王 娟，劉曉林*，金平偉，史燕東，周瑞鵬，吳鎮(zhèn)宇，張楚然，黃海容

(1.珠江水利委員會(huì)珠江流域水土保持監(jiān)測(cè)中心站，廣東 廣州 510611；2.珠江水利委員會(huì)珠江水利科學(xué)研究院，廣東 廣州 510611)

水土流失是一個(gè)全球性的生態(tài)環(huán)境問題，開展水土流失監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)工作可為防治水土流失災(zāi)害、開展區(qū)域水土保持規(guī)劃、實(shí)施水土保持目標(biāo)責(zé)任考核等提供科學(xué)依據(jù)[1]，是客觀反映水土保持治理成效和評(píng)價(jià)治理效益的基礎(chǔ)[2]。水土流失不僅與地形、氣候、植被覆蓋以及人類活動(dòng)等密切相關(guān)，而且各影響因素之間還存在著一定的交互影響和疊加效應(yīng)，導(dǎo)致水土流失狀況在不同區(qū)域存在明顯的空間差異性[3]。與美國(guó)通用土壤流失方程(USLE)、修正的通用土壤流失方程(RUSLE)等模型相比，中國(guó)水土流失方程(CSLE)考慮了中國(guó)地貌和水土保持措施的特點(diǎn)，能更好地反映中國(guó)土壤侵蝕現(xiàn)狀[4]。

云南省九大高原湖泊流域(以下簡(jiǎn)稱“九湖流域”)是全省居民最密集、人為活動(dòng)最頻繁、經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)，每年創(chuàng)造的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值占全省的1/3以上[5]，對(duì)云南省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。云南省九大高原湖泊以構(gòu)造斷陷湖為主[6]，為封閉或半封閉湖泊，造成九湖流域內(nèi)湖泊水資源流動(dòng)性差、抗干擾能力弱等特點(diǎn)，導(dǎo)致九湖流域生態(tài)系統(tǒng)敏感脆弱的特性。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，因自然因素和人為開發(fā)活動(dòng)導(dǎo)致的水土流失嚴(yán)重、不合理開發(fā)圍墾及水資源利用方式等原因，導(dǎo)致九湖流域相繼出現(xiàn)湖泊水位下降、湖泊水質(zhì)污染、生物多樣性收到威脅等現(xiàn)象[7-8]。因此，為實(shí)現(xiàn)云南省高原湖泊的生態(tài)修復(fù)與保護(hù)，開展九湖流域水土流失監(jiān)測(cè)和特征分析，各流域通過水土流失治理，從而轉(zhuǎn)變水資源利用方式，維持湖泊水量、恢復(fù)湖濱帶等，對(duì)于九湖流域的水土保持工作和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要的意義。然而目前對(duì)于九湖流域的研究主要多集中于各別湖泊流域的水土流失情況分析、湖泊面積和水質(zhì)監(jiān)測(cè)、植被分析、保護(hù)與治理等方面[9-11]，對(duì)整個(gè)九湖流域水土流失監(jiān)測(cè)工作還未有全面的分析研究，相關(guān)資料較為匱乏。因此，本文基于CSLE模型，綜合采用遙感分析、野外調(diào)查和監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)修正模型相關(guān)因子，得到更符合九湖流域?qū)嶋H情況的土壤侵蝕現(xiàn)狀分布結(jié)果。結(jié)合SL 190—2007《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行九湖流域水土流失特征評(píng)價(jià)，分析不同土地利用利用類型下影響水土流失的關(guān)鍵因子，查清九湖流域水土流失強(qiáng)度、面積及空間分布狀況，以期能為水土流失綜合防治決策和生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

云南省九大高原湖泊分布在滇中、滇南、滇西和滇西北，涉及昆明、玉溪、大理、麗江和紅河5個(gè)地(州、市)(圖1)，分別為滇池、洱海、撫仙湖、程海、瀘沽湖(云南部分)、異龍湖、杞麓湖、星云湖、陽宗海，湖泊面積分別約為：297.9、249.0、211.0、77.2、48.5、38.0、36.9、34.7、31.0 km2。九湖位于低緯度中的相對(duì)高海拔(1 414～2 690 m)地區(qū)，屬亞熱帶氣候，流域內(nèi)雨量相對(duì)充沛，干濕季節(jié)分明，降雨分布極不均勻，多年平均降雨量為930 mm，占全省多年平均降雨量的19%。九湖均為構(gòu)造斷陷型湖泊，具有東西向窄、南北向長(zhǎng)的共有特征[12]。

圖1 云南省九大高原湖泊分布位置示意

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

a)遙感影像數(shù)據(jù)。采用研究區(qū)2 m分辨率的高分遙感影像進(jìn)行土地利用與水土保持措施解譯，時(shí)相為2021年1月至2021年5月。收集研究區(qū)2018—2020年3年的MODIS歸一化植被指數(shù)(NDVI)產(chǎn)品，MODIS植被產(chǎn)品獲取網(wǎng)址為：https://ladsweb.nascom.nasa.gov/search，用于計(jì)算植被覆蓋度，時(shí)間分辨率為每16天一期，每年23期，通過插值獲得24期，空間分辨率為250 m。

b)地形數(shù)據(jù)。收集研究區(qū)1∶5萬比例尺數(shù)字地形圖(DLG)，用于地形坡度分析，計(jì)算坡度坡長(zhǎng)因子。

c)土壤侵蝕模數(shù)計(jì)算各因子數(shù)據(jù)。R因子通過收集九湖流域1986—2015年站點(diǎn)逐日的降雨數(shù)據(jù)，采用降雨侵蝕力因子計(jì)算方法[13]獲得；K因子基于第一次全國(guó)水利普查中土壤可蝕性柵格空間數(shù)據(jù)成果(30m分辨率)[14]，依據(jù)1∶5萬土壤類型分布圖，采集典型土壤樣品進(jìn)行理化分析，計(jì)算K因子值[15]，并利用徑流小區(qū)觀測(cè)數(shù)據(jù)完成土壤可蝕性K因子修正；L、S基于地形數(shù)據(jù)，采用符素華等開發(fā)的坡度坡長(zhǎng)因子計(jì)算工具[16]獲得；B基于土地利用和植被覆蓋計(jì)算獲得；E根據(jù)水土保持措施賦值獲得；T根據(jù)輪作措施賦值表查找獲得。

2.2 土壤侵蝕計(jì)算

采用中國(guó)土壤流失方程CSLE(Chinese Soil Loss Equation)計(jì)算土壤侵蝕模數(shù)[17]：

A=RKLSBET

(1)

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

將上述7個(gè)因子坐標(biāo)統(tǒng)一后，依據(jù)《2021年度水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)指南》規(guī)定，生成10 m分辨率的柵格圖層，相乘得到土壤侵蝕模數(shù)，具體方法可參考《區(qū)域水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)定(試行)》[18]。

2.3 相關(guān)因子信息提取及分析方法

a)土地利用。土地利用方式改變了原有地表植被類型、覆蓋度和微地形，從而影響土壤侵蝕的動(dòng)力和抗侵蝕阻力系統(tǒng)，是影響土壤侵蝕最重要的因素。根據(jù)土壤侵蝕計(jì)算要求，將土地利用分為耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地、交通運(yùn)輸用地、水域及水利設(shè)施用地和其他土地共八大地類進(jìn)行分析。

b)植被覆蓋。地表植被覆蓋狀況與土壤侵蝕存在著密切的聯(lián)系，是進(jìn)行園林草土壤侵蝕模數(shù)計(jì)算的重要因子。采用歸一化植被指數(shù)二分法[19]計(jì)算得到園林草植被覆蓋度，按低覆蓋(≤30%)、中低覆蓋(30%～45%)、中覆蓋(45%～60%)、中高覆蓋(60%～75%)和高覆蓋(>75%)5個(gè)等級(jí)進(jìn)行分級(jí)分析。

c)地形坡度。坡度指水平面和局部地表之間的夾角，表示地表面在某點(diǎn)的傾斜程度，在影響土壤侵蝕的因子中，坡度是一個(gè)非常重要的因子?；?∶5萬地形圖生成30 m分辨率DEM，依據(jù)《2021年度水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)指南》規(guī)定，重采樣至10 m分辨率后，應(yīng)用三維空間分析工具提取地形坡度，按照平地(≤5°)、緩坡(5～8°)、中等坡(8～15°)、較陡坡(15～25°)、陡坡(25～35°)和極陡坡(>35°)6個(gè)等級(jí)進(jìn)行分級(jí)分析。

d)水土流失。將土壤侵蝕模數(shù)按照SL 190—2007《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》[20]，分為微度(<500 t/(km2·a))、輕度(500～2 500 t/(km2·a))、中度(2 500～5 000 t/(km2·a))、強(qiáng)烈(5 000～8 000 t/(km2·a))、極強(qiáng)烈(8 000～15 000 t/(km2·a))和劇烈(>15 000 t/(km2·a))6個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，并統(tǒng)計(jì)輕度及其以上各級(jí)土壤侵蝕強(qiáng)度面積之和，即水土流失面積。

e)野外調(diào)查驗(yàn)證。建立土地利用類型和水土保持措施等水土流失因子解譯標(biāo)志，復(fù)核驗(yàn)證九湖流域水土流失模型計(jì)算成果精度。依據(jù)SL 592—2012《水土保持遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》，選取典型耕地、林地、園地、草地和建設(shè)用地進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證，現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核精度為93.27%，說明模型計(jì)算結(jié)果較貼合九湖流域的實(shí)際情況，監(jiān)測(cè)結(jié)果是相對(duì)合理的。

3 結(jié)果分析

3.1 九湖流域水土流失空間特征分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)(表1)，2021年九湖流域水土流失面積共有1 306.92 km2，占土地總面積的16.67%，水土流失面積占比低于云南省流失比例(21.30%)。從侵蝕強(qiáng)度等級(jí)方面看，主要以輕度侵蝕為主，輕度侵蝕面積占水土流失總面積的66.89%，占比超過三分之二；其次中度侵蝕面積占水土流失總面積的18.47%；此外，強(qiáng)烈侵蝕面積占水土流失總面積的7.82%；極強(qiáng)烈侵蝕面積占水土流失總面積的4.97%；劇烈侵蝕面積占水土流失總面積的1.86%?？傮w表現(xiàn)為隨著侵蝕強(qiáng)度等級(jí)升高，水土流失面積逐漸減小。

表1 2021年云南省九湖流域水土流失分級(jí)面積統(tǒng)計(jì) 單位：km2

九湖流域水土流失空間分布情況見圖2，其中洱海流域、程海流域、杞麓湖流域、星云湖流域和陽宗海流域的水土流失面積占比均超過九湖流域均值(16.67%)，分別為19.00%、20.77%、20.43%、17.26%、25.96%。

從不同土地利用類型來看(表2)，林地和耕地是主要發(fā)生水土流失的地類，水土流失面積分別占九湖流域水土流失面積的35.69%、31.60%。從各地類不同侵蝕強(qiáng)度等級(jí)下的水土流失面積可以得到，園地、林地、草地和交通運(yùn)輸用地主要以輕度侵蝕為主；建設(shè)用地主要以輕度和中度侵蝕為主；其他土地水土流失面積較小，不到水土流失總面積的1%。高強(qiáng)度侵蝕主要集中在耕地中，其極強(qiáng)烈和劇烈侵蝕總面積占九湖流域極強(qiáng)烈和劇烈侵蝕面積的82.85%，占比超過四分之三。結(jié)合表1可以得到，耕地高強(qiáng)度水土流失主要分布在滇池流域和洱海流域，其次是星云湖流域和撫仙湖流域，是九湖流域中高強(qiáng)度水土流失優(yōu)先治理的主戰(zhàn)場(chǎng)。

圖2 九湖流域水土流失空間分布

表2 2019—2021年云南省九湖流域不同土地利用水土流失面積變化統(tǒng)計(jì) 單位：km2

3.2 九湖流域土地利用特征分析

進(jìn)一步分析九湖流域中不同土地利用類型下的水土流失特征，統(tǒng)計(jì)得到九湖流域2021年各地類面積排序分別為：林地>耕地>水域及水利設(shè)施用地>建設(shè)用地>草地>園地>交通運(yùn)輸用地>其他土地，各地類占土地總面積的比例分別為45.18%、17.88%、14.25%、10.00%、6.85%、3.19%、2.59%和0.06%，主要以林地為主。具體到不同湖泊分布流域內(nèi)部的地類分布特征，各湖泊流域的土地利用類型分布特征具有相似性(圖3)，林地面積均較高。

圖3 云南省九湖流域土地利用面積分布

從各流域內(nèi)的土地利用面積占比來看，瀘沽湖林地比例最大，占瀘沽湖流域總面積的59.30%；其次為洱海流域、程海流域，林地占比分別為55.05%、46.57%；而撫仙湖流域林地面積比例最小，只占32.98%。除林地外，耕地在杞麓湖、星云湖和陽宗海等流域占比較高，分別占流域總面積的33.99%、32.84%和24.59%；園地在異龍湖流域占比遠(yuǎn)高于其他湖泊，占流域總面積高達(dá)17.84%；草地在陽宗海流域面積占比較高，達(dá)到13.35%；撫仙湖、程海和瀘沽湖等流域的水域及水利設(shè)施用地面積占比均超過20%；建設(shè)用地在滇池、杞麓湖流域占比較高，分別占流域總面積的16.28%和11.33%；其他土地利用類型在九大高原湖泊流域面積占比均小。

利用土壤侵蝕柵格數(shù)據(jù)疊加土地利用矢量數(shù)據(jù)，計(jì)算各土地利用的平均侵蝕模數(shù)，按照SL 190—2007《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》將結(jié)果分為無水土流失和有水土流失兩類，統(tǒng)計(jì)分析不同地類下有水土流失地類與各因子的相關(guān)性，定量評(píng)價(jià)影響不同土地利用類型發(fā)生水土流失的主控因子，結(jié)果見表3。

表3 不同土地利用類型有水土流失區(qū)域中主控因子分析

結(jié)果得到，S因子和坡度是影響耕地和建設(shè)用地發(fā)生水土流失的主要因子，在0.01置信水平下均達(dá)到0.7以上。由于S因子是基于坡度計(jì)算得到，因此可以認(rèn)為耕地和建設(shè)用地的主控因子是坡度。園地、林地和草地主要以B因子影響為主，即植被覆蓋度是影響園地、林地和草地水土流失的主要因子。此外，坡度也是影響園地、林地和草地水土流失的主要因子之一。降雨侵蝕力因子R及土壤可蝕性K因子等在九湖流域?qū)Ω鞯仡愃亮魇У挠绊懴鄬?duì)較小。因此，針對(duì)影響九湖流域各土地利用類型水土流失的主要影響因子展開進(jìn)一步的分析。

3.3 九湖流域植被覆蓋特征分析

統(tǒng)計(jì)分析九湖流域不同等級(jí)植被覆蓋狀況(表4)，結(jié)果得到九湖流域園林草植被以高覆蓋和中高覆蓋為主，高覆蓋等級(jí)植被面積為1 209.40 km2，占植被總面積的27.93%；中高覆蓋植被等級(jí)面積為1 167.77 km2，占植被總面積的26.97%。其他3個(gè)植被覆蓋度等級(jí)面積占比相差不大，中覆蓋等級(jí)植被面積占植被總面積的18.21%，中低覆蓋等級(jí)植被面積占植被總面積的13.39%，低覆蓋等級(jí)植被面積占植被總面積的13.50%。

表4 云南省九湖流域植被覆蓋度面積統(tǒng)計(jì) 單位:km2

具體到各湖泊流域內(nèi)的園林草植被分布特征，低覆蓋等級(jí)植被面積在杞麓湖和異龍湖流域的比重較大，達(dá)到20.85%和20.82%；中低覆蓋等級(jí)植被面積在程海和陽宗海流域的比重較大，達(dá)到17.99%和16.68%；中高覆蓋植被面積在瀘沽湖和杞麓湖的占比較高，分別達(dá)到了44.70%和31.38%；高覆蓋植被面積在滇池的占比最高，占比為33.14%，撫仙湖和異龍湖的高覆蓋植被覆蓋面積次之，占比分別達(dá)到31.93%和26.14%。

從不同植被覆蓋度下的水土流失面積分布來看(圖4)，其中各強(qiáng)度等級(jí)的土壤侵蝕主要集中在低植被覆蓋度區(qū)域，且主要以輕度侵蝕和中度侵蝕為主。整體上表現(xiàn)為隨著植被覆蓋度增加，水土流失面積顯著減少。

圖4 云南省九湖流域植被覆蓋變化與土壤侵蝕面積分布關(guān)系

3.4 九湖流域地形坡度特征分析

地形坡度是影響水土流失的主要影響因素之一，從九湖流域的地形特征來看(表5)，坡度小于8°的平坦土地所占比例為45.28%，接近二分之一，說明九湖流域坡度較為平緩；8～25°的坡度占比39.49%，超過三分之一；坡度25°以上陡坡地所占比例為15.23%。

表5 云南省九湖流域地形坡度分級(jí)面積統(tǒng)計(jì) 單位:km2

分析九湖流域不同坡度等級(jí)下的水土流失情況(圖5)，結(jié)果得到九湖流域水土流失面積主要分布在8～25°，其次在25～35°。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大于15°以上的坡度等級(jí)上水土流失面積占九湖流域總水土流失面積的82.66%。為此以15°為界進(jìn)一步分析了各湖泊流域的水土流失情況，得到滇池流域、星云湖流域和杞麓湖流域在小于等于15°和大于15°以上的水土流失面積相差不大；異龍湖流域、撫仙湖流域和陽宗海流域坡度大于15°以上水土流失面積占比在56%～66%；洱海流域、瀘沽湖流域和程海流域水土流失主要聚集在大于15°以上坡度等級(jí)，占比在68%～78%。

a)滇池

c)杞麓湖

4 結(jié)論

基于CSLE模型，利用九湖流域內(nèi)小流域監(jiān)測(cè)站點(diǎn)資料及修正模型相關(guān)因子數(shù)據(jù)，并結(jié)合野外實(shí)地調(diào)查，得到云南省九大高原湖泊流域的水土流失監(jiān)測(cè)成果，分析九湖流域水土流失特征及其關(guān)鍵因子，結(jié)論如下。

a)九湖流域2021年水土流失面積為1 306.92 km2，占土地總面積的16.67%，水土流失面積占比低于云南省流失比例(21.30%)。九湖流域中極強(qiáng)烈和劇烈侵蝕面積主要分布在耕地中，占九湖流域極強(qiáng)烈和劇烈侵蝕面積的82.85%，主要集中在滇池流域和洱海流域。

b)在九湖流域中，植被覆蓋度和坡度是影響各土地利用類型水土流失的主要因子；其中，隨著植被覆蓋度增加，水土流失面積顯著減少；此外，水土流失主要集中在15°以上坡度等級(jí)，占九湖流域總水土流失面積的82.66%。

c)根據(jù)九湖流域水土流失特點(diǎn)，水土流失主要分布在林地和耕地，需保護(hù)和建設(shè)以水土保持林、水源涵養(yǎng)林為主的植被體系，加強(qiáng)遠(yuǎn)山封育保護(hù)，山腰實(shí)施以林草植被建設(shè)、坡耕地整治為主的水土流失綜合治理，據(jù)不同湖泊的水土流失特點(diǎn)因況施策。