水土流失動(dòng)態(tài)變化主要影響因素探究
——以新疆維吾爾自治區(qū)阿圖什市為例伊

力哈木·伊馬木，王 略

(1.新疆維吾爾自治區(qū)水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，新疆 烏魯木齊 830000；2.黃河流域水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，陜西 西安 710021)

2019年，新疆維吾爾自治區(qū)水利廳按照水利部“統(tǒng)一方法、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”的原則[1]，全面完成了2019年水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作，及時(shí)掌握了水土流失變化情況，為國家和區(qū)域相關(guān)決策制定、政府目標(biāo)責(zé)任考核等提供了依據(jù)。本研究基于2019年新疆維吾爾自治區(qū)水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成果，以阿圖什市為例，將不同侵蝕類型水土流失面積及強(qiáng)度與2018年相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，著重分析植被覆蓋和土地利用變化對(duì)水力、風(fēng)力侵蝕的影響，以期能對(duì)區(qū)域水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作和相關(guān)目標(biāo)責(zé)任考核起到一定的指導(dǎo)作用。

1 研究區(qū)概況

阿圖什市位于新疆維吾爾自治區(qū)西南部、天山南麓、塔里木盆地西緣，總面積15 698 km2，山地、戈壁、荒灘多，耕地少。屬典型的溫帶大陸性氣候區(qū)，其中：平原區(qū)四季分明，溫差較大，干旱少雨，年降水量78 mm，年水面蒸發(fā)量3 218.2 mm；山區(qū)氣候寒冷，冬季漫長(zhǎng)，年水面蒸發(fā)量2 637.6 mm[2]，降水不均，低山區(qū)年降水量120 mm，中山區(qū)年降水量250 mm以上。在《新疆維吾爾自治區(qū)水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)規(guī)劃(2018—2022年)》中，阿圖什市屬新疆維吾爾自治區(qū)級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)。根據(jù)2018年全國水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果，阿圖什市土壤侵蝕涉及水力、風(fēng)力和凍融3種侵蝕類型(本次監(jiān)測(cè)結(jié)果未計(jì)入凍融侵蝕面積，后文不再分析凍融侵蝕)，水土流失面積為2 552.42 km2，其中水力侵蝕和風(fēng)力侵蝕面積約分別占70%、30%。

2 研究方法

(1)水力侵蝕。按照《區(qū)域水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)定(試行)》中的技術(shù)方法和標(biāo)準(zhǔn)，在水力侵蝕區(qū)獲取降雨侵蝕力、土壤可蝕性、坡長(zhǎng)、坡度、植被覆蓋與生物措施、工程措施和耕作措施因子，采用中國土壤流失方程CSLE模型計(jì)算水力侵蝕的土壤侵蝕模數(shù)，方程基本形式為

A=R·K·L·S·B·E·T

(1)

式中：A為土壤侵蝕模數(shù)，t/(hm2·a)；R為降雨侵蝕力因子，MJ·mm/(hm2·h·a)；K為土壤可蝕性因子，t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)；L為坡長(zhǎng)因子，無量綱；S為坡度因子，無量綱；B為植被覆蓋與生物措施因子，無量綱；E為工程措施因子，無量綱；T為耕作措施因子，無量綱。

(2)風(fēng)力侵蝕。在風(fēng)力侵蝕區(qū)，獲取風(fēng)力、表土濕度、植被覆蓋度和粗糙度等因子，采用耕地、草(灌)地和沙地的風(fēng)力侵蝕模型計(jì)算風(fēng)力侵蝕的土壤侵蝕模數(shù)。

耕地風(fēng)力侵蝕模型基本形式為

(2)

式中：Qfa為每半個(gè)月內(nèi)耕地風(fēng)力侵蝕模數(shù)，t/(hm2·a)；W為每半個(gè)月內(nèi)表土濕度因子，介于0～1之間；Tj為每半個(gè)月內(nèi)各風(fēng)速等級(jí)的累計(jì)時(shí)間，min；Z0為地表粗糙度，cm；j為風(fēng)速等級(jí)序號(hào)，在5～40 m/s內(nèi)以1 m/s為間隔劃分為35個(gè)等級(jí)，取值1，2，……，35；Uj為第j等級(jí)的平均風(fēng)速，m/s。

草(灌)地風(fēng)力侵蝕模型基本形式為

(3)

式中：Qfg為每半個(gè)月內(nèi)草(灌)地風(fēng)力侵蝕模數(shù)，t/(hm2·a)；V為植被覆蓋度，%；其余符號(hào)意義同上。

沙地風(fēng)力侵蝕模型基本形式為

(4)

式中：Qfs為每半個(gè)月內(nèi)沙地風(fēng)力侵蝕模數(shù)，t/(hm2·a)；其余符號(hào)意義同上。

依據(jù)《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190—2007)中的侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)土壤侵蝕模數(shù)的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)，得到阿圖什市水力、風(fēng)力侵蝕各侵蝕強(qiáng)度面積，對(duì)比2018年水土流失監(jiān)測(cè)成果，得到各侵蝕強(qiáng)度面積動(dòng)態(tài)變化量。

綜合考慮自然因素和人為因素，設(shè)計(jì)進(jìn)行單一因素分析，將單一因素變化后的水土流失面積與所有因素變化前的水土流失面積進(jìn)行對(duì)比，分析2018—2019年阿圖什市水土流失動(dòng)態(tài)變化主要影響因素。經(jīng)綜合考慮，選擇植被覆蓋因子和土地利用因子：在單一分析植被覆蓋變化的影響時(shí)，保持土地利用、水土保持措施、地形、土壤、降雨、風(fēng)速因子不變，同時(shí)為避免土地利用變化的影響，植被范圍沿用2018年數(shù)據(jù)，僅采用2019年植被覆蓋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算2019年土壤侵蝕模數(shù)；同理，在單一分析土地利用變化的影響時(shí)，保持其他影響因子沿用2018年的不變，僅采用2019年土地利用數(shù)據(jù)計(jì)算土壤侵蝕模數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 水土流失動(dòng)態(tài)變化

2018—2019年阿圖什市水土流失動(dòng)態(tài)變化情況見表1。相比2018年動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，阿圖什市水土流失面積減少了4.00 km2，減幅為0.16%，其中：水力侵蝕減幅略高，減幅0.21%，減少了3.72 km2；風(fēng)力侵蝕減幅略低，減幅0.04%，減少了0.28 km2。各侵蝕強(qiáng)度中輕度侵蝕面積有所增加，增加了30.10 km2，增幅為1.52%；其他侵蝕強(qiáng)度面積均為減少，中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈侵蝕分別減少了30.86、1.27、1.97 km2，減幅分別為6.08%、2.37%、34.26%?？梢?，阿圖什市水土流失存在高強(qiáng)度侵蝕向低強(qiáng)度侵蝕轉(zhuǎn)移的情況。

表1 2018—2019年阿圖什市水土流失動(dòng)態(tài)變化情況

3.2 植被覆蓋因子引起的水土流失動(dòng)態(tài)變化

2018—2019年阿圖什市植被覆蓋變化情況見表2。通常情況下植被覆蓋度增加，一方面可以增加徑流入滲時(shí)間，提高徑流入滲量；另一方面可以減緩徑流流速，減弱徑流搬運(yùn)泥沙和剪切土壤能力，降低土壤侵蝕強(qiáng)度，從而減少水土流失量[3]。

表2 2018—2019年阿圖什市植被覆蓋變化情況

計(jì)算2019年植被覆蓋因子變化后的水土流失面積，與2018年動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得到2018—2019年植被覆蓋變化引起的水土流失動(dòng)態(tài)變化情況見表3。由表3知，植被覆蓋變化導(dǎo)致阿圖什市水土流失面積減少了3.77 km2，減幅為0.15%，占實(shí)際水土流失面積減幅的94.25%，其中：水力侵蝕面積減少了3.50 km2，減幅為0.20%；風(fēng)力侵蝕面積減少0.27 km2，減幅為0.03%。表3中僅植被覆蓋因子變化的水土流失面積計(jì)算結(jié)果與表1中2019年水土流失面積結(jié)果十分接近，說明植被覆蓋變化對(duì)水土流失面積變化的影響大，即植被覆蓋是水土流失的主要影響因子。

表3 2018—2019年阿圖什市水土流失動(dòng)態(tài)變化(僅植被覆蓋因子變化)

3.3 土地利用因子引起的水土流失動(dòng)態(tài)變化

水土流失動(dòng)態(tài)變化與土地利用變化密不可分。2018—2019年阿圖什市土地利用轉(zhuǎn)移矩陣見表4。

計(jì)算2019年土地利用因子變化后的水土流失面積，并與2018年動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得到2018—2019年土地利用因子變化引起的水土流失動(dòng)態(tài)變化情況見表5。由表5知，土地利用變化導(dǎo)致阿圖什市水土流失面積減少了0.29 km2，減幅為0.01%，占實(shí)際水土流失面積減幅的7.25%，其中：水力侵蝕面積減少了0.24 km2，減幅為0.01%；風(fēng)力侵蝕面積減少了0.05 km2，減幅為0.01%。表5中僅土地利用因子變化的計(jì)算結(jié)果同2018年水土流失面積相比，水土流失面積由2 552.42 km2變?yōu)? 552.13 km2，結(jié)果十分接近，說明土地利用因子變化對(duì)水土流失面積變化的影響很小，即土地利用變化不是水土流失動(dòng)態(tài)變化的主要影響因素。

表4 2018—2019年阿圖什市土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km2

表5 2018—2019年阿圖什市水土流失動(dòng)態(tài)變化(僅土地利用因子變化)

4 動(dòng)態(tài)變化原因分析

宏觀分析水土流失動(dòng)態(tài)變化的原因，主要有政策制度變化、水土流失治理、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、人們生產(chǎn)生活方式變化等。自治區(qū)各級(jí)政府、水行政主管部門深入貫徹落實(shí)“預(yù)防為主、保護(hù)優(yōu)先”的水土保持工作方針，加大了水土流失治理力度，加強(qiáng)了生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)督管理力度，督促生產(chǎn)建設(shè)單位嚴(yán)格落實(shí)水土保持“三同時(shí)”制度，減少了生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目導(dǎo)致的水土流失。同時(shí)，隨著城鎮(zhèn)化率的提高，大量人口從農(nóng)村涌向城市，農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)土地的擾動(dòng)減少，農(nóng)村耕地從分布碎片化、空間布局無序化、土地資源利用低效化、生態(tài)質(zhì)量退化逐步向整合、節(jié)約、集約利用轉(zhuǎn)變，也導(dǎo)致阿圖什市水土流失面積減少、強(qiáng)度降低。

從侵蝕模型計(jì)算因子的角度分析水土流失動(dòng)態(tài)變化的原因。水力侵蝕模數(shù)采用CSLE模型計(jì)算，2018、2019年計(jì)算因子中降雨侵蝕力因子采用相同值，土壤可蝕性、坡長(zhǎng)、坡度和耕作措施因子短時(shí)間內(nèi)變化不大，加之當(dāng)?shù)厮帘３止こ梯^少，工程措施因子變化小，因此對(duì)水力侵蝕變化起決定作用的是生物措施因子，而生物措施因子與植被覆蓋和土地利用有關(guān)。風(fēng)力侵蝕模數(shù)采用風(fēng)力侵蝕模型計(jì)算，2018、2019年計(jì)算因子中風(fēng)力、表土濕度、粗糙度因子變化不大，由于不同植被覆蓋和土地利用采用的風(fēng)力侵蝕模型不同，因此對(duì)風(fēng)力侵蝕變化起決定作用的也是植被覆蓋和土地利用因子。

具體來說，植被覆蓋的變化影響著阿圖什市水土流失狀況的整體變化，對(duì)水力侵蝕的影響較風(fēng)力侵蝕更為明顯。植被覆蓋整體向好發(fā)展，有助于水土流失面積減少，水土流失強(qiáng)度降低；反之，則水土流失面積增加，水土流失強(qiáng)度升高。與2018年相比，2019年阿圖什市植被覆蓋狀況有所改善，如高覆蓋、中高覆蓋植被面積分別增加了4.96、25.71 km2。植被覆蓋度提高，是水土流失面積減少、強(qiáng)度降低的主要原因。同時(shí)，土地利用的變化影響著阿圖什市水土流失狀況的局部變化。根據(jù)2018—2019年阿圖什市土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，這樣的土地利用變化對(duì)水土流失面積變化影響較小，對(duì)水力侵蝕面積變化影響較風(fēng)力侵蝕影響大。

5 結(jié)論與討論

新疆維吾爾自治區(qū)以干旱、半干旱氣候?yàn)橹?，降水是影響植被覆蓋的主要因素，植被覆蓋的變化影響著水土流失狀況的整體變化，且具有不確定性，建議地方政府在進(jìn)行目標(biāo)責(zé)任考核時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注人為因素引起的水土流失變化，對(duì)自然因素引起的變化可不納入考核內(nèi)容；自治區(qū)地處西北邊陲，地廣人稀，水土流失治理難度大，建議在制定地方政府目標(biāo)責(zé)任考核目標(biāo)時(shí)充分考慮區(qū)域差異性，適當(dāng)調(diào)整考核指標(biāo)。