珠江流域土地石漠化和河流泥沙含量的動態變化

吳協保， 黃俊威， 寧小斌， 宋進春，吳照柏， 但新球， 王昊瓊， 盧 立

(1.國家林業和草原局 中南調查規劃設計院 湖南 長沙 410014; 2.國家林業和草原局 石漠化監測中心 湖南 長沙 410014)

石漠化是西南巖溶地區的首要生態問題，與西北地區沙漠化、黃土高原水土流失并稱為影響中國社會經濟發展的三大環境災害[1]，而珠江流域是中國石漠化分布最集中、石漠化程度最重、區域貧困面最大的區域，直接關系到珠江流域水利水電設施安全和水生態安全，亦維系到珠三角粵港澳地區的可持續發展和扶貧事業[2-3]，20世紀80年代，珠江上游水土流失面積占土地總面積的19.26%，至2000年增長到20.53%，加大珠江流域石漠化治理力度已刻不容緩[4]。土地石漠化程度與區域水土流失、河流泥沙含量直接相關，互為因果關系，也是衡量區域生態環境狀況變化的重要指標。21世紀以來，國家加大以巖溶地區石漠化土地為核心的綜合整治和生態修復力度，珠江流域各級政府高度重視石漠化治理生態修復，如珠江流域貴州段落實石漠化治理資金累計2.53×109元，珠江流域廣西段將生物和工程措施相結合，控制水土流失，控制石漠化擴展[5]。石漠化連續監測結果表明，區域石漠化土地面積下降、程度減輕，水土流失強度降低，生態環境狀況顯著改善[6-7]。雖然珠江流域石漠化治理取得一定的成效，但由于年徑流量大，其輸沙量較大，從上游往下游逐次遞增，珠江流域每年平均約有8.65×107t泥沙輸入南海[8]，這對珠江流域下游地區生態環境及用水安全問題造成一定的影響，若對河流泥沙處理不當，還會引發泥沙災害，造成直接或間接的經濟損失[9]。本文以2018年發布的巖溶地區連續3期(2005，2011，2016年)石漠化監測成果數據為基礎，結合水利部發布的中國河流泥沙含量公報等數據，分析21世紀以來珠江流域的石漠化、河流泥沙含量動態變化規律，探討石漠化狀況與河流泥沙含量間的相關性，科學反映珠江流域生態環境狀況的變化特征，以期為珠江流域石漠化地區綜合治理的開展提供數據支撐。

1 材料和方法

1.1 材 料

本文中石漠化土地現狀及動態變化數據來源于國家林業和草原局組織的巖溶地區第3次石漠化監測成果報告；水文監測數據資料來源于自2000—2018年《中國河流泥沙公報》；廣西水資源數據來源于2009—2018年《廣西水資源公報》。

1.2 研究方法

主要包括：①利用Excel的數理統計與圖表功能，對石漠化土地現狀及動態變化速率、珠江流域水文監測數據動態變化規律進行分析；②運用ArcGIS 10.3編制了珠江主要水文站空間布局圖；③運用Excel趨勢線指數回歸法對石漠化土地面積與輸沙量；輸沙量、石漠化土地面積分別與植被綜合蓋度、耕地面積的相關性進行分析。

2 結果與分析

2.1 石漠化土地現狀

根據巖溶地區第3次石漠化監測結果，珠江流域有巖溶土地面積1.56×107hm2，占監測區巖溶土地面積的34.4%，共涉及湖南、廣東、廣西、貴州和云南5省(自治區)165個縣(市區)1 529個鄉(鎮)[10]。巖溶土地中有石漠化土地面積3.44×106hm2，占石漠化土地總面積的34.1%，占該流域巖溶土地面積的22.1%；有潛在石漠化土地面積4.75×106hm2，占潛在石漠化土地總面積的32.4%，占該流域巖溶土地面積的30.5%。

2.1.1 按省級行政單位分 湖南省石漠化土地面積4.20×104hm2，占珠江流域石漠化面積的1.2%；廣東省5.90×104hm2，占1.7%；廣西壯族自治區1.49×106hm2，占43.4%；貴州省1.02×106hm2，占29.6%；云南省8.30×105hm2，占24.1%，珠江流域石漠化土地主要分布在廣西、貴州和云南三省(區)。

2.1.2 按土地利用類型分 發生在喬灌林地上的石漠化面積為2.21×106hm2，占該流域石漠化面積的64.3%；其他林地為2.77×105hm2，占8.0%；耕地(旱地)為6.80×105hm2，占19.8%；草地為2.00×104hm2，占0.6%；未利用地2.51×105hm2，占7.3%，珠江流域石漠化土地多發生在喬灌林地與旱地上。

2.1.3 按植被類型分 分為喬木型、灌木型、草本型、旱地作物型、無植被型5類。石漠化土地發生在喬木型上的面積為5.08×105hm2，占珠江流域石漠化面積的14.8%；灌木型為1.83×106hm2，占53.2%；草本型為3.72×105hm2，占10.8%；旱地作物型為6.80×105hm2，占19.8%；無植被型為4.70×104hm2，占1.4%。珠江流域石漠化土地以灌木型、旱地作物型及喬木型居多。

2.1.4 按巖溶地貌分 發生在峰叢洼地的石漠化土地面積為1.19×106hm2，占珠江流域石漠化面積的34.5%；峰林洼地為1.03×105hm2，占3.0%；孤峰殘丘及平原為3.90×104hm2，占1.1%；巖溶丘陵為3.66×105hm2，占10.7%；巖溶槽谷為3.00×104hm2，占0.9%；巖溶峽谷為5 000 hm2，占0.2%；巖溶斷陷盆地為1.40×104hm2，占0.4%；巖溶山地為1.70×106hm2，占49.3%。珠江流域石漠化土地多發生在峰叢洼地和巖溶山地上。

2.1.5 按石漠化程度分 中度石漠化土地面積最多，為1.32×106hm2，占珠江流域石漠化土地面積的38.5%；輕度、重度石漠化土地面積分別為9.95×105hm2，1.05×106hm2，分別占28.9%和30.4%；極重度石漠化土地面積最少，為7.50×104hm2，僅占2.2%。

2.1.6 按植被蓋度等級分 除屬發生在旱地上的石漠化土地外，林草植被綜合蓋度小于30%的面積為1.50×105hm2，占珠江流域石漠化土地面積的5.4%；30%～49%的面積為2.51×106hm2，占90.9%；超過50%的面積為1.01×105hm2，占3.7%。

2.1.7 按二級流域分 珠江流域石漠化土地主要分布在南北盤江和紅柳江流域，達2.79×106hm2，占珠江流域石漠化土地面積的81.0%，其中以南北盤江流域石漠化土地面積最大，為1.46×106hm2，占珠江流域石漠化土地面積的42.6%。

2.2 石漠化土地動態變化及原因分析

據相關研究，20世紀90年代末期，中國石漠化土地面積年均擴展率為1.86%，“十五”時期年均擴展率為1.37%，表明2000年前后石漠化土地呈現擴展態勢，2002—2011年期間，中國石漠化土地的年均縮減率為1.27%，2011—2016年，年均縮減率為3.45%，表明21世紀以來，中國石漠化土地面積擴展趨勢得到逆轉，呈現“持續減少”趨勢，且石漠化土地減少速率加快[11](詳見圖1)。

圖1 1999-2016年中國不同監測期石漠化土地變動速率

與2011年相比，珠江流域石漠化土地面積呈現減少，減少面積為8.23×105hm2，占全國同期減少面積的42.6%；2012—2016年石漠化土地年均縮減率為4.2%，高于全國同期石漠化速減率3.45%，表明珠江流域石漠化土地減少率高于全國平均水平，石漠化土地治理成效顯著(表1)。

表1 2011-2016年珠江流域石漠化狀況面積及變化

2.2.1 按石漠化程度分 與2011年相比，輕度石漠化土地面積減少1.85×105hm2，年均縮減率為3.4%，占全國同期輕度石漠化土地面積減少量的45.91%；中度石漠化減少2.81×105hm2，年均縮減率為3.8%，占全國同期中度石漠化土地面積減少量的32.6%；重度石漠化減少2.83×105hm2，年均縮減率為4.7%，占全國同期重度石漠化土地面積減少量的54.7%；極重度石漠化減少7.40×104hm2，年均縮減率為12.8%，占全國同期極重度石漠化土地面積減少量的49.0%，表明珠江流域重度、極重度石漠化土地面積減少比重高，珠江流域石漠化程度減輕幅度顯著高于全國平均水平(表2)。

表2 2011-2016年珠江流域石漠化程度面積及變化

2.2.2 按石漠化演變類型分 珠江流域順向演變面積為3.15×105hm2，逆向演變面積為2.68×105hm2，順向演變面積是逆向演變面積的1.18倍，表明2011—2016年，珠江流域石漠化土地朝朝順向方向演替，但局部石漠化仍存在擴展的現象，必須引起高度重視。

2.2.3 按省級行政單位分 2011—2016年，5省石漠化土地面積均呈現減少趨勢，以廣西壯族自治區石漠化土地面積減少最多，達3.80×105hm2，占珠江流域石漠化面積減少量的46.1%，其他依次為貴州、云南、湖南和廣東(表3)。

表3 2011-2016年珠江流域5省區石漠化面積

2.2.4 按植被類型分 2016年石漠化土地上的喬木型與灌木型比重較2011年分別提高1.3%和3.5%，旱地作物型面積減少了3.40×105hm2，表明珠江流域林草植被結構進一步優化，石漠化旱地耕作比重迅速降低，水土流失面積與強度降低。

2.2.5 按植被蓋度分 除耕地外的林草植被綜合蓋度，2016年巖溶地區平均為62.9%，較2011年提高了3.7%；2016年石漠化土地上為41.8%，較2011年提高了1.8%。耕地外的喬灌蓋度，2016年巖溶地區平均為44.6%，較2011年提高了2.5%；2016年石漠化土地上的為31.5%，較2011年提高了3.98%，表明珠江流域林草植被狀況明顯改善，林草植被覆蓋度逐年在提升，石漠化土地上喬灌蓋度增加更加明顯，表明石漠化綜合治理等生態工程的成效逐步顯現。

2.2.6 石漠化動態變化原因 ①國家繼續實施珠江防護林、石漠化綜合治理、新一輪退耕還林、水土保持等重點生態工程，加大巖溶地區林草植被保護與修復力度，生態工程建設是該區域石漠化土地面積持續減少的主導因素。“十二五”期間，珠江流域納入石漠化綜合治理工程共144個縣，占該流域石漠化監測縣的87.3%，占全國石漠化綜合治理縣的45.9%。②隨著城鎮化的持續推進以及易地扶貧搬遷，大量農村人口進入城鎮生活與就業，農村人口持續減少，對土地的壓力大為減輕。2007—2016年，珠江流域涉及的5省(區)農村人口數量持續減少，而城鎮人口持續增加，10 a間農村人口減少2.35×107人。③農村能源結構不斷優化，薪材比重逐年下降，據本次專題調研，在農村能源結構中，傳統薪材所占比重由2011年的37.2%下降到2016年20.0%以下。此外，坡改梯以及工程建設等直接占用石漠化土地，導致區域石漠化土地面積減少。

圖2 2007-2016年珠江流域5省城鎮與農村人口變化對比

2.3 河流泥沙含量動態變化狀況

珠江流域主要水文站包括西江流域南盤江小龍潭站、紅水河遷江站、柳江柳州站、郁江南寧站、潯江大湟江口站及西江梧州站、高要站；北江流域石角站；東江流域博羅站。

2.3.1 徑流量 珠江主要水文站2000年前多年平均徑流量較21世紀多年平均徑流量偏高5.0%，各主要水文站偏高幅度為2.4%～35.3%，其中小龍潭水文站偏高幅度最多，其次為遷江站和南寧站，其余水文站均低于多年平均徑流量偏高值(表4)。

2001到2018年間，珠江主要水文站年徑流量平均值年際變動規律總體不明顯，但年度間差異明顯，2015，2017年全流域年徑流量偏大，而2011年年徑流量偏小，2015，2017年各水文站平均徑流量分別為1.09×1011，1.07×1011m3，是2011年的1.92，1.89倍，而2018年各水文站平均徑流量為8.11×1010m3，僅為2017年的76.2%，造成珠江年徑流量年份差異的主要原因熱帶氣旋等氣象因素導致的降雨差異[12]，據廣西2011，2015，2017年水資源公報顯示，2011，2015，2017年廣西區年降水量分別為1 894，1 806，1 268.8 mm，2015，2017年年降水量分別是2011年的1.5，1.4倍。各水文站年徑流量變動總體趨勢與珠江主要水文站年徑流量平均值變動趨勢基本一致，2001—2011年，珠江主要水文站年徑流量平均值及各水文站年徑流量總體呈現下降趨勢，而2012至2017年呈現逐步升高態勢，2015—2017年珠江主要水文站年徑流量平均值較2011—2014年，2001—2010年多年平均偏多36%和25%，而2015—2017年各水文站多年平均徑流量較2011—2014年多年平均偏多11%～128%，較2001—2010年多年平均偏多9%～43%(表4)。

表4 珠江主要水文站分階段徑流量動態變化 108 m3

2.3.2 輸沙量 珠江主要水文站21世紀多年平均輸沙量明顯低于2000年前多年平均輸沙量，珠江主要水文站21世紀多年平均輸沙量為9.12×106t，僅為2000年前多年平均輸沙量的27.0%，各主要水文站21世紀多年平均輸沙量是2000年前多年平均輸沙量的4.5%～86.9%，各主要水文站多年平均輸沙量均減少，紅水河遷江水文站減少幅度最大，而柳江柳州水文站減少幅度較小(表5)。而21世紀以來，珠江主要水文站年輸沙量平均值年際變動規律不明顯，但與年徑流量、降水量集中度及暴雨強度等存在密切關系，2001—2011年，珠江主要水文站年輸沙量平均值總體呈現下降趨勢，但2012—2017年呈現增加態勢，與其年徑流量變動規律基本一致，特別是2011—2014年主要水文站年輸沙量平均值處于歷史低值，為5.46×106t，僅為2001—2010年和2015—2017年主要水文站年輸沙量平均值的51.1%，51.2%，而2018年年輸沙量平均值僅為3.49×106t，僅為2017年的25.6%(圖3，表5)。2001—2017年，珠江各主要水文站年輸沙量年際變動規律不明顯，年度差異較明顯，與各水文站年徑流量波動規律基本保持一致；珠江各主要水文站除北江石角、東江博羅水文站外年輸沙量總體變動規律與珠江主要水文站年輸沙量平均值變動規律保持一致，各主要水文站年輸沙量總體呈現：2001—2005年平均值>2006—2010年平均值>2011—2014年平均值趨勢，2015—2017年平均值又高于2015年前14 a平均值，與各水文站年徑流量明顯偏多規律基本一致；而2018年各主要水文站年輸沙量又遠低于2017年，與各主要水文站年徑流量偏低相吻合(表5)。

表5 珠江流域主要水文站分階段輸沙量動態變化 104 t

圖3 珠江流域2001-2017年主要控制水文站年輸沙量平均值變化

戴仕寶等[13]的研究表明，1955—2005年以來，珠江流域入海泥沙整體上呈下降趨勢，本文觀點與其研究結論一致，導致輸沙量年際波動變化的主要因素是氣候變化，而珠江流域梯級水庫建設也是入海泥沙含量減少的重要原因。

2.3.3 年平均含沙量 珠江主要水文站21世紀多年年平均含沙量明顯低于2000年前多年年平均含沙量，珠江流域21世紀多年年平均含沙量為0.106 kg/m3，僅為2000年前多年年平均含沙量的28.4%；各主要水文站21世紀多年平均輸沙量均低于2000年前多年平均輸沙量，21世紀多年平均輸沙量是2000年前多年平均輸沙量的6.6%～89.7%，紅水河遷江水文站減少幅度最大，而柳江柳州水文站減少幅度較小(表6)。

表6 珠江流域主要河流分階段年平均含沙量動態變化 kg/m3

由表6可見，21世紀以來，珠江流域各水文站中，小龍潭水文站年平均含沙量明顯高于其他水文站，主要是小龍潭水文站位于珠江上游南盤江流域，其集雨區面積較小，又位于滇中經濟發達區，該區域降水量存在明顯的干、濕兩季，5—10月為雨季，降水量占全年的85%左右，且多大雨、暴雨，其降水量占全年的60%以上，水土流失明顯[14]；該區域是云南省巖溶土地與石漠化土地集中分布區，人口密集，農業人口比重高，是全國主要煙草產區和云南省主要農作物產區，長期的農業、牧業等人類活動導致林草植被破壞嚴重，且人為擾動地表層頻繁，加劇了巖溶地區水土流(漏)失，河流泥沙含量增加；特別是小龍潭以上流域因徑流量較小，缺乏大中型水利樞紐設施，對河流泥沙攔截與阻滯能力弱，導致小龍潭水文站年平均泥沙含量居高不下。剔除小龍潭水文站后珠江各水文站的年平均含沙量動態變化規律與年均徑流量、年均輸沙量變動規律基本吻合，即2001—2011年河流年平均含沙量總體呈現下降趨勢，2012—2017年呈現略微上升趨勢，2018年遠低于2017年前多年平均值；而2001—2018年珠江主要水文站年平均含沙量總體變化呈現指數線性逐步降低趨勢，R2=0.56，各水文站中除北江石角、東江博羅及柳江柳州站個別年份存在異常外，各水文站年平均含沙量變化趨勢與全流域基本吻合(圖4)。

圖4 珠江流域2001-2017年主要水文站(剔除小龍潭站)年平均含沙量變化

2.3.4 多年平均輸沙模數 珠江主要水文站21世紀多年平均輸沙模數明顯低于2000年前多年平均輸沙模數，珠江流域21世紀多年平均輸沙模數為63.4 t/(km2·a)，僅為2000年前多年年平均輸沙模數的27.0%；各主要水文站21世紀多年平均輸沙模數均低于2000年前多年平均輸沙模數，21世紀多年平均輸沙模數是2000年前多年平均輸沙模數的5.7%～87.0%，紅水河遷江水文站降低幅度最大，而柳江柳州水文站降低幅度最小(表7)。

結果表明，21世紀以來，除柳江柳州站、北江石角個別年度異常外，珠江主要水文站年平均輸沙模數及各水文站年輸沙模數的變化規律與年平均含沙量基本一致，即2001—2011年河流年輸沙模數總體呈現下降趨勢，2012—2017年呈現略微上升趨勢，2018年遠低于2017年前多年平均值(表7，圖5)。表明21世紀以來珠江流域水系河流年輸沙模數、年含沙量總體呈現降低態勢，與區域林草植被增加、陡坡耕種比重降低，生態環境狀況持續改善，水土流失量減少緊密相關。而小龍潭、柳州、北江石角水文站分別處于珠江上游南盤江及主要支流柳江和廣東北部北江上，區域年度降雨量分配不均，大雨、暴雨集中度年度差異明顯，集雨區面積較小，輸沙距離較短，且水文站上游缺乏大中型水利樞紐設施對河流泥沙的攔截和阻滯，導致年度輸沙模數變化曲線不規則，且年輸沙模數相對較高(圖6)。

表7 珠江主要水文觀測站年輸沙模數對比 t/(km2·a)

圖5 珠江流域2001-2017年主要水文站年輸沙模數與年輸沙量變化關系

圖6 珠江流域2001-2017年主要水文站年輸沙模數變化

2.4 輸沙量與石漠化土地面積相關性分析

本文以珠江流域及石漠化土地集中分布、程度較重的珠江流域中部的紅水河流域(遷江站)為例，2001—2005年多年平均輸沙量對應第一次石漠化監測成果數據(2006年)，2006—2010年多年平均輸沙量對應第二次成果數據(2011年)，2011—2015年多年平均輸沙量對應第3次成果數據(2016年)，運用Excel趨勢線指數回歸法分析輸沙量、石漠化土地面積與巖溶土地植被綜合蓋度、耕地面積間的關系。結果表明：河流輸沙量與石漠化土地面積呈指數正相關關系(珠江流域、紅水河流域R2分別為0.92，0.94)，隨石漠化土地面積減少，輸沙量逐步降低但降低的速度呈下降趨勢(圖7)；河流輸沙量、石漠化土地面積與植被綜合蓋度呈指數負相關關系(紅水河流域R2分別為0.77，0.96)，與耕地面積呈指數正相關關系(紅水河流域R2為0.97，0.79)(圖8)。

圖7 輸沙量與石漠化面積相關性分析

圖8 珠江流域2001-2017年輸沙量、石漠化面積與植被綜合蓋度、耕地面積相關性分析

21世紀以來隨著退耕還林還草、珠江防護林、土地綜合治理等國家重點生態工程持續推進，尤其是2008年石漠化綜合治理生態修復工程實施，石漠化土地綜合治理的力度不斷加大，此外，隨著異地生態扶貧搬遷、城鎮化建設與勞務輸出等，巖溶地區生態環境承載量降低，人為干擾減少，喬灌植被比重增加，林草植被蓋度增加，陡坡耕地比重持續下降。據監測表明，紅水河流域巖溶地區2005—2016年喬灌植被類型比重增加5%，林草植被蓋度由2005年的38.1%提升至2016年的44.7%；巖溶地區耕地面積由2005年的1.16×106hm2減少到2016年的8.79×105hm2，而15°以上的陡坡耕地面積2016年較2005年減少了近一半50%，區域生態狀況明顯好轉，流域水土流(漏)失面積減少，水土流失強度降低[15-16]。為此，紅水河流域河流輸沙量及年平均含沙量均呈現持續降低的趨勢。

3 結論與討論

(1) 珠江流域是中國石漠化土地集中分布區，截止2016年，該流域有石漠化土地面積3.44×106hm2，占全國石漠化土地總面積的34.1%。

(2) 珠江流域是中國石漠化土地面積減少最多，程度減輕最快的區域，石漠化土地面積減少8.23×105hm2，占全國同期減少面積的42.6%；2011—2016年石漠化土地年均縮減率為4.2%，高于全國同期石漠化速減率3.45%；重度、極重度石漠化面積減少3.57×106hm2，占全國同期重度、極重度石漠化面積減少的53.4%，遠高于珠江流域石漠化土地減少量的比重。

(3) 21世紀以來，根據各年度泥沙公報數據，珠江各主要水文站年輸沙量年際變動規律不明顯，但2001—2011年年輸沙量總體呈現下降趨勢，2012—2017年呈現略微上升趨勢，2018年遠低于2017年前多年平均值，而2001—2018年河流年輸沙量總體仍呈現降低趨勢，年平均含沙量、多年平均輸沙模數等動態變化規律與年均輸沙量基本吻合，與各主要水文站年徑流量及降水量、降雨強度與時空布局等緊密相關。

(4) 自1998年以來，中國加大了巖溶地區生態修復力度，相繼實施了珠江防護林、退耕還林還草、生態公益林效益補償、水土保持、農業綜合開發等生態保護與建設項目，尤其是2008年啟動了石漠化綜合治理專項工程，加快了石漠化土地的治理與生態修復；巖溶地區農村人口大量轉移，降低了巖溶土地的人口壓力；農村能源結構優化，傳統薪材比重逐年下降，促進了巖溶地區林草植被的保護，林草植被結構提質優化，林草植被蓋度與喬灌蓋度逐年增加，珠江流域石漠化面積逐年減少、石漠化程度減輕，體現了中國生態建設與保護的成效逐漸顯現，區域生態環境正朝著良性方向發展。

(5) 石漠化綜合治理生態修復工程實施以來，流域林草植被蓋度上升，石漠化耕地面積減少，陡坡耕種比重降低，區域生態狀況明顯好轉，石漠化土地面積不斷減少，程度降低，流域水土流失面積減少，水土流(漏)失強度亦降低，從而流域河流輸沙量及年平均含沙量均呈現持續降低的趨勢。研究表明，珠江流域石漠化土地面積與河流泥沙含量間存在指數正相關性；河流輸沙量、石漠化土地面積與植被綜合蓋度呈指數負相關關系，與耕地面積呈指數正相關關系。