陸歡歡,湯建熙,樊峻江,吳嘉裕,劉敏昊,李 盟,趙言文
(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)研究院,江蘇 南京210095;2.江蘇省水土保持辦公室,江蘇 南京210029;3.江蘇省農(nóng)村水利科技發(fā)展中心,江蘇 南京210029;4.江蘇省水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測總站,江蘇 南京210029)
(責(zé)任編輯 趙文禮)
2011年3月1日實(shí)施的新水土保持法第二十五條規(guī)定:“在山區(qū)、丘陵區(qū)、風(fēng)沙區(qū)以及水土保持規(guī)劃確定的容易發(fā)生水土流失的其他區(qū)域開辦可能造成水土流失的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目,生產(chǎn)建設(shè)單位應(yīng)當(dāng)編制水土保持方案”。通過對該條法律的學(xué)習(xí)與領(lǐng)會(huì),條文中所說的“容易發(fā)生水土流失的其他區(qū)域”可解讀為平原區(qū)的水土流失易發(fā)區(qū)。本研究在對江蘇省水土流失現(xiàn)狀及影響因素進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合本省實(shí)際情況和區(qū)域特點(diǎn),提出了劃分江蘇省水土流失易發(fā)區(qū)應(yīng)遵循的原則,建立了易發(fā)區(qū)劃分的評價(jià)指標(biāo)體系,提出了劃分的方法,旨在為之后的具體劃分工作提供技術(shù)支持。
江蘇省位于我國大陸東部沿海,屬長江三角洲地區(qū),東瀕黃海,海岸線長954 km,總面積10.67 萬km2;地形以平原為主,地勢平坦,部分地區(qū)分布有低山、丘陵、崗地。全省地處江、淮、沂、沭、泗水的下游,省內(nèi)水系分屬長江、淮河兩大流域,其中長江流域面積3.86萬km2,淮河流域面積6.29 萬km2,水面面積約占總面積的16.86%,水陸比例之高位居全國首位。
江蘇省屬我國亞熱帶向暖溫帶過渡地帶,年平均氣溫13 ~16 ℃,年均降水量800 ~1 200 mm,植被類型由北向南依次為落葉闊葉林、落葉常綠闊葉混交林和常綠闊葉林,土壤以耕種土壤為主。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量均處于良好狀態(tài),具有較豐富的光、熱、水資源。
江蘇省屬我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū),2011年全省實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值超過4.8 萬億元,年增長11%左右,人均GDP 突破6 萬元,規(guī)模以上工業(yè)增加值2.5 萬億元,產(chǎn)值突破10 萬億元,繼續(xù)位居全國前列。全省土地利用以農(nóng)業(yè)用地為主,但建設(shè)用地比例高于全國平均水平、未利用地低于全國平均水平。
江蘇省水土流失主要分布在丘陵山區(qū)(低山、丘陵、崗地)和平原沙土區(qū),大部分地區(qū)以水力侵蝕為主,侵蝕形式主要為面蝕和溝蝕,個(gè)別地區(qū)堆土、河道坡面不穩(wěn)定造成滑坡等重力侵蝕,黃河故道高亢平原沙土區(qū)和沿海平原沙土區(qū)的少部分地區(qū)還存在風(fēng)蝕現(xiàn)象[1]。
江蘇省的丘陵山區(qū)面積占全省總面積的三成左右,水土流失嚴(yán)重的丘陵地區(qū)平均土壤侵蝕模數(shù)約為2 000 t/(km2·a),丘陵山區(qū)的水土流失主要集中在南部的寧鎮(zhèn)揚(yáng)、宜潥低山丘陵區(qū),西部的盱眙、泗洪低山丘陵崗地區(qū)和北部的徐連低山丘陵區(qū)。平原地區(qū)表面看無明顯的水土流失,但實(shí)際上水土流失不僅存在且在一定范圍內(nèi)還很嚴(yán)重,這些地區(qū)的土壤侵蝕模數(shù)一般在1 500 t/(km2·a)以上,嚴(yán)重地區(qū)超過10 000 t/(km2·a)[2]。平原沙土區(qū)的水土流失主要集中在廢黃河高亢平原沙土區(qū)、沿海平原沙土區(qū)和通揚(yáng)運(yùn)河以南的高沙土區(qū)。
江蘇省水土流失以輕度、微度流失為主,流失強(qiáng)度與面積的地域分布特征差異明顯。據(jù)遙感調(diào)查統(tǒng)計(jì),2007年全省輕度以上水土流失面積6 279 km2,占全省土地總面積的6.1%,其中丘陵山區(qū)流失面積4 018 km2,平原沙土區(qū)2 261 km2,分別占全省水土流失面積的64.0%、36.0%。
隨著城市化進(jìn)程的加快,城市中開發(fā)區(qū)建設(shè)以及大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施和生產(chǎn)設(shè)施建設(shè)、房地產(chǎn)開發(fā)等造成的水土流失日趨嚴(yán)重。據(jù)對全省2006—2011年期間開工和驗(yàn)收的省級(jí)典型生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì),全省各類生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目共計(jì)200 多個(gè),年均占地面積達(dá)4 615.04 km2。據(jù)分析,全省的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目主要為堤防河道整治類、鐵路類、火電類、管線類、水利水電和輸變電類,占用、擾動(dòng)土地面積占開發(fā)建設(shè)區(qū)總面積的88.31%,全省每年因生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目造成的水土流失面積達(dá)6 000 多km2。
(1)降雨。降雨是引起水土流失的直接動(dòng)力因子,實(shí)際研究中多采用降雨侵蝕力來反映降雨對水土流失的影響。降雨侵蝕力因子R 值與降雨量、降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)等因素有關(guān),一般情況下,降雨量越大、降雨強(qiáng)度越大、降雨歷時(shí)越長,水土流失量就越大。江蘇省地處北亞熱帶和暖溫帶氣候區(qū),降雨豐沛但分布不均,降雨量主要集中在每年的5—9月份。山丘區(qū)地勢落差較大、坡度較陡,在降雨、徑流等作用下很容易發(fā)生面蝕和溝蝕,土質(zhì)松散的沙土區(qū)、河道區(qū),尤其是那些新開河溝的坡面,由于無良好的防護(hù)措施,所以當(dāng)遇到排洪量大速度快、汛期時(shí)間長、水位變幅大的情景時(shí),河溝坡面易坍塌,造成河床淤積。
(2)土壤。土壤可蝕性因子K 是度量土壤是否易受侵蝕的重要指標(biāo),它與土壤類型、土壤質(zhì)地和土壤有機(jī)質(zhì)含量有較高的相關(guān)性。一般情況下,砂土水土流失最嚴(yán)重,黏土水土流失最輕;土壤有機(jī)質(zhì)含量越低、土地越貧瘠就越易造成土壤侵蝕[3]。江蘇省以壤土為主,由北向南依次為棕壤、淋溶褐土、黃棕壤和黃壤等[4],壤土結(jié)構(gòu)較密實(shí),抗蝕能力較強(qiáng),無人為擾動(dòng)的自然狀態(tài)下水土流失不大。但在黃河故道沿線以及通南與沿海地區(qū)存在較廣的砂土、粉砂壤土,這些土壤結(jié)構(gòu)疏松、抗侵蝕能力弱,在雨水和風(fēng)力作用下易流失,造成河溝淤積。
(3)植被。植被防止土壤侵蝕的作用主要包括對降雨動(dòng)能的削減作用、保水作用和抗侵蝕作用,同裸露坡地相比,有植被覆蓋的土地水土流失會(huì)大大減少[5]。影響水土流失的植被因子包括植物種類、植被類型、郁閉度、覆蓋度。在一定范圍內(nèi),林木郁閉度或林草植被覆蓋度越高,其防治水土流失的效果就越好。江蘇省森林植被主要分布在約占總面積5%的丘陵、低山地區(qū),平原沙土區(qū)部分河溝坡面缺少植被覆蓋,雨滴擊打使坡面出現(xiàn)密集的細(xì)溝并進(jìn)而發(fā)展成為切溝;沿海平原的沙質(zhì)土地土層厚度不足10 cm,地表植被一旦破壞,沙化速度極快,易造成水土流失;部分山丘區(qū)林草稀疏、土薄缺水、植被覆蓋率低,水土流失嚴(yán)重。因此,缺乏植被固結(jié)土壤、截留雨水等作用是部分地區(qū)水土流失較易發(fā)生的一個(gè)重要原因。
(4)地形地貌。地形與地貌是在造山運(yùn)動(dòng)與夷平運(yùn)動(dòng)共同作用下形成的,它是水土流失發(fā)生發(fā)展的必要條件,主要指標(biāo)包括海拔、相對高差、地形坡度和坡長。一般情況下,海拔不是影響水土流失的主要因素,相對高差(起伏高度)是水土流失發(fā)生發(fā)展的必要條件,地形坡度和坡長是影響水土流失強(qiáng)度的直接因素。地形起伏度越大、坡面越陡越長,水土流失發(fā)生發(fā)展的程度就越嚴(yán)重[6]。江蘇省陸上地貌以平原為主,地形地貌總體起伏度變化不大,地勢平坦,但部分地區(qū)相對高差可達(dá)300 m。因此,全省境內(nèi)平原地區(qū)水土流失多為面蝕,低山、丘陵和崗地較易發(fā)生溝蝕。
人類不合理的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)是加劇水土流失的決定性因素。人類活動(dòng)對水土流失的破壞有植被破壞、土地不合理利用、生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目擾動(dòng)地表以及水保意識(shí)薄弱造成的水土流失等,其中生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目誘發(fā)的水土流失已成為江蘇省新增水土流失的重要組成部分。生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目導(dǎo)致的水土流失可分為三大類[7]:第一類是工程建設(shè)占用大量土地,一方面在建設(shè)期內(nèi)建筑工地閑置堆放表土易造成水土流失,另一方面是大量堆放臨時(shí)表土的堆土場和堆放棄土(渣)的棄土場造成的水土流失;第二類是在道路建設(shè)過程中開挖邊坡、構(gòu)筑人工邊坡、破壞下墊面條件造成的水土流失;第三類是隨著城市化進(jìn)程的加快、勞動(dòng)力的轉(zhuǎn)型和城市人口的增加,城市邊緣土地利用方式發(fā)生了很大變化,在土地利用轉(zhuǎn)型的過程中也會(huì)造成水土流失。
水土流失易發(fā)區(qū)的劃分既要考慮劃分方法的科學(xué)性、合理性,又要考慮實(shí)際的可操作性。結(jié)合江蘇省的實(shí)際,水土流失易發(fā)區(qū)的劃分應(yīng)實(shí)行宏觀和量化相結(jié)合,以宏觀為主、量化為輔,此外還應(yīng)遵循以下原則。
社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平越低、經(jīng)濟(jì)越貧困,水土流失就越嚴(yán)重。第寶鋒等[8]的研究表明,我國的水土流失區(qū)與貧困人口的空間分布具有地理耦合性,二者相互影響、互為因果,形成“貧困—人口壓力—水土流失—生態(tài)惡化—貧困加劇”的怪圈。但隨著城市化、工業(yè)化和交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)程的加快,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的水土流失也會(huì)出現(xiàn)日趨嚴(yán)重的局面。
江蘇省是我國重要的經(jīng)濟(jì)中心,社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,全省生產(chǎn)總值從1997年的6 680.34 億元增加到2005年的18 305.66億元,全省城市化水平從1997年的31.50%提高到2005年的50.50%。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化水平的提高,建設(shè)用地也呈快速擴(kuò)張趨勢,由1997年的158.42 萬hm2擴(kuò)大到2005年的183.15萬hm2,增長率達(dá)15.61%。建設(shè)用地的增加,將不可避免地會(huì)擾動(dòng)地表,增加土石開挖量,從而造成水土流失。
此外,江蘇省人多地少,目前正處于城市化和工業(yè)化發(fā)展的高峰期,城鎮(zhèn)工礦、區(qū)域交通、水利等基礎(chǔ)設(shè)施和新農(nóng)村建設(shè)用地等都形成了對建設(shè)用地的剛性需求,但又要確保全省耕地和基本農(nóng)田的穩(wěn)定,這就要求江蘇省加大對土地開發(fā)整理的力度。在土地開發(fā)整理過程中,表土剝離層雖不厚但涉及的面積大,表土剝離量大,易造成水土流失;在管道布設(shè)以及渠道、排水溝道開挖過程中會(huì)存在土石方開挖及回填,也會(huì)造成一定的水土流失。因此,易發(fā)區(qū)劃分應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)但水土流失嚴(yán)重的地區(qū)應(yīng)劃入易發(fā)區(qū)。
隨著城市經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和居民生活水平的不斷提高,人們對生態(tài)環(huán)境的要求越來越高,優(yōu)美、舒適的居住環(huán)境已經(jīng)直接影響到人們的心理、生理以及精神生活。江蘇省作為我國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)地區(qū)之一,城市化水平達(dá)50.50%以上,城鎮(zhèn)居民年人均可支配收入和農(nóng)民年人均純收入分別為12 319、5 279 元,居民的生活水平位居全國前列。在滿足物質(zhì)生活的基礎(chǔ)上,人們開始追求更高質(zhì)量的生活,開始對周圍居住的生態(tài)環(huán)境有著更高的要求。江蘇省以占全國1.06%的土地承載著占全國6%的人口和10%的經(jīng)濟(jì)總量,區(qū)內(nèi)人口密度大,長期高強(qiáng)度的人為干擾,加上降雨豐沛,致使水土流失加劇、環(huán)境脆弱。此外,新水保法提出要保護(hù)人居環(huán)境功能,因此水土流失易發(fā)區(qū)的劃分應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)厝嗣袢罕妼ι鷳B(tài)環(huán)境的要求,人民群眾對生態(tài)環(huán)境要求較高的地區(qū)應(yīng)劃入易發(fā)區(qū)。
平原沙土區(qū)在其他省份較為少見,有資料顯示,世界范圍內(nèi)只有美國、澳大利亞存在平原沙土區(qū),所以江蘇省的平原沙土區(qū)具有區(qū)域特殊性。江蘇省的平原沙土區(qū)包括黃河高亢平原沙土區(qū)、沿海平原沙土區(qū)和通揚(yáng)運(yùn)河以南高沙土區(qū),區(qū)內(nèi)土壤結(jié)構(gòu)松散、黏塑性差,遇到強(qiáng)度大的降雨,極易發(fā)生水土流失。
據(jù)測定,通南高沙土區(qū)土壤砂粒含量為30% ~40%,粉粒含量高達(dá)40% ~50%,黏粒含量僅占10%~15%,總孔隙率小于50%。當(dāng)土壤含水率大于20%時(shí),接近粉砂土的流限,極易產(chǎn)生流失。暴雨時(shí),雨滴擊打溝坡、堤岸,先是產(chǎn)生沿坡面的細(xì)溝侵蝕,進(jìn)而發(fā)展成為切溝侵蝕,嚴(yán)重危及溝坡、堤岸安全[9]。此外,強(qiáng)度大的降雨也是江蘇省平原沙土區(qū)容易發(fā)生水土流失的外在因素之一。新中國建立以來,本區(qū)最大的一日暴雨量:黃泛平原的豐縣204 mm、沛縣337 mm,通南高沙土平原的海安縣189 mm、黃橋238 mm,這些地區(qū)幾乎每年都要發(fā)生100 mm 以上的日降雨過程。據(jù)調(diào)查,平原沙土區(qū)水土流失嚴(yán)重的地方土壤侵蝕模數(shù)可達(dá)6 000 ~18 000 t/(km2·a)[10]。因此,江蘇省特殊地貌——平原沙土區(qū)應(yīng)劃入水土流失易發(fā)區(qū)范圍。
在其他條件相同的情況下,單位面積土地上的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目越多水土流失就越嚴(yán)重;相同時(shí)間內(nèi),一定區(qū)域內(nèi)的建設(shè)項(xiàng)目越多水土流失也就越嚴(yán)重。
以往的水土流失研究主要集中在山區(qū)、丘陵區(qū),對平原區(qū)的水土流失關(guān)注較少,人們在生產(chǎn)建設(shè)過程中不注重水土保持,也比較少編制水土保持方案,故不能僅從江蘇省水土保持方案的數(shù)量推斷江蘇省的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的密集程度,還應(yīng)考慮江蘇省的建設(shè)用地變化情況。
隨著江蘇省城市化、工業(yè)化進(jìn)程的加快,城鄉(xiāng)建設(shè)用地、交通水利設(shè)施用地和經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)用地等建設(shè)用地在不斷增長。“十一五”期間,江蘇省生產(chǎn)總值每增長1 億元,建設(shè)用地量增加9.4 hm2,是“十五”時(shí)期增加量的一半;至2020年,江蘇省的城鎮(zhèn)工礦用地預(yù)計(jì)將比2005年增加16.23 萬hm2,交通水利設(shè)施用地預(yù)計(jì)將比2005年增加9.86 萬hm2,這說明江蘇省的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)力度較大,由此造成的水土流失也較為嚴(yán)重。因此,易發(fā)區(qū)的劃分應(yīng)與當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的建設(shè)密度、頻率相關(guān)聯(lián)。
4.1.1 易發(fā)區(qū)劃分指標(biāo)體系建立的原則
影響水土流失的因素是復(fù)雜的,因此易發(fā)區(qū)劃分指標(biāo)體系的選取應(yīng)遵循以下原則:①科學(xué)性原則。即指標(biāo)的選擇、權(quán)重系數(shù)的確定及數(shù)據(jù)的選取、計(jì)算與合成,必須以公認(rèn)的科學(xué)理論為依據(jù),所建立的指標(biāo)體系應(yīng)能充分反映水土流失狀況。②系統(tǒng)性原則。確定相應(yīng)的評價(jià)層次,將各個(gè)評價(jià)指標(biāo)按系統(tǒng)論的觀點(diǎn)進(jìn)行考慮,使主要因素不遺漏、層間因素要有遞進(jìn)關(guān)系,構(gòu)成一個(gè)相互聯(lián)系的有機(jī)整體。③可操作性原則。指標(biāo)要易采集并具可操作性。⑤獨(dú)立性原則。各指標(biāo)之間應(yīng)相互獨(dú)立,避免重復(fù)。
4.1.2 易發(fā)區(qū)劃分指標(biāo)體系建立的內(nèi)容
水土流失易發(fā)區(qū)的劃分,關(guān)鍵是要建立一套合理的、行之有效的指標(biāo)體系。根據(jù)江蘇省水土流失現(xiàn)狀,綜合考慮自然、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等多方面的因素,并遵循易發(fā)區(qū)的劃分原則,采用層次分析結(jié)構(gòu)模型法,分目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層3 個(gè)層次構(gòu)建易發(fā)區(qū)劃分指標(biāo)體系,整個(gè)指標(biāo)體系由1 個(gè)目標(biāo)層、3 個(gè)準(zhǔn)則層和14 個(gè)指標(biāo)構(gòu)成,如表1 所示。
表1 江蘇省水土流失易發(fā)區(qū)劃分指標(biāo)體系
(1)目標(biāo)層。目標(biāo)層是易發(fā)區(qū)劃分指標(biāo)體系的最高層,易發(fā)區(qū)劃分的目標(biāo)在于通過建立評價(jià)指標(biāo)、采用評價(jià)方法得到水土流失易發(fā)區(qū)域,為全國和省級(jí)編制水土保持規(guī)劃提供基本的資料,為平原區(qū)水土保持監(jiān)督管理提供科學(xué)依據(jù)。
(2)準(zhǔn)則層。準(zhǔn)則層是連接目標(biāo)層和具體指標(biāo)層的橋梁,是對目標(biāo)層的解析,也是對下設(shè)指標(biāo)層內(nèi)容的綜合。準(zhǔn)則層包括自然因子、社會(huì)因子和經(jīng)濟(jì)因子。
(3)指標(biāo)層。指標(biāo)層是構(gòu)成易發(fā)區(qū)劃分指標(biāo)體系的最基本單元,是對準(zhǔn)則層三方面內(nèi)容的具體評價(jià)指標(biāo),闡明各個(gè)分類指標(biāo)的不同要素,以定量或定性指標(biāo)進(jìn)行易發(fā)區(qū)劃分。
主要采用定性與定量分析相結(jié)合的方法進(jìn)行江蘇省水土流失易發(fā)區(qū)劃分。利用GIS 將江蘇省平原區(qū)進(jìn)行柵格化處理,然后再基于ArcGIS 9.3 地理信息系統(tǒng)和SPSS 統(tǒng)計(jì)分析平臺(tái),依據(jù)定性與定量指標(biāo),采用主成分分析、系統(tǒng)聚類統(tǒng)計(jì)分析和GIS 空間疊置分析相結(jié)合的方法,對江蘇省平原區(qū)水土流失進(jìn)行劃分,得到江蘇省容易發(fā)生水土流失的區(qū)域,并結(jié)合實(shí)際情況、水土保持工作特點(diǎn)以及各市縣意見,進(jìn)一步對劃分結(jié)果進(jìn)行個(gè)別調(diào)整和歸并。
[1]鄒碧瑩,丁美,籍春蕾,等.江蘇省丘陵山區(qū)及平原沙土區(qū)水土流失綜合治理及效益評估研究[J].水土保持通報(bào),2012,32(1):156-160.
[2]宋波.徐州地區(qū)粉砂土質(zhì)河道綜合防護(hù)措施探討[J].江蘇水利,2007(1):19-20.
[3]張愛國,馬志正,楊勤科,等.中國水土流失土壤因子研究進(jìn)展[J].山西師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2002,16(1):79-85.
[4]周傳槐.江蘇省土壤類型的劃分及其實(shí)用意義[J].土壤通報(bào),1959(5):30-39.
[5]Wang W Z,Jiao J Y.Quantitative evaluation on factors influencing soil erosion in China[J].Bulletin of Soil and Water Conservation,1996,16(5):1-20.
[6]賈立海.河北省平原水土流失易發(fā)區(qū)劃分探討[J].河北水利,2011(7):8-9.
[7]張麗萍,張銳波,柳云龍.城市擴(kuò)建誘發(fā)水土流失的空間地理場分析[J].水土保持通報(bào),2002,22(6):20-22.
[8]第寶鋒,寧堆虎,魯勝力.中國水土流失與貧困的關(guān)系分析[J].水土保持通報(bào),2006,26(3):68-72.
[9]金兆森,陶濤.江蘇省平原沙土區(qū)水土保持措施及其作用[J].水土保持研究,2005,12(5):119-121.
[10]劉復(fù)新,朱克成,李蘭.江蘇省平原沙土區(qū)的水土流失與治理[J].中國水土保持,1989(6):12-13.