基于GIS的贵州省水土保持率远期及分阶段目标值分析研究

刘晓林，金平伟，王 娟，史燕东，姜学兵，罗煜东，曾小磊，亢 庆*

(1.珠江水利委员会珠江流域水土保持监测中心站，广东 广州 510611；2.珠江水利委员会珠江水利科学研究院，广东 广州 510611)

水土保持是生态文明建设的重要内容，水土保持状况是反映生态系统质量和稳定性的重要指标[1]。为量化确定新时期全国的水土保持任务与目标，水利部于2019年10月提出水土保持率的概念，用于表征区域水土保持综合状况、回答水土流失防治到什么程度才算“行”与“好”的问题[2]。2020年3月国家发展改革委印发了《美丽中国建设评估指标体系及实施方案》，将水土保持率纳入美丽中国建设的22项评估指标中[3]。贵州省内水土流失面积大、强度高、分布分散，岩溶区水土流失特色鲜明，水土流失现状错综复杂，其石漠化水土流失研究、治理在全国都具很强的代表性。根据《国务院关于支持贵州在新时代西部大开发上闯新路的意见》(国发〔2022〕2号)要求，建设贵州生态文明先行区，筑牢长江、珠江上游生态安全屏障。因此，以2020年为基准，在全面分析全省水土流失防治进程与现状特点的基础上，通过空间分析和综合研判，确定贵州省水土保持率远期阈值和分阶段目标值，可为贵州省水土保持生态建设科学布局和提质增效提供宏观依据。

1 研究区概况

贵州地处云贵高原东部，面积约为17.62万km2，其中，喀斯特出露面积10.91万km2，占全省国土面积的61.92%，是中国南方喀斯特集中连片分布的中心[4]。全省大地貌类型以山地和丘陵为主，属于亚热带湿润季风气候区，年均温 14～16℃，年较差和日较差较小；年平均降水量1 100～1 400 mm，常年雨量充沛但时空分布不均；区内日照较少，相对湿度较大。区内广布地带性红壤-黄壤和非地带性石灰土，土壤面积15.91万km2，占全省国土面积的88.8%；森林覆盖率为52%，中亚热带常绿阔叶林是典型地带性植被[5]。

贵州作为中国生态环境最脆弱的地区之一，区内雨量充沛，土壤极易被流水冲刷，植被破坏严重，形成严重的水土流失和石漠化。根据2020年度全国水土流失动态监测成果，全省有土壤侵蚀强度微度的非水土流失面积129 153.21 km2，土壤侵蚀轻度及以上的水土流失面积47 008.20 km2，水土流失面积占国土面积的26.68%。按侵蚀强度分，轻度、中度、强烈、极强烈、剧烈侵蚀面积分别为30 826.78、7 651.77、4 785.34、3 068.93、675.38 km2，以轻度侵蚀为主，水土流失主要发生在耕地和林地上[6]。

2 数据与方法

2.1 概念定义

水土保持率是指区域内水土保持状况良好的面积(非水土流失面积)占国土面积的比例，是反映水土保持总体状况的宏观管理指标，是水土流失预防治理成效和自然禀赋水土保持功能在空间尺度的综合体现[2]。它包含现状值和阈值(目标值)：现状值为现状年非水土流失面积占国土面积的比例；远期目标值为通过水土流失预防和治理，区域内非水土流失面积占国土面积比例的上限，反映的是符合自然规律并满足经济社会发展要求下，水土流失预防和治理应当达到的程度，远期目标年结合生态文明和美丽中国建设要求定为2050年，分阶段目标年为2025、2030、2035年[7]。水土保持率计算公式如下：

SWCR=NLA/TA×100%

(1)

式中 TA——土地总面积，km2；若NLA为轻度以下土壤侵蚀面积现状值，km2，则SWCR为水土保持率现状值，%；若NLA为轻度以下土壤侵蚀面积上限值，km2，则SWCR为水土保持率阈值(目标值)，%。

2.2 数据来源

采用的数据及主要来源如下。①土壤侵蚀、土地利用、植被覆盖：2020年度贵州省水土流失动态监测成果的10米分辨率栅格数据；②地形地貌：1∶50 000比例尺度的数字高程(DEM)栅格数据，并通过地理信息系统软件提取坡度、沟谷等地形指标；③石漠化：水利部1995年和2015年岩溶地区石漠化监测成果的1∶50 000比例尺数据；④生产建设项目： 2018—2020年全省生产建设项目水土流失相关数据；⑤其他数据：社会经济状况、国民经济与社会发展“十四五”规划等其他地理或统计数据。以上空间数据均以土壤侵蚀为基准，重采样到10 m空间分辨率，保证数据空间分析的统一。

2.3 技术流程与方法

参照《水土保持率目标确定方法指南》[7]，根据区域特点和资料获取条件，基于贵州省2020年度水土流失监测成果，以10米分辨率栅格为空间叠加单元，采用土壤侵蚀、土地利用、植被覆盖、地形地貌、石漠化、生产建设项目等地理空间数据，结合社会经济状况、“十四五”规划等统计数据，分析统计水土流失中哪些不需要治理、哪些应当治理，哪些可以完全治理(治理后土壤侵蚀强度可降低到轻度以下)、哪些不可完全治理(治理后土壤侵蚀强度仍在轻度及以上)，以及治理后的水土保持效果与水土流失情势，汇总得到远期目标年2050年时仍将存在的水土流失面积，最终得到贵州省水土保持率远期目标值，根据任务的缓急、区域特征及治理成效，分解得到各阶段目标值，具体流程见图1。

图1 贵州省水土保持率远期及分阶段目标值研判技术流程

2.3.1不需要治理的水土流失

指区域内对生产、生活、生态无不利影响或影响较小，无需进行专门治理且难以自然恢复消除的水土流失面积。对贵州省来说，不需治理的水土流失面积包括高海拔人口稀疏地区和以集中连片裸露基岩为主体的石漠化地区现存水土流失。

2.3.2应当治理的水土流失

扣除上述全省“不需治理的水土流失”之外的其余水土流失面积为“应当治理的水土流失面积”，按照不同土地利用、地形坡度及植被覆盖状况，考虑水土流失治理地块面积及岩溶和非岩溶情况，根据不同治理措施成效，分别判定确定“可以完全治理的水土流失面积”和“不可完全治理的水土流失面积”。具体判定规则如下。

a)耕地。贵州省土地资源以山地、丘陵为主，人均耕地面积远低于全国平均水平[8]，综合考虑耕地水土流失组成及其地形坡度分布特征、治理地块面积等因素确定判定标准。①在经济条件允许的情况下，对25°以下集中连片的坡耕地水土流失治理宜采取坡改梯等工程措施与保土耕作、植物篱等措施，保障农田稳量提质，缓解人地矛盾；已在禁止开垦的陡坡地上(25°以上)开垦种植农作物的，应当按照国家有关规定退耕，植树种草，耕地短缺、退耕确有困难的，应当修建梯田或者采取其他水土保持措施。②地块规格对水土保持措施，尤其工程措施的实施存在制约，综合《水土保持综合治理技术规范》和贵州地形地貌复杂、土地破碎的实际情况[9]，在全省坡耕地田块面积空间分析基础上，选定1.5 hm2为面积上限。田块面积大于1.5 hm2的集中连片坡耕地水土流失，按不同坡度分别采取高标准农田、水平梯田、坡式梯田及配套工程措施治理；田块小于1.5 hm2的分散破碎坡耕地，按不同坡度采取等高垄作等保护性耕作措施和植物篱等生物措施治理。③建设高标准农田、修筑水平梯田按照该措施的治理效果，土壤侵蚀强度降为微度；修筑坡式梯田按照《2020年度水土流失动态监测技术指南》[10]，其工程措施因子赋值为0.414，按照40%消减水土流失面积；实施等高耕作、带状耕作等保护性耕作和植物篱等措施，土壤侵蚀强度降为中轻度；保土耕作及退耕还林、还草等措施，坡度大于25°耕地全部退还为林草地后，按40%消减水土流失面积。

b)林地。综合考虑林地水土流失组成及其地形坡度分布特征、植被覆盖度、岩溶区分布等因素，按照SL 190—2007《土壤侵蚀分类分级标准》[11]分类实施治理，确定判定标准。①覆盖度大于等于75%的岩溶区和非岩溶区林地实施自然封育后，植被覆盖度进一步增加，且林下灌草恢复[12]，水土流失面积分别减少70%和82%(参考2018—2020年贵州省岩溶区和非岩溶区水土流失特征分析获得)；②覆盖度小于75%的区域，按照岩溶区和非岩溶区，分3个坡度等级实施不同治理措施，推算植被覆盖度提升至接近75%或者以上，水土流失率不同程度地降低(参考2018—2020年动态监测结果按照不同坡度和覆盖度统计分析获得)，推算可消减的水土流失面积。

c)草地。根据2018—2020年动态监测结果分析，草地的覆盖度对于水土流失分布的主导因素较少，因此暂不考虑草地覆盖度对水土流失治理的影响，综合考虑草地的水土流失组成及其地形坡度分布特征、岩溶区分布等因素确定判定标准[13]。按照岩溶区和非岩溶区，分3个不同坡度等级，实施不同的治理措施，推算植被覆盖度提升至75%左右或者以上，水土流失率不同程度地降低(参照林地)，推算可消减的水土流失面积。

d)园地。综合园地的水土流失组成及其地形坡度分布特征、植被覆盖度等因素确定判定标准(因岩溶区分布较少，暂不考虑岩溶和非岩溶区的情况)。按照3个坡度等级，实施不同治理措施，结合植被覆盖度，推算消减的水土流失面积。

e)建设活动。按2020年贵州省生产建设活动水土流失面积基数、2018—2020年建设活动水土流失面积变幅及2050年预期生产建设活动的规模，结合贵州省生产建设项目遥感监管成效，推算远期建设活动水土流失总面积[7]。

2.3.3水土保持率远期和分阶段目标值

根据远期不需治理的水土流失面积和不可完全治理的水土流失面积，汇总得到2050年贵州省可达到的水土保持率目标值。在此基础上，分阶段实施针对性预防保护和综合治理措施后，各个阶段综合考虑剩余的不需治理水土流失面积和不可完全治理的水土流失面积，按照不同消减比例，分析确定贵州省水土保持率分阶段(2025、2030、2035年)目标值。

3 结果分析

3.1 远期及分阶段不需要治理的水土流失

3.1.1高海拔人口稀疏地区水土流失

贵州省地势西高东低，自中部向北、东、南三面倾斜，平均海拔在1 100 m左右。经分析，全省65.13%的水土流失面积集中分布在200～1 300 m低山地带，98.09%的水土流失面积分布在2 300 m以下；71.13%的居民点集中分布在200～1 300 m，99.12%的居民点分布在2 300 m以下。鉴于贵州省海拔2 300 m以上区域人口稀疏，以林草地水土流失为主，可通过减少扰动促进自然恢复。因此，分析确定贵州省海拔2 300 m以上的896.55 km2水土流失面积为不需治理的水土流失面积，远期及各个阶段都存在该部分水土流失，不消减水土流失面积。

3.1.2集中连片裸露基岩为主体的石漠化地区水土流失

根据水利部1995、2015年岩溶地区石漠化监测成果数据，1995—2015年20年间通过人工造林种草、林草植被保护与恢复等措施，贵州省石漠化面积减少了8 219 km2，石漠化面积持续减少，石漠化强度持续减轻，但全省2 300 m海拔以下仍有3 355.29 km2的集中连片裸露基岩为主体的石漠化区园林草地现存水土流失。

其中坡度大于20°的集中连片裸露基岩为主体的园林草地，自然立地条件差，植被恢复困难，减少人为扰动，实施自然恢复后，植被覆盖度有所提升，水土流失降至或仍然维持中、轻度，无法消失，面积为2 201.17 km2，视为不需治理的水土流失面积[14]，远期及各个阶段都存在该部分水土流失，不消减水土流失面积。

坡度小于等于20°的集中连片裸露基岩为主体的园林草地，实施人工补植、优化和抚育，辅以必要整地和截水工程措施后，植被覆盖度提升，水土流失降至微度，推算至远期2050年可减少水土流失面积1 154.12 km2。2020—2050年平均每5年需要消减水土流失面积1 154.12 km2的16.67%才能完成任务，计划第一个5年消减水土流失面积10%，第二个5年消减水土流失面积15%，第三个5年消减水土流失面积20%，得到各阶段水土流失面积消减情况：2021—2025年消减115.41 km2，2026—2030年消减173.12 km2，2031—2035年消减230.82 km2。

3.2 远期及分阶段应当治理的水土流失

3.2.1耕地水土流失

地形坡度对耕地的水土流失发生起着关键作用，按照不同坡度统计耕地土壤侵蚀强度面积(表1、图2)，贵州耕地共有水土流失21 214.01 km2，主要分布在5～25°坡度上，面积为16 219.92 km2，占耕地水土流失总面积的76.46%；坡度0～5°和大于35°的耕地中水土流失面积较小，分别为883.96、882.71 km2，占耕地水土流失总面积比例分别为4.17%和4.16%。具体到侵蚀强度，坡度为0～5、5～10、10～15、15～20°的耕地水土流失以轻度侵蚀为主，轻度侵蚀占其坡度水土流失面积比例分别为63.87%、60.78%、46.16%和34.80%；剧烈侵蚀主要发生在坡度15°以上的耕地，侵蚀面积均超过80 km2，且坡度15～20、20～25、25～30、30～35°和大于35°上的耕地剧烈侵蚀占其相应坡度流失面积比例分别为1.92%、3.49%、5.95%、8.37%和11.02%。缓坡耕地的水土流失以轻度侵蚀为主，坡度越高，水土流失越集中在高侵蚀强度，高侵蚀强度面积占相应坡度等级流失面积比例越高，宜对耕地水土流失分坡度分类治理。从空间分布上看，耕地水土流失主要集中分布在贵州省西北部毕节市、六盘水市和遵义市等地。

结合判定规则，分析推算耕地可以治理的水土流失面积(表1)，至远期2050年耕地水土流失实施治理措施后，预计消减水土流失面积5 118.71 km2。经分析，2020—2050年计划安排每5年消减水土流失面积5 118.71 km2的10%～15%，退耕还林还草计划在2035年左右完成，每5年消减该部分水土流失面积的30%，得到耕地各阶段水土流失消减面积，2021—2025年消减856.18 km2，2026—2030年消减919.47 km2，2031—2035年消减1 014.41 km2。

3.2.2林地水土流失

按照《2020年度水土流失动态监测技术指南》[10]中植被盖度分级标准(高覆盖(75%～100%)、中高覆盖(60%～75%)、中覆盖(45%～60%)、中低覆盖(30%～45%)和低覆盖(<30%))分析(图3和表2)，贵州省林地覆盖度以高覆盖和中高覆盖为主，分别占林地总面积的52.92%和31.35%。林地共有水土流失17 428.90 km2，以轻度侵蚀为主，轻度侵蚀面积占林地水土流失总面积的94%以上；从不同覆盖度来看，主要分布在高覆盖、中高覆盖、中覆盖等级，分别占林地水土流失面积的41.47%、28.41%和16.76%；从不同坡度来看，主要分布在坡度15～30°上，面积为9 066.25 km2，占林地水土流失总面积的52.02%；坡度0～5°的林地中水土流失面积较小，为296.30 km2，占林地水土流失总面积的1.70%。在极强烈及以上侵蚀强度等级的水土流失面积中有52.68%的水土流失面积分布在坡度25°以上，因此，陡坡为主的地形条件是全省林地水土流失发生的重要因素。从空间分布上看，林地水土流失主要集中分布在贵州省东南部黔东南州、黔南州和铜仁市等地。

a)植被盖度

表2 林地水土流失远期及分阶段治理情况

结合判定规则，分析推算林地可以治理的水土流失面积(表2)，至远期2050年林地水土流失实施治理措施后，预计消减水土流失面积9 750.72 km2。经分析2020—2050年计划安排每5年消减水土流失面积9 750.72 km2的15%～25%，得到林地各阶段水土流失消减面积，2021—2025年消减1 854.90 km2，2026—2030年消减1 658.76 km2，2031—2035年消减1 462.61 km2。

3.2.3草地水土流失

按照不同坡度统计草地土壤侵蚀强度面积(图4、表3)，贵州草地共有水土流失1 709.49 km2，主要分布在坡度10～25°上，面积为878.34 km2，占草地水土流失总面积的51.38%；坡度0～5°的草地中水土流失面积较小，为57.02 km2，占草地水土流失总面积的3.34%。具体到侵蚀强度，草地各坡度等级的水土流失均以轻度侵蚀为主，各坡度等级轻度侵蚀面积占各坡度水土流失面积比例均超过80%。从空间分布上看，草地水土流失主要集中分布在贵州省西部毕节市高海拔地区。

表3 草地水土流失远期及分阶段治理情况

结合判定规则，分析推算草地可以治理的水土流失面积(表3)，至远期2050年草地水土流失全部实施治理措施后，预计消减水土流失面积495.50 km2。经分析，2020—2050年计划安排每5年消减水土流失面积495.50 km2的15%～25%，得到草地各阶段水土流失消减面积，2021—2025年消减111.92 km2，2026—2030年消减93.12 km2，2031—2035年消减74.33 km2。

3.2.4园地水土流失

按照不同坡度统计园地土壤侵蚀强度面积(图5、表4)，贵州园地中水土流失共490.74 km2，主要分布在坡度10～25°上，面积为276.47 km2，占园地水土流失总面积的56.34%；坡度0～5°的园地中水土流失面积较小，为11.79 km2，占园地水土流失总面积的2.40%。具体到侵蚀强度，园地各坡度等级的水土流失均以轻度侵蚀为主，各坡度等级轻度侵蚀面积占各坡度水土流失面积比例均超过80%；剧烈侵蚀面积较少，各坡度等级均不超过0.4 km2。从空间分布上看，园地水土流失主要集中分布在贵州省南部黔西南州、黔南州以及北部遵义市等地。

图5 不同坡度等级园地水土流失面积对比

结合判定规则，分析推算园地可以治理的水土流失面积(表4)，至远期2050年园地水土流失全部实施治理措施后，预计消减水土流失面积367.68 km2。经分析，2020—2050年计划安排每5年消减水土流失面积367.68 km2的10%～20%，得到园地各阶段水土流失消减面积，2021—2025年消减38.55 km2，2026—2030年消减55.15 km2，2031—2035年消减71.76 km2。

表4 园地水土流失远期及分阶段治理情况

3.2.5建设活动水土流失

分析确定以2020年全省建设活动水土流失面积1 901.66 km2的80%(1 521.33 km2)作为2050年的贵州省的建设活动水土流失面积，相当于在经济社会发展的同时，建设活动监管发挥效益，防治措施落实后，至远期2050年控制消减水土流失面积380.33 km2。计划安排2020—2050年每5年消减水土流失面积380.33 km2的20%，即每5年消减水土流失面积76.07 km2。

3.2.6其他水土流失

裸土地、部分乡间小道等其他土地的水土流失较难治理，维持水土流失面积不变，分析确定2050年其他土地的水土流失面积为11.56 km2，远期及各个阶段都存在该部分水土流失，不消减水土流失面积。

3.3 水土保持率远期阈值与分阶段目标值

经因地制宜、分类施策的综合防治后，汇总各个地类水土流失消减面积(表5、6和图6)，远期贵州省应治理且能治理并消除的水土流失面积为17 267.06 km2，其中消减面积最大为林地，面积为9 750.72 km2，其次为耕地，面积为5 118.71 km2，相应全省非水土流失面积达到146 420.27 km2，远期仍然存在的水土流失面积为29 741.14 km2，其耕地的水土流失面积最大为16 095.30 km2，占总流失的比例达到54.12%，林地的水土流失面积为7 678.18 km2，占总流失的比例仅为25.82%，分析确定贵州省的水土保持率远期阈值应不高于83.12%。

表5 贵州省远期和分阶段水土流失面积 单位：km2

表6 贵州省分阶段水土保持率分析

图6 贵州省远期和分阶段水土流失面积对比

分阶段目标来看，如贵州省2025年水土保持率达到75.05%，2021—2025年水土保持率年均需提升0.35%，年均需消减水土流失面积610.61 km2，年均水土流失降幅应达到1.34%；如贵州省2030年水土保持率达到76.74%，2026—2030年水土保持率年均需提升0.34%，年均需消减水土流失面积595.14 km2，年均水土流失降幅应达到1.40%；如贵州省2035年水土保持率达到78.40%，2031—2035年水土保持率年均需提升0.33%，年均需消减水土流失面积586.00 km2，年均水土流失降幅应达到1.48%；至远期2050年，贵州省水土保持率需达到83.12%，2036—2050年水土保持率年均需提升0.31%，年均需消减水土流失面积553.89 km2，年均水土流失降幅应达到1.63%，整体各个阶段的水土流失降幅符合目前贵州省水土保持规划及治理情况[15]。

4 结论

贵州省2020年水土保持率现状值为73.32%，综合考虑自然规律与经济社会需求，经对不需治理、不可完全治理、可以完全治理水土流失的时空综合研判，确定的2050年水土保持率远期阈值为83.12%；按照先急后缓、先易后难、因地制宜、减量降级、提质增效的原则，确定的2025、2030、2035年水土保持率阶段目标值分别为75.05%、76.74%、78.40%。

水土保持率目标确定既是一项政策性、系统性、创新性强的管理工作，也是一项具有科学性、复杂性的技术工作。贵州省水利厅将根据分解的结果，切实抓好水土保持率在管理工作中的应用，将水土保持率纳入相关规划目标，并在将来作为省级对市县级开展水土保持目标责任考核的重要指标，结合“美丽中国”建设评估、生态文明建设目标评价考核和水土保持目标责任考核等，按年度进行考核评估。