新疆地區(qū)土壤流失情況分析

趙 欣

(新疆維吾爾自治區(qū)水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)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(xiàn)狀

新疆土地總面積約166.49萬km2，境內(nèi)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(jù)首次水土保持公報(bào)調(diào)查結(jié)果，截至2011年，新疆地區(qū)水土流失面積達(dá)到了88.54萬km2，達(dá)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(jìn)一步做好造林規(guī)劃、種草規(guī)劃，全面加強(qiáng)民眾思想意識。在維護(hù)方面，以預(yù)防為主的“重點(diǎn)監(jiān)督執(zhí)法計(jì)劃”陸續(xù)開展，充分使用水保執(zhí)法監(jiān)督系統(tǒng)對各種水土流失活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控。

經(jīng)過多年的全面調(diào)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(qiáng)度大小分別統(tǒng)計(jì)，全疆各級水土流失強(qiáng)度面積比例構(gòu)成如圖1所示。由此可見，新疆水土流失強(qiáng)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(dá)到全疆的25.46%；新疆水土流失等級為“強(qiáng)烈”及以上的占據(jù)全疆面積的21.14%，在這21.14%的“強(qiáng)烈”型侵蝕等級中，主要還是以“劇烈”為主[2]。

圖1 水土流失強(qiáng)度比例構(gòu)成圖

1.2 水土流失類型與面積

新疆地域廣，地形復(fù)雜多樣，土壤土質(zhì)也具有多樣化，所以對于水土流失而言，不僅包含普通的風(fēng)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(qiáng)度破壞性和輻射面積廣的特點(diǎn)。新疆沙漠面積占比達(dá)到土地總面積的25%，新疆地區(qū)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(fēng)力侵蝕威脅是非常大的，風(fēng)力侵蝕便表現(xiàn)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(qū)2018年水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測報(bào)告成果顯示，整個(gè)新疆土壤侵蝕面積為84.16萬km2，風(fēng)力侵蝕占比達(dá)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(fēng)力侵蝕是新疆水土保持工作的主要難點(diǎn)。

通過分析新疆維吾爾自治區(qū)2018年水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測報(bào)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(jìn)行分類計(jì)算后可以看出，雖然輕度和中度侵蝕面積所占比例較大，達(dá)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(qiáng)度侵蝕面積分別是5.32萬km2、2.11萬km2和1萬km2以下。

風(fēng)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(qiáng)烈、極強(qiáng)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(qiáng)度詳見表1，不同侵蝕類型面積及結(jié)構(gòu)如圖2所示。

表1 新疆土壤侵蝕面積及強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表

圖2 土壤侵蝕面積及結(jié)構(gòu)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(xiàn)狀的初步了解，為進(jìn)一步評價(jià)新疆維吾爾族自治區(qū)土壤流失面積、侵蝕強(qiáng)度和區(qū)位分布，現(xiàn)針對不同侵蝕類型設(shè)計(jì)獨(dú)特的評價(jià)體系。

(1)水力侵蝕類型

以計(jì)算所得的降雨侵蝕力、土壤可蝕性、坡長等分項(xiàng)為基礎(chǔ)因子，導(dǎo)入中國土壤流失方程CSLE模型并計(jì)算水力侵蝕模數(shù)。

(2)風(fēng)力侵蝕類型

以土地利用類型為藍(lán)本，選擇與之對應(yīng)的風(fēng)力侵蝕模型，計(jì)算出風(fēng)力侵蝕地區(qū)的風(fēng)力因子、土地濕度因子以及植被覆蓋程度，結(jié)合兩者結(jié)果得出風(fēng)力侵蝕模數(shù)。

(3)凍融侵蝕類型

計(jì)算項(xiàng)包含凍融日循環(huán)天數(shù)、年均降水量和植物覆蓋程度，采用侵蝕強(qiáng)度評價(jià)模型計(jì)算凍融侵蝕強(qiáng)度。分析每個(gè)柵格的侵蝕類型，綜合評價(jià)水土流失面積、強(qiáng)度和分布。

2.2 研究方法

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

風(fēng)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(fēng)力侵蝕模型，土地類型為草(灌)地的，則選擇草(灌)地風(fēng)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(fēng)力侵蝕模型。分土壤利用類型建立的數(shù)學(xué)模型如下所示[5- 7]：

(1)耕地風(fēng)力侵蝕模型基本形式

(1)

式中，Qfa—每半個(gè)月內(nèi)耕地風(fēng)力侵蝕模數(shù),t/(hm2·a)；W—每半個(gè)月內(nèi)表土濕度因子，介于0～1；Tj—每半個(gè)月內(nèi)各風(fēng)速等級的累計(jì)時(shí)間,min；Z0—地表粗糙度,cm；j—風(fēng)速等級序號，在5～40m/s內(nèi)按1m/s為間隔劃分為35個(gè)等級，取值1，2，…，35；Uj—第j個(gè)等級的平均風(fēng)速,m/s，譬如風(fēng)速等級為5～6m/s，U1=5.5m/s。

(2)草(灌)地風(fēng)力侵蝕模型基本形式

(2)

式中，Qfg—每半個(gè)月內(nèi)草(灌)地風(fēng)力侵蝕模數(shù),t/(hm2·a)；V—植被覆蓋度,%；其他參數(shù)含義同上式。

(3)沙地(漠)風(fēng)力侵蝕模型基本形式

(3)

式中，Qfs—每半個(gè)月內(nèi)沙地風(fēng)力侵蝕模數(shù),t/(hm2·a)；其他參數(shù)含義同上式。

侵蝕因子計(jì)算如下：

(1)風(fēng)力因子

基于收集到的各站逐日風(fēng)速數(shù)據(jù)，利用插值法將風(fēng)速表征為每日24次。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，半月風(fēng)速等級所對應(yīng)的累計(jì)時(shí)間(Tj)有以下累計(jì)規(guī)則：對于沙地而言，土地的植物達(dá)標(biāo)率>80%時(shí)，Tj=0，否則只對表2中的臨界侵蝕風(fēng)速(Ujt)的各等級風(fēng)速進(jìn)行時(shí)間累計(jì)；對于草灌地而言，植物達(dá)標(biāo)率的界限值為70%，即大于70%時(shí)，Tj=0，否則按照表2進(jìn)行累計(jì)取值。利用普通克里金空間插值方法[6]，對風(fēng)力因子進(jìn)行空間插值。風(fēng)力因子沿用水利部水土保持監(jiān)測中心2018年提供的數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)，根據(jù)土壤含水量與表土濕度因子之間的關(guān)系計(jì)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(jì)算結(jié)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(fēng)速

基于地理信息系統(tǒng)(GIS)，對各地塊展開計(jì)算與評價(jià)。計(jì)算與評價(jià)步驟如下[8- 10]：首先利用計(jì)算機(jī)得到各個(gè)類型的侵蝕因子數(shù)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(fēng)速等級下和所有半個(gè)月下的土壤侵蝕模式相加即得出最終值。評價(jià)體系標(biāo)準(zhǔn)選擇SL 190—2007《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》。

3 結(jié)果分析

3.1 土地利用情況分析

本次水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測涉及烏魯木齊市、克拉瑪依市等11個(gè)州(地、市)縣級行政區(qū)和1個(gè)自治區(qū)直轄縣，共計(jì)53個(gè)縣級行政區(qū)，總面積53.34萬km2。由于雙河市、昆玉市沒有行政區(qū)劃界，包含在國家級重點(diǎn)防治區(qū)的博樂市與皮山縣之中，因此實(shí)際監(jiān)測范圍涉及51個(gè)縣級行政區(qū)。根據(jù)2020年新疆維吾爾自治區(qū)土地利用統(tǒng)計(jì)表(表3)可以看出，新疆維吾爾自治區(qū)級水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測項(xiàng)目區(qū)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(shè)用地、交通運(yùn)輸用地、水域及水利設(shè)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(fā)現(xiàn)，草地和其他土地類型幾乎占據(jù)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(shè)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(qū)用于開發(fā)建設(shè)運(yùn)輸?shù)牡赜蛞廊惠^少，交通運(yùn)輸用地僅有1268km2。

3.2 植被覆蓋程度分析

根據(jù)調(diào)查結(jié)果可見(表4)，新疆維吾爾自治區(qū)級水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測項(xiàng)目區(qū)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(qū)級水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測項(xiàng)目區(qū)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(jiān)測區(qū)域土壤侵蝕表現(xiàn)出“種類多且復(fù)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??；輕度以上侵蝕均以風(fēng)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(xiàn)“倒三角”特點(diǎn)，即由輕度—?jiǎng)×页潭缺憩F(xiàn)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(qiáng)度影響面積見表5。新疆維吾爾自治區(qū)級監(jiān)測區(qū)域2020年實(shí)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(qū)植被覆蓋度統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論與建議

通過本次對新疆維吾爾地區(qū)進(jìn)行的水土保持調(diào)查等工作可以看出，新疆地區(qū)水土保持工作雖然已取得階段性進(jìn)展，但是從全社會(huì)水土流失防治觀念和生態(tài)環(huán)保意識來看，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中重開發(fā)、輕保護(hù)的現(xiàn)象依然存在，“三同時(shí)”制度還未全面貫徹落實(shí)[11]。另外，水土保持監(jiān)測亦存在如監(jiān)測機(jī)構(gòu)不健全、監(jiān)測人員不穩(wěn)定，技術(shù)水平偏低、制度不健全和監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)不完善等問題。針對上述存在的問題，現(xiàn)提出以下合理性建議：

(1)繼續(xù)深挖水保基礎(chǔ)理論并加強(qiáng)研究關(guān)鍵性技術(shù)。以當(dāng)前水土保持存在的關(guān)鍵性問題、熱點(diǎn)問題為突破點(diǎn)，組織開展水土流失監(jiān)測技術(shù)和方法研究工作，全面掌握新疆地區(qū)土壤侵蝕狀況，摸清水土流失規(guī)律，探究新疆土壤侵蝕內(nèi)在發(fā)生、發(fā)展機(jī)理，進(jìn)而建立水土流失預(yù)測預(yù)警模型，提出更加科學(xué)、合理的水土流失治理措施與建議，為新疆地區(qū)水土流失治理、水土保持效果評估及水土保持監(jiān)督管理提供科學(xué)理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

(2)加強(qiáng)應(yīng)用技術(shù)推廣。建立健全水土保持實(shí)用技術(shù)推廣和服務(wù)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(zhuǎn)化。

(3)注重水土保持的創(chuàng)新性和改革性建設(shè)。水土保持研究需與現(xiàn)代化創(chuàng)新性理念和改革手段相結(jié)合，必須深化水土保持科研機(jī)構(gòu)的體制改革以及科技人才引進(jìn)，鼓勵(lì)各機(jī)構(gòu)或研究人員提出創(chuàng)新性水保措施技術(shù)手段。對主動(dòng)承擔(dān)起區(qū)域性水土保持和生態(tài)改善工作的企業(yè)，應(yīng)給予相應(yīng)的政策扶持。

(4)強(qiáng)化技術(shù)合作與學(xué)術(shù)交流。對于科研人員而言，積極了解學(xué)習(xí)國外關(guān)于水土保持的有效技術(shù)措施和先進(jìn)理論是有效改善國內(nèi)體制改革現(xiàn)狀的有效途徑。加強(qiáng)區(qū)域合作并更多地開展學(xué)術(shù)交流，提高水土保持科技水平，扼殺學(xué)術(shù)堡壘的形成。