1999-2018年黃河源區(qū)水土流失動態(tài)變化

殷寶庫， 曹夏雨， 張建國， 張 棟， 王小燕

(黃河流域水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心， 陜西 西安 710021)

黃河源區(qū)地處青藏高原腹地，是中國三江源預(yù)防保護區(qū)的重要組成部分，也是黃河重要的水源涵養(yǎng)區(qū)和水源補給區(qū)，提供黃河總水量49%[1]，是中國江河中下游地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)屏障，在西部大開發(fā)生態(tài)環(huán)境的治理保護中肩負著重要責(zé)任[2-3]。由于該區(qū)域獨特的地理位置及生態(tài)環(huán)境特點，在全球氣候變化和人類活動的綜合影響下[4]，黃河源區(qū)的高寒草地發(fā)生了不同程度的退化[5]。退化的源區(qū)生態(tài)環(huán)境不但影響本區(qū)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，而且對中下游地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和水文條件構(gòu)成很大威脅。

退化的生態(tài)環(huán)境導(dǎo)致該區(qū)植被覆蓋率低，加劇水土流失潛在發(fā)生。防治水土流失依然成為該區(qū)改善生態(tài)環(huán)境的有效措施。目前，關(guān)于黃河源區(qū)或三江源區(qū)的土壤侵蝕已有報道[4,6-7]，但大多數(shù)研究時間節(jié)點較早，不能反映黃河源區(qū)水土流失現(xiàn)有狀況。且已有的研究多數(shù)集中于年度監(jiān)測成果，少有關(guān)于該區(qū)水土流失動態(tài)變化及空間分析。掌握黃河源區(qū)水土流失動態(tài)變化情況，如趨好或趨壞，可以更好地反映該區(qū)生態(tài)保護和建設(shè)項目的水土保持措施和評估水土流失治理效果。掌握水土流失空間變化數(shù)據(jù)，可以為今后黃河源區(qū)生態(tài)保護提供科學(xué)的決策依據(jù)，如對水土流失加劇的區(qū)域進一步的加大治理或保護力度等?；诖耍疚睦?999，2011，2018年水土流失監(jiān)測數(shù)據(jù)，掌握黃河源區(qū)水土流失監(jiān)測成果，分析黃河源區(qū)水土流失動態(tài)變化及其原因，并基于1999年和2018年土壤侵蝕空間數(shù)據(jù)，分析了該區(qū)土壤侵蝕強度等級變化及空間分布情況，以期為該區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)和水土流失治理提供數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)概況

黃河源區(qū)位于青藏高原東北部，區(qū)內(nèi)山脈綿亙，地勢西高東低，海拔4 000 m左右，地形開闊、地勢平緩，涉及青海、四川和甘肅3個省，地理位置介于95°52′—103°25’E和32°09′—36°34′N之間，面積約1.31×105km2，占黃河流域總面積(7.95×105km2)的16.53%。該區(qū)雪山連綿，水系發(fā)達，支流眾多，是中國三江源預(yù)防保護區(qū)的重要組成部分，也是黃河水資源的主要來源地之一。

黃河源區(qū)屬高原性大陸性氣候，年溫差小、日溫差大，日照時間長，輻射強烈，風(fēng)沙大，植物生長周期短，絕大部分地區(qū)無絕對無霜期，多年平均降水量198～700 mm，年蒸發(fā)量800～1 200 mm[8]。降水主要受西南季風(fēng)和區(qū)域內(nèi)氣候系統(tǒng)影響，季節(jié)降水變化差異較大，主要集中在夏、秋季，約占全年降水量75%以上。氣候寒旱，日照充足，年日照約2 400～2 800 h，輻射較強，氣候系統(tǒng)較不穩(wěn)定。黃河源區(qū)的植被以高寒草原和高寒草甸為主。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及說明

黃河源區(qū)水土流失數(shù)據(jù)主要是基于1999，2011，2018年3個年度的土壤侵蝕數(shù)據(jù)。各年度間的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)、技術(shù)路線不完全一致，數(shù)據(jù)精度有一定偏差。其中2018年土壤侵蝕數(shù)據(jù)是基于2017—2018年2 m和16 m分辨率衛(wèi)星影像進行專題信息提取和野外調(diào)查，在水力侵蝕區(qū)利用中國土壤流失方程CSLE模型，在風(fēng)力侵蝕區(qū)利用風(fēng)力侵蝕模型〔耕地、草(灌)地、沙地(漠)風(fēng)力侵蝕模型〕，計算獲取2018年全國水土流失動態(tài)監(jiān)測和黃河流域9省區(qū)省級水土流失動態(tài)監(jiān)測土壤侵蝕成果數(shù)據(jù)，利用軟件鑲嵌和裁切并統(tǒng)計，得到所需區(qū)域的土壤侵蝕各強度等級數(shù)據(jù)。

2011年土壤侵蝕數(shù)據(jù)是基于2011年全國水利普查數(shù)據(jù)，根據(jù)所占面積比例進行分攤，經(jīng)各省區(qū)進行核實、修改、認可后形成2011年黃河流域水利普查數(shù)據(jù)。

1999年土壤侵蝕數(shù)據(jù)是基于1998—1999年30 m分辨率衛(wèi)星影像進行專題信息提取和野外調(diào)查，水力侵蝕區(qū)根據(jù)土地利用、植被覆蓋和坡度進行三因子計算獲取，風(fēng)力侵蝕區(qū)根據(jù)植被覆蓋度和地表情況獲取。與2018年相比，1999年土壤侵蝕計算方法不一樣，其采用的衛(wèi)星影像分辨率較低。

本文中的水土流失面積特指水力侵蝕面積和風(fēng)力侵蝕面積之和，不包含凍融侵蝕。水土流失強度等級包括輕度、中度、強烈、極強烈和劇烈侵蝕，根據(jù)《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》SL190-2007判定[9]。

2.2 研究方法

本文利用1999，2011，2018年土壤侵蝕監(jiān)測(調(diào)查)結(jié)果，對比分析不同年份黃河源區(qū)水土流失動態(tài)變化和不同強度等級之間的變化情況?；?999年和2018年兩年的空間數(shù)據(jù)，計算出同一像元土壤侵蝕強度等級之間的變化情況，包括像元侵蝕強度等級未發(fā)生變化、強度等級增加/降低1級、強度等級增加/降低2級、強度等級增加/降低2級及以上。通過空間數(shù)據(jù)對比，更直觀的展現(xiàn)黃河源區(qū)水土流失的空間變化情況。

3 結(jié)果與分析

3.1 水土流失動態(tài)監(jiān)測結(jié)果

1999，2011，2018年不同時期黃河源區(qū)的水土流失監(jiān)測(調(diào)查)面積如表1所示。其中1999年水土流失面積為1.50×104km2，侵蝕強度等級以輕度、中度和強烈為主，占水土流失面積的比例為84.67%；2011年水土流失面積為3.39×104km2，侵蝕強度等級以輕度為主，占水土流失面積的比例為75.22%；2018年黃河源區(qū)水土流失面積為2.51×104km2，侵蝕強度等級以輕度為主，占水土流失面積的比例為80.88%。

表1 不同時期黃河源區(qū)水土流失面積及比例

據(jù)2018年水土流失動態(tài)監(jiān)測結(jié)果，黃河源區(qū)以風(fēng)力侵蝕為主，侵蝕面積為1.61×104km2，占水土流失面積的64.15%；水力侵蝕面積約9 000 km2，占水土流失面積的35.85%。從侵蝕強度等級來看，主要以輕度侵蝕為主，占水土流失面積的80.88%。從分布區(qū)域來看，黃河源區(qū)水土流失主要集中于青海省，水土流失面積為1.98×104km2，占黃河源區(qū)水土流失總面積的78.89%。黃河源區(qū)水土流失面積和各省水土流失面積詳見表2和表3。

表2 2018年黃河源區(qū)不同侵蝕類型水土流失面積及比例

表3 2018年黃河源區(qū)各省水土流失面積 104 km2

3.2 水土流失動態(tài)變化

黃河源區(qū)1999，2011，2018年水土流失動態(tài)變化情況如圖1所示，可以看出，水土流失動態(tài)變化表現(xiàn)出先增加后減少，1999年水土流失面積為1.50×104km2，至2011年增加至3.39×104km2，2018年水土流失面積減少為2.51×104km2。從侵蝕強度等級來看，輕度、劇烈侵蝕變化與水土流失動態(tài)變化一致，先增加后減少，中度、強烈、極強烈均表現(xiàn)出降低趨勢。

圖1 黃河源區(qū)水土流失動態(tài)變化特征

表4為黃河源區(qū)水土流失動態(tài)變化情況，可以看出，與1999年相比，2011年水土流失面積增加1.89×104km2，增幅126%，其中輕度侵蝕面積增加比例最多，增加1.99×104km2，增幅355.36%；2018年水土流失面積增加1.01×104km2，增幅67.33%，輕度侵蝕面積增加比例最多，增幅262.5%；與2011年相比，2018年水土流失面積減少8 800 km2，減幅25.96%，各侵蝕強度等級水土流失面積均有所減少，輕度、中度、強烈、極強烈、劇烈侵蝕面積分別減少20.39%，35.29%，15.79%，71.43%，60%。胡光印等[10]研究表明，1975—2005年，黃河源區(qū)沙化土地面積明顯增加，沙漠化土地面積從1975年的1.93×104km2增加到2005年的2.20×104km2，增加了2 700 km2。

表4 黃河源區(qū)水土流失面積動態(tài)變化情況

3.3 水土流失動態(tài)變化分析

對比1999年和2018年土壤侵蝕空間數(shù)據(jù)，其土壤侵蝕等級空間變化情況分別如表5和附圖14(見封3)所示。

由表5可知，1999年至2018年黃河源區(qū)土壤侵蝕強度等級未變化區(qū)域占主導(dǎo)，約有77.97%的區(qū)域土壤侵蝕強度等級未發(fā)生變化；19.33%的區(qū)域土壤侵蝕強度等級降低，表現(xiàn)為高強度等級侵蝕向低強度侵蝕轉(zhuǎn)變，其中，10.65%的區(qū)域土壤侵蝕強度等級降低2級以上，如極強烈侵蝕降至輕度或微度等級，6.06%的區(qū)域土壤侵蝕強度等級降低2級，如強烈侵蝕降至輕度，2.62%的區(qū)域土壤侵蝕強度降低1個等級；2.70%的區(qū)域侵蝕強度等級增加，加劇1級的占比最高，為2.04%。

表5 1999-2018年黃河源區(qū)土壤侵蝕強度空間動態(tài)變化統(tǒng)計

黃河源區(qū)1999—2018年水土流失面積增加1.01×104km2，其中風(fēng)力侵蝕面積增加1.21×104km2，水力侵蝕面積減少2 000 km2。由附圖14(見封3)可以看出，水土流失面積減少和侵蝕強度等級降低明顯的區(qū)域主要集中于若爾蓋—江河源高原山地區(qū)的東北部地區(qū)，具體來說，集中于青海省海南藏族自治州的南部、黃南藏族自治州的西部，甘肅省甘南藏族自治州的西南部。水土流失面積增加和強度明顯增強的區(qū)域主要集中于果洛藏族自治州和海南藏族自治州的東北部。

3.4 動態(tài)變化原因分析

與2011年相比，黃河源區(qū)水土流失面積減少8 800 km2，各侵蝕強度等級水土流失面積均有所減少，輕度、中度、強烈、極強烈、劇烈侵蝕面積分別減少20.39%，35.29%，15.79%，71.43%，60%。水土流失面積和強度的降低除了與各地持續(xù)開展的退耕還林工程和大規(guī)模的封禁治理措施有關(guān)外，還與各地區(qū)對水土保持工作的重視程度有關(guān)。青海省各級水行政主管部門緊緊圍繞黃河源區(qū)生態(tài)建設(shè)存在的主要問題，按照人與自然和諧相處的理念，遵循預(yù)防為主、保護優(yōu)先、自然修復(fù)的原則，在源區(qū)黃南、海南2州實施了水土保持預(yù)防保護工程。通過采取圍欄封育、政策性封禁、水土保持監(jiān)測和健全機構(gòu)、完善法制等措施，使源區(qū)生態(tài)環(huán)境明顯改善，草地退化趨勢得到初步遏制，濕地生態(tài)功能顯著提高，嚴重退化區(qū)植被覆蓋度明顯提升，逐步走上人與自然和諧相處的道路，積極踐行“綠水青山就是金山銀山”的生態(tài)文明理念。

甘南州堅持保護優(yōu)先，堅守生態(tài)紅線，加快生態(tài)建設(shè)步伐。牢固樹立“綠水青山就是金山銀山”理念，加大沙化(黑土灘)綜合治理項目和退牧還草工程實施力度，治理沙化和重度退化草原400 km2，治理流動沙丘3.33 km2，治理重度沙化地8 km2，并開展礦山、電站和公路建設(shè)項目生態(tài)恢復(fù)治理。

值得注意的是，相比于1999年，2011年黃河源區(qū)水土流失面積增加1.89×104km2，2018年該區(qū)水土流失面積增加1.01×104km2。草地退化、草原鼠蟲害嚴重，部分地區(qū)草場超載放牧，亂開濫挖草地、過量采伐森林等不當(dāng)人類活動是導(dǎo)致局部地區(qū)植被退化，水土流失加劇的主要原因[6]。草場退化主要是由氣候變化和人類不合理活動引起的。研究表明，區(qū)域暖干化[11]導(dǎo)致該區(qū)草場退化，草地退化加劇該地區(qū)水土流失、又反過來進一步加劇草地的退化[12]。馬守存等[13]研究表明，1982—2013年黃河源區(qū)氣溫呈顯著升高、降水則呈微弱增加的趨勢，植被覆蓋呈現(xiàn)整體緩慢升高、局部退化的趨勢。此外，人類不合理的活動，如過度放牧、濫挖蟲草等對源區(qū)草地不合理的人為干預(yù)也是引起草場退化、水土流失加劇的重要因素。

以水土流失強度增加的果洛藏族自治州的瑪多縣為例，水土流失加劇主要與該區(qū)特殊的自然條件和不合理的人類活動有關(guān)[14]?，敹嗫h氣候條件惡劣，土壤肥力差，多以礫石和粗砂形式存在，嚴重影響牧草的生長。加之海拔高、氣候寒冷干燥，土壤中微生物活性較低，對有機質(zhì)的分解非常緩慢，直接影響土壤養(yǎng)分的供給。常年的草場破壞、過牧踐踏，進一步惡化草場土壤環(huán)境。此外，瑪多縣大風(fēng)、洪水等災(zāi)害頻發(fā)，嚴重降低了土壤中肥、氣、熱等牧草生長所需的條件，加速了土壤生長層土粒的流失，加劇了沙化、礫化進程。

黃河源區(qū)的治理要按照習(xí)近平總書記在黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展座談會上的重要講話精神，將黃河生態(tài)系統(tǒng)作為一個有機整體，加強生態(tài)保護。以三江源、祁連山、甘南黃河上游水源涵養(yǎng)區(qū)和生態(tài)功能重要的地區(qū)等為重點，保護生態(tài)環(huán)境，推進實施一批重大生態(tài)保護修復(fù)和建設(shè)工程，提升水源涵養(yǎng)能力，創(chuàng)造更多生態(tài)產(chǎn)品，改善該區(qū)生態(tài)環(huán)境，治理水土流失。

4 結(jié) 論

(1) 1999，2011，2018年水土流失數(shù)據(jù)表明，黃河源區(qū)水土流失先增加后降低，與1999年相比，2011年水土流失面積增加1.89×104km2，2018年水土流失面積增加1.01×104km2。與2011年相比，2018年水土流失面積減少8 800 km2。草地退化、部分地區(qū)草場超載放牧,亂開濫挖草地等不當(dāng)人類活動是導(dǎo)致局部地區(qū)植被退化，水土流失加劇的主要原因。

(2) 與1999年相比，2018年黃河源區(qū)77.97%的區(qū)域土壤侵蝕強度等級未發(fā)生變化，19.33%的區(qū)域侵蝕強度等級降低，2.70%的區(qū)域侵蝕強度等級增加。空間區(qū)域上看，土壤侵蝕強度等級降低明顯的區(qū)域主要集中于若爾蓋—江河源高原山地區(qū)的東北部地區(qū)，具體來說，集中于青海省海南藏族自治州的南部、黃南藏族自治州的西部，甘肅省甘南藏族自治州的西南部。水土流失強度等級增加明顯增強的區(qū)域主要集中于果洛藏族自治州和海南藏族自治州的東北部。

(3) 區(qū)域暖干化和不合理的人類活動導(dǎo)致黃河源區(qū)草地退化，而草地退化后土壤侵蝕是該地區(qū)水土流失加劇、草地進一步惡化的一個重要因素。黃河源區(qū)的水土流失治理應(yīng)按照習(xí)近平總書記在黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展座談會上的重要講話，以三江源、祁連山、甘南黃河上游水源涵養(yǎng)區(qū)和生態(tài)功能重要的地區(qū)等為重點推進實施一批重大生態(tài)保護修復(fù)和建設(shè)工程，改善該區(qū)生態(tài)環(huán)境，治理水土流失。