長江上游生態系統土壤保持重要性評價及分區

劉 青，范建容

（1.中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所，成都 610041；2.中國科學院研究生院，北京 100049）

長江上游生態系統土壤保持重要性評價及分區

劉 青1，2，范建容1

（1.中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所，成都 610041；2.中國科學院研究生院，北京 100049）

長江上游是我國西部重要的生態屏障，開展該區的生態系統土壤保持重要性評價級及分區將為長江上游生態系統功能保護區規劃的制定提供科學依據。在長江上游土壤侵蝕敏感性評價的基礎上，結合土壤侵蝕現狀，滑坡泥石流的危害，以及土壤侵蝕對河流、水庫等洪水調控能力的影響程度，確定土壤保持重要區域，并根據河流泥沙輸移能力分布情況以及土壤保持重要性相同等級成片集中分布且地貌類型一致原則，將長江上游生態系統分為土壤保持極重要區、重要區、較重要區、中等重要區、一般重要區總共5個類型區，對科學地開發利用長江上游土地資源有重要的指導意義。

長江上游；土壤保持；重要性評價；重要性分區

1 研究背景

長江上游是指宜昌以上的長江流域，位于我國西部的內陸腹心地帶。涉及青海、甘肅、陜西、西藏、四川、云南、貴州、重慶、湖北等9省、市，共計348個縣，面積1.05×106km2，占整個長江流域面積的58.9%。該區是長江流域和我國西部的重要生態屏障［1］，水情變化和調控功能的發揮在很大程度上決定著長江中下游的水安全，上游調蓄洪水能力的降低將加重中下游洪澇災害［2］。長江上游還是生態脆弱區和環境敏感區，任何不合理的人類開發活動極容易引起長江上游的土壤侵蝕和生態退化，其影響范圍不僅是區域的，而且是全流域的，乃至全國的。長江上游土壤侵蝕面廣量大，河湖塘庫泥沙淤積嚴重，土壤侵蝕仍是長江上游區突出的生態環境問題，水土保持作為長江上游區生態環境建設的中心內容之一，將在21世紀中國經濟和社會發展中具有極其重要的戰略地位。本文在土壤侵蝕敏感性評價的基礎上，結合土壤侵蝕嚴重程度及滑坡泥石流的危害，分析土壤侵蝕對河流、水庫等洪水調控能力的影響程度，確定土壤保持重要區域，并根據河流泥沙輸移能力分布情況以及土壤保持重要性相同等級成片集中分布且地貌類型一致原則進行重要性分區，以期為長江上游生態系統功能保護區規劃的制定提供依據。

2 指標體系與評價方法

2.1 評價指標

周伏建［3］、孫立達［4］等人通過研究表明通用土壤流失方程能較好地適用于我國的區域土壤侵蝕估算和分析，是一種能很好地反映土壤侵蝕與其影響因素之間關系的模型［5］：

式中：A為土壤侵蝕量；R為降水侵蝕力；K為土壤質地因子；LS為坡度坡長因子；C為地表覆蓋因子；P為農業措施（耕作）因子。

通過該土壤流失方程可以看出，影響土壤侵蝕的因素主要有5個。其中降水侵蝕力（R）、土壤質地因子（K）和坡度坡長因子（LS）與人類活動的關系不大，純粹是自然力所控制的，反映了自然的作用過程。地表覆蓋因子（C）主要是由植被決定的，在目前情況下，植被的分布是自然因素和人類活動共同作用的產物。上述因子被認為是影響土壤保持功能的基本因素。

本次土壤保持重要性評價基于上述影響因子，通過對長江上游環境背景狀況以及已有的基線活動的了解，初步篩選評價指標，提交科學咨詢專家小組的審查，按審查意見修改完善指標，確定評價指標為：降雨侵蝕力、土壤可蝕性、地形起伏度、地表覆被、滑坡泥石流危害情況，以及土壤侵蝕對河流、水庫等洪水調控能力的影響程度。

2.2 指標獲取

本次研究通過實地調查、遙感影像分析滑坡泥石流危害情況，根據控制長江上游流域集水面積的長江宜昌水文站多年觀測資料，可獲得長江上游各級河流懸移質輸沙情況來反映土壤侵蝕對河流、水庫等洪水調控能力的影響程度。其余指標根據如下方法獲得。

2.2.1 降雨侵蝕力指標

降雨侵蝕力利用長江上游的各氣象站點近40a的雨量資料，采用誤差變化范圍相對較小、穩定性更好且具有較好精度的簡易模型獲得，即

式中：Mi為第i個半月時段的侵蝕力值［（Mj· mm）／（hm2·h）］；k為該半月時段內的天數；Dj為半月時段內第j天的侵蝕性日雨量，要求日雨量≥12 mm，否則以0計算；α和β為模型待定參數，利用日雨量參數估計模型參數α和β的公式為：

式中：Pd12為日雨量≥12 mm的日平均雨量（mm），Py12為日雨量≥12 mm的年平均雨量（mm）。

計算結果插值獲得長江上游降雨侵蝕力分布圖，并按照如下標準（與全國生態功能區劃中分級標準一致）進行分級。

表1 長江上游降雨侵蝕力分級賦值標準Table 1 Classification of rainfall erosivity in the upstream of Yangtze River

2.2.2 土壤可蝕性指標

土壤可蝕性指標K值以土壤普查資料插值分別獲得長江上游土壤表層黏粒、粉沙、沙粒、有機質含量分布圖為基礎數據，采用1990年Williams等人在侵蝕－生產力影響評價模型（EPIC）中發展形成的數學模型計算獲得，

式中：SAN，SIL，CLA和C是砂粒、粉粒、黏粒和有機碳含量（%）；SN1＝1－SAN／100。

計算所得K值圖層按如下（見表2）標準進行分級，獲得土壤可蝕性類型分布圖。

表2 長江上游土壤可蝕性K值分類分級Table 2 Classification of soil erodibility K in the upstream of Yangtze River

2.2.3 地形起伏度指標

地形起伏度由DEM數據分析建立長江上游地形起伏度分布圖，按表3的標準由地形起伏度分布圖獲得長江上游地形起伏分級圖。

表3 長江上游地形起伏分級賦值標準Table 3 C lassification of topographic relief in the upstream of Yangtze River

2.2.4 植被覆蓋指標

根據全國1∶1 000 000植被類型分布圖結合土地利用圖修正，根據專家討論分析結果，將植被覆蓋度因子對土壤侵蝕的影響分為5級（表4），利用植被類型圖繪制土壤侵蝕對植被的敏感性分布圖，再應用MODIS 2005—2007三年夏季長江上游植被指數NDVI最大值圖，對定為輕度的森林、輕度及中度的草地群落分別進行修正。

表4 植被覆蓋分級賦值標準Table 4 C lassification of vegetation cover

2.3 評價方法

根據研究目的將本次長江上游的土壤保持重要性評價及分區分為4個階段：土壤侵蝕現狀評價、土壤侵蝕敏感性評價、土壤保持重要性評價及土壤保持重要性分區。

2.3.1 土壤侵蝕現狀評價

根據長江上游第二次土壤侵蝕遙感調查資料（2000年），并結合野外調查數據，針對該區域多種土壤侵蝕方式典型分布的特點，逐類對長江上游地區進行土壤侵蝕現狀進行評價；并將評價結果信息影像化，作為土壤保持重要性評價中的一項重要指標。同時，還對長江上游區域滑坡、泥石流分布及危害程度以及各級河流的懸移質多年輸沙狀況進行調查分析［6－8］，為該區土壤保持重要性評價及分區提供依據。

2.3.2 土壤侵蝕敏感性評價

土壤侵蝕敏感性評價是為了識別容易形成土壤侵蝕的區域，評價土壤侵蝕對人類活動的敏感程度。從土壤侵蝕的影響因素及分布規律出發，探討主要自然因素對土壤侵蝕敏感性的影響規律。從通用土壤流失方程可以看出，通過區域地形、降雨、土壤、植被環境背景特征的分析［9］，可以獲得區域土壤侵蝕敏感性空間分布情況［10－11］。

土壤侵蝕敏感性指數計算式為

式中：Sj為j空間單元土壤侵蝕敏感性指數；Wi為i因素的權重；Cij為i因素j空間單元等級值。

其中，因子權重采用因子分析法確定，將降雨侵蝕力圖、土壤可蝕性圖、地形起伏度圖、植被敏感性圖通過圖像處理中的主成份變換方法，獲得的第一主分量是這4個因子的綜合反映，其貢獻率達到85.54%。由第一主成份特征向量歸一化值作為相應因子權重的估計值，其結果降雨侵蝕力、地形起伏度、土壤可蝕性和植被覆蓋的權重值分別為0.286 7，0.298 7，0.242 0，0.172 6。

應用式（5）建模進行評價，評價結果按表5對長江上游土壤侵蝕敏感性進行分級，并生成長江上游區域生態系統土壤侵蝕敏感性分級圖，為該區土壤保持的重要性評估做準備。

2.3.3 土壤保持重要性評價

土壤保持重要性評價以土壤侵蝕敏感性評價為基礎，結合土壤侵蝕現狀、滑坡泥石流規模及其分布，分析其對河流、水庫等洪水調控能力的影響程度，獲得長江上游土壤保持重要性分布情況，為土壤保持重要性分區提供依據。土壤保持重要性評價涉及主要內容包括土壤侵蝕敏感性、土壤侵蝕現狀、滑坡泥石流危險度區劃。本文采用ARCGIS的空間疊加分析法實現綜合評價，具體評價指標根據研究區實際情況通過專家分析討論確定，見表6、表7。

表5 土壤侵蝕敏感性分級標準Table 5 Classification of soil erosion sensitivity

表6 針對土壤侵蝕現狀的土壤保持重要性等級劃分Table 6 Levels of soil conservation significance based on the current soil erosion degrees

表7 針對滑坡泥石流危害的土壤保持重要性等級劃分Table 7 Levels of soil conservation significance based on the hazard degrees of landslide and debris flow

2.3.4 土壤保持重要性分區

土壤保持重要性分區是在土壤保持重要性評價結果的基礎上，參考長江上游各支干流輸沙模數分布現狀，考慮侵蝕對河、庫等洪水調控能力的影響，在土壤保持重要性相同等級成片集中分布以及地貌類型一致的原則指導下，基于ARCGIS軟件的空間分析功能對長江上游土壤保持功能進行重要性分區［1］。本文分為極重要區、重要區、較重要區、中等重要區、一般重要區共5個土壤保持重要性類型區。

3 結果與分析

3.1 土壤侵蝕現狀

長江上游土壤侵蝕類型齊全、區域分異明顯。根據長江上游第二次土壤侵蝕遙感調查資料（2000年），長江上游土壤侵蝕面積（輕度以上土壤侵蝕面積）43.83萬km2，約占長江上游流域總面積43.6%。四川盆地屬水蝕區，云貴高原為水蝕、重力侵蝕區，橫斷山水蝕、凍融侵蝕、重力侵蝕均有分布，秦巴山地以水蝕、重力侵蝕為主，其石灰巖區還有溶蝕分布，青藏高原以凍融侵蝕為主。

各侵蝕類型及強度分級面積見表8。

表8 長江上游土壤侵蝕面積及強度Table 8 Areas and intensities of soil erosion in the upstream of Yangtze River

同時，長江上游地區是我國滑坡和泥石流等重力侵蝕最為發育的地區。滑坡和泥石流的分布，受地形、地質和氣候等條件的控制，在空間分布上具有一定的規律性［12］。該區滑坡和泥石流分布具有非地帶性特點，在大地貌單元過渡帶上，河流切割強烈、相對高差大的地區，沿斷裂帶和地震帶，降水豐沛和暴雨多發區集中分布。滑坡和泥石流不僅直接造成嚴重的自然災害，還影響到國家、人民生命財產的安全，也造成嚴重的土壤侵蝕，是土壤保持的重點關注區。

長江流域多年平均懸移質輸沙模數為243 t／（km2·a），宜昌以上的上游地區較高，平均為468 t／（km2·a）。根據水文站實測泥沙資料分析，由于長江上游區域產沙條件的差異，流域輸沙模數差別懸殊，從＜100 t／km2·a到＞3 000 t／km2·a不等。金沙江下游是長江上游地區滑坡泥石流最為發育的區域之一，造成的土壤侵蝕也最為嚴重。其多年平均懸移質輸沙量卻高達17 600萬t，占流域總輸沙量的68.5%。平均含沙量4.33 kg／m3，為上游地區的6倍，平均輸沙模數2 060 t／（km2·a），約為上游區的11倍。

3.2 土壤敏感性空間分布

長江上游土壤侵蝕敏感性總體水平較高，統計結果具體為：土壤侵蝕不敏感面積占總面積的8.24%；輕度敏感面積占22.21%；中度敏感面積占53.02%；高度敏感面積占16.53%。

根據長江上游區域的土壤侵蝕敏感性指數，將該區域土壤侵蝕敏感性依據上述土壤侵蝕敏感性分級標準，分級并成圖，見圖1。大渡河中下游和岷江上游區域、大巴山片區、烏江下游片區均為山地向平原過渡地帶，為土壤侵蝕高度敏感區；川西高原區、烏江上游區、嘉陵江上游部分地區為土壤侵蝕中度敏感區；除此之外的長江源區和成都平原大部分、烏江上游部分區域為輕度或不敏感區域。

圖1 長江上游土壤侵蝕敏感性分布圖Fig.1 Spatial distribution of soil erosion sensitivity in the upstream of Yangtze River

3.3 土壤保持重要性空間分布

基于長江上游地區的土壤侵蝕敏感性，結合該區土壤侵蝕現狀以及滑坡、泥石流危害程度以及土壤侵蝕對河流、水庫等洪水調控能力的影響，參考該區社會經濟狀況，本文對該區生態系統土壤保持重要性進行了評估。評估結果見圖2。

圖2 長江上游土壤保持重要性評價結果圖Fig.2 Result of significance evaluation of soil conservation in the upstream of Yangtze River

評估結果表明，土壤保持“極重要”區域主要分布于三峽庫區、西秦嶺山地、金沙江下游北岸地區，該區域土壤侵蝕敏感性高，土壤侵蝕嚴重，加強這些區域的土保工作至關重要，應作為土壤侵蝕治理及泥沙控制的優先區考慮。其次，邛崍山和岷山一帶、大巴山、烏江下游、金沙江下游南岸區域是土壤保持“重要”區，特別是作為成都平原農業、工業、生活主要用水的岷江上游土壤保持重要性尤為突出。金沙江中游、雅礱江中游、大渡河上游、四川盆地及赤水河流域土壤保持重要性也較重要。土壤保持“中等重要”和“一般重要”的區域主要分布在江源高原區、金沙江中上游、雅礱江中上游、大渡河中上游等流域植被較好的地區，這些區域植被覆蓋好，地形起伏較小，土壤侵蝕敏感性低。

3.4 土壤保持重要性類型區劃分及其分布

依據分區原則將長江上游生態區分為極重要區、重要區、較重要區、中等重要區、一般重要區5個類型區。其中，極重要區3個，重要區4個，較重要區4個，中等重要區2個，一般重要區2個。如圖3顯示各類型區的空間分布。

圖3 長江上游土壤保持重要性分區圖Fig.3 Zoning of soil conservation significance in the upstream of Yangtze River

3.4.1 土壤保持極重要區

極重要區分布于嘉陵江上游、三峽庫區、金沙江下游。

四川廣元以北的嘉陵江上游地區為水蝕區，地勢起伏，山高坡陡，巖性松軟，降雨集中，土壤侵蝕敏感性高；坡耕地種植、沙金等礦產開采，人為加速和新增水土流失占有重要地位。除面蝕、溝蝕外、泥石流、滑坡等重力侵蝕也很頻繁。重慶萬縣以東的三峽庫區內碳酸鹽巖廣布，溶蝕作用強烈，巖溶地貌發育，峰叢、洼地溶蝕槽谷等廣泛分布。同時，本區由于山地河谷相對高差較大，谷坡陡峻，土壤侵蝕敏感性較高，且常導致崩塌、滑坡等重力侵蝕發生，水土流失嚴重。金沙江下游及其支流（以北岸為主一直延伸到大渡河）地區下切侵蝕強烈，地勢高差懸殊，加之斷裂發育，巖層十分破碎，又地處東南季風和西南季風交匯帶，多暴雨，侵蝕敏感性非常高。溝蝕嚴重，滑坡、泥石流廣泛分布，頻率高，侵蝕量大，該區域是長江泥沙的主要來源區，同時水電工程開發強度大，為長江上游生態系統土壤保持極重要區。

3.4.2 土壤保持重要區

重要區分布于大渡河中下游和岷江上游、大巴山、烏江下游、金沙江中游及下游南岸4個區域。

大渡河中下游和岷江上游區內森林資源受到嚴重破壞，森林覆蓋率大幅度下降，水源涵養功能下降，土壤侵蝕增強。由于岷江上游及其支流強烈下切，形成深切河谷，谷坡陡峭，滑坡、崩塌、泥石流等重力侵蝕非常發育，不僅造成嚴重水土流失，而且常中斷交通。四川盆地北緣的大巴山片區水土流失類型為水蝕，除一般的面蝕和溝蝕外，由于區內碳酸鹽巖廣布，溶蝕作用強烈，巖溶地貌發育，峰叢、洼地溶蝕槽谷等廣泛分布。同時，本區由于山地河谷相對高差較大，谷坡陡峻，又兼地形雨較多，有大巴山暴雨中心，強度大，土壤侵蝕敏感性高，且常導致崩塌、滑坡、泥石流等重力侵蝕發生，水土流失嚴重。烏江下游片區碳酸鹽巖分布很廣，受水蝕、溶蝕作用，峰林、溶洞等喀斯特地貌發育，在長期水蝕、溶蝕作用下，本區石漠化現象嚴重；同時碳酸鹽巖成土速率慢，容許侵蝕量小，水土流失危險性大。金沙江中游及下游南岸區域地處東南季風和西南季風交匯帶，多暴雨，水土流失以水蝕為主，多為中度侵蝕，侵蝕敏感性較高，滑坡、泥石流廣泛分布，侵蝕量大，且水電工程建設大規模開展，為長江上游生態系統土壤保持重要區。

3.4.3 土壤保持較重要區

較重要區分布于金沙江中游、雅礱江中游、大渡河上游、四川盆地及赤水河流域。

金沙江右岸的金沙江中游區土壤侵蝕敏感性輕度為主，但土壤侵蝕較強，侵蝕泥沙輸移入江距離較短，土壤保持較重要。雅礱江中游地形起伏大，土壤侵蝕敏感性屬中等，土壤侵蝕以中度為主，且泥石流危險性較高，土壤保持仍較重要。四川盆地和赤水河流域地勢起伏，巖性松散，降雨豐沛，土壤侵蝕敏感性較高。人多耕地少，水土流失嚴重，以中度水蝕為主。嘉陵江流域是長江上游主要產沙流域之一，土壤保持功能重要性較高，為長江上游生態系統土壤保持較重要區。

3.4.4 土壤保持中等重要區

中等重要區分布于橫斷山高原山地、烏江中上游區域。

位于四川省西部的橫斷山高原山地區地勢高差懸殊，水土流失垂直分帶明顯，高海拔的山地，以凍融侵蝕為主，海拔較低的地區以水蝕為主。橫斷山區新構造運動活躍，在金沙江、雅礱江、大渡河等深切河谷，谷坡陡峭而不穩定，巖體崩塌頻繁，松散固體物質豐富，降水集中，時有暴雨及冰湖潰決，有利于滑坡和泥石流的形成，成為我國滑坡泥石流最發育的地區之一，對水電工程和人民生命財產產生巨大影響。本區土壤侵蝕敏感性以中度為主，土壤侵蝕以輕度為主，其土壤保持功能重要性總體上屬于中等。烏江中上游區域植被覆蓋良好，土壤侵蝕敏感性屬輕度，土壤侵蝕以輕度為主，該區域土層淺薄，土壤侵蝕危險性較高，土壤保持重要性屬中等。

3.4.5 土壤保持一般重要區

一般重要區包括成都平原、長江源區2個區域。

成都平原地勢平坦，水田廣泛，為微度侵蝕區，侵蝕敏感性較弱，為長江上游生態系統土壤保持一般重要區。長江源區水力侵蝕敏感性不高，由于高原氣候嚴寒，分布著大面積多年凍土，以冰川侵蝕和凍融侵蝕為主，并伴有大風和風沙天氣。

4 結 語

長江上游地區是我國關鍵的生態區域，也是整個長江流域生態安全的保障。為了科學合理地對長江上游進行生態功能保護區劃分，首先必須對長江上游生態系統的水源涵養、土壤保持、生物多樣性保育等主要的生態系統服務功能進行評估。本文將長江上游生態系統按土壤保持重要性分為5個類型區：極重要區、重要區、較重要區、中等重要區、一般重要區。極重要區為泥沙重點監控區，土壤保持極為重要，以坡面整治和滑坡治理為主，搞好封山育林、育草，加強護林、育林，促進生態環境自然修復、改善和優化。重要區應注意生態修復與保育、泥石流滑坡防治、工程建設水土保持監督監測，控制人為新增水土流失發生，保護庫區水質安全。較重要區應科學合理發展生態農業經濟，提高農產品附加值，減輕對耕地資源的壓力，重點進行坡耕地改造，修建坡地排灌水系，實施水土保持耕作法。中等重要區和一般重要區生態環境較好，做好保護現有植被生態系統，對退化生態系統實施生態修復與保育。

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））

（編輯：曾小漢）

Significance Evaluation and Zoning of Ecosystem Soil Conservation in the Upstream of the Yangtze River

LIU Qing1，2，FAN Jian-rong1
（1.Institute of Mountain Hazards and Environment，Chinese Academy of Sciences and Ministry ofWater Conservancy，Chengdu 610041，China；2.Graduate University of the Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China）

Significance evaluation and zoning of ecosystem soil conservation will provide scientific basis for the planning of ecosystem protection regions in the upstream of Yangtze River，the ecological shelter ofwest China.The following factorswere selected as the evaluation indexes：rainfall erosivity，soil erodibility，topographic relief degree，and vegetation cover.Based on the sensitivity assessment of soil erosion，and in association with hazards of landslide and debris flow，and impact degree of soil erosion on the flood control capacity of rivers and reservoirs，aswell as river sediment transport capacity，and soil conservation significance level and landform consistency，the upstream area of Yangtze River was divided into 5 zones according to the significance levels.This result will be important guidance for the utilization of land resources in the upstream of Yangtze River.

upstream of the Yangtze River；soil conservation；significance evaluation；significance zoning

S157.1

A

1001－5485（2012）11－0022－06

10.3969／j.issn.1001－5485.2012.11.005

2011－09－06；

2011－11－20

劉 青（1987－），女，四川威遠人，碩士研究生，主要從事水土保持與GIS應用的研究，（電話）028－85018812（電子信箱）liuqing210＠mails.gucas.ac.cn。

范建容（1969－），女，四川井研人，博士，研究員，主要從事山地土壤侵蝕、荒漠化等生態環境問題的研究和遙感與地理信息系統的應用研究，（電話）028－85018812（電子信箱）fjrong＠imde.ac.cn。