1985—2015年臨朐縣水土流失動態(tài)變化研究

田增剛，王明剛，劉峰峰，杜文貞，黃延軍

(1.山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250013； 2.臨朐縣水利局，山東 臨朐262600；3.日照市眾川水利工程咨詢有限公司，山東 日照 276800)

我國是世界上水土流失最嚴(yán)重的國家之一。據(jù)1985、2000年全國水土流失普查數(shù)據(jù)，當(dāng)時全國水土流失面積(不包括凍融侵蝕面積)分別為367.03萬、356.92萬km2[1]。2011年第一次全國水利普查水土保持情況公報顯示，全國土壤侵蝕面積為294.91萬km2。對比多期水土流失普查結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過多年連續(xù)綜合治理，我國水土流失呈現(xiàn)出面積大幅減少、強(qiáng)度等級下降、治理成效顯著的特點(diǎn)，但整體來看水土流失防治任務(wù)依然十分艱巨，迫切需要加強(qiáng)水土流失治理的監(jiān)測、評價等相關(guān)工作。

我國區(qū)域水土流失綜合治理動態(tài)監(jiān)測評價常以多期普查數(shù)據(jù)、公報數(shù)據(jù)進(jìn)行加減比較來闡釋水土流失消長情況，在最新土壤侵蝕資料獲取方面則多借助RS和GIS手段，采用美國通用土壤流失方程(USLE)[2-3]、修正通用土壤流失方程(RUSLE)[4-5]、中國土壤流失方程(CSLE)[6-7]，以及以北京、重慶等為代表的地方模型[8-9]進(jìn)行土壤侵蝕定量估算和動態(tài)格局分析。模型法的特點(diǎn)是參數(shù)多、精度高，但同時也存在參數(shù)取值難度大、技術(shù)要求高的問題。相較之下，縣級部門在缺乏足夠經(jīng)費(fèi)和技術(shù)支持的條件下，通過歷史數(shù)據(jù)挖掘，結(jié)合國家或上級部門提供的最新普查數(shù)據(jù)進(jìn)行縣域水土流失動態(tài)評價不失為一種捷徑，尤其適用于當(dāng)前編制縣級水土保持規(guī)劃，開展水土流失消長評價、需求分析，以及開展地方政府水土保持目標(biāo)責(zé)任制考核[10]等。新疆曾在省級層面利用歷次普查數(shù)據(jù)開展了有借鑒意義的水土流失現(xiàn)狀及消長情況初步評價[11-12]，但在縣級層面開展類似研究的報道尚不多見。本研究根據(jù)山東省臨朐縣1985—2015年水土流失普查或調(diào)查資料，通過水土流失嚴(yán)重指數(shù)和水土流失面積消長率兩個指標(biāo)，分析水土流失“質(zhì)”和“量”的動態(tài)變化。

1 研究區(qū)概況

臨朐縣地處山東省濰坊市西南部、魯中泰沂山區(qū)的沂山北麓，是山東沂蒙山革命老區(qū)縣，地理坐標(biāo)118°14′～118°49′E、36°04′～36°37′N，總面積1 831.23 km2，其中山丘區(qū)面積占87%，地勢南高北低，呈扇形向北、東北方向展開；屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫12.4 ℃，多年平均風(fēng)速2.6 m/s，多年平均降水量695.1 mm；土壤以棕壤和褐土為主；受地形、降雨等多重因子影響，全縣水土流失較為嚴(yán)重。

臨朐縣在國家水土保持區(qū)劃中屬于Ⅲ北方土石山區(qū)(北方山地丘陵區(qū))—Ⅲ-4泰沂及膠東山地丘陵區(qū)—Ⅲ-4-2t魯中南低山丘陵土壤保持區(qū)，屬沂蒙山泰山國家級水土流失重點(diǎn)治理區(qū)。自20世紀(jì)80年代開始，臨朐縣陸續(xù)被列入省重點(diǎn)治理項(xiàng)目縣(1988—1993年)、以工代賑水保項(xiàng)目縣(1992—1994年)、中央預(yù)算專項(xiàng)資金治理縣(1998—2000年)，2008年起至今被列入革命老區(qū)國家水土保持重點(diǎn)建設(shè)工程實(shí)施重點(diǎn)治理，2012年被列入全國坡耕地水土流失綜合治理試點(diǎn)縣。臨朐縣先后榮獲“全國‘十百千’示范小流域”“全國水土保持先進(jìn)縣”“全省水土保持先進(jìn)縣”“全國水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)示范縣”“全國水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)督管理規(guī)范縣”等稱號，臨朐縣人民創(chuàng)造的“人民自有回天力，青石板上創(chuàng)奇跡”被傳為佳話。

2 研究方法和數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

2.1.1 水土流失嚴(yán)重指數(shù)

水土流失嚴(yán)重指數(shù)是指某區(qū)域單位水土流失面積上的平均水土流失強(qiáng)度[13]。該指標(biāo)既能全面反映該區(qū)域的水土流失面積，又能區(qū)別反映不同強(qiáng)度流失的影響程度或貢獻(xiàn)程度，其侵蝕學(xué)意義是用平均水土流失強(qiáng)度反映一個區(qū)域的水土流失嚴(yán)重性，是考察某區(qū)域水土流失“質(zhì)”的重要指標(biāo)，用某區(qū)域各級侵蝕強(qiáng)度面積的加權(quán)平均數(shù)表示，其表達(dá)式為

(1)

式中：I為水土流失嚴(yán)重指數(shù)；Mi為第i級侵蝕強(qiáng)度的權(quán)重，以《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190—2007)中各級侵蝕模數(shù)的中值為基礎(chǔ)(約為模數(shù)的1/1 000)，采用等比數(shù)列，微度侵蝕模數(shù)一般低于當(dāng)?shù)赝寥廊菰S流失量，故認(rèn)為其無影響，其權(quán)重取0，輕度、中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈、劇烈侵蝕等級的權(quán)重分別對應(yīng)為1.5、3、6、12、24；Ai為第i級侵蝕強(qiáng)度的面積，km2；i為水土流失強(qiáng)度等級，其取值為1～6的整數(shù)，分別對應(yīng)微度、輕度、中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈、劇烈侵蝕等級；A為各級侵蝕強(qiáng)度水土流失面積的總和，km2。

水土流失嚴(yán)重指數(shù)按[0～0.5)、[0.5～1)、[1～3)、[3～24]分級，分別定義為不嚴(yán)重、微度嚴(yán)重、輕度嚴(yán)重和強(qiáng)度嚴(yán)重。當(dāng)一個區(qū)域的水土流失嚴(yán)重等級在輕度嚴(yán)重以上時(I≥1)，確定為水土流失嚴(yán)重區(qū)。

2.1.2 水土流失面積消長率

水土流失面積消長率是為滿足地方政府水土保持目標(biāo)考核的需要，基于加強(qiáng)綜合治理和預(yù)防人為水土流失正負(fù)雙向激勵機(jī)制，經(jīng)過深入調(diào)查和廣泛討論而創(chuàng)建的一項(xiàng)考核指標(biāo)[10]，是指某一時段某一行政區(qū)域內(nèi)水土流失治理面積與人為水土流失增加面積的差值占其行政區(qū)面積的比例，是考察某區(qū)域水土流失治理“量”的重要指標(biāo)，其表達(dá)式為

(2)

式中：X為水土流失面積消長率，%，X為正值時表明該地區(qū)水土流失面積凈減少，為負(fù)值時表明該地區(qū)水土流失面積凈增加；Szl為某時段內(nèi)水土流失治理面積，km2；Srw為某時段內(nèi)生產(chǎn)建設(shè)活動人為水土流失增加面積，km2；Sxz為該地區(qū)行政區(qū)面積，km2。

由于一段時間內(nèi)生產(chǎn)建設(shè)活動造成的人為水土流失面積變化數(shù)據(jù)往往難以考證，為定量評價一個地區(qū)長時間的水土流失消長趨勢，參考式(2)并進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，將公式中的分子改作評價期末與評價期初的水土流失面積差值，同時在分母中增加評價期末與評價期初的時間差值，用于表征某時段內(nèi)年均水土流失面積消長率。年均水土流失面積消長率的計算公式為

(3)

2.2 數(shù)據(jù)來源

臨朐縣1985、1999年水土流失數(shù)據(jù)為全國統(tǒng)一部署開展的水土流失普查數(shù)據(jù)，來源于《臨朐縣志(1988—2000)》[14]，2010、2015年水土流失數(shù)據(jù)分別來源于山東省水土保持規(guī)劃、臨朐縣水土保持規(guī)劃，獲取方法為基于通用土壤流失方程(USLE)的遙感調(diào)查。4個時段的土壤侵蝕分級標(biāo)準(zhǔn)相同。

3 結(jié)果與分析

3.1 水土流失嚴(yán)重指數(shù)及動態(tài)變化

根據(jù)臨朐縣1985、1999、2010、2015年水土流失調(diào)查資料，利用公式(1)計算水土流失嚴(yán)重指數(shù)，結(jié)果見表1。

表1 臨朐縣1985—2015年水土流失嚴(yán)重指數(shù)

(1)臨朐縣1985—2015年水土流失嚴(yán)重指數(shù)總體大幅降低，由1985年的3.29降至2015年的1.65，降幅約為50%，特別是前14年(1985—1999年)基本奠定了現(xiàn)有的水土流失治理格局，水土流失嚴(yán)重程度明顯減輕。這得益于臨朐縣在各級黨委、政府領(lǐng)導(dǎo)下立足縣域?qū)嶋H，在20世紀(jì)80年代開展了以徹底完善山區(qū)林果基地、道路、荒山綠化及相應(yīng)水利配套為主要內(nèi)容的“三徹底一配套”達(dá)標(biāo)活動，形成“國家引導(dǎo)、配套投入、民辦公助、滾動開發(fā)”“國家投入為導(dǎo)向、農(nóng)民投入為主體”的多渠道、多層次、多元化投入機(jī)制，并深入開展拍賣、租賃、承包、股份制等形式增加社會投入，形成了全民搞水土保持治理開發(fā)的良好氛圍。

(2)1999—2010年水土流失嚴(yán)重指數(shù)存在短期反彈，由1999年的1.76升至2010年的2.67，升幅為51.7%。研究分析，經(jīng)過前14年的大規(guī)模治理，縣域水土流失惡化狀態(tài)得到明顯好轉(zhuǎn)，但后期治理步伐變緩。據(jù)統(tǒng)計，1999—2010年全縣水土流失治理面積累計達(dá)306 km2，年均治理27.8 km2，僅是之前年均治理面積78.9 km2的35%，取消“兩工”帶來的投工投勞難度加大，在一定程度上制約了治理投入。另外，水土保持工程是普惠公益性質(zhì)，長期以來缺乏專項(xiàng)管護(hù)資金，存在有建無管、重建輕管現(xiàn)象，加之年久失修、自然折舊，原有治理成果的水土保持功能削弱，水土流失出現(xiàn)反復(fù)，水土流失嚴(yán)重程度略有加劇。

(3)整體來看，臨朐縣屬于水土流失嚴(yán)重地區(qū)的縣情仍未改變。分析1985—2015年臨朐縣水土流失嚴(yán)重指數(shù)變化趨勢，1985年的水土流失嚴(yán)重指數(shù)為3.29，屬于強(qiáng)度嚴(yán)重等級，雖然近年來水土流失嚴(yán)重指數(shù)大幅下降，但2015年其數(shù)值仍大于1，仍處于輕度嚴(yán)重以上等級，故縣域水土流失狀況依然嚴(yán)峻。

3.2 水土流失面積消長率及動態(tài)變化

根據(jù)臨朐縣1985、1999、2010、2015年全縣水土流失普查或調(diào)查資料，利用公式(3)計算年均水土流失面積消長率，詳見表2。

表2 臨朐縣1985—2015年年均水土流失面積消長率

(1)臨朐縣1985—2015年年均水土流失面積消長率為1.30%，4個評價期年均水土流失面積消長率數(shù)值呈現(xiàn)正—負(fù)—正的變化態(tài)勢，其中前14年年均消長率達(dá)到2.74%，是這30年平均水平的2倍多，以輕度—中度侵蝕面積減少最多，占同期減少量的68%。該時段水土流失治理需求大，治理難度相對較低，是水土流失治理成效集中顯現(xiàn)期，也是水土流失嚴(yán)重指數(shù)大幅降低的主要時段。1985—2015年水土流失減少面積同樣集中在輕度—中度侵蝕區(qū)，占同期水土流失面積減少量的70%。

(2)1999—2010年的年均水土流失面積消長率呈現(xiàn)負(fù)增長，表征該時段水土流失治理速度不及水土流失增加速度，水土流失面積不減反增，水土流失嚴(yán)重指數(shù)也隨之反彈。

(3)1985—2015年臨朐縣水土流失減少部分正逐步由輕度—中度侵蝕為主向中度—強(qiáng)烈侵蝕轉(zhuǎn)移，尤其在2010—2015年表現(xiàn)最為明顯，表明水土保持綜合治理進(jìn)入攻堅(jiān)期，開始“啃硬骨頭”，治理難度相應(yīng)增大，這與水土流失消長率較低的情況是相符的。

(4)較低水平的水土流失面積消長率不能滿足現(xiàn)狀水土流失治理的迫切需求。根據(jù)2015年遙感調(diào)查數(shù)據(jù)，縣域現(xiàn)存輕度以上水土流失面積709.13 km2，按照當(dāng)前1.2%～1.3%的消長率估算，水土流失治理仍任重道遠(yuǎn)。

4 結(jié)論和啟示

4.1 結(jié) 論

(1)對臨朐縣1985—2015年土壤侵蝕數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明水土流失嚴(yán)重指數(shù)大幅降低，但屬水土流失嚴(yán)重縣的縣情并未改變；水土流失面積消長率變化趨勢總體向好，但較低的消長率水平不能滿足當(dāng)前水土流失治理的迫切需求，應(yīng)對水土流失治理的長期性和艱巨性給予足夠重視，進(jìn)一步加大投資力度，促進(jìn)涉農(nóng)領(lǐng)域項(xiàng)目整合，形成治理合力。

(2)1999—2010年的年均水土流失嚴(yán)重指數(shù)存在短期反彈，水土流失面積消長率出現(xiàn)負(fù)增長，表明水土流失治理不是一勞永逸的，應(yīng)對水土流失的反復(fù)性和頑固性加強(qiáng)認(rèn)識，進(jìn)一步提高治理標(biāo)準(zhǔn)，落實(shí)管護(hù)，保護(hù)治理成果，保障水土保持措施效益可持續(xù)發(fā)揮。

4.2 啟 示

(1)本研究中采用的水土流失面積消長率分析，使用的是某相鄰時段內(nèi)的水土流失面積凈變化值，未能體現(xiàn)采取水土保持治理措施達(dá)標(biāo)治理后，其水土保持功能又隨時間流逝出現(xiàn)削弱，或者采取治理措施后僅實(shí)現(xiàn)土壤侵蝕強(qiáng)度降低等類似復(fù)雜過程，這可能是水土流失面積消長率數(shù)值較低的主要原因。

(2)隨著北方土石山區(qū)、南方紅壤丘陵區(qū)、巖溶地區(qū)、黑土區(qū)等區(qū)域性水土流失綜合防治技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷制定和頒布，其土壤侵蝕分級標(biāo)準(zhǔn)閾值較《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190—2007)有所變化，當(dāng)新分類標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查的侵蝕數(shù)據(jù)與歷史侵蝕數(shù)據(jù)資料配合使用時，應(yīng)校正到同一分級尺度，確保數(shù)據(jù)的可比性。

(致謝：文中應(yīng)用的2010、2015年侵蝕數(shù)據(jù)分別來自山東省水土保持規(guī)劃項(xiàng)目和臨朐縣水土保持規(guī)劃項(xiàng)目，在此謹(jǐn)向上述項(xiàng)目組成員表示謝意。)