黃土丘陵溝壑區水土保持關鍵措施變化特征

高健翎， 張建國， 朱莉莉， 馬紅斌， 蘇鵬飛， 李 驍

(黃河流域水土保持生態環境監測中心， 陜西 西安 710021)

黃土高原地處中國中部，總面積6.40×105km2，是地球上分布最集中且面積最大的黃土區，由于土質疏松、坡陡溝深、植被稀疏、暴雨集中，水土流失十分嚴重。造成了該地區的生態環境惡化和人民群眾的生活貧困，制約著社會經濟的發展，而且大量的土壤流失導致黃河下游河道持續淤積、河床懸高，已成下游地區人民生產、生活的安全隱患。

黃土丘陵溝壑區是黃土高原水土流失最為嚴重的區域，水土流失面積在90%以上[1]，也是黃河泥沙的主要來源區。據統計黃河天然時期多年平均來沙量1.60×109t(陜縣，1919—1959年)[2-3]中，1.40×109t來自該區[4]，占入黃總沙量的87.5%。新中國成立以來，黨和國家領導人十分重視黃土高原的生態環境改善和人民脫貧問題，長期開展黃河的治理開發與保護工作，在黃土高原尤其是黃土丘陵溝壑區實施了各項水土保持措施，顯著提高了黃土高原的植被蓋度。據統計，在潼關以上黃河主要產沙區，除了清水河、祖厲河、河龍區間西北部、十大孔兌地區和涇河西北部等年降雨量400 mm以下的地區植被蓋度在40%左右外，其它地區的植被蓋度均達到了55%～70%以上，其中汾河、河龍區間山西片和涇河高塬區的植被蓋度已經達到70%～80%[5]。各種措施的實施有效的減少了黃土高原向黃河的輸沙量，促進了黃土高原生態環境的建設與區域社會經濟的發展。

為從黃土高原地區水土流失治理歷程中總結分析不同水土保持措施階段性模式和特點，揭示主要措施的轉變原因與條件，本文以黃土丘陵溝壑區為研究區域，通過分析長時間序列(1954—2015年)該區域梯田、造林、種草、封禁、淤地壩這5項水土保持措施的階段性發展現狀，揭示不同水土保持措施各階段特點，以期為黃土高原地區水土流失治理的關鍵措施和主要策略提供理論依據。

1 研究區概況及數據源

1.1 研究區概況

黃土丘陵溝壑區主要分布在黃河中游河口鎮至龍門區間的黃河兩岸支流及涇河、渭河、洛河上游，包括陜北、晉西、晉南、豫西、隴東、隴中、隴南、內蒙古南部以及青海、寧夏東部等地，總面積約2.16×105km2。涉及內蒙古、陜西、山西、甘肅、青海、寧夏和河南7個省(自治區)共194個縣(市、區、旗)。

該區域自南向北由暖溫帶向中溫帶半干旱大陸性季風氣候過度，四季分明，春季干燥，雨少風多；夏季炎熱，雨量集中；秋季涼爽，冬季寒冷。多年平均氣溫5.0～11.5 ℃，年均降水量300～550 mm，呈自北向南遞增趨勢，降雨季節分布不均，且年際變化大，降水主要分布在6—9月份，且多以強暴雨形式出現；≥10 ℃積溫2 000～3 500 ℃，無霜期120～160 d。土壤以黃綿土為主，在黃土母質上發育而成的，形態和屬性與黃土母質相似，分布范圍廣，是該區域最主要的耕作土。

1.2 數據獲取及處理

數據資料主要包括2011年第一次全國水利普查、“十二五”國家科技支撐計劃項目“黃河水沙調控技術研究與應用”、黃河流域綜合規劃、“十一五”國家科技支撐計劃課題“黃河流域水沙變化情勢評價研究”等項目的水土保持措施(梯田、造林、種草、封禁治理、壩地面積)研究成果。以及水利部水沙研究基金一期、二期，“黃河上中游水土保持措施效益與評價”項目的水土保持措施研究成果[6]，黃河水土保持生態工程項目成果，各省(區)歷年水土保持措施年報數據、水土保持公報數據，水土保持志等。

通過統計分析各類數據資料，并以2011年第一次全國水利普查為基準，對匯總數據進行修正，完成了黃土丘陵溝壑區1954—2015年歷年的梯田、造林、種草、封禁、淤地壩這5項水土保持措施的時空格局演變概況。其中，淤地壩數據主要來源于黃土高原淤地壩安全大檢查專項行動(2008年底)、第一次全國水利普查數據(2011年)和黃土高原各省區統計年鑒等方面資料。

2 結果與分析

2.1 各項水土保持措施累計治理面積變化

從黃土丘陵溝壑區1954—2015年各項水土保持措施面積累計變化圖(圖1)可以看出，梯田、造林、種草、封禁這4項水土保持措施的累計面積呈持續增加趨勢，尤以造林面積增加最多，其次為梯田面積，封禁治理面積在2000年以后開始迅速增加。

圖1 黃土丘陵溝壑區各項水土保持措施面積累計

從增長幅度分析可將黃土丘陵溝壑區水土保持措施治理面積增長幅度劃分為3個時段，即1980年以前，為增長緩慢期，1980—2000年為快速增長時期，2000年以后，該區域各項水土保持措施治理累計面積增幅進一步增加，迎來了水土流失治理的高速發展時期。水土保持措施治理面積表現出3個階段性發展特點的主要原因與國家相關政策的支持及資金投入力度加大緊密相關，分析認為：20世紀80年代以后，國家先后開展了小流域治理工程、水土保持重點工程、退耕還林(草)、淤地壩建設和坡耕地整治等一系列生態工程，對土壤侵蝕控制、生態建設等均起到了良好作用[7]；尤其是1980年以后，水土流失治理進入重點整治和依法防治階段，各項水土保持措施全面推進；2000年左右，隨著黨中央發出“再造一個山川秀美的西北地區”號召后，水土流失治理進入工程推動和生態修復快速發展階段，退耕還林工程、封山禁牧、三北防護林等一大批水土保持生態建設重點項目啟動，促使各項水土保持措施的廣泛推廣應用。尤以造林和種草面積顯著增加，生態環境得到了顯著改觀。

以北洛河流域植被覆蓋變化為例，1987—2007年，北洛河流域植被蓋度呈先緩慢增長后迅速增長趨勢，其流域植被覆蓋度比例從41.12%，46.43%，增加至63.43%[8]。史曉亮等[9]研究表明，自1999年后黃土高原地區草地覆蓋度增加趨勢顯著，增速達到1.76%，尤其是在陜北高原、山西中西部的呂梁—太行山等地，草地覆蓋度增加趨勢明顯。

2.2 歷年各項水土保持措施比重動態變化

從黃土丘陵區歷年各項水土保持措施比重的動態變化(圖2)可以看出，1954—2015年，造林措施占4項水土保持措施的面積比重基本維持在55%左右，為黃土丘陵溝壑區的主要水土保持措施類型；梯田措施的面積比重呈現逐年下降的趨勢，由30%～40%降至25%～30%；種草和封禁治理兩種措施的面積比重在穩定中有所增加，2010年后，面積比重基本維持在8%～10%。

根據基礎數據資料統計(見表1)，可將1954—2015年期間的水土流失治理歷程劃分為7個階段，即1954—1959年、1960—1969年、1970—1979年、1980—1989年、1990—1999年、2001—2010年、2011—2015年。封禁治理措施的面積在2000年以來顯著增加，在2011—2015年達到最大比例，為21%。造林、梯田、種草和封禁治理這4項措施的面積比例由1954—1959年的60∶29∶7∶4，轉變為2011—2015年的47∶24∶8∶21，造林措施比重下降13%，梯田措施比重下降5%，種草措施的面積基本穩定，而封禁治理措施的比重增加了17%。由此分析認為，黃土高原丘陵溝壑區的治理策略已由最初的重治理重人工造林種草輕植被資源保護，轉變為重視生態修復，依靠自然的力量恢復植被。此外，由于沒有合理的適地適樹進行造林，平均造林保存率很低，而且形成了大面積的低質林分[10]，也是造成造林面積比例下降的重要原因之一。本文對關鍵措施的研究與康玲玲等[11]的研究結果一致，她指出，黃土丘陵溝壑區自1994年開始經過8 a治理后，延河、佳蘆河、河保偏、蔚汾河的關鍵措施比例為：梯田11.10%～50.80%，造林47.32%～71.70%，種草0.04%～24.4%。種草和造林面積偏低，可能與部分林地和草地面積算作封禁治理面積有關。

圖2 黃土丘陵溝壑區歷年各項水土保持措施比例動態變化表1 黃土丘陵溝壑區年實施措施量比例

時 段年實施措施量比例維持水平/%造林梯田種草封禁治理1954—1959年60 29 7 4 1960—1969年53 38 5 4 1970—1979年57 29 8 6 1980—1989年61 19 15 5 1990—1999年50301362001—2010年561419102011—2015年4724821

2.3 各項水土保持措施增量占比動態變化

從黃土丘陵溝壑區歷年各項水土保持措施增量面積占總措施增量面積比例(圖3)可以看出，1996年以前為綜合治理時期，各項措施增量比例雖有波動，但總體上保持穩定。1996年以后，隨著國家政策導向與不同省(區)治理重點的差異化，各項措施增量比重波動較大，造林表現為先增后降的趨勢，梯田和封禁增幅較大，種草表現為先降后增。

圖3 歷年各項水土保持措施面積增量占當年總措施面積增量比例(1954-2015年)

造林措施的增量的比重基本維持在50%左右，為第一大水土保持措施。2002—2003年、2007—2008年增幅較大，這主要與國家實施了退耕還林、封山禁牧、三北防護林等一批水土保持生態建設重點項目有關。1996年黃河流域各省(區)的林地總面積為4.71×106hm2，到2015年，林地面積達到1.15×107hm2，增長145%。以陜西省為例，陜西省先后實施退耕還林、天然林保護、三北防護林建設等重點工程，累計投入2.19×1010元，完成造林4.56×106hm2，森林覆蓋率由2000年的30.92%增長到現在的37.26%[12]。吳起縣1986—2003年間，63.55%的耕地轉換成林地和草地，生態環境明顯改善，整體生態環境質量指數提高到0.747，提高了47.72%[13]。

梯田措施增量比重基本維持在20%左右，為第二大水土保持措施。梯田增量比重自2009年起大幅度提升，與甘肅省2009年啟動實施3.33×105hm2標準梯田建設工程有關[14]，至2015年，甘肅省梯田建設面積已累計達到1.94×106hm2，梯田建設重點縣人均梯田占有面積由2008年的0.111 hm2增加到0.158 hm2[15]。

種草措施增量比重呈現逐年下降趨勢，封禁治理措施比重呈逐年增加趨勢。封禁治理措施增量比例在2002年和2010年出現大幅度提升，封禁面積由1996年的6 400 km2增加到目前的3.44×104km2，增長率達437%[5]，可能與1998年國家開始實施天然林保護工程全面禁止采伐天然林有關。此外，青海省、寧夏回族自治區大范圍實施的封禁管護措施對封禁治理面積增加起到積極作用。青海省在黃土高原地廣人稀地區實施了“自然型”植被建設，以天然林保護、退耕還林草、劃區輪牧、大面積封禁管護為主要措施的植被恢復，使得部分草地“三化”加重趨勢得到有效遏制，天然林草地和人工林草地水土保持功能得到了有效鞏固。寧夏自治區2012年全區新增生態修復、封禁保護面積500 km2，水土流失防治步伐明顯加快，鹽池縣自2005年實施封禁治理以來，生態環境發生了顯著變化，封禁治理區域的林草覆蓋率均達到70%以上[16]。分析表明，植被封禁保護已是黃土高原植被恢復的重要措施[17]。

2.4 淤地壩工程變化分析

從黃土高原歷年新增淤地壩數量(圖4)可以看出，淤地壩增量呈現出先增加后下降的趨勢。這可能是由于1986年后淤地壩建設進入了以治溝骨干工程為骨架、完善提高的壩系建設階段造成的，2003年，淤地壩被作為水利部“三大亮點”工程之一推動實施后，進入大規模發展的新時期；2010年以后，由于國家對淤地壩建設管理和安全生產提出了新的要求，淤地壩建設急劇減少。從區域分布而言，目前建設的淤地壩主要分布在陜西、山西和內蒙古三省(區)。

圖4 黃土高原丘陵溝壑區歷年新增淤地壩數量特征

3 結 論

1954—2015年，黃土丘陵溝壑區不同時期關鍵水土保持措施累積面積占當年總措施的面積比重表現為：造林比重下降13%，梯田比重下降5%，種草面積保持穩定水平，而封禁治理比重增加17%，淤地壩增量呈現出先增加后下降的趨勢。不同時期，關鍵水土保持措施比重動態變化表明，該地區逐步將植被封禁保護作為黃土高原植被恢復的重要措施，重治理輕保護的理念逐步轉變。

經過人民治黃70 a的水土流失治理，隨著尊重自然、順應自然、保護自然的生態文明理念的不斷深入，黃土高原地區的生態環境得到顯著的改善，植被覆蓋度大幅度提升，黃土高原初步實現了由黃到綠的轉變。