云南省2012—2016年水土保持動態(tài)監(jiān)測結果分析

王帥兵，王克勤，李叔東，冷 鵬

(1.玉溪師范學院化學生物與環(huán)境學院，653100，云南玉溪；2.西南林業(yè)大學生態(tài)與環(huán)境學院，650224，昆明；3.云南省水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測總站，650224，昆明)

云南是一個多山的省份，山地面積占全省總面積的94%。境內高山峽谷縱橫，氣候類型復雜多樣，河流湖泊眾多，降雨量大而集中，再加上人類活動影響，水土流失十分嚴重[1]。嚴重水土流失造成土地生產力下降，淤積河床和水體，并導致洪澇、旱災、滑坡、泥石流等自然災害頻發(fā)[2]。治理水土流失和改善生態(tài)環(huán)境，是云南省生態(tài)建設面臨的重要任務。

水土保持監(jiān)測是水土保持工作的重要基礎，也是生態(tài)文明監(jiān)測預警機制的重要組成部分[3]。全國水土保持監(jiān)測網絡和信息系統(tǒng)一、二期工程建立覆蓋全國的水土保持監(jiān)測站點，形成較為完善的水土保持監(jiān)測體系。近年來，國內水土保持監(jiān)測工作者從監(jiān)測站點規(guī)劃布局、建設現狀、運行管理等開展一系列的研究[4-7]，并針對我國的水土保持監(jiān)測工作提出思考[8-9]，但是對于水土保持監(jiān)測站點多年監(jiān)測成果的分析評價還鮮見報道。

截至2017年，全國水土保持監(jiān)測網絡和信息系統(tǒng)建設二期工程在云南省建成36個水土保持監(jiān)測站點，基本建立云南省水土保持監(jiān)測體系。除常規(guī)水土保持監(jiān)測以外，云南高原湖泊和水源區(qū)眾多，出于保護水源的需要，部分監(jiān)測站點增加氮(N)、磷(P)等面源污染輸出的監(jiān)測。此外，云南地形復雜，地質活動頻繁，雨季降雨集中，部分山區(qū)泥石流頻發(fā)，給當地群眾生命財產安全造成巨大的威脅，是我國遭受泥石流災害最嚴重的省區(qū)之一[10]，因此，泥石流監(jiān)測也是云南省水土保持監(jiān)測的重要組成部分。

筆者依據2012—2016年云南省水土保持監(jiān)測站點的監(jiān)測匯編數據和全國水土保持三級區(qū)劃，對云南省5年間水土保持動態(tài)監(jiān)測結果進行分析，以期為今后水土保持監(jiān)測站點的監(jiān)測工作提供依據和借鑒，為水土流失防治提供科學依據和數據支撐。

1 研究區(qū)概況

云南省地處我國西南邊陲，地勢自西北向東南呈階梯式分布，海拔在76～6 740 m之間，高差懸殊達6 664 m，高山峽谷縱橫。云南氣候基本屬于亞熱帶高原季風型，立體氣候特點顯著，類型眾多、年溫差小、日溫差大、干濕季節(jié)分明、氣溫隨地勢高低垂直變化異常明顯。全省干濕季節(jié)分明，濕季(雨季)為5—10月集中85%的降雨量，降水的地域分布差異大，大部分地區(qū)年降水量在800 mm以上。境內高山、大河、湖泊眾多，土壤、植被類型豐富[11]。

云南省水土流失以水力侵蝕為主，水土流失面積10萬4 727.74 km2，占土地總面積的27.33%，其中輕度流失面積6萬3 078.39 km2，中度流失面積1萬7 617.13 km2，強烈流失面積1萬1 422.68 km2，極強烈流失面積8 056.56 km2，劇烈流失面積4 552.98 km2，全省年均土壤流失總量4萬8 143萬t，平均侵蝕模數1 256 t/(km2·a)，年均侵蝕深0.93 mm。

2 材料與方法

2.1 云南省水土保持監(jiān)測站點分區(qū)

2012—2016年云南省水土保持監(jiān)測數據匯編共計包括 36 個水土保持監(jiān)測站點，由于各站點自然環(huán)境、氣候、水土流失狀況等差異較大，綜合考慮，根據全國水土保持區(qū)劃中的三級區(qū)劃[12]，將36個水土保持監(jiān)測站點定位于6個水土保持類型區(qū)(表1)，包括滇黔川高原山地保土蓄水區(qū)、滇北中低山蓄水攔沙區(qū)、滇西北中高山生態(tài)維護區(qū)、滇東高原保土人居環(huán)境維護區(qū)、滇西中低山寬谷生態(tài)維護區(qū)、滇西南中低山保土減災區(qū)。

2.2 數據來源及方法

云南省水土保持監(jiān)測站點嚴格按照SL 277—2002《水土保持監(jiān)測技術規(guī)程》進行水土保持監(jiān)測，主要包括3類：一為徑流場監(jiān)測，即布設不同土地利用類型和水土保持措施的徑流小區(qū)，每場降雨過后測定次降雨產流和產沙量，取樣測定N、P含量(部分站點)，匯總年度數據計算徑流小區(qū)年度產流和產沙量，計算年徑流深、產流率(年徑流深與年降雨量的比值)、年土壤侵蝕模數、年N、P流失量(部分站點)；二為小流域卡口站監(jiān)測，通過長期連續(xù)觀測卡口站流量和含沙量，取樣測定N、P含量(部分站點)，計算小流域年度產流產沙量和N、P流失量(部分站點)，進而計算徑流深、徑流模數和輸沙模數；三是利用水文站監(jiān)測，通過水文站流量和含沙量數據，計算中大流域徑流模數和輸沙模數。用產流率和土壤侵蝕模數來表征徑流場產流和產沙情況，用徑流模數和輸沙模數來表征流域或集水區(qū)產流和產沙情況。N、P等測定方法均為國家標準規(guī)定的分析方法。泥石流監(jiān)測參照DZ/T 0221—2006《崩塌滑坡泥石流監(jiān)測規(guī)范》執(zhí)行。

筆者依據云南省36個水土保持監(jiān)測站點的2012—2016年的年度監(jiān)測報告，根據不同水土保持類型區(qū)各監(jiān)測站點的平均監(jiān)測數據進行分析。其中降雨年際變化分析6個水土保持類型區(qū)全部監(jiān)測站點的平均值；由于滇西北中高山生態(tài)維護區(qū)和滇西中低山寬谷生態(tài)維護區(qū)均僅有1個監(jiān)測點且類型不全，因此徑流場和流域產流產沙數據僅分析其余4個類型區(qū)各監(jiān)測站點水土保持動態(tài)監(jiān)測數據均值；面源污染輸出動態(tài)監(jiān)測選取松華壩水源區(qū)迆者小流域水土保持監(jiān)測站進行分析，而泥石流監(jiān)測則根據東川泥石流監(jiān)測站的監(jiān)測數據進行分析。

利用Excel 2010進行數據處理，利用SPSS 16.0進行數據分析。

3 結果與分析

3.1 不同水土保持類型區(qū)監(jiān)測站點降雨年際變化情況

根據監(jiān)測結果，2012—2016年云南省各水土保持類型區(qū)年降雨量差別較大，同一類型區(qū)年降雨總量變幅也較大(圖1)。不同水土保持類型區(qū)監(jiān)測站點最大年降雨量為滇西中低山寬谷生態(tài)維護區(qū)2016年2 019.2 mm，最小年降雨量是滇北中低山蓄水攔砂區(qū)2015年518.9 mm，兩者相差近4倍。2016年滇黔川高原山地保土蓄水區(qū)、滇北中低山蓄水攔沙區(qū)、滇西北中高山生態(tài)維護區(qū)、滇東高原保土人居環(huán)境維護區(qū)、滇西中低山寬谷生態(tài)維護區(qū)、滇西南中低山保土減災區(qū)降雨量均高于其他年份，分別為 1 154.0、895.0、719.2、1 000.3、2 019.2和694.0 mm；2013年各分區(qū)降雨量最小，分別為770.9、777.5、658.6、784.5、1 349.2和684.5 mm。

VII-1-2tx: Soil conservation and water storage area in the mountainous area of Yunnan-Guizhou-Sichuan Plateau. VII-2-2xj: Middle-low mountain water storage and sediment retaining area in North Yunnan. VII-2-3w: Ecological maintenance area of medium height mountain in Northwest Yunnan.VII-2-4tr：The maintenance area of soil-conserving living environment in eastern Yunnan plateau. VII-3-1w: Ecological maintenance area of middle-low mountains and wide valleys in West Yunnan. VII-3-2tz: Soil conservation and disaster reduction areas in middle-low mountainous areas of Southwest Yunnan. The same below.圖1 不同水土保持類型區(qū)典型監(jiān)測站點年降雨量Fig.1 Annual rainfalls of typical monitoring sites in different soil and water conservation type areas

3.2 不同水土保持類型區(qū)監(jiān)測站點產流產沙

3.2.1 徑流場產流產沙 根據2012—2016年滇黔川高原山地保土蓄水區(qū)、滇北中低山蓄水攔沙區(qū)、滇東高原保土人居環(huán)境維護區(qū)、滇西南中低山保土減災區(qū)4個水土保持類型區(qū)中水土保持監(jiān)測站點徑流場平均監(jiān)測數據分析結果(圖2和圖3)，不同水土保持類型區(qū)各地類產流率總體上表現為：荒地(0.225～0.356)>坡耕地(0.127～0.252)>草地(0.045～0.113)>梯坪地(0.056～0.100)>園地(0.035～0.066)>林地(0.014～0.063)，土壤侵蝕模數則表現為：坡耕地(764.8～1 834.5 t/(km2·a))>荒地(629.0～1 264.7 t/(km2·a))>梯坪地(320.1～556.3 t/(km2·a))>園地(74.7～258.0 t/(km2·a))>草地(69.5～191.0 t/(km2·a))>林地(44.9～151.7 t/(km2·a))。

表1 云南省不同水土保持區(qū)劃監(jiān)測站點分布

圖2 不同水土保持類型區(qū)各土地利用類型產流率Fig.2 Runoff rates of different land use types in different soil and water conservation type areas

圖3 不同水土保持類型區(qū)各土地利用類型土壤侵蝕模數Fig.3 Soil erosion moduli of different land use types in different soil and water conservation type areas

由于各水土保持類型區(qū)氣候、土壤、植被、作物等均存在差異，同一土地利用類型各分區(qū)之間產流產沙均存在一定的差異。其中林地和草地產流率和土壤侵蝕模數均為滇西南中低山保土減災區(qū)最大，而滇東高原保土人居環(huán)境維護區(qū)最??；不同水土保持類型區(qū)坡耕地產流率和土壤侵蝕模數均差異較大，其中產流率滇西南中低山保土減災區(qū)為滇北中低山蓄水攔沙區(qū)的2.0倍，土壤侵蝕模數滇北中低山蓄水攔沙區(qū)為滇黔川高原山地保土蓄水區(qū)的2.4倍；而梯坪地和園地相對差異較小，在各個水土保持類型區(qū)均有較好的水土保持效果。

3.2.2 流域產流產沙變化情況 為了統(tǒng)一尺度，本文將小流域卡口站和中大流域水文站區(qū)分開進行統(tǒng)計，其中利用水文站監(jiān)測點僅有2012—2014年監(jiān)測數據。由圖4和圖5可見，4個水土保持類型區(qū)小流域年均徑流模數在0.12～12.05 L/(s·km2)，輸沙模數在6.20～1 659.00 t/(km2·a)。其中徑流模數和輸沙模數最大的是滇北中低山蓄水攔沙區(qū)，最小的是滇黔川高原山地保土蓄水區(qū)，前者徑流模數是后者的5～49倍，輸沙模數是后者的5～235倍。相關分析結果表明，同一類型區(qū)監(jiān)測站點徑流模數和輸沙模數存在相關關系，相關系數達到0.684～0.841(P<0.05)，說明小流域年產流量的年際變化和產沙量基本是同步的；而4個類型區(qū)監(jiān)測站年徑流模數、輸沙模數與年降雨量之間相關關系不明顯。

圖4 不同水土保持類型區(qū)典型小流域徑流模數Fig.4 Runoff moduli of typical small watershed in different soil and water conservation type areas

圖5 不同水土保持類型區(qū)典型小流域輸沙模數Fig.5 Sediment moduli of typical small watershed in different soil and water conservation type areas

4個水土保持類型區(qū)代表性水文站年均徑流模數為0.20～10.90 L/(s·km2)，輸沙模數為1.28～686.00 t/(km2·a)(圖6)，其差異主要體現在不同的河流和流域。同一水文站徑流模數和輸沙模數年際變化相比小流域有所減少，說明中大流域尺度上流域產流產沙相對來說更加穩(wěn)定。相關分析結果表明，水文監(jiān)測站點徑流模數和輸沙模數存在弱相關關系(P<0.1)，監(jiān)測站年徑流模數、輸沙模數與年降雨量之間同樣存在弱相關關系(P<0.1)。

圖6 不同水土保持類型區(qū)代表性水文站徑流模數、輸沙模數Fig.6 Runoff moduli and sediment transport moduli of representative hydrological sites in different soil and water conservation type areas

3.3 面源污染輸出情況動態(tài)監(jiān)測

云南湖泊水體眾多，由于水土流失導致的面源污染造成重要湖泊和水源區(qū)的水質退化問題，越來越引起廣泛重視[13]。因此，筆者主要根據松華壩水源區(qū)迆者小流域監(jiān)測站2012—2016 年的監(jiān)測數據進行分析。

3.3.1 徑流場面源污染物輸出 研究表明，農業(yè)面源污染主要發(fā)生在耕地[14]，而坡耕地嚴重水土流失使其成為面源污染的一大策源地[15]。針對坡耕地的面源污染防治問題，2012—2016 年松華壩水源區(qū)迆者小流域監(jiān)測站通過對布設等高反坡階前后坡耕地面源污染輸出量進行監(jiān)測，研究等高反坡階對于坡耕地面源污染的控制效果。監(jiān)測結果(圖7)表明，坡耕地布設等高反坡階后，可以減少總氮流失62.78%～86.50%，減少總磷流失50.41%～90.83%，說明等高反坡階對于N、P等面源污染物具有非常好的控制效果。

TN- CK和TP- CK分別表示原狀坡耕地總氮、總磷流失量；TN- DG和TP- DG分別表示布設等高反坡階坡耕地總氮、總磷流失量。TN- CK and TP- CK refer to the TN (total nitrogen) and TP (total phosphorus) losses on sloping farmland. TN- DG and TP- DG refer to the TN and TP losses of the sloping farmland treated with contour reverse-slope terrace.圖7 2012—2016年迆者小流域坡耕地TN、TP流失量Fig.7 TN and TP losses of sloping farmland in Yizhe small watershed from 2012 to 2016

3.3.2 小流域面源污染物輸出 松華壩水源區(qū)迆者小流域2012—2016年N和P輸出質量濃度分別為2.55～5.23 mg/L和0.65～1.36 mg/L，年N、P輸出量分別為3.65～15.12 t和0.95～2.44 t(圖8)，總體上N輸出質量濃度和輸出量均大于P，而流域N、P平均輸出質量濃度和輸出量之間年際變化呈現出一致的規(guī)律，說明小流域內氮肥和磷肥施用基本上是同步的，且氮肥用量要遠大于磷肥。相比而言，P的輸出濃度和輸出量年際變化幅度要小于N，說明P的輸出受到其他因素的影響更小，輸出更加穩(wěn)定。

圖8 迆者小流域2012—2016年N、P輸出質量濃度和輸出量Fig.8 TN and TP output concentration and output amount in Yizhe small watershed from 2012-2016

3.4 泥石流動態(tài)監(jiān)測

東川泥石流監(jiān)測站所處的蔣家溝流域位于小江干熱河谷區(qū)，在2012—2016年的監(jiān)測過程中，2013年發(fā)生1次泥石流，2014年發(fā)生2次泥石流(表2)。根據監(jiān)測結果，2013年和2014年降雨量分別為432.7和486.8 mm，比2012、2015、2016年降雨量小20%以上，說明年降雨量和泥石流的發(fā)生沒有直接關系；3次泥石流中發(fā)生時次降雨量分別為74.8、46.3和15.4 mm，其中1301和1401泥石流屬于短歷時大暴雨，說明短歷時大暴雨是導致泥石流發(fā)生的重要誘因；而1402泥石流發(fā)生在1401泥石流之后18 d，盡管降雨量僅有15.4 mm，但是由于1401泥石流發(fā)生后形成的松散物質較多，很容易引發(fā)二次泥石流。

表2 東川泥石流監(jiān)測站2012—2016年發(fā)生泥石流侵蝕要素

4 討論

筆者依據云南省水土保持監(jiān)測站2012—2016年監(jiān)測數據進行分析整理，得出一定的監(jiān)測和研究成果，為云南省的水土保持工作提供一定科技和理論支撐。其中針對徑流場監(jiān)測中用多種水土保持耕作措施與傳統(tǒng)耕作方式進行對比，結合不同土地利用類型為各地區(qū)符合當地條件的水土保持措施的推廣打下一定的理論和現實基礎；針對小流域卡口站的監(jiān)測結合流域土地利用方式變化，對全省小流域的水土流失情況有了初步的了解和掌握；針對泥石流溝道的監(jiān)測獲取泥石流發(fā)生及運動規(guī)律，為全省泥石流災害的防治起到一定的指導作用；利用水文站的監(jiān)測站有助于從流域尺度掌握地區(qū)性的水土流失及變化情況，為保護河道及河流水質提供參考。

通過分析得出，不同土地利用類型產流率表現為荒地>坡耕地>草地>梯坪地>園地>林地，土壤侵蝕模數表現為坡耕地>荒地>梯坪地>園地>草地>林地；這與王國重等[16]和游翔等[17]的研究結論基本一致。眾所周知，林草地水土保持效果最好，坡耕地則水土流失比較嚴重，但是云南山區(qū)面積大，人口眾多，尤其是怒江、金沙江、瀾滄江等高山峽谷地區(qū)居住人口也較多，只能通過耕種坡耕地以維持生存和生活。在具備實施條件的區(qū)域實施坡改梯是解決坡耕地水土流失的一個重要途徑，但仍有大量的坡耕地無法改造為梯坪地。部分水土保持監(jiān)測站點開展關于在坡耕地布設等高反坡階以及保土耕作的水土保持監(jiān)測工作，發(fā)現等高反坡階和保土耕作可以減少徑流30%～60%，減少泥沙40%～70%，而等高反坡階更是可以減少N流失62.78%～86.50%，減少P流失50.41%～90.83%。這些耕作措施不僅具有較好的水土保持效果，而且具有施工簡便、工程量小等優(yōu)點。如能大力推廣，將大大減少坡耕地水土流失和面源污染，可在不影響當地居民經濟發(fā)展的同時又很好地解決廣大山區(qū)水土流失問題[15]。云南省處于諸多大江大河的源頭區(qū)域，從監(jiān)測結果來看，金沙江、紅河、瀾滄江、珠江等河流含沙量均較大。因此，防治水土流失必須從源頭做起，在水土保持監(jiān)測的基礎上，通過合理布設水土保持措施，減少水土流失和面源污染，保護生態(tài)環(huán)境。

云南省水土保持監(jiān)測工作還存在一些問題：1)監(jiān)測點布局。從監(jiān)測站點分布來看，滇黔川高原山地保土蓄水區(qū)、滇北中低山蓄水攔沙區(qū)和滇東高原保土人居環(huán)境維護區(qū)過于集中，而其他分區(qū)監(jiān)測站點較少。2)監(jiān)測運行管理?，F行36個水土保持監(jiān)測站中點有4個監(jiān)測未正常開展水土保持監(jiān)測，部分監(jiān)測站點監(jiān)測數據不完整。3)開發(fā)建設項目水土保持監(jiān)測。當前云南省開發(fā)建設項目造成的水土流失量所占比例較大，今后水土保持監(jiān)測站的設置應結合開發(fā)建設項目，開展開發(fā)建設項目水土流失防治的監(jiān)測工作。4)監(jiān)測成果推廣。全省水土保持監(jiān)測站開展了大量關于水土保持措施的監(jiān)測工作，包括等高反坡階整地、保土耕作、坡改梯、坡耕地改園地等，取得了大量的理論成果，今后應依據監(jiān)測成果加強對水土保持措施的推廣，以防治耕作過程中產生的大量水土流失。

5 結論

1)不同水土保持類型區(qū)各地類產流率表現為荒地(0.225～0.356)>坡耕地(0.127～0.252)>草地(0.045～0.11)>梯坪地(0.056～0.100)>園地(0.035～0.066)>林地(0.014～0.063)；土壤侵蝕模數表現為坡耕地(764.8～1 834.5)>荒地(629.0～1 264.7)>梯坪地(320.1～556.3)>園地(74.7～258.0)>草地(69.5～191.0)>林地(44.9～151.7)。

2)不同水土保持類型區(qū)小流域年均徑流模數為0.12～12.05 L/(s·km2)，輸沙模數為6.20～1 659.00 t/(km2·a)；不同水土保持類型區(qū)代表性水文站年均徑流模數為0.20～10.90 L/(s·km2)，輸沙模數為1.28～686.00 t/(km2·a)。

3)坡耕地布設等高反坡階后，可以穩(wěn)定減少N流失62.78%～86.50%，減少P流失50.41% ～90.83%；迆者小流域2012—2016年N和P輸出質量濃度分別為2.55～5.23 mg/L和0.65～1.36 mg/L，年N和P輸出量分別為3.65～15.12 t和0.95～2.44 t。

4)短歷時大暴雨是導致泥石流發(fā)生的重要誘因；泥石流發(fā)生后短期內如在發(fā)生較強的降雨，很容易引發(fā)二次泥石流。