王巖松，姜艷艷 ，常 誠 ，房 含 ，李超君，楊勝天

(1.松遼水利委員會 松遼流域水土保持監(jiān)測中心站， 吉林 長春 130021； 2.北京師范大學(xué) 水科學(xué)研究院，北京 100875)

1 松遼流域水土流失動態(tài)監(jiān)測內(nèi)容與方法

1.1 監(jiān)測內(nèi)容

為全面推進(jìn)我國新時期水土保持工作，在水利部組織下，松遼流域水土保持監(jiān)測中心站2018年共完成大興安嶺、呼倫貝爾、長白山3個國家級水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)和東北漫川漫崗、大興安嶺東麓、西遼河大凌河中上游3個國家級水土流失重點(diǎn)治理區(qū)，共計167個縣(市、區(qū)、旗)，總面積87.33萬km2的水土流失動態(tài)監(jiān)測，完成了涉及松遼流域4省區(qū)的水土流失動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的整匯編工作。根據(jù)《全國水土流失動態(tài)監(jiān)測規(guī)劃(2018—2022年)》，結(jié)合《區(qū)域水土流失動態(tài)監(jiān)測技術(shù)規(guī)定(試行)》，松遼流域水土流失動態(tài)監(jiān)測內(nèi)容主要包括土地利用、植被覆蓋、水土流失及水土保持措施實(shí)施情況。在監(jiān)測區(qū)域分析評價了土地利用、林草覆蓋、水土流失及動態(tài)變化、水土保持措施實(shí)施情況及效果等。

1.2 監(jiān)測方法

松遼流域2018年水土流失動態(tài)監(jiān)測主要采用資料收集、遙感監(jiān)測、野外調(diào)查、模型計算和統(tǒng)計分析等方法，選用高分遙感影像，運(yùn)用地理信息系統(tǒng)及無人機(jī)航測等技術(shù)，通過水土流失因子提取、土壤侵蝕模型計算，分析評價水土流失面積、強(qiáng)度和分布。

土壤侵蝕計算在不同侵蝕類型區(qū)域分別采用不同的方法。在水力侵蝕區(qū)，監(jiān)測并分析計算降雨侵蝕力、土壤可蝕性、坡度坡長、植被覆蓋和水土保持措施等因子，采用中國土壤流失方程綜合評價水土流失面積、強(qiáng)度和分布。在風(fēng)力侵蝕區(qū)，監(jiān)測并分析計算風(fēng)力、植被覆蓋和地表粗糙程度等因子，采用耕地、草(灌)地和沙地的風(fēng)蝕模型，綜合評價風(fēng)力侵蝕面積、強(qiáng)度和分布。在凍融侵蝕區(qū)，監(jiān)測并獲取年氣溫、年降水量、地形、植被和土壤等數(shù)據(jù)，采用歸一化指數(shù)模型，綜合評價凍融侵蝕面積、強(qiáng)度和分布。

以縣級行政區(qū)為單元，以2011年第一次全國水利普查水土保持成果為基準(zhǔn)值，對2018年松遼流域各土壤侵蝕強(qiáng)度等級及其面積進(jìn)行了動態(tài)變化分析，計算了不同土壤侵蝕強(qiáng)度等級面積增加或減少的數(shù)值及其變化的比例，并結(jié)合水土流失治理、土地利用等資料的統(tǒng)計分析，評價了水土流失年度變化狀況。

2 松遼流域水土流失現(xiàn)狀及特點(diǎn)

2.1 松遼流域

2018年松遼流域全境水土流失動態(tài)監(jiān)測面積為124.32萬km2，其中水土流失面積27.53萬km2，占松遼流域監(jiān)測總面積的22.14%。在水土流失面積中，輕度、中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈和劇烈侵蝕面積分別為20.40萬、4.02萬、1.32萬、0.90萬和0.89萬km2，占水土流失總面積的比例分別為74.11%、14.60%、4.78%、3.27%和3.24%。與2011年相比總體水土流失面積減少11.42%，其中除輕度侵蝕有21.68%的漲幅外，其余中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈和劇烈侵蝕水土流失面積分別有45.43%、65.76%、53.31%和23.98%的降幅。松遼流域水土流失現(xiàn)狀呈現(xiàn)出以輕度和中度侵蝕為主體，面積大分布廣，高強(qiáng)度水土流失向低強(qiáng)度水土流失轉(zhuǎn)變，以及水力侵蝕面積大于風(fēng)力侵蝕面積的總體特征。

松遼流域水土流失分布及變化與土地利用結(jié)構(gòu)高度相關(guān)。國家級水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)林地面積占比大且植被覆蓋度高、人為擾動因素較小，水土流失面積降幅較大；國家級水土流失重點(diǎn)治理區(qū)耕地集中、面積占比大且略有增加，因?qū)嵤┝吮姸鄧宜帘３种攸c(diǎn)建設(shè)工程、省級小流域綜合治理工程、生態(tài)清潔小流域試點(diǎn)工程等項目，故水土流失在一定程度上得到控制。同時，由于生產(chǎn)發(fā)展方向、土地利用結(jié)構(gòu)相對一致，松遼流域內(nèi)3個國家級水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)水土流失變化趨同，而土地利用結(jié)構(gòu)上的差異和變化程度導(dǎo)致了東北漫川漫崗和大興安嶺東麓國家級水土流失重點(diǎn)治理區(qū)的水土流失變幅不同。其中大小興安嶺、呼倫貝爾、長白山國家級水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)依托于三北防護(hù)林體系建設(shè)工程、天然林保護(hù)工程、儲備林建設(shè)工程和水土保持工程等各項生態(tài)建設(shè)工程，全面實(shí)施了禁伐，以此強(qiáng)化森林管護(hù)，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)，有效地減少了水土流失面積。

2.2 東北黑土區(qū)

松遼流域東北黑土區(qū)范圍涉及內(nèi)蒙古、遼寧、黑龍江及吉林4省(區(qū))的246個縣(市、區(qū)、旗)，總面積108.75萬km2，占松遼流域總土地面積的87.48%。東北黑土區(qū)主要由耕地和林地組成，耕地和林地約占土地總面積的75.05%，其中：耕地面積36.20萬km2，占土地總面積的33.29%；林地面積45.41萬km2，占41.76%。東北黑土區(qū)草地面積18.96萬km2，占土地總面積的17.44%。林草地總面積64.37萬km2，其中高覆蓋度林草地面積50.64萬km2，占林草地總面積的78.66%。

東北黑土區(qū)覆蓋大小興安嶺、長白山、呼倫貝爾3個國家級水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)和東北漫川漫崗、大興安嶺東麓2個國家級水土流失重點(diǎn)治理區(qū)及西遼河-大凌河國家級重點(diǎn)治理區(qū)的一部分。在東北黑土區(qū)涉及的這6個國家級水土流失重點(diǎn)防治區(qū)中，國家級水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)面積44.13萬km2，國家級水土流失重點(diǎn)治理區(qū)面積34.68萬km2，2018年水土流失面積14.35萬km2，占東北黑土區(qū)水土流失面積的64.76%，其中重點(diǎn)預(yù)防區(qū)、重點(diǎn)治理區(qū)水土流失面積分別為3.96萬和10.39萬km2，水土流失主要集中在治理區(qū)。

東北黑土區(qū)2018年水土流失面積22.16萬km2，占土地總面積的20.38%。其中水力侵蝕面積14.14萬km2，占水土流失總面積的63.80%；風(fēng)力侵蝕面積8.02萬km2，占36.20%。水土流失以輕度侵蝕為主，面積16.35萬km2，占水土流失面積的73.78%，中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈和劇烈侵蝕面積分別占水土流失總面積的14.21%、5.22%、3.35%和3.44%。水土流失主要發(fā)生在耕地、覆蓋度較低的草地和林地，分別占水土流失面積的69.49%、13.51%和7.33%，占比最大的為耕地，面積達(dá)15.40萬km2?？傮w上2018年水土流失面積較2011年減少了12.42%，水土流失情況有所改善。

東北黑土區(qū)水土流失分布及變化與土地利用結(jié)構(gòu)高度相關(guān)。國家級水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)，林地面積占比高且植被覆蓋度高、人為擾動因素較小，水土流失面積降幅較大；國家級水土流失重點(diǎn)治理區(qū)，耕地集中、面積占比高且略有增加，但因?qū)嵤┝藝宜帘３种攸c(diǎn)建設(shè)工程、省級小流域綜合治理工程、生態(tài)清潔小流域試點(diǎn)工程等項目，水土流失也在一定程度上得到控制。水土流失動態(tài)變化原因主要有三個方面：①生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度空前加大，森林覆蓋率增加，植被覆蓋度提高。據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒(2012)》和《中國統(tǒng)計年鑒(2018)》中全國森林資源清查資料，2011—2017年黑龍江省森林覆蓋率由42.39%增加至43.16%，吉林省森林覆蓋率由38.93%增加至40.38%，遼寧省森林覆蓋率由35.13%增加至38.24%。據(jù)第一次全國水利普查(2011年)資料，全區(qū)高覆蓋度林草面積為33.69萬km2，占林草總面積的53%，2018年全區(qū)高覆蓋度林草面積為50.64萬km2，占林草總面積的78.66%，林分結(jié)構(gòu)改善，基本無水土流失發(fā)生。②水土流失綜合治理程度較高。根據(jù)水利部統(tǒng)計資料，該區(qū)2012—2017年水土流失綜合治理面積達(dá)28 263.7 km2，治理程度為11.17%，略高于全國平均水平(10.83%)。③耕地面積增加，導(dǎo)致耕地面積占比大的國家級水土流失治理區(qū)水土流失面積減少不明顯。據(jù)中科院遙感與數(shù)字地球研究所2010年土地利用數(shù)據(jù)，該區(qū)耕地面積為30.95萬km2；據(jù)自然資源部“土地調(diào)查成果共享應(yīng)用服務(wù)平臺”公布數(shù)據(jù)，東北地區(qū)(黑龍江省、吉林省、遼寧省及內(nèi)蒙古自治區(qū)東部四盟市全部行政區(qū)，范圍大于東北黑土區(qū))2011年耕地面積為33.76萬km2；據(jù)國家測繪地理信息局基礎(chǔ)性地理國情數(shù)據(jù)，2018年東北黑土區(qū)耕地面積為38.80萬km2；而2018年動態(tài)監(jiān)測土地利用數(shù)據(jù)東北黑土區(qū)耕地面積為36.20萬km2。綜合分析結(jié)果表明，該區(qū)2018年耕地面積較2011年增加較多。對比分析2018年動態(tài)監(jiān)測土地利用成果與中科院遙感與數(shù)字地球研究所2010年土地利用成果，可以發(fā)現(xiàn)該區(qū)2018年耕地面積較2010年增加5.25萬km2，占總面積比例增加4.83百分點(diǎn)，林草地面積增加1.12萬km2，占總面積比例增加1.03百分點(diǎn)。

2.3 典型黑土區(qū)

東北黑土區(qū)中的典型黑土區(qū)涉及130個縣(市、區(qū)、旗)，總面積為32.76萬km2。其中：黑龍江涉及80個縣(市、區(qū))，面積為16.18萬km2；遼寧省1個縣，面積為0.02萬km2；吉林省30個縣(市、區(qū))，面積為7.19萬km2；內(nèi)蒙古19個縣(市、區(qū)、旗)，面積為9.37萬km2。涉及縣域完整的縣級行政區(qū)64個，面積為14.40萬km2，涉及縣域不完整的縣級行政區(qū)66個，面積為18.36萬km2。典型黑土區(qū)中，耕地面積最大，為18.83萬km2，占典型黑土區(qū)總面積的57.48%；草地面積次之，為6.15萬km2，占典型黑土區(qū)總面積的18.77%，林地面積為4.48萬km2，占13.68%；其他幾種地物類型占典型黑土區(qū)土地總面積比例較小，均小于5%。

2018年典型黑土區(qū)水土流失面積為8.50萬km2，占典型黑土區(qū)土地總面積的25.94%。其中：水力侵蝕面積6.40萬km2，占典型黑土區(qū)土地總面積的19.53%；風(fēng)力侵蝕面積2.10萬km2，占6.41%。在典型黑土區(qū)內(nèi)發(fā)生的水土流失主要以輕度侵蝕為主，面積為7.07萬km2，占典型黑土區(qū)水土流失面積的83.17%，而中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈、劇烈侵蝕面積分別占11.46%、3.99%、1.00%、0.38%?？傮w上2018年水土流失面積較2011年減少8.10%，除輕度侵蝕有33.42%的漲幅外，中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈、劇烈侵蝕面積分別有54.80%、71.31%、80.65%、81.61%的降幅。

根據(jù)2018年水土流失動態(tài)監(jiān)測成果，典型黑土區(qū)耕地總面積為14.49萬km2，占典型黑土區(qū)總面積的57.48%。按照《黑土區(qū)水土流失綜合防治技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(SL 444—2009)對耕地的坡度進(jìn)行分級統(tǒng)計，結(jié)果如下：0°～0.25°耕地面積為4.91萬km2，占典型黑土區(qū)坡耕地面積的26.06%；0.25°～1.5°為8.02萬km2，占42.59%；1.5°～3°為3.14萬km2，占16.66%；3°～5°、5°～8°、8°～15°和15°以上的耕地面積分別為1.63萬、0.74萬、0.35萬和0.04萬km2，分別占典型黑土區(qū)坡耕地面積的8.64%、3.92%、1.89%和0.24%。

典型黑土區(qū)2018年水土流失面積較2011年減少的原因有如下兩點(diǎn)：一是土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化，耕地面積增加較多；二是水土流失綜合治理程度相對較高，林草植被覆蓋度高。2018年高覆蓋度和中高覆蓋度植被面積占林草地總面積的81.09%，其中高覆蓋度植被面積4.97萬km2，高覆蓋度植被有效保持了水土，控制了水土流失的發(fā)生。綜合以上兩點(diǎn)，典型黑土區(qū)水土流失狀況雖有改善，但與松遼流域、東北黑土區(qū)相比，2018年較2011年整體減幅較小。

3 松遼流域水土流失動態(tài)監(jiān)測特點(diǎn)與存在問題及建議

松遼流域地處東北地區(qū)，面積廣大，流域內(nèi)氣候和自然條件多樣，受不同自然條件和不同程度人類活動的影響，流域內(nèi)多侵蝕類型集聚。2018年流域水土流失動態(tài)監(jiān)測結(jié)果表明，流域內(nèi)水力、風(fēng)力和凍融侵蝕均有分布。其中：各縣(市、區(qū)、旗)均廣泛分布有水力侵蝕；風(fēng)力侵蝕分布在部分沙化鹽堿化地帶和草原區(qū)域，這些區(qū)域地勢較為平坦廣闊、地表土質(zhì)較為疏松且風(fēng)力強(qiáng)勁，易發(fā)生風(fēng)力侵蝕；凍融侵蝕分布最少，僅在黑龍江省和內(nèi)蒙古自治區(qū)有分布，這些區(qū)域冬季氣候極為寒冷，春夏季氣溫回升后積雪融化，加上人類活動的擾動，極易發(fā)生凍融侵蝕。

3.1 結(jié)合實(shí)際對模型計算出的奇異值進(jìn)行了優(yōu)化

按照《區(qū)域水土流失動態(tài)監(jiān)測技術(shù)規(guī)定(試行)》計算2018年各相關(guān)項目縣土壤侵蝕強(qiáng)度時發(fā)現(xiàn)，植被覆蓋度大于75%的高覆蓋林草地存在相當(dāng)比例的侵蝕，導(dǎo)致項目縣的侵蝕面積數(shù)值及空間分布與實(shí)際不符，故在實(shí)際工作中應(yīng)根據(jù)東北地區(qū)實(shí)際情況對植被覆蓋度大于75%的高覆蓋林草地原始計算數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化。

根據(jù)《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190—2007)，當(dāng)非耕地林草蓋度大于75%時，無論地類的坡度大小均不算侵蝕面積。因此，在年降水量400～700 mm的監(jiān)測區(qū)域，結(jié)合外業(yè)調(diào)查，對計算數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，即將植被覆蓋度高于75%的高覆蓋林草地直接賦值為微度侵蝕，更能反映松遼流域生態(tài)環(huán)境和水土保持變化趨勢。

3.2 動態(tài)監(jiān)測工作存在的問題與改進(jìn)建議

2018年度松遼流域動態(tài)監(jiān)測工作尚存不足，土地利用信息提取、植被覆蓋度獲取、土壤侵蝕模數(shù)計算和水保措施統(tǒng)計等方面存在的問題和改進(jìn)建議如下：

(1)在基于ArcGIS的人機(jī)交互解譯提取高精度土地利用信息時，由于采用了2、8、16 m三種不同分辨率的遙感影像，導(dǎo)致監(jiān)測土地利用年際變化難度加大。建議2019年從影像分辨率上進(jìn)行優(yōu)化和統(tǒng)一，在滿足全覆蓋的情況下，不斷訂正土地利用結(jié)果，提高監(jiān)測和分析的一致性、準(zhǔn)確性、客觀性。

(2)植被覆蓋度獲取采用了250 m精度的MODIS數(shù)據(jù)，空間分辨率較為粗糙，與其他遙感影像數(shù)據(jù)的空間分辨率不匹配，建議使用高精度遙感影像如用2 m的影像進(jìn)行植被覆蓋度的提取和計算。

(3)2018年度下發(fā)的林下蓋度因子GD數(shù)據(jù)有限，影響了植被覆蓋與生物措施因子B的精度。松遼流域已于2019年初制定了林下蓋度GD因子的監(jiān)測方法，即依托10個典型監(jiān)測點(diǎn)，選取10個縣20個點(diǎn)位開展林下蓋度GD因子的監(jiān)測工作，并利用監(jiān)測結(jié)果更新林下蓋度GD因子曲線，提高土壤侵蝕模型中林下蓋度因子的本地化程度。建議統(tǒng)一組織開展林下蓋度因子GD的本地化，規(guī)定林下蓋度觀測方法與林下蓋度曲線率定技術(shù)路線，加強(qiáng)模型因子本地化研究工作。

(4)本項目采用CSLE計算土壤侵蝕模數(shù)時，發(fā)現(xiàn)因子的空間分辨率和精度不一致對結(jié)果存在一定的影響。另外，在因子的計算中，因子間引用與迭代也會導(dǎo)致結(jié)果有一定的不確定性。建議使用高精度數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，以便得出更加精確的結(jié)果。

(5)在水土保持措施統(tǒng)計過程中，國家級重點(diǎn)防治區(qū)特別是一般監(jiān)測區(qū)域，由于影像時相和分辨率較低，利用遙感影像解譯獲得的項目縣水土保持措施斑塊面積統(tǒng)計結(jié)果與實(shí)地調(diào)查結(jié)果存在一定的差異，導(dǎo)致解譯獲取的數(shù)據(jù)比實(shí)際調(diào)查獲取的少。在松遼流域水土保持措施調(diào)查時發(fā)現(xiàn)“圖斑精細(xì)化”工作成果質(zhì)量不一，與動態(tài)監(jiān)測工作結(jié)合困難。建議使用最新時相的遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯并提高影像的精度，同時不斷提升“圖斑精細(xì)化”工作成果質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)治理、監(jiān)測、監(jiān)督全面信息化并相互驗(yàn)證，提高行業(yè)監(jiān)管水平。