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江蘇省水土保持率閾值研究

2022-10-28 12:08代夢夢郭紅麗楊逸輝
江蘇水利 2022年10期
關鍵詞:土壤侵蝕坡度水土保持

代夢夢,梁 音,童 建,郭紅麗,楊逸輝,吳 芳

(1.中國科學院南京土壤研究所土壤與農業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室,江蘇南京 210008;2.江蘇省水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測總站,江蘇南京 210012;3.江蘇省水文水資源勘測局,江蘇南京 210029;4.江蘇省水利廳,江蘇南京 210029;5.中國科學院大學現(xiàn)代農業(yè)科學學院,北京 100049)

新時期生態(tài)文明建設階段,我國高度重視水土保持工作,于2019年提出“水土保持率”的概念,明確要深入開展全國不同區(qū)域水土保持率的研究確定工作[1]。此概念的提出,回答了“滿足生態(tài)文明和美麗中國建設要求下水土保持目標如何確定”的問題。2020年3月,國家發(fā)展和改革委員會印發(fā)《美麗中國建設評估指標體系及實施方案》,并將“水土保持率”納入22項具體評估指標,要求各地區(qū)結合自身發(fā)展水平和定位、產業(yè)結構及資源環(huán)境等因素,在充分尊重自然、經濟規(guī)律,遵循民生需求的基礎上科學合理地確定水土保持目標。

根據(jù)《水土保持率目標確定方法指南(2021)》,水土保持率是區(qū)域內水土保持狀況良好的面積(土壤侵蝕強度為微度的水土流失面積)占國土面積的比例,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(xiàn)[1]。水土保持率閾值是指通過水土流失預防和治理,區(qū)域內水土保持狀況良好的面積(土壤侵蝕強度為微度的水土流失面積)占國土面積比例的上限[1],反映的是符合自然規(guī)律并滿足經濟社會發(fā)展要求下,水土流失治理到一定程度后,區(qū)域水土流失面積不再持續(xù)減少,將處于動態(tài)波動的狀態(tài)[2]。確定水土保持率閾值的核心在于確定區(qū)域范圍內遠期水土流失地塊的判定條件,并基于多因子空間數(shù)據(jù)疊加分析,解算基于各判定條件下的水土流失面積及分布。2021年水利部組織多家優(yōu)勢科研單位,以2018年動態(tài)監(jiān)測成果為基礎,系統(tǒng)研究了中國8個水土保持一級區(qū)的水土保持率現(xiàn)狀值及閾值[3],其成果在指導各區(qū)水土保持工作方面發(fā)揮了重要作用。

江蘇省位于長江、淮河下游,地形以平原為主。2018年水土流失動態(tài)監(jiān)測結果顯示,江蘇省水土流失面積為2 290.18 km2,僅占全省總面積的2.24%,是全國高水土保持率省份之一。此外,江蘇省橫跨南方紅壤區(qū)和北方土石山區(qū)2個水土保持一級區(qū),南北2個區(qū)在自然環(huán)境狀況、社會發(fā)展水平、水土流失治理程度等方面存在一定的差異,需要分區(qū)分類制定水土流失治理方案和目標。本文以江蘇省為研究區(qū)開展水土保持率研究,掌握和解決未來水土保持工作能做什么,能做到什么程度等問題,為制定新時代水土保持目標任務、準確評價水土保持工作成效科學合理地推進水土流失綜合防治提供參考。

1 材料與方法

1.1 江蘇省水土流失現(xiàn)狀

江蘇省位于長江、淮河下游地區(qū),地形以平原為主,土壤質地松散,季節(jié)性降雨豐沛,人為擾動面積較大,易發(fā)生水土流失。2018年江蘇省水土流失動態(tài)監(jiān)測成果顯示,全省水土流失面積為2 290.18 km2,主要分布在丘陵山區(qū),水土保持率高達97.76%。相較于2013年,全省水土流失面積減少了886.78 km2,減幅達27.91%,表明過去10年江蘇省水土流失治理工作取得顯著成效。與全國水土流失嚴重的省份相比,江蘇省總體表現(xiàn)為水土流失面積小、程度輕的特點,以輕度水蝕為主,強烈及以上水土流失面積占比僅為8.50%,但其危害也相當嚴重。水土流失導致了耕地生產力衰退,減災抗災能力下降,城市防洪及排水受阻,水質安全受威脅,生態(tài)環(huán)境質量下降等一系列問題[5]。因此,在2018年水土流失面積的基礎上確定江蘇省水土保持率閾值,對于進一步開展水土流失防治工作具有重要的指導意義。

圖1 江蘇省2018年土壤侵蝕等級空間分布

1.2 基礎數(shù)據(jù)

本研究使用的基礎數(shù)據(jù)主要包括:①江蘇省2018年土壤侵蝕數(shù)據(jù);②土地利用數(shù)據(jù);③地形坡度數(shù)據(jù);④植被覆蓋度數(shù)據(jù);⑤生產建設項目數(shù)據(jù);⑥河岸邊坡利用數(shù)據(jù)。其中①②③均來源于全國水土流失動態(tài)監(jiān)測項目江蘇省監(jiān)測數(shù)據(jù),④來源于GEE平臺,使用的數(shù)據(jù)為歐空局發(fā)射的Sentinel-2衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),⑤來源于江蘇省水利廳,⑥主要是采用無人機對典型河段的河岸邊坡進行航拍并對邊坡利用類型解譯獲得。

1.3 技術路線

為與水利部研究成果保持一致,本研究以全國水土流失動態(tài)監(jiān)測起始年(2018年)為基準年,以2050年(全國生態(tài)環(huán)境保護大會明確到21世紀中葉,全面建成美麗中國)為遠期目標年,進行江蘇省水土保持率閾值的研究。根據(jù)《水土保持率目標確定方法指南(2021)》,綜合自然地理條件、區(qū)域綜合發(fā)展水平與趨勢,以動態(tài)監(jiān)測成果為基礎,分析確定江蘇省2018年水土流失地塊中不需治理和應當治理的面積,確定應當治理地塊中不可完全治理(治理后侵蝕強度在輕度以上)和可以完全治理(治理后侵蝕強度在輕度以下)的面積。將不需治理和不可完全治理的水土流失面積之和,確定為經過長期治理該區(qū)域依然存在的水土流失面積,即遠期水土流失面積(圖2)。按照水土保持率閾值的計算方法,國土面積與遠期水土流失面積之差占國土面積的百分比,即為江蘇省水土保持率閾值,計算方法如式(1)所示。

圖2 江蘇省水土保持率閾值確定技術路線

2 江蘇省水土保持率閾值的確定方法

2.1 不需治理的水土流失地塊基本確定規(guī)則

不需治理的水土流失面積是指區(qū)域內對生產、生活、生態(tài)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[3]。依據(jù)江蘇省的自然環(huán)境特點,南方紅壤區(qū)和北方土石山區(qū)不需治理的水土流失地塊類型基本一致,主要包括坡度≥35°陡坡區(qū)域、坡度≤2°緩坡耕地、植被覆蓋度≥75%區(qū)域以及裸巖石礫地等4類地塊。

(1)坡度≥35°陡坡區(qū)域的水土流失地塊。一般情況下,發(fā)生水土流失的風險會隨坡度的增大而增大,治理難度也隨之加大。江蘇省地形以平原為主,陡坡地塊較多存在于高海拔地區(qū),受人為干擾較小,是由自然因素所引發(fā)水土流失的地塊。此外,由于坡度較陡,人類在該區(qū)域活動困難,在現(xiàn)有條件下對其進行治理難度很大,應以自然恢復為主。35°是國際地理學聯(lián)合會地貌坡度分級中急坡和急陡坡的臨界坡度,同時是水力侵蝕區(qū)土壤侵蝕強度發(fā)生變化的臨界坡度[6],在地形地貌和水土保持研究中具有重要意義?;谏鲜鲆蛩?,研究將江蘇省坡度≥35°的水土流失地塊定義為不需治理的水土流失地塊。

(2)坡度≤2°緩坡耕地的水土流失地塊。坡度平緩的耕地,水土流失程度輕微、危害較小,可以采取一般的耕作措施予以控制,不須開展專項治理。依據(jù)《土地利用現(xiàn)狀調查技術規(guī)程(1984)》,耕地坡度分為五級,當坡度≤2°時一般無水土流失現(xiàn)象。因此,研究將坡度≤2°的耕地水土流失地塊定義為不需治理的水土流失地塊。

(3)植被覆蓋度≥75%的園地、林地、草地的水土流失地塊。植被覆蓋能顯著減少坡面產流產沙,根據(jù)水利部2008年頒發(fā)的《土壤侵蝕分類分級標準》(SL190—2007)中對于植被覆蓋度的分級指標,當植被覆蓋度≥75%時,被認為是微度侵蝕強度,不構成水土流失危害。研究認為,植被覆蓋度≥75%的園林草地塊,水土流失輕微,可以將其定義為不需治理的水土流失地塊。

(4)裸露基巖的水土流失地塊。裸巖石礫地由于缺乏水土流失必要的物質基礎,被認為是不需要治理的水土流失地塊類型,尤其是風景名勝區(qū)存在的裸巖不具有進行水土流失治理的必要性。水土流失動態(tài)監(jiān)測成果中存在集中連片的,以裸露基巖為主體的水土流失地塊,該類水土流失面積可全部計入不需治理的水土流失類型。

2.2 不可完全治理的水土流失地塊基本確定規(guī)則

受自然條件、經濟發(fā)展、治理技術水平等限制,江蘇省部分水土流失地塊經過治理后,土壤侵蝕強度仍不能完全控制到輕度以下,這一部分地塊面積被定義為不可完全治理的水土流失面積。在江蘇省,南方紅壤區(qū)不可完全治理的水土流失地塊主要包括部分生產建設項目及河岸邊坡的水土流失地塊,北方土石山區(qū)除上述兩種類型外,還包括零散分布的小面積坡耕地的水土流失地塊:

(1)北方土石山區(qū)10°~25°零散分布的小面積坡耕地的水土流失地塊。受降雨雨量、地形坡度、治理效益等綜合因素的限制,江蘇省北方土石山區(qū)內部分田塊分散且面積較小的10~25°的坡耕地,不適宜大規(guī)模實施坡改梯等工程措施,但一般的耕作措施很難將其治理到輕度以下,因此該部分地塊可視為不可完全治理的水土流失地塊(25°以上坡耕地按要求退耕還林還草)。

(2)部分生產建設項目造成的階段性人為水土流失地塊。生產建設項目在工程實施過程造成人為水土流失,按照水土保持方案及設計要求落實水土保持措施后在一段時間內水土流失可基本消除,但一定區(qū)域內的人為水土流失量將隨新增、新開項目的增加而增加,無法完全消除[2]。依據(jù)江蘇省水利廳統(tǒng)計數(shù)據(jù),全省生產建設項目擾動地塊面積為1 300.6 km2,其中發(fā)生水土流失的面積為663.9 km2(土壤侵蝕強度在輕度及以上),占生產建項目面積的51.05%。依據(jù)全省各市、縣(區(qū))的實際情況,結合江蘇省經濟社會發(fā)展階段,取各區(qū)域現(xiàn)有生產建設項目擾動地塊面積的30%~60%作為遠期人為水土流失面積。

(3)部分河岸邊坡的水土流失地塊。江蘇省水系發(fā)達,河網密布,形成了面積廣闊的河岸邊坡。邊坡土體含水量較高[7-8],土壤抗剪切力較低,在地表徑流的沖刷下容易形成細溝和切溝侵蝕;在水流和船行波的擾動下,岸坡下部土體被掏蝕,上部土體由于失去支撐,進而發(fā)展為嚴重的坍塌[9-10]。蔣瓚曾等[11]的研究顯示,河岸邊坡侵蝕嚴重,侵蝕量可達1 500~10 000 t/(km2·a)。受寬度的限制,小型河岸邊坡不利于采取工程措施治理,部分水土流失面積不能完全被治理到輕度以下。根據(jù)野外調查結果[12],取小型河道河岸邊坡現(xiàn)存水土流失的50%作為不可完全治理的水土流失面積。

3 結果與分析

3.1 不需治理的水土流失面積

基于坡度數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、植被覆蓋度數(shù)據(jù)與動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)疊加分析,提取得到江蘇省不需治理的水土流失地塊面積共計883.60 km2(表1)。從空間分布來看(圖3),坡度≥35°陡坡區(qū)域不需治理的水土流失面積為11.65 km2,主要分布在蘇南的宜興市、溧陽市及蘇北的連云港市。坡度≤2°緩坡耕地不需治理的水土流失面積為478.95 km2,主要分布在徐州市、連云港市以及宿遷市。植被覆蓋度≥75%園林草地不需治理的水土流失面積為380.63 km2,主要分布在西南部的鎮(zhèn)江、蘇州和無錫等地?;诼懵痘鶐r不需治理的水土流失面積為12.37 km2,主要分布在連云港市的連云區(qū)和海州區(qū)。

表1 江蘇省遠期水土流失地塊的判定條件及面積

3.2 不可完全治理的水土流失面積

依據(jù)社會發(fā)展階段及現(xiàn)有技術水平,江蘇省不可完全治理的水土流失地塊面積共計836.85 km2。其中基于北方土石山區(qū)10°~25°零散分布的小面積坡耕地不可完全治理的水土流失面積為32.03 km2,主要分布在徐州市和連云港市(圖3)。部分生產建設項目造成的階段性人為水土流失面積為600.03 km2,在各縣(區(qū))均有分布(位置每年會發(fā)生變化,不在圖中展示)。部分河岸邊坡不可完全治理的水土流失面積為204.79 km2,主要分布在水系密布的沿海區(qū)域。

圖3 江蘇省遠期水土流失地塊空間分布

從7類遠期水土流失面積來看,全省以生產建設項目、植被覆蓋度≥75%的園林草地、坡度≤2°緩坡耕地的遠期水土流失面積為主,分別占全省遠期水土流失面積的34.88%、22.12%和27.84%,基于河岸邊坡的遠期水土流失面積占比為11.9%,基于10°~25°零散分布的小面積坡耕地的遠期水土流失面積占比為1.86%,基于陡坡區(qū)域和裸巖的遠期水土流失面積占比較小,均不足1%(圖4)。

圖4 江蘇省各類遠期水土流失地塊面積占比

3.3 江蘇省水土保持率閾值

研究結果顯示,江蘇省遠期水土流失面積為1 720.46 km2。依據(jù)水土保持率閾值計算公式,江蘇省水土保持率閾值為98.32%,即土壤侵蝕強度在輕度以下的國土面積上限將達到100 657.54 km2。

4 展望

本研究基于《水土保持率目標確定方法指南(2021)》,分析確定了江蘇省不同類別遠期水土流失地塊的判定規(guī)則,獲取了江蘇省遠期水土流失面積及水土保持率閾值,該成果對于江蘇省開展水土流失治理工作具有指導意義。但由于獲取的數(shù)據(jù)和研究時間的有限,以下兩個方面的研究還存在不足:

(1)水土流失面積的研判是在現(xiàn)有知識體系下,提取了各區(qū)域符合自然規(guī)律及社會經濟發(fā)展要求的水土流失治理“天花板”,但隨著技術的進步或自然環(huán)境條件的持續(xù)向好,遠期水土流失面積可能降至更低,應及時做出調整。

(2)江蘇省是全國水土流失面積最小,水土保持率最高的省份之一,進一步治理難度很大。為充分開展自上而下的水土流失治理成效審核工作,需要將全省的水土保持率閾值從空間上進一步分解到各市縣(區(qū)),并將其納入各級政府和水行政主管部門的相關規(guī)劃,以便逐級明確任務、分區(qū)施策。此外,江蘇省要本著先易后難的治理原則開展現(xiàn)有水土流失地塊治理工作,同時運用各種自動監(jiān)測手段嚴防新增水土流失地塊,做到治理、預防兩手抓,逐步形成“減量-降級-增效”的新時代水土保持綜合目標體系,為江蘇省生態(tài)文明建設提供可靠支撐。

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