齊 斐，胡續(xù)禮，劉 霞?，邢先雙，宋媛媛，張洪達，徐 春，張志揚，李正波

(1.江蘇省水土保持與生態(tài)修復重點實驗室/南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心/南京林業(yè)大學林學院，210037，南京；2.水利部 淮河水利委員會，233001，安徽蚌埠； 4.山東省沂源縣水土保持局，256100，山東淄博)

以小流域為單元實施綜合治理，是在長期生產實踐和科學研究中形成的具有中國特色的水土流失防治思想，也是我國水土流失綜合防治工作中的一項創(chuàng)舉[1-3]。隨著《全國水土保持規(guī)劃(2015—2030年)》和省級、市級水土保持規(guī)劃的相繼批復及發(fā)布，對縣級水土保持工作提出了更加明確的要求和任務[4-5]。如何在國家級-省級-市級水土保持規(guī)劃指導下，開展縣級水土保持布局及措施配置研究，是縣級水土保持規(guī)劃編制中亟待解決的問題[6]；但目前有關縣域尺度水土保持布局及措施配置的研究多以定性描述為主，實施的范圍、邊界和內容難以落到具體空間單元上，對縣級水土保持工作的指導性較弱[7-9]。而以小流域為單元，開展縣級水土保持布局和措施配置研究，有助于推動縣級水土保持工作與空間基礎單元的有效銜接，進一步提升水土保持工作的精準化與信息化，為縣域尺度水土流失綜合防治和水土保持工作提供技術支撐與科學依據(jù)。沂源縣水土流失嚴重，屬沂蒙山泰山國家級水土流失重點治理區(qū)、魯中南低山丘陵土壤保持區(qū)，是國家坡耕地水土流失綜合治理項目區(qū)和水土保持重點建設工程項目縣之一。筆者以沂源縣為例，探討以小流域為單元、以圖斑為基礎的縣級水土保持布局與措施配置，以期為沂源縣水土保持工作提供數(shù)據(jù)和技術支撐。

1 研究區(qū)概況

沂源縣位于山東省中部、沂蒙山區(qū)北部(E 117°54′～118°31′，N 35°55′～36°23′)，國土面積1 635.80 km2，屬北方土石山區(qū)。境內以低山丘陵為主，占98.20%；坡度以平緩坡(<5°)、斜坡(8～15°)和陡坡(15°～25°)為主，占77.43%；屬暖溫帶季風大陸性氣候，多年平均氣溫11.9 ℃，多年平均日照時間2 592.7 h，多年平均無霜期189 d，多年平均降水量738.2 mm，主要集中在6—8月；全縣海拔多在200～600 m，最高1 108.3 m，平均海拔400 m，為山東省平均海拔最高的縣，號稱“山東屋脊”；地表巖性多為石灰?guī)r、頁巖和花崗巖，土壤多為褐土、棕壤，褐土土質主要為壤土和黏壤土，棕壤土質主要為砂土和沙壤土。境內發(fā)源沂河、彌河、新汶河3條水系，以沂河水系為主，現(xiàn)有1座大型田莊水庫、1座中型紅旗水庫，無客水過境。地帶性植被為暖溫帶落葉闊葉林，主要植被種類有側柏(PlatycladusorientalisFranco)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、油松(PinustabulaeformisCarr.)、蘋果(Maluspumila)、櫻桃(Cerasuspseudocerasus)等喬木林，黃荊(Vitexnegundo)、胡枝子(LespedezabicolorsTurcz.)等灌木，蚊子草(Filipendulapalmata(Pall.) Maxim.)、黃蒿(Artemisiascopariawaldst.et Kit)、蒺藜(Tribulusterrestris)等草本植物。

2 材料與方法

1) 基礎數(shù)據(jù)。2015年ZY-3遙感數(shù)據(jù)(分辨率2.1 m)、1∶5萬地形圖、1∶5萬土壤圖、行政區(qū)劃圖和林業(yè)資源分布圖等。

2) 水土流失及影響因子。采用CSLE模型計算水土流失[10-13]；基于歸一化植被指數(shù)法和野外測定，計算林草植被覆蓋度[11]；基于DEM提取海拔、地形起伏度和坡度，劃分地貌類型；采用人機交互解譯并結合野外驗證確定土地利用[10,12]。

3) 小流域劃分?；贏rcSWAT和數(shù)字高程模型(25 m DEM)，結合河流水系、行政區(qū)劃、遙感影像等特點，開展小流域劃分[14]及野外復核，確定小流域邊界、編號及命名。

4) 水土保持布局。通過調查、訪談等方式了解水土保持需求，以小流域為單元統(tǒng)計土地利用、坡度、林草植被覆蓋度、水土流失、地貌等基礎數(shù)據(jù)與信息，遵循“自上而下”與“自下而上”相結合的方法，通過空間疊置與統(tǒng)計分析，以小流域為單元，根據(jù)水土保持需求，確定土保持布局和重點防治區(qū)域。

3 水土流失現(xiàn)狀及其主要影響因子

3.1 土地利用現(xiàn)狀

全縣土地利用結構以園地和林地為主，各占32.04%和32.52%；其次為耕地，占17.26%，人均耕地面積0.05 hm2；其余類型所占比例較小。園地以梯田果園為主，主要分布在東南部及西南部；林地以防護林為主，主要分布在北部和東部山區(qū)；耕地以旱梯田為主，主要分布在西部、西南部山丘區(qū)及中部平坦地帶，其中坡耕地及低標準梯田主要位于西南和東北部。見圖1(a)。雖然梯田果園、旱梯田占比高，但以田面有坡度、田坎有塌陷的低標準梯田居多；坡地果園、坡耕地在東北部分布較多。2009—2015年期間，果園增加264.68 km2，耕地減少190.20 km2，經果林的迅速發(fā)展導致農業(yè)結構調整和耕地保護矛盾突出；因此，從水土保持工作角度，需要結合農業(yè)產業(yè)結構調整，合理配置水土保持措施，科學發(fā)展經果林和農作物，提升梯田措施質量，增加水土保持林和配套小型蓄、排、引水設施建設。

3.2 植被現(xiàn)狀

林草植被(含園地)1 159.68 km2，占70.90%，以防護林、經果林為主。北部山區(qū)主要為防護林，中部丘陵主要為經果林和用材林，西南部丘陵以防護林和經果林為主，東南部丘陵主要為經果林，見圖1(a)。林草植被蓋度以中高覆蓋為主，占41.57%，其次為中覆蓋、高覆蓋，分別占24.88%和30.83%，高覆蓋主要集中于北部和東部防護林，見圖1(b)。隨著東南和西南部經果林面積的迅速擴展，對水資源的需求明顯增加，而且普遍林下蓋度低，面源污染嚴重；因此，從水土保持工作角度，需要加強生態(tài)紅線區(qū)域保護和預防監(jiān)督力度，增加經果林區(qū)域小型蓄水保土工程，推廣林下覆草，提高水源涵養(yǎng)能力、控制面源污染。

3.3 水資源現(xiàn)狀

全縣年水資源總量為6.82億m3，其中地表水4.76億m3，地下水2.06億m3，人均占有水資源860 m3。隨著工農業(yè)的持續(xù)發(fā)展，水資源供需矛盾日趨尖銳。因無客水過境，縣域水資源受降雨影響顯著，總量不足，資源性缺水；水庫灌區(qū)配套不完善導致水源工程蓄水不足，工程性缺水；局部地區(qū)面源污染嚴重，水質性缺水問題突出。因此，從水土保持工作角度來看，需要在經果林相對密集的淺山丘陵區(qū)，防治面源污染，增加蓄水工程，建設生態(tài)農業(yè)，提高森林植被水源涵養(yǎng)和生態(tài)系統(tǒng)自凈能力，在河道上游建設生態(tài)清潔型小流域。

3.4 水土流失現(xiàn)狀

2015年全縣水土流失面積765.99 km2，占46.83%。以輕度侵蝕為主，中度侵蝕次之，二者占水土流失面積96.93%。輕度水土流失在縣域廣泛分布；中度及以上侵蝕主要分布在東南部、西南部以及東北部區(qū)域，見圖2(a)。近幾年，因大力發(fā)展經果林，對土壤、植被、水資源等開發(fā)強度高，干擾強烈，但水土保持配套措施標準低，水土流失嚴重。由圖2(b)可知：與1984年和2009年水土流失監(jiān)測數(shù)據(jù)相比，水土流失面積持續(xù)減少，土壤侵蝕強度穩(wěn)步下降。北部山區(qū)水土流失輕微且相對穩(wěn)定，西部、東北部水土流失有一定好轉但依然嚴峻，南部山區(qū)以經果林為主的水土流失總體減輕但面源污染加劇?？h域內治理難度小、規(guī)模集中的水土流失嚴重區(qū)域已初步得到整治，后續(xù)治理難度大。因此，從水土保持工作角度來看，北部山區(qū)采取預防為主、小規(guī)模治理為輔的措施體系；西部、東北部和南部山區(qū)采取治理為主、預防為輔的措施體系；同時，對部分已建水土保持工程設施提升標準、加強管理。

圖1 沂源縣土地利用和林草植被覆蓋度空間分布Fig.1 Spatial distribution of land use and grass and forest vegetation coverage in the Yiyuan county

圖2 沂源縣水土流失狀況空間分布和典型年變化狀況Fig.2 Spatial distribution and area changes of soil erosion in typical years in the Yiyuan county

4 小流域劃分結果及基本特征

全縣劃分68條小流域，平均面積24.06 km2，溝道密度1.87～2.99 km/km2。其中，10～30 km2小流域48條，30～50 km2小流域18條，>50 km2和<10 km2的流域各1條。按水系劃分，沂河水系63條，彌河水系4條，新汶河水系1條。據(jù)小流域形態(tài)劃分，“完整型”34條，“區(qū)間型”27條，“坡面型”7條。

根據(jù)地貌，以低山為主的小流域有19條，主要分布在北部和中部，以低山丘陵為主的小流域16條，其余小流域以丘陵為主。從林草植被來看，小流域林地、園地和草地面積占比為28.08%～94.09%，平均71.16%。其中：林園草面積占比50%以上的小流域有55條，主要位于北部和東部區(qū)域；園地面積占比50%以上的小流域有17條，主要分布在東南部。

各小流域水土流失面積比分布在16.68%～71.74%，其中悅莊鎮(zhèn)石臼小流域(編號2158)水土流失面積比最低，西里鎮(zhèn)石井小流域(編號1951)水土流失面積比最高。水土流失面積比<30%的小流域8條，30%～50%小流域29條，50%～60%小流域22條，>60%小流域9條。小流域分布及數(shù)據(jù)見圖3。

5 水土保持規(guī)劃布局與重點防治區(qū)域

5.1 水土保持區(qū)域布局

以小流域為單元，根據(jù)其基本特征和水土保持需求，將全縣劃分為北部低山水源涵養(yǎng)-生態(tài)維護區(qū)、西部丘陵土壤保持-水質維護區(qū)、中部緩丘人居環(huán)境維護區(qū)、東南部低山丘陵土壤保持-蓄水保水區(qū)4個水土保持分區(qū)。見圖3(a)。

圖3 沂源縣水土保持分區(qū)和重點防治區(qū)域Fig.3 Regionalization of soil and water conservation and key prevention and control area in the Yiyuan county

1) 北部低山水源涵養(yǎng)-生態(tài)維護區(qū)。位于縣域北部，231.50 km2，占14.15%，涉及3個鎮(zhèn)(街道)10條小流域。地貌以低山為主，土地利用以覆蓋度較高的有林地為主，其次為旱地和果園，有少量坡耕地。水土保持主導基礎功能為水源涵養(yǎng)和生態(tài)維護，兼有土壤保持，需建設和保護好以天然林為主的公益林，保持水土，加強動植物資源保護；對局部坡耕地實施水土流失綜合治理，配套坡地、溝道水源工程。

2) 西部丘陵土壤保持-水質維護區(qū)。位于縣域西部，462.33 km2，占28.26%，涉及3個鎮(zhèn)(街道)25條小流域。地貌以丘陵為主，土地利用北部以旱地為主，南部以果園和耕地為主。水土保持主導基礎功能為土壤保持和水質維護，需強化建設高標準優(yōu)質糧油果基地，加強田、水、林、路、村綜合改造，增強對耕地的土壤保育和對雨洪資源的攔蓄利用，提高梯田質量，做好溝道生態(tài)防護、徑流攔蓄和水質維護。

3)中部緩丘人居環(huán)境維護區(qū)。位于縣域中部，324.79 km2，占19.86%，涉及5個鎮(zhèn)(街道)18條小流域。地貌以丘陵為主，兼有山前傾斜平地，土地利用以旱地、果園和有林地為主，為縣城和經濟開發(fā)區(qū)所在地。水土保持主導基礎功能為人居環(huán)境維護，需強化“海綿城市”建設，加強無公害糧果和有機蔬菜基地建設，保護耕地資源；提高小流域治理標準，突出生態(tài)休閑、觀光等需求。

4) 東南部低山丘陵壤保持-蓄水保水區(qū)。位于縣域東南部，617.18 km2，占37.73%，涉及6個鎮(zhèn)15條小流域。地貌以低山丘陵為主，土地利用以果園為主。水土保持主導基礎功能為土壤保持和蓄水保水，需建設優(yōu)質果品基地，配置小型水利工程，提高蓄水保水能力，提倡林下覆草，控制面源污染。

5.2 重點防治區(qū)域

根據(jù)國家級水土流失重點治理區(qū)要求，結合全縣水土流失狀況和發(fā)展需求，以圖斑為基礎，布設“三帶三片”水土保持重點防治區(qū)域，見圖3(b)。

1) “三帶”重點預防保護區(qū)域。包括三府山-螳螂崮水土資源保護帶、蓮花山-圣佛山水土資源保護帶和魯山-鳳凰山水土資源保護帶和魯山-鳳凰山水土資源保護帶。“三帶”重點預防保護區(qū)域內土地利用以覆蓋度高的防護林草為主，水土流失相對較輕，重點采取預防保護措施，維護生態(tài)系統(tǒng)，促進水源涵養(yǎng)。

2) “三片”重點綜合治理區(qū)域。包括織女洞-唐山特色經果林生態(tài)景觀小流域片，悅莊-兩縣土壤保育高效農業(yè)產業(yè)片、田莊水庫上游水源涵養(yǎng)生態(tài)清潔小流域片。織女洞-唐山特色經果林生態(tài)景觀小流域片位于東南部，土地利用以果園為主，林下水土流失嚴重，灌溉水源少，面源污染重，應適當增加蓄水保水工程，鼓勵林下覆草，控制農藥、化肥用量。悅莊-兩縣土壤保育高效農業(yè)產業(yè)片位于縣城東北部，有坡耕地分布，需實行坡改梯工程，建立高效農業(yè)產業(yè)片；田莊水庫上游水源涵養(yǎng)生態(tài)清潔小流域片位于西南部及西部田莊水庫上游，土地利用以耕地為主，需增加坡面徑流攔截泥沙工程，減輕河道泥沙淤積，減少入庫泥沙。

6 水土流失防治措施配置

6.1 預防保護

1) 預防保護范圍與對象。預防保護范圍556.60 km2，涉及8個鎮(zhèn)(街道)的23條小流域，主要位于北部水源涵養(yǎng)-生態(tài)維護區(qū)和中部人居環(huán)境維護區(qū)，包括重要地表水源地田莊水庫及其上游區(qū)域、沂河源頭螳螂河源頭區(qū)域、以及縣城周邊地下飲用水源地等河流源頭及重要水源地，魯山森林公園、圣佛山景區(qū)等生態(tài)公益林和風景名勝游覽區(qū)。其中，預防保護對象面積171.76 km2，占預防保護范圍30.86%，為小流域內植被良好區(qū)域。見圖4。

圖4 沂源縣防治范圍與對象分布Fig.4 Prevention and control range and objects in the Yiyuan county

2) 預防保護措施體系。以封禁治理促進生態(tài)修復和維護水源涵養(yǎng)功能為基礎，將特色生態(tài)林果產業(yè)與旅游產業(yè)發(fā)展相結合，建設“生態(tài)清潔型”小流域：坡上部以封禁培育林草植被為主，在灌草區(qū)宜林地段采用魚鱗坑、水平階等整地方法人工造林，營造水源涵養(yǎng)林，提高土壤涵養(yǎng)水源、調蓄徑流能力；坡中、下部灌草地營造水土保持林，提倡經果林下覆草，營造樹盤，維護現(xiàn)有水土保持措施，并改善人群聚集區(qū)生態(tài)環(huán)境；坡下部及溝道，保護生態(tài)自然、功能完好的河道、溝道，修復破損之處，修建徑流多級攔蓄利用工程體系，構建小型生態(tài)景觀。

3) 措施配置。根據(jù)小流域特點及防治需求，堅持“預防為主、保護優(yōu)先”、“大預防、小治理”原則，擬定小流域水土保持措施類型及配置比例。坡地以封禁治理為主(占比55%)，為生態(tài)林草地封禁和疏林地補植；其次為水土保持林、經濟林果、梯田工程，并根據(jù)需求布設截排水溝、蓄水池和生產道路等。溝道以工程措施為主，主要根據(jù)需求建設堰壩、谷坊，整治河溝道(護岸或者小型濕地公園建設)。

6.2 綜合治理

1) 綜合治理范圍與對象。綜合治理范圍1 079.20 km2，涉及11個鎮(zhèn)(街道)45條小流域，主要位于西部土壤保持-水源涵養(yǎng)區(qū)、東南部土壤保持與蓄水保水區(qū)。包括：田莊水庫西南部上游水土流失危害嚴重且集中區(qū)域；縣城東北部坡耕地較集中，水土流失嚴重區(qū)域；東南部低山丘陵經果林區(qū)域用水需求量大、降水攔蓄利用率低的林果產業(yè)綜合開發(fā)區(qū)等。其中，綜合治理對象面積487.89 km2，占綜合治理范圍45.21%，主要為水土流失集中分布，梯田質量較差的果園和耕地，以及>3°的坡耕地和低標準梯田, 如圖4所示。

2) 綜合治理措施體系。堅持“生態(tài)優(yōu)先、強化林草、注重功能”，結合封禁治理，重點實施坡耕地與低標準梯田改造，發(fā)展農林特色產業(yè)和節(jié)水灌溉工程，建設“生態(tài)經濟型”小流域：一是采用封禁治理、梯田措施、修建小型蓄水排水工程等手段，改造耕地，防治砂礫化，促進土壤保持和水源涵養(yǎng)；二是采用谷坊、整地補植、修建蓄水保水工程等手段，實現(xiàn)攔沙蓄水、徑流調控的目的；三是修建高標準水平梯田，提高灌溉條件，發(fā)展特色經果林帶，以改善生產條件、提高土地產出率。

3) 措施配置。根據(jù)小流域特點及防治需求，遵循“因地制宜、綜合治理”原則，分區(qū)域擬定小流域水土保持措施類型及配置比例。其中：東北部小流域中上部多防護林，以封禁治理為主，措施占比45%，中下部有坡耕地和低標準梯田，輔以經濟林果和梯田工程，措施占比分別為20%和25%；西南部小流域位于田莊水庫上游，以耕地和林地為主，有發(fā)展經果林趨勢，治理措施以封禁治理(35%)、梯田工程(30%)為主，輔以經濟林果措施(25%)；東南部是蘋果、櫻桃等水果主產區(qū)，治理措施以經濟林果為主(60%)。同時，建設蓄水、截排水等坡地工程措施，以及堰壩、谷坊等溝道工程措施，減少徑流沖刷，提高河流水質。

7 結論

1)沂源縣水土流失面積占46.83%，以輕度侵蝕為主，高強度侵蝕比重低；土地利用以園地、林地為主，2者占64.56%，其次為耕地，占17.26%；地貌類型以低山和丘陵為主，占98.20%，坡度以平緩坡、斜坡和陡坡為主，3者占77.43%。

2)全縣68條小流域，每條面積集中在10～50 km2，溝道密集，地形破碎；80%的小流域林園草比重50%以上；45%小流域水土流失嚴重，水土流失面積比高于50%；根據(jù)小流域特征和水土保持需求劃定了4個水土保持分區(qū)，并結合圖斑布設了“三帶三片”重點布局。

3)根據(jù)水土保持布局和小流域特征確定措施體系和配置，擬建設生態(tài)清潔型小流域21條，以封禁治理為主，措施占比55%；建設生態(tài)經濟型小流域47條，東北部以封禁治理為主(45%)，東南部以經濟林果為主(60%)，西南部以封禁治理(35%)和梯田工程(30%)為主。

4)基于小流域和圖斑進行縣級水土保持布局及措施配置，需要基礎數(shù)據(jù)多，工作量大，但實用性強，有利于水土保持工作的具體開展。構建縣級“小流域-圖斑”化管理，可為水土流失動態(tài)監(jiān)測、重點工程“圖斑化”精細管理等工作提供數(shù)據(jù)支撐。