2018年度松遼流域水土流失動態監測結果分析

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測中心站， 吉林 長春 130021； 2.北京師范大學 水科學研究院，北京 100875)

1 松遼流域水土流失動態監測內容與方法

1.1 監測內容

為全面推進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預防區和東北漫川漫崗、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治理區，共計167個縣(市、區、旗)，總面積87.33萬km2的水土流失動態監測，完成了涉及松遼流域4省區的水土流失動態監測數據的整匯編工作。根據《全國水土流失動態監測規劃(2018—2022年)》，結合《區域水土流失動態監測技術規定(試行)》，松遼流域水土流失動態監測內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施情況。在監測區域分析評價了土地利用、林草覆蓋、水土流失及動態變化、水土保持措施實施情況及效果等。

1.2 監測方法

松遼流域2018年水土流失動態監測主要采用資料收集、遙感監測、野外調查、模型計算和統計分析等方法，選用高分遙感影像，運用地理信息系統及無人機航測等技術，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、強度和分布。

土壤侵蝕計算在不同侵蝕類型區域分別采用不同的方法。在水力侵蝕區，監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、強度和分布。在風力侵蝕區，監測并分析計算風力、植被覆蓋和地表粗糙程度等因子，采用耕地、草(灌)地和沙地的風蝕模型，綜合評價風力侵蝕面積、強度和分布。在凍融侵蝕區，監測并獲取年氣溫、年降水量、地形、植被和土壤等數據，采用歸一化指數模型，綜合評價凍融侵蝕面積、強度和分布。

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

2 松遼流域水土流失現狀及特點

2.1 松遼流域

2018年松遼流域全境水土流失動態監測面積為124.32萬km2，其中水土流失面積27.53萬km2，占松遼流域監測總面積的22.14%。在水土流失面積中，輕度、中度、強烈、極強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、強烈、極強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狀呈現出以輕度和中度侵蝕為主體，面積大分布廣，高強度水土流失向低強度水土流失轉變，以及水力侵蝕面積大于風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構高度相關。國家級水土流失重點預防區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治理區耕地集中、面積占比大且略有增加，因實施了眾多國家水土保持重點建設工程、省級小流域綜合治理工程、生態清潔小流域試點工程等項目，故水土流失在一定程度上得到控制。同時，由于生產發展方向、土地利用結構相對一致，松遼流域內3個國家級水土流失重點預防區水土流失變化趨同，而土地利用結構上的差異和變化程度導致了東北漫川漫崗和大興安嶺東麓國家級水土流失重點治理區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預防區依托于三北防護林體系建設工程、天然林保護工程、儲備林建設工程和水土保持工程等各項生態建設工程，全面實施了禁伐，以此強化森林管護，加強生態環境保護與恢復，有效地減少了水土流失面積。

2.2 東北黑土區

松遼流域東北黑土區范圍涉及內蒙古、遼寧、黑龍江及吉林4省(區)的246個縣(市、區、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預防區和東北漫川漫崗、大興安嶺東麓2個國家級水土流失重點治理區及西遼河-大凌河國家級重點治理區的一部分。在東北黑土區涉及的這6個國家級水土流失重點防治區中，國家級水土流失重點預防區面積44.13萬km2，國家級水土流失重點治理區面積34.68萬km2，2018年水土流失面積14.35萬km2，占東北黑土區水土流失面積的64.76%，其中重點預防區、重點治理區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。

東北黑土區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、強烈、極強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15.40萬km2。總體上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。

東北黑土區水土流失分布及變化與土地利用結構高度相關。國家級水土流失重點預防區，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治理區，耕地集中、面積占比高且略有增加，但因實施了國家水土保持重點建設工程、省級小流域綜合治理工程、生態清潔小流域試點工程等項目，水土流失也在一定程度上得到控制。水土流失動態變化原因主要有三個方面：①生態環境保護力度空前加大，森林覆蓋率增加，植被覆蓋度提高。據《中國統計年鑒(2012)》和《中國統計年鑒(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%。據第一次全國水利普查(2011年)資料，全區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%，林分結構改善，基本無水土流失發生。②水土流失綜合治理程度較高。根據水利部統計資料，該區2012—2017年水土流失綜合治理面積達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，導致耕地面積占比大的國家級水土流失治理區水土流失面積減少不明顯。據中科院遙感與數字地球研究所2010年土地利用數據，該區耕地面積為30.95萬km2；據自然資源部“土地調查成果共享應用服務平臺”公布數據，東北地區(黑龍江省、吉林省、遼寧省及內蒙古自治區東部四盟市全部行政區，范圍大于東北黑土區)2011年耕地面積為33.76萬km2；據國家測繪地理信息局基礎性地理國情數據，2018年東北黑土區耕地面積為38.80萬km2；而2018年動態監測土地利用數據東北黑土區耕地面積為36.20萬km2。綜合分析結果表明，該區2018年耕地面積較2011年增加較多。對比分析2018年動態監測土地利用成果與中科院遙感與數字地球研究所2010年土地利用成果，可以發現該區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，林草地面積增加1.12萬km2，占總面積比例增加1.03百分點。

2.3 典型黑土區

東北黑土區中的典型黑土區涉及130個縣(市、區、旗)，總面積為32.76萬km2。其中：黑龍江涉及80個縣(市、區)，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)，面積為7.19萬km2；內蒙古19個縣(市、區、旗)，面積為9.37萬km2。涉及縣域完整的縣級行政區64個，面積為14.40萬km2，涉及縣域不完整的縣級行政區66個，面積為18.36萬km2。典型黑土區中，耕地面積最大，為18.83萬km2，占典型黑土區總面積的57.48%；草地面積次之，為6.15萬km2，占典型黑土區總面積的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土地總面積比例較小，均小于5%。

2018年典型黑土區水土流失面積為8.50萬km2，占典型黑土區土地總面積的25.94%。其中：水力侵蝕面積6.40萬km2，占典型黑土區土地總面積的19.53%；風力侵蝕面積2.10萬km2，占6.41%。在典型黑土區內發生的水土流失主要以輕度侵蝕為主，面積為7.07萬km2，占典型黑土區水土流失面積的83.17%，而中度、強烈、極強烈、劇烈侵蝕面積分別占11.46%、3.99%、1.00%、0.38%。總體上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、強烈、極強烈、劇烈侵蝕面積分別有54.80%、71.31%、80.65%、81.61%的降幅。

根據2018年水土流失動態監測成果，典型黑土區耕地總面積為14.49萬km2，占典型黑土區總面積的57.48%。按照《黑土區水土流失綜合防治技術標準》(SL 444—2009)對耕地的坡度進行分級統計，結果如下：0°～0.25°耕地面積為4.91萬km2，占典型黑土區坡耕地面積的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，分別占典型黑土區坡耕地面積的8.64%、3.92%、1.89%和0.24%。

典型黑土區2018年水土流失面積較2011年減少的原因有如下兩點：一是土地利用結構發生較大變化，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生。綜合以上兩點，典型黑土區水土流失狀況雖有改善，但與松遼流域、東北黑土區相比，2018年較2011年整體減幅較小。

3 松遼流域水土流失動態監測特點與存在問題及建議

松遼流域地處東北地區，面積廣大，流域內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，流域內多侵蝕類型集聚。2018年流域水土流失動態監測結果表明，流域內水力、風力和凍融侵蝕均有分布。其中：各縣(市、區、旗)均廣泛分布有水力侵蝕；風力侵蝕分布在部分沙化鹽堿化地帶和草原區域，這些區域地勢較為平坦廣闊、地表土質較為疏松且風力強勁，易發生風力侵蝕；凍融侵蝕分布最少，僅在黑龍江省和內蒙古自治區有分布，這些區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，極易發生凍融侵蝕。

3.1 結合實際對模型計算出的奇異值進行了優化

按照《區域水土流失動態監測技術規定(試行)》計算2018年各相關項目縣土壤侵蝕強度時發現，植被覆蓋度大于75%的高覆蓋林草地存在相當比例的侵蝕，導致項目縣的侵蝕面積數值及空間分布與實際不符，故在實際工作中應根據東北地區實際情況對植被覆蓋度大于75%的高覆蓋林草地原始計算數據進行優化。

根據《土壤侵蝕分類分級標準》(SL 190—2007)，當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的監測區域，結合外業調查，對計算數據進行優化，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環境和水土保持變化趨勢。

3.2 動態監測工作存在的問題與改進建議

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

(1)在基于ArcGIS的人機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，導致監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行優化和統一，在滿足全覆蓋的情況下，不斷訂正土地利用結果，提高監測和分析的一致性、準確性、客觀性。

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

(3)2018年度下發的林下蓋度因子GD數據有限，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因子的監測方法，即依托10個典型監測點，選取10個縣20個點位開展林下蓋度GD因子的監測工作，并利用監測結果更新林下蓋度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。建議統一組織開展林下蓋度因子GD的本地化，規定林下蓋度觀測方法與林下蓋度曲線率定技術路線，加強模型因子本地化研究工作。

(4)本項目采用CSLE計算土壤侵蝕模數時，發現因子的空間分辨率和精度不一致對結果存在一定的影響。另外，在因子的計算中，因子間引用與迭代也會導致結果有一定的不確定性。建議使用高精度數據進行計算，以便得出更加精確的結果。

(5)在水土保持措施統計過程中，國家級重點防治區特別是一般監測區域，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計結果與實地調查結果存在一定的差異，導致解譯獲取的數據比實際調查獲取的少。在松遼流域水土保持措施調查時發現“圖斑精細化”工作成果質量不一，與動態監測工作結合困難。建議使用最新時相的遙感影像數據進行解譯并提高影像的精度，同時不斷提升“圖斑精細化”工作成果質量，實現治理、監測、監督全面信息化并相互驗證，提高行業監管水平。