤-黃壤和非地帶性石灰土，土壤面積15.91萬km2，占全省國土面積的88.8%；森林覆蓋率為52%，中亞熱帶常綠闊葉林是典型地帶性植被[5]。

貴州作為中國生態環境最脆弱的地區之一，區內雨量充沛，土壤極易被流水沖刷，植被破壞嚴重，形成嚴重的水土流失和石漠化。根據2020年度全國水土流失動態監測成果，全省有土壤侵蝕強度微度的非水土流失面積129 153.21 km2，土壤侵蝕輕度及以上的水土流失面積47 008.20 km2，水土流失面積占國土面積的26.68%。按侵蝕強度分，輕度、中度、強烈、極強烈、劇烈侵蝕面積分別為30 826.78、7 651.77、4 785.34、3 068.93、675.38 km2，以輕度侵蝕為主，水土流失主要發生在耕地和林地上[6]。

2 數據與方法

2.1 概念定義

水土保持率是指區域內水土保持狀況良好的面積(非水土流失面積)占國土面積的比例，是反映水土保持總體狀況的宏觀管理指標，是水土流失預防治理成效和自然稟賦水土保持功能在空間尺度的綜合體現[2]。它包含現狀值和閾值(目標值)：現狀值為現狀年非水土流失面積占國土面積的比例；遠期目標值為通過水土流失預防和治理，區域內非水土流失面積占國土面積比例的上限，反映的是符合自然規律并滿足經濟社會發展要求下，水土流失預防和治理應當達到的程度，遠期目標年結合生態文明和美麗中國建設要求定為2050年，分階段目標年為2025、2030、2035年[7]。水土保持率計算公式如下：

SWCR=NLA/TA×100%

(1)

式中 TA——土地總面積，km2；若NLA為輕度以下土壤侵蝕面積現狀值，km2，則SWCR為水土保持率現狀值，%；若NLA為輕度以下土壤侵蝕面積上限值，km2，則SWCR為水土保持率閾值(目標值)，%。

2.2 數據來源

采用的數據及主要來源如下。①土壤侵蝕、土地利用、植被覆蓋：2020年度貴州省水土流失動態監測成果的10米分辨率柵格數據；②地形地貌：1∶50 000比例尺度的數字高程(DEM)柵格數據，并通過地理信息系統軟件提取坡度、溝谷等地形指標；③石漠化：水利部1995年和2015年巖溶地區石漠化監測成果的1∶50 000比例尺數據；④生產建設項目： 2018—2020年全省生產建設項目水土流失相關數據；⑤其他數據：社會經濟狀況、國民經濟與社會發展“十四五”規劃等其他地理或統計數據。以上空間數據均以土壤侵蝕為基準，重采樣到10 m空間分辨率，保證數據空間分析的統一。

2.3 技術流程與方法

參照《水土保持率目標確定方法指南》[7]，根據區域特點和資料獲取條件，基于貴州省2020年度水土流失監測成果，以10米分辨率柵格為空間疊加單元，采用土壤侵蝕、土地利用、植被覆蓋、地形地貌、石漠化、生產建設項目等地理空間數據，結合社會經濟狀況、“十四五”規劃等統計數據，分析統計水土流失中哪些不需要治理、哪些應當治理，哪些可以完全治理(治理后土壤侵蝕強度可降低到輕度以下)、哪些不可完全治理(治理后土壤侵蝕強度仍在輕度及以上)，以及治理后的水土保持效果與水土流失情勢，匯總得到遠期目標年2050年時仍將存在的水土流失面積，最終得到貴州省水土保持率遠期目標值，根據任務的緩急、區域特征及治理成效，分解得到各階段目標值，具體流程見圖1。

圖1 貴州省水土保持率遠期及分階段目標值研判技術流程

2.3.1不需要治理的水土流失

指區域內對生產、生活、生態無不利影響或影響較小，無需進行專門治理且難以自然恢復消除的水土流失面積。對貴州省來說，不需治理的水土流失面積包括高海拔人口稀疏地區和以集中連片裸露基巖為主體的石漠化地區現存水土流失。

2.3.2應當治理的水土流失

扣除上述全省“不需治理的水土流失”之外的其余水土流失面積為“應當治理的水土流失面積”，按照不同土地利用、地形坡度及植被覆蓋狀況，考慮水土流失治理地塊面積及巖溶和非巖溶情況，根據不同治理措施成效，分別判定確定“可以完全治理的水土流失面積”和“不可完全治理的水土流失面積”。具體判定規則如下。

a)耕地。貴州省土地資源以山地、丘陵為主，人均耕地面積遠低于全國平均水平[8]，綜合考慮耕地水土流失組成及其地形坡度分布特征、治理地塊面積等因素確定判定標準。①在經濟條件允許的情況下，對25°以下集中連片的坡耕地水土流失治理宜采取坡改梯等工程措施與保土耕作、植物籬等措施，保障農田穩量提質，緩解人地矛盾；已在禁止開墾的陡坡地上(25°以上)開墾種植農作物的，應當按照國家有關規定退耕，植樹種草，耕地短缺、退耕確有困難的，應當修建梯田或者采取其他水土保持措施。②地塊規格對水土保持措施，尤其工程措施的實施存在制約，綜合《水土保持綜合治理技術規范》和貴州地形地貌復雜、土地破碎的實際情況[9]，在全省坡耕地田塊面積空間分析基礎上，選定1.5 hm2為面積上限。田塊面積大于1.5 hm2的集中連片坡耕地水土流失，按不同坡度分別采取高標準農田、水平梯田、坡式梯田及配套工程措施治理；田塊小于1.5 hm2的分散破碎坡耕地，按不同坡度采取等高壟作等保護性耕作措施和植物籬等生物措施治理。③建設高標準農田、修筑水平梯田按照該措施的治理效果，土壤侵蝕強度降為微度；修筑坡式梯田按照《2020年度水土流失動態監測技術指南》[10]，其工程措施因子賦值為0.414，按照40%消減水土流失面積；實施等高耕作、帶狀耕作等保護性耕作和植物籬等措施，土壤侵蝕強度降為中輕度；保土耕作及退耕還林、還草等措施，坡度大于25°耕地全部退還為林草地后，按40%消減水土流失面積。

b)林地。綜合考慮林地水土流失組成及其地形坡度分布特征、植被覆蓋度、巖溶區分布等因素，按照SL 190—2007《土壤侵蝕分類分級標準》[11]分類實施治理，確定判定標準。①覆蓋度大于等于75%的巖溶區和非巖溶區林地實施自然封育后，植被覆蓋度進一步增加，且林下灌草恢復[12]，水土流失面積分別減少70%和82%(參考2018—2020年貴州省巖溶區和非巖溶區水土流失特征分析獲得)；②覆蓋度小于75%的區域，按照巖溶區和非巖溶區，分3個坡度等級實施不同治理措施，推算植被覆蓋度提升至接近75%或者以上，水土流失率不同程度地降低(參考2018—2020年動態監測結果按照不同坡度和覆蓋度統計分析獲得)，推算可消減的水土流失面積。

c)草地。根據2018—2020年動態監測結果分析，草地的覆蓋度對于水土流失分布的主導因素較少，因此暫不考慮草地覆蓋度對水土流失治理的影響，綜合考慮草地的水土流失組成及其地形坡度分布特征、巖溶區分布等因素確定判定標準[13]。按照巖溶區和非巖溶區，分3個不同坡度等級，實施不同的治理措施，推算植被覆蓋度提升至75%左右或者以上，水土流失率不同程度地降低(參照林地)，推算可消減的水土流失面積。

d)園地。綜合園地的水土流失組成及其地形坡度分布特征、植被覆蓋度等因素確定判定標準(因巖溶區分布較少，暫不考慮巖溶和非巖溶區的情況)。按照3個坡度等級，實施不同治理措施，結合植被覆蓋度，推算消減的水土流失面積。

e)建設活動。按2020年貴州省生產建設活動水土流失面積基數、2018—2020年建設活動水土流失面積變幅及2050年預期生產建設活動的規模，結合貴州省生產建設項目遙感監管成效，推算遠期建設活動水土流失總面積[7]。

2.3.3水土保持率遠期和分階段目標值

根據遠期不需治理的水土流失面積和不可完全治理的水土流失面積，匯總得到2050年貴州省可達到的水土保持率目標值。在此基礎上，分階段實施針對性預防保護和綜合治理措施后，各個階段綜合考慮剩余的不需治理水土流失面積和不可完全治理的水土流失面積，按照不同消減比例，分析確定貴州省水土保持率分階段(2025、2030、2035年)目標值。

3 結果分析

3.1 遠期及分階段不需要治理的水土流失

3.1.1高海拔人口稀疏地區水土流失

貴州省地勢西高東低，自中部向北、東、南三面傾斜，平均海拔在1 100 m左右。經分析，全省65.13%的水土流失面積集中分布在200～1 300 m低山地帶，98.09%的水土流失面積分布在2 300 m以下；71.13%的居民點集中分布在200～1 300 m，99.12%的居民點分布在2 300 m以下。鑒于貴州省海拔2 300 m以上區域人口稀疏，以林草地水土流失為主，可通過減少擾動促進自然恢復。因此，分析確定貴州省海拔2 300 m以上的896.55 km2水土流失面積為不需治理的水土流失面積，遠期及各個階段都存在該部分水土流失，不消減水土流失面積。

3.1.2集中連片裸露基巖為主體的石漠化地區水土流失

根據水利部1995、2015年巖溶地區石漠化監測成果數據，1995—2015年20年間通過人工造林種草、林草植被保護與恢復等措施，貴州省石漠化面積減少了8 219 km2，石漠化面積持續減少，石漠化強度持續減輕，但全省2 300 m海拔以下仍有3 355.29 km2的集中連片裸露基巖為主體的石漠化區園林草地現存水土流失。

其中坡度大于20°的集中連片裸露基巖為主體的園林草地，自然立地條件差，植被恢復困難，減少人為擾動，實施自然恢復后，植被覆蓋度有所提升，水土流失降至或仍然維持中、輕度，無法消失，面積為2 201.17 km2，視為不需治理的水土流失面積[14]，遠期及各個階段都存在該部分水土流失，不消減水土流失面積。

坡度小于等于20°的集中連片裸露基巖為主體的園林草地，實施人工補植、優化和撫育，輔以必要整地和截水工程措施后，植被覆蓋度提升，水土流失降至微度，推算至遠期2050年可減少水土流失面積1 154.12 km2。2020—2050年平均每5年需要消減水土流失面積1 154.12 km2的16.67%才能完成任務，計劃第一個5年消減水土流失面積10%，第二個5年消減水土流失面積15%，第三個5年消減水土流失面積20%，得到各階段水土流失面積消減情況：2021—2025年消減115.41 km2，2026—2030年消減173.12 km2，2031—2035年消減230.82 km2。

3.2 遠期及分階段應當治理的水土流失

3.2.1耕地水土流失

地形坡度對耕地的水土流失發生起著關鍵作用，按照不同坡度統計耕地土壤侵蝕強度面積(表1、圖2)，貴州耕地共有水土流失21 214.01 km2，主要分布在5～25°坡度上，面積為16 219.92 km2，占耕地水土流失總面積的76.46%；坡度0～5°和大于35°的耕地中水土流失面積較小，分別為883.96、882.71 km2，占耕地水土流失總面積比例分別為4.17%和4.16%。具體到侵蝕強度，坡度為0～5、5～10、10～15、15～20°的耕地水土流失以輕度侵蝕為主，輕度侵蝕占其坡度水土流失面積比例分別為63.87%、60.78%、46.16%和34.80%；劇烈侵蝕主要發生在坡度15°以上的耕地，侵蝕面積均超過80 km2，且坡度15～20、20～25、25～30、30～35°和大于35°上的耕地劇烈侵蝕占其相應坡度流失面積比例分別為1.92%、3.49%、5.95%、8.37%和11.02%。緩坡耕地的水土流失以輕度侵蝕為主，坡度越高，水土流失越集中在高侵蝕強度，高侵蝕強度面積占相應坡度等級流失面積比例越高，宜對耕地水土流失分坡度分類治理。從空間分布上看，耕地水土流失主要集中分布在貴州省西北部畢節市、六盤水市和遵義市等地。

結合判定規則，分析推算耕地可以治理的水土流失面積(表1)，至遠期2050年耕地水土流失實施治理措施后，預計消減水土流失面積5 118.71 km2。經分析，2020—2050年計劃安排每5年消減水土流失面積5 118.71 km2的10%～15%，退耕還林還草計劃在2035年左右完成，每5年消減該部分水土流失面積的30%，得到耕地各階段水土流失消減面積，2021—2025年消減856.18 km2，2026—2030年消減919.47 km2，2031—2035年消減1 014.41 km2。

3.2.2林地水土流失

按照《2020年度水土流失動態監測技術指南》[10]中植被蓋度分級標準(高覆蓋(75%～100%)、中高覆蓋(60%～75%)、中覆蓋(45%～60%)、中低覆蓋(30%～45%)和低覆蓋(<30%))分析(圖3和表2)，貴州省林地覆蓋度以高覆蓋和中高覆蓋為主，分別占林地總面積的52.92%和31.35%。林地共有水土流失17 428.90 km2，以輕度侵蝕為主，輕度侵蝕面積占林地水土流失總面積的94%以上；從不同覆蓋度來看，主要分布在高覆蓋、中高覆蓋、中覆蓋等級，分別占林地水土流失面積的41.47%、28.41%和16.76%；從不同坡度來看，主要分布在坡度15～30°上，面積為9 066.25 km2，占林地水土流失總面積的52.02%；坡度0～5°的林地中水土流失面積較小，為296.30 km2，占林地水土流失總面積的1.70%。在極強烈及以上侵蝕強度等級的水土流失面積中有52.68%的水土流失面積分布在坡度25°以上，因此，陡坡為主的地形條件是全省林地水土流失發生的重要因素。從空間分布上看，林地水土流失主要集中分布在貴州省東南部黔東南州、黔南州和銅仁市等地。

a)植被蓋度

表2 林地水土流失遠期及分階段治理情況

結合判定規則，分析推算林地可以治理的水土流失面積(表2)，至遠期2050年林地水土流失實施治理措施后，預計消減水土流失面積9 750.72 km2。經分析2020—2050年計劃安排每5年消減水土流失面積9 750.72 km2的15%～25%，得到林地各階段水土流失消減面積，2021—2025年消減1 854.90 km2，2026—2030年消減1 658.76 km2，2031—2035年消減1 462.61 km2。

3.2.3草地水土流失

按照不同坡度統計草地土壤侵蝕強度面積(圖4、表3)，貴州草地共有水土流失1 709.49 km2，主要分布在坡度10～25°上，面積為878.34 km2，占草地水土流失總面積的51.38%；坡度0～5°的草地中水土流失面積較小，為57.02 km2，占草地水土流失總面積的3.34%。具體到侵蝕強度，草地各坡度等級的水土流失均以輕度侵蝕為主，各坡度等級輕度侵蝕面積占各坡度水土流失面積比例均超過80%。從空間分布上看，草地水土流失主要集中分布在貴州省西部畢節市高海拔地區。

表3 草地水土流失遠期及分階段治理情況

結合判定規則，分析推算草地可以治理的水土流失面積(表3)，至遠期2050年草地水土流失全部實施治理措施后，預計消減水土流失面積495.50 km2。經分析，2020—2050年計劃安排每5年消減水土流失面積495.50 km2的15%～25%，得到草地各階段水土流失消減面積，2021—2025年消減111.92 km2，2026—2030年消減93.12 km2，2031—2035年消減74.33 km2。

3.2.4園地水土流失

按照不同坡度統計園地土壤侵蝕強度面積(圖5、表4)，貴州園地中水土流失共490.74 km2，主要分布在坡度10～25°上，面積為276.47 km2，占園地水土流失總面積的56.34%；坡度0～5°的園地中水土流失面積較小，為11.79 km2，占園地水土流失總面積的2.40%。具體到侵蝕強度，園地各坡度等級的水土流失均以輕度侵蝕為主，各坡度等級輕度侵蝕面積占各坡度水土流失面積比例均超過80%；劇烈侵蝕面積較少，各坡度等級均不超過0.4 km2。從空間分布上看，園地水土流失主要集中分布在貴州省南部黔西南州、黔南州以及北部遵義市等地。

圖5 不同坡度等級園地水土流失面積對比

結合判定規則，分析推算園地可以治理的水土流失面積(表4)，至遠期2050年園地水土流失全部實施治理措施后，預計消減水土流失面積367.68 km2。經分析，2020—2050年計劃安排每5年消減水土流失面積367.68 km2的10%～20%，得到園地各階段水土流失消減面積，2021—2025年消減38.55 km2，2026—2030年消減55.15 km2，2031—2035年消減71.76 km2。

表4 園地水土流失遠期及分階段治理情況

3.2.5建設活動水土流失

分析確定以2020年全省建設活動水土流失面積1 901.66 km2的80%(1 521.33 km2)作為2050年的貴州省的建設活動水土流失面積，相當于在經濟社會發展的同時，建設活動監管發揮效益，防治措施落實后，至遠期2050年控制消減水土流失面積380.33 km2。計劃安排2020—2050年每5年消減水土流失面積380.33 km2的20%，即每5年消減水土流失面積76.07 km2。

3.2.6其他水土流失

裸土地、部分鄉間小道等其他土地的水土流失較難治理，維持水土流失面積不變，分析確定2050年其他土地的水土流失面積為11.56 km2，遠期及各個階段都存在該部分水土流失，不消減水土流失面積。

3.3 水土保持率遠期閾值與分階段目標值

經因地制宜、分類施策的綜合防治后，匯總各個地類水土流失消減面積(表5、6和圖6)，遠期貴州省應治理且能治理并消除的水土流失面積為17 267.06 km2，其中消減面積最大為林地，面積為9 750.72 km2，其次為耕地，面積為5 118.71 km2，相應全省非水土流失面積達到146 420.27 km2，遠期仍然存在的水土流失面積為29 741.14 km2，其耕地的水土流失面積最大為16 095.30 km2，占總流失的比例達到54.12%，林地的水土流失面積為7 678.18 km2，占總流失的比例僅為25.82%，分析確定貴州省的水土保持率遠期閾值應不高于83.12%。

表5 貴州省遠期和分階段水土流失面積 單位：km2

表6 貴州省分階段水土保持率分析

圖6 貴州省遠期和分階段水土流失面積對比

分階段目標來看，如貴州省2025年水土保持率達到75.05%，2021—2025年水土保持率年均需提升0.35%，年均需消減水土流失面積610.61 km2，年均水土流失降幅應達到1.34%；如貴州省2030年水土保持率達到76.74%，2026—2030年水土保持率年均需提升0.34%，年均需消減水土流失面積595.14 km2，年均水土流失降幅應達到1.40%；如貴州省2035年水土保持率達到78.40%，2031—2035年水土保持率年均需提升0.33%，年均需消減水土流失面積586.00 km2，年均水土流失降幅應達到1.48%；至遠期2050年，貴州省水土保持率需達到83.12%，2036—2050年水土保持率年均需提升0.31%，年均需消減水土流失面積553.89 km2，年均水土流失降幅應達到1.63%，整體各個階段的水土流失降幅符合目前貴州省水土保持規劃及治理情況[15]。

4 結論

貴州省2020年水土保持率現狀值為73.32%，綜合考慮自然規律與經濟社會需求，經對不需治理、不可完全治理、可以完全治理水土流失的時空綜合研判，確定的2050年水土保持率遠期閾值為83.12%；按照先急后緩、先易后難、因地制宜、減量降級、提質增效的原則，確定的2025、2030、2035年水土保持率階段目標值分別為75.05%、76.74%、78.40%。

水土保持率目標確定既是一項政策性、系統性、創新性強的管理工作，也是一項具有科學性、復雜性的技術工作。貴州省水利廳將根據分解的結果，切實抓好水土保持率在管理工作中的應用，將水土保持率納入相關規劃目標，并在將來作為省級對市縣級開展水土保持目標責任考核的重要指標，結合“美麗中國”建設評估、生態文明建設目標評價考核和水土保持目標責任考核等，按年度進行考核評估。