粗泥沙集中來(lái)源區(qū)水土保持措施的生態(tài)環(huán)境影響分析

劉海濤 徐帥 魏學(xué)平 喬亮

摘 要：粗泥沙集中來(lái)源區(qū)是黃河下游造成河道淤積泥沙的主要來(lái)源區(qū)，針對(duì)該區(qū)域水土流失的治理主要是開(kāi)展攔沙壩建設(shè)和小流域綜合治理等工作，這些措施在防治水土流失的同時(shí)也對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。評(píng)價(jià)采用“3S”技術(shù)，運(yùn)用生態(tài)機(jī)理和景觀生態(tài)學(xué)原理，通過(guò)定性分析和定量計(jì)算相結(jié)合的方法，對(duì)區(qū)域已經(jīng)開(kāi)展的水土保持工作所產(chǎn)生的生態(tài)影響進(jìn)行分析，該成果可以為粗泥沙集中來(lái)源區(qū)開(kāi)展水土流失治理提供技術(shù)依據(jù)，并為黃土高原水土流失區(qū)治理提供借鑒。

關(guān)鍵詞：粗泥沙集中來(lái)源區(qū)；水保措施；生態(tài)影響；3“S”技術(shù)

1 背景概況

黃河是聞名世界的多泥沙河流，其多泥沙特點(diǎn)對(duì)黃河治理開(kāi)發(fā)與保護(hù)產(chǎn)生重大不利作用，是黃河“水少沙多、水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)”的重要成因，大量的泥沙進(jìn)入河道，造成黃河干流下游河道持續(xù)淤積抬高，使黃河下游成為世界著名的“地上懸河”，更為嚴(yán)重的是產(chǎn)生“二級(jí)懸河”的問(wèn)題，洪水泥沙居高臨下，嚴(yán)重威脅黃淮海平原經(jīng)濟(jì)社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展。

黃河多泥沙成因主要來(lái)源區(qū)中游黃土高原的水土流失。根據(jù)遙感監(jiān)測(cè)和水土流失調(diào)查成果，黃河流域水土流失面積為46.5萬(wàn)km2，主要集中在黃土高原地區(qū)。黃土高原地區(qū)土質(zhì)疏松、坡陡溝深、植被稀疏、暴雨集中，水土流失嚴(yán)重，水土流失面積達(dá)45.17萬(wàn)km2，占黃土高原總土地面積的70.5%，占流域水土流失總面積的97.1%；89%的泥沙來(lái)自中游河口鎮(zhèn)至三門峽區(qū)間，且約90%的泥沙來(lái)自汛期。根據(jù)泥沙及其來(lái)源對(duì)下游的危害程度，黃土高原水土流失區(qū)又劃分出黃河中游多沙粗沙區(qū)和粗泥沙集中來(lái)源區(qū)。其中多沙粗沙區(qū)，總面積7.86萬(wàn)km2，主要分布于黃河河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間和涇河上游、北洛河上游等地區(qū)，該區(qū)水土流失面積僅占黃土高原水土流失面積17.3%，而年均輸沙量占黃河輸沙總量的62.8%；粗泥沙集中來(lái)源區(qū)，面積1.88萬(wàn)km2，僅占黃土高原水土流失面積的4.1%，而年均輸沙量卻占全河輸沙總量的21.7%。

為防治水土流失，改善當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活條件等，已經(jīng)開(kāi)展的水土保持措施包括攔沙壩、退耕還林還草、人工林草、坡耕地改造等。目前，初步建成了韭園溝、榆林溝等一批防洪標(biāo)準(zhǔn)高、攔沙效果好的小流域攔沙工程的典型，為今后大規(guī)模開(kāi)展攔沙工程建設(shè)樹(shù)立了示范樣板。為進(jìn)一步說(shuō)明水土保持措施對(duì)減少水土流失、改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的作用，通過(guò)開(kāi)展遙感調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查等手段揭示攔沙壩、退耕還林還草、人工林草等措施與水土流失治理、生態(tài)環(huán)境之間的聯(lián)系，為后續(xù)水土保持工作開(kāi)展提供借鑒參考。

2 分析方法和技術(shù)思路

2.1 分析方法

基于生態(tài)機(jī)理學(xué)和景觀生態(tài)學(xué)原理，按照環(huán)境保護(hù)方面的相關(guān)法律法規(guī)要求，采用“3S”技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，通過(guò)定量分析與定性分析相結(jié)合的方法分析水土保持措施的生態(tài)環(huán)境影響。

2.2 技術(shù)思路

分別選擇粗泥沙集中來(lái)源區(qū)的代表小流域開(kāi)展遙感解譯，關(guān)注兩個(gè)小流域土地利用、土壤侵蝕強(qiáng)度、植被覆蓋度和景觀生態(tài)的差異，通過(guò)遙感解譯、實(shí)地調(diào)查，對(duì)比分析水土保持措施可能對(duì)土地利用、土壤侵蝕強(qiáng)度、植被覆蓋度、景觀生態(tài)和生態(tài)完整性影響。

2.3 主要研究?jī)?nèi)容

2.3.1 對(duì)比小流域選取

王茂溝位于陜西省綏德縣韭園溝流域內(nèi)，是無(wú)定河右岸的一條2級(jí)支溝，流域面積592.31hm2；拓家溝位于陜西省子洲縣境內(nèi)，懷寧河上游左岸片流域內(nèi)，也是無(wú)定河左岸的一條2級(jí)支溝，流域面積950.93hm2，土壤侵蝕以水力侵蝕和重力侵蝕為主。王茂溝經(jīng)過(guò)多年實(shí)施攔沙壩綜合水土治理措施，生態(tài)環(huán)境得到了較好的改善，到1992年，王茂溝已經(jīng)形成了完整的壩系，壩庫(kù)總數(shù)達(dá)到45座，其中攔沙壩40座，防洪骨干壩5座，壩系總庫(kù)容320.82萬(wàn)m3，壩地面積占流域總面積的5.75%；拓家溝是未經(jīng)治理的小流域，與王茂溝同屬于黃土丘陵溝壑區(qū)，自然條件和人為活動(dòng)影響相似，具有一定可比性。

2.3.2 遙感影像數(shù)據(jù)選取

本次工作采用數(shù)據(jù)2009年8月的SPOT影像數(shù)據(jù)，分辨率2.5m，數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院遙感衛(wèi)星地面接收站，通過(guò)人工解譯結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，得到王茂溝和拓家溝小流域所需數(shù)據(jù)。

2.3.3 土地利用現(xiàn)狀調(diào)查

根據(jù)土地利用現(xiàn)狀解譯成果，總體來(lái)看與拓家溝小流域相比，王茂溝小流域農(nóng)業(yè)用地面積比例明顯增加，通過(guò)調(diào)查分析，農(nóng)業(yè)用地面積增加主要來(lái)源于攔沙壩形成的耕地和梯田治理措施；有林地和疏林地面積比例有所提高；草地面積比例都分別有所下降。

2.3.4 植被覆蓋度對(duì)比分析

基于遙感影像，利用像元二分模型計(jì)算研究區(qū)的植被覆蓋度，并以覆蓋度為15%，30%，45%，60%和75%進(jìn)行分類，對(duì)兩個(gè)小流域進(jìn)行分析，如圖1。

圖1 兩個(gè)小流域植被覆蓋度對(duì)比圖

根據(jù)圖1所示分析，王茂溝植被覆蓋度小于15%的區(qū)域面積比例為34.53%，明顯小于拓家溝小流域的79.74%；而王茂溝植被覆蓋度大于30%的區(qū)域面積比例為11.41%，明顯大于未治理的小流域拓家溝的0.76%?？傮w看，經(jīng)過(guò)治理的王茂溝小流域植被覆蓋狀況明顯優(yōu)于未治理的小流域拓家溝。

2.3.5 土壤侵蝕強(qiáng)度對(duì)比分析

利用水利部部頒土壤侵蝕強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)遙感解譯，兩個(gè)小流域土壤侵蝕強(qiáng)度存在較大差異，具體見(jiàn)圖2。

圖2 兩個(gè)小流域土壤侵蝕強(qiáng)度對(duì)比圖

結(jié)合土壤侵蝕強(qiáng)度解譯成果分析，王茂溝小流域已完全消除了劇烈侵蝕，而拓家溝劇烈侵蝕面積為4.75hm2，占流域面積的0.5%；王茂溝的極強(qiáng)度侵蝕和強(qiáng)度侵蝕面積分別為14.79hm2和169.57hm2，分別占流域面積的2.5%和28.63%，而拓家溝極強(qiáng)度侵蝕和強(qiáng)度侵蝕面積分別為58.74hm2和320.79hm2，分別占流域面積的6.18%和33.73%?？傮w上看，經(jīng)過(guò)治理的小流域王家茂侵蝕面積明顯減小，水土流失問(wèn)題相比拓家溝得以較大程度的改善。

2.3.6 生態(tài)完整性評(píng)價(jià)

（1）自然系統(tǒng)本底生產(chǎn)力。項(xiàng)目區(qū)本底生產(chǎn)力選擇類比分析的方法，選用項(xiàng)目區(qū)最南端無(wú)定河流域和陜北黃土高原為類比分析對(duì)象，根據(jù)研究資料顯示，凈第一性生產(chǎn)力（NPP）為171±22g/m2·a。根據(jù)奧德姆（Odum，1959）生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力分級(jí)，無(wú)定河流域生態(tài)系統(tǒng)凈第一性生產(chǎn)力處于最低或較低生產(chǎn)力等級(jí)。粗泥沙集中來(lái)源區(qū)位于陜北黃土高原，項(xiàng)目區(qū)降水從南自北逐漸減少，且項(xiàng)目區(qū)植被類型比較接近，主要位于典型草原地帶，通過(guò)類比分析，項(xiàng)目區(qū)本底生產(chǎn)力也處于最低或較低生產(chǎn)力等級(jí)。

（2）自然系統(tǒng)本底的穩(wěn)定狀況。a.恢復(fù)穩(wěn)定性。根據(jù)凈第一生產(chǎn)力調(diào)查，項(xiàng)目區(qū)處于最低或較低生產(chǎn)力等級(jí)，以草地生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)為主，因此，項(xiàng)目區(qū)生態(tài)系統(tǒng)整體恢復(fù)穩(wěn)定性較差。b.阻抗穩(wěn)定性。項(xiàng)目區(qū)地形地貌種類較多，結(jié)合其氣候氣象條件特征，項(xiàng)目區(qū)位于典型草原地帶，從景觀生態(tài)角度分析，項(xiàng)目區(qū)以草地和農(nóng)業(yè)景觀為主，林地和灌叢景觀分布比較零散，難以形成大面積景觀，植被類型多樣性較差，因此，項(xiàng)目區(qū)陸生生態(tài)系統(tǒng)本底的阻抗穩(wěn)定性較弱。評(píng)價(jià)區(qū)生物組分的異質(zhì)性也是很不均勻，因此阻抗穩(wěn)定性也是不均勻的。

（3）背景生物量和生產(chǎn)力值調(diào)查。生物生產(chǎn)力是指生物在單位面積和單位時(shí)間內(nèi)所生長(zhǎng)的有機(jī)物質(zhì)的數(shù)量，本次分析以自然植被凈第一生產(chǎn)力（NPP）來(lái)反映自然體系的生產(chǎn)力。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)樣方調(diào)查成果，對(duì)生物量干重進(jìn)行分析，剔除異常數(shù)據(jù)，以群落進(jìn)行分類匯總統(tǒng)計(jì)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，所調(diào)查的典型草原干重平均為298.0g/m2·a，變動(dòng)于156.7～438.7g/m2·a之間，生物量最小的為豬毛蒿，最大的為鐵桿蒿群落。根據(jù)調(diào)查，項(xiàng)目區(qū)生產(chǎn)力有所提高，這與近年來(lái)項(xiàng)目區(qū)實(shí)施的水土保持措施有重要關(guān)系，項(xiàng)目區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有所改善，但項(xiàng)目區(qū)總體生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力仍處于較低級(jí)別的生產(chǎn)力水平。

（4）生態(tài)完整性評(píng)價(jià)結(jié)論。項(xiàng)目區(qū)主要出于典型草原地帶，草本植物的分布在項(xiàng)目區(qū)最為廣泛，生產(chǎn)力水平較低。根據(jù)遙感解譯成果分析，從總體上看，評(píng)價(jià)區(qū)自然系統(tǒng)的生產(chǎn)力水平較低，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定狀況較差，生態(tài)完整性處于一般水平，且不同區(qū)域存在一定差異，在退耕還林還草、開(kāi)展生態(tài)修復(fù)的地區(qū)，植被覆蓋度相對(duì)較高，生物量相對(duì)較高，生產(chǎn)力水平相對(duì)較高。由此可以看出，水土保持措施的實(shí)施，對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)完整性具有積極意義。

3 結(jié)束語(yǔ)

在遙感影像解譯和現(xiàn)場(chǎng)踏勘等手段的基礎(chǔ)上，通過(guò)已建攔沙壩小流域和未建攔沙壩小流域土地利用、植被覆蓋度、土壤侵蝕強(qiáng)度以及景觀生態(tài)影響分析，粗泥沙集中來(lái)源區(qū)水土保持措施通過(guò)工程措施和非工程措施起到有效攔截泥沙的作用，可以降低土壤侵蝕強(qiáng)度，對(duì)減少黃土高原泥沙入黃、維護(hù)黃河下游防洪安全具有重要意義。通過(guò)本次研究分析，在生態(tài)環(huán)境方面，水土保持措施可以促進(jìn)區(qū)域植被覆蓋度提高，有利于形成穩(wěn)定的植被群落，對(duì)降低土壤侵蝕強(qiáng)度具有有利作用；另一方面，攔沙壩建設(shè)形成的壩地可以改造為高產(chǎn)田，從而促使落實(shí)區(qū)域坡耕地的退耕還林還草措施，間接減少水土流失，提高區(qū)域植被覆蓋度。因此，粗泥沙集中來(lái)源區(qū)實(shí)施的水土保持措施可以促進(jìn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)形成良性循環(huán)，改善區(qū)域生產(chǎn)生活條件。從黃河治理與保護(hù)角度出發(fā)，應(yīng)在黃土高原水土流失區(qū)開(kāi)展攔沙壩建設(shè)和小流域綜合治理。

參考文獻(xiàn)

[1]朱高洪，陳旭東，毛志鋒.水土保持對(duì)小流域可持續(xù)發(fā)展的貢獻(xiàn)評(píng)估[J].中國(guó)水土保持科學(xué)，2008，1.

[2]李懷甫.小流域治理理論與方法[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1999.

作者簡(jiǎn)介：劉海濤（1979，3-），男，黃河水資源保護(hù)科學(xué)研究院，工程師。