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天山北坡阜康市土壤侵蚀区域分异特征及防治重点

澳门威尼斯人网址环境修复网  来源:干旱区资源与环境  作者:徐春 等  2019/11/14 14:23:36  我要投稿  
所属频道: 环境修复  关键词:土壤侵蚀 风力侵蚀 新疆

澳门威尼斯人网址环境修复网讯:提 要: 土壤侵蚀具有显著的区域分异性,研究土壤侵蚀分异特征对指导区域水土流失防治具有重要意义。文中以天山北坡阜康市为对象,通过综合评判法、空间叠置及地统计等方法,分析土壤侵蚀及主要影响因子空间分异特征,开展水土保持区域布局,划定重点防治范围与对象。结果如下: ( 1) 土壤侵蚀及其影响因子空间分异明显,自然因素是产生土壤侵蚀区域分异的先决条件,人为活动的差异进一步加剧了土壤侵蚀区域分异。( 2) 区域内土壤侵蚀强度以中度 - 轻度为主,北部沙漠区以中度风蚀为主,中部平原区为轻度风水复合侵蚀,南部山丘区以中度水蚀为主; 土壤侵蚀面积占土地总面积 75. 35% 。( 3) 划分了北部沙漠防风固沙 - 生态维护区、中部平原农田防护 - 人居环境维护区、南部山地水源涵养 - 生态维护区 3 个水土保持分区; 确定了7片重点防治范围、2448. 71km2 的重点防治面积。研究成果可为天山北坡水土流失防治提供技术支撑,为新疆区域水土保持生态环境建设提供科学依据。

关键词: 土壤侵蚀; 区域分异特征; 水土保持布局; 重点防治范围

建设美丽中国为"一带一路"生态合作带来良好契机,新疆作为" 一带一路" 的核心区之一,具有重要的生态地位。天山北坡是新疆经济、科技和社会发展的重心,是新疆最具发展潜力和前景的区域[1],在 《全国水土保持规划( 2015 - 2030 年) 》中,天山北坡属"天山北坡人居环境农田防护区" 和" 天山北坡国家级水土流失重点预防区"[2]。特殊的地形地貌和干旱的气候条件决定了天山北坡脆弱的生态环境,随着区域经济发展和自然资源的开发,区域生态环境状况面临严峻的考验,水土资源环境的约束和保护成为制 约区域内经济社会发展的主要因素之一。

土壤侵蚀受多种因素影响和制约,一部分为自然因素,如气候、地形、土壤、植被等,另一部分为人类活动因素,如土地利用、水土保持措施等,在自然因素和人为活动的共同作用下,土壤侵蚀在空间分布上呈现区域分异性,研究探讨土壤侵蚀的区域分异特征对指导区域水土流失防治具有重要意义。史志刚以安徽省为例,研究了平原型、丘陵型、山区型和风沙型等土壤侵蚀区的侵蚀特征,提出了各区域防治土壤侵蚀的措施[3]; 范昊明等根据东北地区土壤侵蚀分异特点,划分了 9 个土壤侵蚀类型区,并提出各区水土保持治理模式的一般框架[4]; 杨伟等基于土壤侵蚀综合指数对湖北省水土流失区域分异特征进行了研究,划分 了 8 个分区[5]。国内学者相关研究一般多采用定性方法描述土壤侵蚀区域分异特征及侵蚀类型区划 分[6 - 10],在定量研究方面较薄弱,尤其在新疆自治区同类研究更少,有关天山北坡水土流失区域分异特征 及防治重点等问题还缺乏必要的研究。

如何通过定量与定性相结合的方法,分析水土流失区域分异特征,科学划定水土流失重点预防与治理的范围与对象,就成为新疆自治区水土保持工作中亟待解决的问题。文中以天山北坡阜康市土壤侵蚀及影响因子区域分异定量分析为基础,通过开展水土保持区域布局,结合社会经济发展及水土保持治理需 求,分析与划定水土流失防治重点范围与对象,以期为阜康市水土流失防治提供数据和技术支撑,也为新疆水土保持生态环境建设提供科学依据。

1 材料与研究方法

1. 1 研究区概况

阜康市位于新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州境内,总面积 8528. 77km2,地处天山北麓东段、准噶尔 盆地南缘。地势南高北低,地貌依次为博格达峰山地 - 山前冲积平原 - 古尔班通古特沙漠,海拔 450 - 5445m。属中温带大陆性干旱气候,多年平均气温 6. 7℃,多年平均降雨量 205mm,有水磨河、三工河、甘河子河等 7 条河流; 土壤类型以风沙土、灰漠土为主; 植物群落分布高寒冰原植被、湿润山地森林植被和干旱沙漠植被,主要植物种类有高山早熟禾( Poa alpina L. ) 、斗篷草( Lady 's Mantle) 、云杉( Picea asperata Mast) 、落叶松( Larix gmelinii ( Rupr. ) Kuzen. ) 、梭梭( Haloxylon ammodendron ( C. A. Mey. ) Bunge) 、柽柳 ( Tamarix chinensis Lour. ) 等。区域内煤、石油、天然气、石灰石矿产资源分布广泛,储量丰富,煤矿一般分布在海拔 800 - 1100m 区域,油气田集中在北部。

1. 2 数据获取与计算

1. 2. 1 基础数据

GF - 1 遥感( 分辨率 2m、2016 年) 、DEM( 分辨率 30m) 、Landsat8( 分辨率 30m、2016 年) 、行政区划图 ( 2015 年) 、阜康诸小河流水资源利用及工程规划( 2000 - 2030) 、昌吉州土壤、以及农林草等相关行业十三 五发展规划。

1. 2. 2 土壤侵蚀及其影响因子分析

基于 DEM 提取海拔、起伏度、坡度等因子,划分地貌类型[11]; 基于《昌吉州土壤》[12]获取土壤类型及 分布; 构建阜康市土地利用现状分类体系,一级类与土地利用现状分类衔接( GB /T21010 - 2007) ,二、三级 类划分重点从水土流失角度考虑,基于 GF - 1 人机交互解译土地利用; 基于 Landsat8 提取归一化植被指 数( NDVI) ,计算林草植被覆盖度并分类分级[13]; 通过野外调查与测定,验证提取的坡度、土地利用、林草 植被类型及覆盖度等因子。 依据《土壤侵蚀分类分级标准》( SL190 - 2007) [14],通过土地利用、坡度、植被覆盖等因子,分析水力 侵蚀强度; 根据地表形态、植被覆盖等因子,判定风力侵蚀强度。

1. 2. 3 水土保持布局及防治重点

基于区域土壤侵蚀及其影响因子的定量特征,结合水土保持生态建设需求及区域实际,遵循" 自上而 下"与"自下而上"相结合原则,通过空间叠置与统计分析、定量与定性相结合的方法,开展阜康市水土保 持区域布局与防治重点划定。

2 结果与分析

2. 1 土壤侵蚀影响因子空间分异性

2. 1. 1 地貌及坡度空间分异特征

阜康市地貌空间分异明显,形成了南部山丘区、中部平原区、北部沙漠丘陵区的地貌景观( 图 1a) 。全 市以丘陵台地为主,占 75. 56% ,集中于北部和中南部; 其次为山地,占 17. 55% ,分布在南部; 平原仅占 6. 89% ,集中在中部。区域内坡度以 < 5°为主,其次为 5 ~ 8°,从空间分布上看,南部山丘区坡度以 8° ~ 35° 为主,且随着海拔的升高,坡度也随之升高; 中部平原区以 < 5°为主,地势平坦; 北部沙漠丘陵区以 < 8°为 主( 图 1b) 。

2. 1. 2 土壤与植被空间分异特征

阜康市土壤类型以风沙土为主,其次为灰漠土,从空间分布看,南部山区以棕钙土和栗钙土为主,中部平原区以灰漠土为主,北部沙漠区为风沙土( 图 1d) 。全市林草植被占土地面积 83. 36% ,以 45 ~ 60% 的 中覆盖为主,占 45. 24% ; 其次为 < 30% 的低覆盖,占 23. 04% ,30 ~ 45% 的中低覆盖占 18. 18% 。植被地带 性分异明显,南部山区垂直地带性特征突出,高山亚高山草甸与低山草原带以低覆盖度为主,中山森林带 以高覆盖为主( > 75% ) ; 中部平原区是以中覆盖为主的冲积扇草原、平原人工林和荒漠草原; 北部沙漠区 是以中覆盖为主的荒漠草原,东北局部区域为流动和半固定沙丘区,以及受油气田开采活动影响导致的中低覆盖区( 图 1c) 。

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2. 1. 3 土地利用及人为活动空间分异特征

阜康市土地利用以草地为主,其次为耕地和林地,从空间分布看,耕地主要分布在中部 平原,林地则集中在南部山区( 图 1e) 。各业用 地中,草地占比最大,占土地面积 77. 96% ,其 中又以沙漠草地为主,占草地面积 62. 83% ,绿洲草地和山地草地分别占 19. 03% 、18. 14% ; 耕地占 10. 8% ,粮食作物以小麦,玉米为主,经济作物以向日葵,打瓜为主; 林地以天然林和农田防护林为主,占 4. 2% ; 居民点及工矿用地、交通运输及水域用地分别占 2. 93% 、2. 95% ; 园地仅占 0. 03% 。 阜康市人为活动主要有农牧业生产、城镇建设以及油气、矿藏开采,从空间分布上看,主 要分布在中部平原区及低山丘陵区( 图 1f) 。 北部沙漠区分布的油气田,由于人为活动对局部地表植被造成干扰与破坏,加剧了风力侵蚀。中部平原是经济文化集中区,也是人为活动最频繁的区域,由于城镇建设与开发力度大,农业生产种v> 植结构单一且中低产田占比大,农田防护林体系不完善,地下水过度开采及灌溉设施标准低等问题,加剧了土壤侵蚀,同时,此区域也是阜康市重要的春秋牧场,由于经营管理不善,草场退化明显,加剧土壤侵蚀。 南部山区海拔 700 - 1200m 之间工矿分布相对集中,白杨河至西沟河之间超载放牧现象严重,土壤侵蚀严重; 海拔 1200 - 2800m 之间,西部为天池保护区域,植被覆盖度高,东部山区为辅助牧场,放牧活动随着海 拔升高,交通不便、地势陡峻、热量条件差等特定环境条件,放牧强度逐渐减低,植被覆盖度也逐渐升高,对土壤侵蚀影响逐渐减低。整体来看,自然环境和资源的分布导致人为活动存在较强的空间异质性,进而影响土壤侵蚀空间上的分异。不合理的矿产开发、过度放牧等人为活动加剧了土壤侵蚀。

2. 2 土壤侵蚀空间分异特征

2016 年,阜康市土壤侵蚀以中度 - 轻度侵蚀为主,主要的土壤侵蚀类型为风力侵蚀,全市土壤侵蚀面积( 不含冻融侵蚀) 5987. 56km2,占 70. 20% 。风力侵蚀占土壤侵蚀面积 68. 34% ; 风水复合侵蚀占 18. 92% ; 水力侵蚀占 12. 74% ,见图 2。

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北部沙漠区主要以中度风蚀为主,强烈及以上风蚀集中分布在东北方向的流动沙丘、半固定沙丘及油 气田区域,轻度风蚀分布在覆盖度较高的固定沙丘; 中部平原区以轻度复合侵蚀为主,强烈及以上复合侵 蚀分布在山前冲积扇区域; 南部低山丘陵区以中度水蚀为主,强烈及以上水蚀集中分布在过度放牧和矿山 开采区域,轻度水蚀主要分布坡度陡、郁闭度和覆盖度中等的中高山区林草地,见图 3a。土壤侵蚀的空间 分异体现出明显的南北递变的地带性,由北部沙漠区的风力侵蚀作用过渡到中部平原的风水复合侵蚀作 用,再到南部山区的水力侵蚀作用及冻融侵蚀作用,风、水、寒三者在年内随季节有明显的进退交替。此 外,南部山区,东部自甘河子河至黄山沟段土壤侵蚀强度高于西部水磨河至四工河段,这是由于人为活动 的差异导致的,西部为天山天池景区覆盖区域,林草植被保护较好,水土保持措施体系完善,水土流失轻微,而东部多工矿分布且超载放牧问题突出,植被破坏和水土流失严重。不同位置的人为活动差异,进一 步加剧了由于自然因素所导致的土壤侵蚀空间分异。

2. 3 水土保持区域布局

基于土壤侵蚀及影响因子的区域分异特征,结合社会经济发展及水土保持生态建设需求,阜康市划分 为 3 个水土保持分区,即北部沙漠防风固沙 - 生态维护区、中部平原农田防护 - 人居环境维护区、南部山 地水源涵养 - 生态维护区( 图 3b) 。

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( 1) 北部沙漠防风固沙 - 生态维护区: 位于古尔班通古特沙漠南缘,4332. 21km2,占 50. 80% 。以丘 陵、台地为主,土地利用为草地,东北角存在少量流动沙丘和半固定沙丘,油气田分布较广。水土保持主导基础功能为防风固沙和生态维护,在保护好现有植被资源的基础上,重点对油气田周围、流动和半固定沙丘处、沙漠公路和沙漠灌渠两侧、沙漠与平原绿洲交界处,开展防风固沙工程建设,遏制风沙活动,保护生 态环境。

( 2) 中部农田防护 - 人居环境维护区: 位于阜康市中部,2398. 22km2,占28. 12% ,涉及8 个镇( 街道) 。 以平原、台地为主,土地利用以耕地和草地为主。水土保持主导基础功能为农田防护和人居环境维护,一 是加强对农田防护林网和节水灌溉建设,二是开展盐碱地治理与维护,三是以重要湖库型饮用水源地为核 心,开展生态清洁型小流域建设和生态城镇建设,营造良好人居环境,防止水土资源破坏与环境污染。

( 3) 南部山地水源涵养 - 生态维护区: 位于天山东段( 博格达峰) 北麓,1798. 95km2,占 21. 08% ,涉及 3 个镇( 街道) 。以山地丘陵为主,土地利用以草地、林地为主。水土保持主导基础功能为水源涵养和生态维护,一是加强中低山区侵蚀沟道治理及防治山洪、泥石流灾害,二是禁止过度放牧,强化草地保护与合理 利用,三是开展矿山治理及植被恢复,提高林草植被覆盖,增强山地水源涵养及生态维护功能。

2. 4 重点防治范围

重点防治范围包括重点预防和重点治理,重点预防一般为植被相对较好,林草覆盖度大; 现状土壤侵蚀轻微,但潜在土壤侵蚀危险程度较高,对区域防洪安全、水资源安全和生态安全有重大影响的区域; 重点治理多为治理需求迫切,预期治理成效明显,社会经济活动强度较大,土壤侵蚀治理程度较低的区域。

2. 4. 1 划分指标

分析阜康市土壤侵蚀及其影响因子区域分异特征,考虑水土保持生态建设需求,阜康市重点预防区域范围宜围绕水库及水源保护区、重要生态保护区及沙漠油田重要项目区展开; 重点治理区域范围与对象宜围绕北部沙漠和绿洲平原过渡带、南部山区和绿洲平原过渡带、南部山区主要河流沟道、矿产集中分布及过牧区域展开。基于高分影像、调查成果及人为活动特征,定性与定量划分指标。

( 1) 重点预防范围划分指标。 定性指标: 1) 饮用水源保护区,中大型水库等重要水资源保护区; 2) 自然保护区、风景名胜、天然林保 护工程区等重要的生态保护区。 定量指标: 1) 以沙漠公路、灌溉渠道为中心,左右两侧扩展 1km,以油田作业区及油井为中心,向四周 扩展 1km,集中连片,且植被覆盖度在 0. 4 及以上的区域; 2) 植被覆盖度 0. 4 及以上的盐碱化区域,水库周 围 0. 5km 范围内的区域; 3) 海拔在 1600 - 2800m 之间,郁闭度或盖度在 0. 7 以上的森林草原区域。

( 2) 重点治理范围划分指标。 定性指标: 1) 主要河流沟道; 2) 油田、矿产资源开发、过牧及人为扰动集中区。 定量指标: 1) 沿沙漠、平原交错边界向北扩 3km,向南扩 1km 的带状区域。2) 沿山丘区、平原交错边 界向南北两侧各扩 1km 的区域。3) 以南部山丘区 7 条河流为中心,左右两侧扩展 0. 5km,划定的沟道治理区域。4) 以四工河至白杨河之间条带分布、西沟河和黄山河周围的工矿以及集中过牧区向外扩展 50m 的区域。

2. 4. 2 划分成果

重点预防范围涉及水磨沟乡、三工河哈萨克族乡、上户沟哈萨克民族乡等乡镇,集中在天山北坡森林草原区域、中部水库及盐碱化区域、北部沙漠灌渠及道路两侧区域,划定了 3 个片区,预防面积 1617. 65km2。重点治理范围涉及水磨沟乡,甘河子镇等乡镇,集中在平原与沙漠交错区域,平原与山区交错区域,矿产资源集中分布区域及河流沟道两侧,划定了 4 个带,治理面积 663. 41km2。见表 1、图 3( c) 。

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3 讨论

土壤侵蚀区域分异特征是自然因素和人为因素区域差异的综合反映。掌握区域土壤侵蚀分异特征对 水土流失防治工作有重要意义。文中选用天山北坡阜康市作为研究区,土壤侵蚀区域分异特征显著,具有 一定的典型性与代表性。区域内由南到北地貌、坡度、土壤、植被等自然因素差异极大,是产生土壤区域分 异的先决条件,而人为活动的空间分布也影响了土壤侵蚀,不同区域人为活动的强弱导致了土壤侵蚀强度 的分异。这一结论与先前学者的研究成果一致[4,5]。 文中依据阜康市自然环境、土地利用、人为活动和土壤侵蚀特点,进行了水土保持区域布局,建立了具 有区域特色的重点防治范围划分体系,在前人研究的基础上[15,16],增加了油气田、矿产资源开发、超载放 牧等特定指标,指标体系全面且相对简单[17],符合区域实际。 由于数据及资料限制,未能考虑风、降雨等动力侵蚀因子对土壤侵蚀的影响,且目前区域土壤侵蚀研 究中所采用的 CSLE 和 RWEQ 模型[13,18 - 21],在新疆地区缺少相关因子的率定,故本文采用《土壤侵蚀分类 分级标准》判定土壤侵蚀强度等级,缺乏土壤侵蚀模数精准计算。针对风水复合侵蚀,国内相关研究主要 集中在风蚀与水蚀在总侵蚀量的贡献比、以及两者耦合效应对侵蚀量影响方面[22 - 25],目前的研究仍然存 在一些不足[26],文中仅对两类侵蚀数据进行了叠加,缺乏对风水复合侵蚀叠加效应的探索,有待进一步深 化。

4 结论

( 1) 土壤侵蚀主要影响因子空间分异特征显著。形成了南部山地丘陵( 斜坡、陡坡、急坡、急陡坡) 、中部绿洲平原( 平缓坡) 、北部沙漠丘陵( 平缓坡、中等坡) 的地貌景观; 北部沙漠区为风沙土,以草地为主,分布中覆盖的荒漠草原; 中部平原区以灰漠土为主,主要土地利用类型为草地和耕地,分布中覆盖的冲积扇草原、平原人工林和荒漠草原; 南部山区有棕钙土和栗钙土,土地利用为草地和林地,分布在低覆盖度的高山亚高山草甸和低山草原带、高覆盖的中山森林带。林草覆盖度较高的南部中高山区土壤侵蚀强度较低, 而人类活动相对集中的平原区,河流沟道两侧,低山丘陵区及沙漠油气田土壤侵蚀强度较高。

( 2) 土壤侵蚀强度以中度 - 轻度为主,区域分异性明显。自然因素是产生土壤侵蚀区域分异的先决条件,人为活动的差异进一步加剧了土壤侵蚀区域分异。土壤侵蚀面积( 不包含冻融侵蚀) 6026. 06km2, 占土地面积 75. 35% ,其中风蚀占土壤侵蚀面积 67. 90% ,风水复合侵蚀18. 80% ,水蚀 12. 66% ; 北部沙漠 区以中度风蚀为主,强烈及以上风蚀集中在东北角流动、半固定沙丘及油气田附近,中部平原区以轻度复 合侵蚀为主,强烈及以上侵蚀分布在山前冲积扇区域,南部山丘区以中度水蚀为主,强烈及以上水蚀集中分布在过度放牧和矿山开采区域。

( 3) 提出水土保持区域布局,划定 2018 - 2030 年的重点防治范围。基于土壤侵蚀及其影响因子区域分异特征,结合社会经济发展和水土保持生态建设需求,将阜康市划分为北部沙漠防风固沙 - 生态维护区、中部平原农田防护 - 人居环境维护区、南部山地水源涵养 - 生态维护区 3 个水土保持分区,确定了 3 片重点预防范围、4 片重点治理范围,总计 2448. 71km2 的重点防治面积。

原标题:天山北坡阜康市土壤侵蚀区域分异特征及防治重点

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