摘 要： 烏魯木齊市水土流失治理進(jìn)程緩慢，水源地土壤侵蝕危害嚴(yán)重，厘清當(dāng)前土壤侵蝕現(xiàn)狀及其驅(qū)動(dòng)因素是開展科學(xué)有效治理的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。以烏魯木齊市重要水源地——烏拉泊水庫庫區(qū)為研究區(qū)域，根據(jù)日尺度的實(shí)測氣象水文數(shù)據(jù)，利用修正的通用土壤流失方程（RUSLE）、趨勢分析和相關(guān)分析等方法分析了烏拉泊水庫庫區(qū)周圍山地水土流失現(xiàn)狀及其驅(qū)動(dòng)因素，同時(shí)評價(jià)了綠化措施的有效性。結(jié)果表明：①烏拉泊水庫庫區(qū)風(fēng)速日均變化較小，降水量變化顯著，水土流失多發(fā)生在夏季，庫區(qū)周圍山地土壤侵蝕模數(shù)為0～59.680 t/（hm2·d）；②降水與土壤侵蝕同步發(fā)生，降水是庫區(qū)周圍山地水土流失的主要驅(qū)動(dòng)因素，降水強(qiáng)度與土壤侵蝕模數(shù)的相關(guān)性為0.922，坡度也會(huì)影響土壤侵蝕模數(shù)；③降水量增加時(shí)，坡度越大的地區(qū)越易發(fā)生土壤侵蝕；④綠化措施可以有效降低庫區(qū)土壤侵蝕模數(shù)，但同時(shí)也會(huì)造成氣溫的升高，應(yīng)綜合考慮各種因素，規(guī)劃適宜綠化種植治理區(qū)域，因地制宜開展水土流失綜合治理。

關(guān)鍵詞： 水土流失；驅(qū)動(dòng)因素；烏拉泊水庫；水源地；烏魯木齊市

中圖分類號： S157" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2025.01.017

［引用格式］ 胡可可，哈山·哈里亞克帕爾，熱合曼·買買提，等.烏魯木齊市水源地水土流失及驅(qū)動(dòng)因素分析[J].中國水土保持，2025（1）：63-67.

水土流失是指受自然或人為因素影響，雨水無法就地消納，從而順勢下流、沖刷土壤，造成水分和土壤同時(shí)流失的現(xiàn)象，它嚴(yán)重威脅糧食安全、生物多樣性和資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，已逐漸成為全球性的環(huán)境問題[1-2]。水土流失會(huì)不斷侵蝕破壞土壤耕作層，使土地肥力日趨衰竭，也會(huì)淤塞河流、渠道、水庫，降低水利工程效益，甚至導(dǎo)致水旱災(zāi)害發(fā)生，嚴(yán)重影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活，尤其給山區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及下游河道帶來嚴(yán)重威脅[3-4]。我國是世界上水土流失最為嚴(yán)重的國家之一，水土流失面廣量大，水土流失防治任務(wù)繁重。近年來，國內(nèi)諸多學(xué)者對水土流失問題及其治理對策展開了大量研究［5-10］。

新疆維吾爾自治區(qū)地處歐亞大陸腹地，氣候干燥，降水較少，但境內(nèi)水土流失問題嚴(yán)重。依據(jù)新疆維吾爾自治區(qū)2022年水土保持公報(bào)，截至2022年末全區(qū)共有水土流失面積83.44萬km2，占土地總面積的50.88%，水土流失治理任務(wù)嚴(yán)峻。烏魯木齊市作為新疆維吾爾自治區(qū)首府城市，水土流失治理進(jìn)程緩慢，2021年末的水土流失面積7 334.64 km2，2022年末為7 307.20 km2，僅減少了27.44 km2。因此，厘清烏魯木齊市水土流失發(fā)展現(xiàn)狀并分析其驅(qū)動(dòng)因素，提出合理可行的治理措施，成為治理烏魯木齊市水土流失問題必須進(jìn)行的關(guān)鍵基礎(chǔ)研究。

新疆一直都是我國沿海以外最貧窮、最落后的地區(qū)，也是全國水土流失重災(zāi)區(qū)，對水土流失的相關(guān)研究十分薄弱。因此，本研究以烏魯木齊水源地烏拉泊水庫庫區(qū)為研究區(qū)，通過建立徑流觀測場和自動(dòng)氣象監(jiān)測站收集水文氣象數(shù)據(jù)，同時(shí)利用遙感影像、ArcGIS軟件并結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，分析烏拉泊水庫庫區(qū)周圍山地水土流失現(xiàn)狀特征及驅(qū)動(dòng)因素，探討綠化措施的水土流失控制效果，以期為烏魯木齊市開展水土保持監(jiān)測、水資源管理和水土流失防治提供理論依據(jù)，為生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

烏拉泊水庫位于烏魯木齊市南端17 km處，地處北緯43°25′～43°47′，東經(jīng)87°18′～ 87°43′［見圖1（a）］，是烏魯木齊河上游的一座攔河中型水庫，也是烏魯木齊河流域治理的骨干性工程，其海拔比烏魯木齊市高出約223 m，被稱為“烏市頭上一盆水”，具有防洪、灌溉和城市供水等重要功能。水庫控制流域面積2 596 km2，淹沒面積6.4 km2，現(xiàn)狀控制耕地面積4.27萬hm2，蘭新鐵路、312國道均從水庫下游通過。在水庫周邊山坡開展降水侵蝕觀測試驗(yàn)，在不同下墊面（植被、裸地）情境下開展降水對土壤侵蝕的影響研究；同時(shí)，建立自動(dòng)氣象站，實(shí)時(shí)監(jiān)測氣象要素（降水量、風(fēng)速等）的變化［見圖1（b）］。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

2.1.1 土壤侵蝕模數(shù)

基于修正的通用土壤流失方程（RUSLE）計(jì)算烏拉泊庫區(qū)日尺度土壤侵蝕模數(shù)，計(jì)算公式為

Q=R×K×L×S×C（3）

式中：Q為土壤侵蝕模數(shù)，單位t/（hm2·d）；R為降水侵蝕因子，單位MJ·mm/（hm2·h·d），代表降水引發(fā)土壤侵蝕的潛在能力[11-12]；K為土壤可蝕性因子，單位t·hm2·h/（MJ·hm2·mm），反映了土壤顆粒被水力分離和搬運(yùn)的難易程度[13-14]；L、S分別為坡度因子、坡長因子，無量綱，反映了地形對土壤侵蝕的影響程度[15-16]；C為植被覆蓋因子，無量綱，反映了研究區(qū)植被覆蓋對土壤侵蝕的抑制作用[17-18]。

各因子的計(jì)算方法參照《全國生態(tài)狀況調(diào)查評估技術(shù)規(guī)范——生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估》（HJ 1173—2021），其中常見土地利用類型的C因子值依據(jù)植被覆蓋度進(jìn)行賦值，見表1。

2.1.2 相關(guān)性分析

本研究采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行相關(guān)性分析[19-20]，判斷氣候因子（氣溫、降水）、地形因子（海拔、坡度）與土壤侵蝕之間的影響關(guān)系和程度，闡明土壤侵蝕的主要影響因素。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本研究的降水量、日均氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向等氣象數(shù)據(jù)來自于建立在烏拉泊水庫內(nèi)的小型自動(dòng)氣象站的監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)區(qū)間為烏魯木齊的雨季（汛期）時(shí)間，即2023年4月23日—9月25日。徑流量、輸沙量等水文數(shù)據(jù)來源于建立在水庫內(nèi)的徑流觀測場的稱重式自動(dòng)雨量計(jì)和徑流泥沙自動(dòng)監(jiān)測儀實(shí)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)區(qū)間與氣象數(shù)據(jù)一致，均為2023年4月23日—9月25日。

3 結(jié)果與分析

3.1 烏拉泊水庫土壤侵蝕現(xiàn)狀

研究時(shí)段內(nèi)氣溫、降水量、風(fēng)速、風(fēng)向等氣象因子逐日變化情況見圖2。結(jié)果表明，烏拉泊水庫汛期日均氣溫3.647～32.385 ℃，呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，最大值出現(xiàn)在7月27日；降水量呈現(xiàn)明顯的斷點(diǎn)變化，主要集中在6—9月，5月22日和8月13日降水量較高，分別為13.2 mm和13.0 mm；日均風(fēng)速變化幅度較小，在1.936～5.474 m/s之間變化，最大值出現(xiàn)在5月2日；日均風(fēng)向變化顯著，在89.194°～346.588°間跳躍變化，即烏拉泊水庫風(fēng)向在北風(fēng)至西北風(fēng)之間變化。

氣象因子逐日變化分析表明，烏拉泊水庫風(fēng)速變化較小，降水量變化顯著，庫區(qū)周邊山地具有水土流失發(fā)生的充足氣象條件，加上研究區(qū)大部分海拔在1 000 m以上，極易在汛期造成水土流失?；谛拚耐ㄓ猛寥懒魇Х匠踢M(jìn)一步計(jì)算得到烏拉泊水庫土壤侵蝕模數(shù)逐日變化情況，結(jié)果見圖3。結(jié)果表明：土壤侵蝕現(xiàn)象并不是每天都會(huì)發(fā)生，烏拉泊水庫的土壤侵蝕發(fā)生時(shí)間與降水發(fā)生時(shí)間同步；土壤侵蝕模數(shù)在0～59.680 t/（hm2·d）斷點(diǎn)變化，最大值出現(xiàn)在8月13日，整體屬于中度土壤侵蝕強(qiáng)度。

3.2 烏拉泊水庫土壤侵蝕驅(qū)動(dòng)因素

影響水土流失發(fā)生的氣候因素主要有降水和風(fēng)速等[21]，即水力侵蝕和風(fēng)力侵蝕是土壤侵蝕的主要類型。為進(jìn)一步分析影響烏拉泊水庫土壤侵蝕的驅(qū)動(dòng)因素，本研究著重對比分析了降水量、風(fēng)速和水土流失之間的變化關(guān)系（見圖4）。由圖4可知，風(fēng)速與土壤侵蝕模數(shù)的變化趨勢整體差異較大，二者變化幅度和時(shí)間均不具有同步性，即烏拉泊水庫風(fēng)速變化與土壤侵蝕的相關(guān)性較弱，而降水量與土壤侵蝕模數(shù)的變化幅度和時(shí)間具有同步性。

進(jìn)一步計(jì)算各氣象要素與土壤侵蝕模數(shù)之間的相關(guān)性。氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向與土壤侵蝕模數(shù)的相關(guān)性均在0.5以下，即這些因素與土壤侵蝕模數(shù)均不具備顯著相關(guān)性。降水量與土壤侵蝕模數(shù)的相關(guān)性達(dá)到了0.922，且在0.01水平上顯著相關(guān)，即降水量是烏拉泊水庫土壤侵蝕的主要驅(qū)動(dòng)因素。綜上，可以確定降水是烏拉泊水庫的主要侵蝕因子。

3.3 烏拉泊水庫土壤侵蝕治理效果

目前烏拉泊水庫采用的治理手段為綠化種植，提高植被覆蓋度，從而增加水土保持率，減少水土流失。對此，為驗(yàn)證綠化種植的水土流失治理效果，需要對比綠化前后土壤侵蝕模數(shù)，同時(shí)考慮坡度對水土流失的影響。對綠化前后坡度為10°、20°、30°的3個(gè)徑流觀測場以相同觀測條件得到的土壤侵蝕模數(shù)進(jìn)行分析，其變化見圖5，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖6。由圖5、圖6可知，坡度為10°時(shí)，綠化前土壤侵蝕模數(shù)主要集中在0～10 t/（hm2·d），綠化后土壤侵蝕模數(shù)主要集中在0～2 t/（hm2·d）；坡度為20°時(shí)，綠化前土壤侵蝕模數(shù)主要集中在0～15 t/（hm2·d），綠化后土壤侵蝕模數(shù)主要集中在0～4 t/（hm2·d）；坡度為30°時(shí)，綠化前土壤侵蝕模數(shù)主要集中在0～25 t/（hm2·d），綠化后土壤侵蝕模數(shù)主要集中在0～5 t/（hm2·d）。綠化前土壤侵蝕模數(shù)最大值為59.680 t/（hm2·d），綠化后土壤侵蝕模數(shù)最大值為13.893 t/（hm2·d）。通過綠化種植增加庫區(qū)山地的植被覆蓋度，可以有效降低土壤侵蝕模數(shù)，控制水土流失，提高水土保持率。

4 討論

1）除降水量可以影響土壤侵蝕外，坡度變化也會(huì)對土壤侵蝕產(chǎn)生影響。因此，本研究進(jìn)一步討論了坡度與降水對土壤侵蝕的影響。通過對比相同坡度時(shí)不同降水量對土壤侵蝕的影響和相同降水量時(shí)不同坡度對土壤侵蝕的影響，發(fā)現(xiàn)在坡度不變的情況下日降水量變化5 mm以上就會(huì)造成土壤侵蝕模數(shù)發(fā)生2 t/（hm2·d）以內(nèi)的變化，在日降水量不變的情況下坡度每變化10°就會(huì)導(dǎo)致土壤侵蝕模數(shù)發(fā)生5 t/（hm2·d）以上的變化，即降水量增加時(shí)，坡度越大的地區(qū)越易發(fā)生土壤侵蝕。

2）綠化能夠改善水土流失狀況，但同時(shí)也會(huì)對其他指標(biāo)造成一定影響。為此，本研究進(jìn)一步討論了相同影響因素下綠化對各項(xiàng)指標(biāo)因子的影響。通過統(tǒng)計(jì)研究時(shí)段內(nèi)綠化前后的平均氣溫、平均降水量、平均風(fēng)速、平均風(fēng)向、平均土壤侵蝕模數(shù)等指標(biāo)變化，發(fā)現(xiàn)與綠化前相比，綠化后除平均氣溫外，其余各項(xiàng)指標(biāo)均呈下降趨勢，其中土壤侵蝕模數(shù)下降明顯，從4.110 t/（hm2·d）下降到2.294 t/（hm2·d）。

3）降水量、坡度都會(huì)對土壤侵蝕產(chǎn)生影響，綠化雖然可以增加水土保持率，但單一的綠化也會(huì)造成其他指標(biāo)的變化，如氣溫升高等。因此，需要綜合考慮各種因素的影響，因地制宜地提出適合烏拉泊水庫土壤侵蝕情況的治理措施。首先，根據(jù)坡度和地形確定適合綠化種植的區(qū)域，并遴選出適宜種植的植物種類，合理分布防風(fēng)林、固沙林和護(hù)坡林；其次，針對不適宜綠化的區(qū)域，可開展坡面蓄水工程和截流防沖工程攔蓄坡面徑流，減少降水對土壤侵蝕的影響；最后，應(yīng)指定專門的管理部門和管護(hù)人員，定期對綠化區(qū)和非綠化區(qū)進(jìn)行巡查，及時(shí)調(diào)整治理措施。

5 結(jié)論

1）烏拉泊水庫水土流失嚴(yán)重，土壤侵蝕模數(shù)為0～59.680 t/（hm2·d），屬中等土壤侵蝕強(qiáng)度；土壤侵蝕的主要驅(qū)動(dòng)因素為降水，降水與土壤侵蝕同步發(fā)生。

2）綠化種植可有效改善水土流失危害，減小土壤侵蝕模數(shù)；坡度也會(huì)影響土壤侵蝕模數(shù)的大小，降水量增加時(shí)，坡度越大的地區(qū)越易發(fā)生土壤侵蝕。

3）綠化會(huì)使降水量、風(fēng)速、風(fēng)向、土壤侵蝕模數(shù)降低，但也會(huì)使氣溫升高，水土流失綜合治理應(yīng)因地制宜規(guī)劃綠化種植區(qū)域，分類整治。

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（責(zé)任編輯 李佳星）