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王帅兵，王克勤，李叔东，冷 鹏
(1.玉溪师范学院化学生物与环境学院，653100，云南玉溪；
2.西南林业大学生态与环境学院，650224，昆明；
3.云南省水土保持生态环境监测总站，650224，昆明)
云南是一个多山的省份，山地面积占全省总面积的94%。境内高山峡谷纵横，气候类型复杂多样，河流湖泊众多，降雨量大而集中，再加上人类活动影响，水土流失十分严重[1]。严重水土流失造成土地生产力下降，淤积河床和水体，并导致洪涝、旱灾、滑坡、泥石流等自然灾害频发[2]。治理水土流失和改善生态环境，是云南省生态建设面临的重要任务。
水土保持监测是水土保持工作的重要基础，也是生态文明监测预警机制的重要组成部分[3]。全国水土保持监测网络和信息系统一、二期工程建立覆盖全国的水土保持监测站点，形成较为完善的水土保持监测体系。近年来，国内水土保持监测工作者从监测站点规划布局、建设现状、运行管理等开展一系列的研究[4-7]，并针对我国的水土保持监测工作提出思考[8-9]，但是对于水土保持监测站点多年监测成果的分析评价还鲜见报道。
截至2017年，全国水土保持监测网络和信息系统建设二期工程在云南省建成36个水土保持监测站点，基本建立云南省水土保持监测体系。除常规水土保持监测以外，云南高原湖泊和水源区众多，出于保护水源的需要，部分监测站点增加氮(N)、磷(P)等面源污染输出的监测。此外，云南地形复杂，地质活动频繁，雨季降雨集中，部分山区泥石流频发，给当地群众生命财产安全造成巨大的威胁，是我国遭受泥石流灾害最严重的省区之一[10]，因此，泥石流监测也是云南省水土保持监测的重要组成部分。
笔者依据2012—2016年云南省水土保持监测站点的监测汇编数据和全国水土保持三级区划，对云南省5年间水土保持动态监测结果进行分析，以期为今后水土保持监测站点的监测工作提供依据和借鉴，为水土流失防治提供科学依据和数据支撑。
云南省地处我国西南边陲，地势自西北向东南呈阶梯式分布，海拔在76～6 740 m之间，高差悬殊达6 664 m，高山峡谷纵横。云南气候基本属于亚热带高原季风型，立体气候特点显著，类型众多、年温差小、日温差大、干湿季节分明、气温随地势高低垂直变化异常明显。全省干湿季节分明，湿季(雨季)为5—10月集中85%的降雨量，降水的地域分布差异大，大部分地区年降水量在800 mm以上。境内高山、大河、湖泊众多，土壤、植被类型丰富[11]。
云南省水土流失以水力侵蚀为主，水土流失面积10万4 727.74 km2，占土地总面积的27.33%，其中轻度流失面积6万3 078.39 km2，中度流失面积1万7 617.13 km2，强烈流失面积1万1 422.68 km2，极强烈流失面积8 056.56 km2，剧烈流失面积4 552.98 km2，全省年均土壤流失总量4万8 143万t，平均侵蚀模数1 256 t/(km2·a)，年均侵蚀深0.93 mm。
2.1 云南省水土保持监测站点分区
2012—2016年云南省水土保持监测数据汇编共计包括 36 个水土保持监测站点，由于各站点自然环境、气候、水土流失状况等差异较大，综合考虑，根据全国水土保持区划中的三级区划[12]，将36个水土保持监测站点定位于6个水土保持类型区(表1)，包括滇黔川高原山地保土蓄水区、滇北中低山蓄水拦沙区、滇西北中高山生态维护区、滇东高原保土人居环境维护区、滇西中低山宽谷生态维护区、滇西南中低山保土减灾区。
2.2 数据来源及方法
云南省水土保持监测站点严格按照SL 277—2002《水土保持监测技术规程》进行水土保持监测，主要包括3类：一为径流场监测，即布设不同土地利用类型和水土保持措施的径流小区，每场降雨过后测定次降雨产流和产沙量，取样测定N、P含量(部分站点)，汇总年度数据计算径流小区年度产流和产沙量，计算年径流深、产流率(年径流深与年降雨量的比值)、年土壤侵蚀模数、年N、P流失量(部分站点)；
二为小流域卡口站监测，通过长期连续观测卡口站流量和含沙量，取样测定N、P含量(部分站点)，计算小流域年度产流产沙量和N、P流失量(部分站点)，进而计算径流深、径流模数和输沙模数；
三是利用水文站监测，通过水文站流量和含沙量数据，计算中大流域径流模数和输沙模数。用产流率和土壤侵蚀模数来表征径流场产流和产沙情况，用径流模数和输沙模数来表征流域或集水区产流和产沙情况。N、P等测定方法均为国家标准规定的分析方法。泥石流监测参照DZ/T 0221—2006《崩塌滑坡泥石流监测规范》执行。
笔者依据云南省36个水土保持监测站点的2012—2016年的年度监测报告，根据不同水土保持类型区各监测站点的平均监测数据进行分析。其中降雨年际变化分析6个水土保持类型区全部监测站点的平均值；
由于滇西北中高山生态维护区和滇西中低山宽谷生态维护区均仅有1个监测点且类型不全，因此径流场和流域产流产沙数据仅分析其余4个类型区各监测站点水土保持动态监测数据均值；
面源污染输出动态监测选取松华坝水源区迆者小流域水土保持监测站进行分析，而泥石流监测则根据东川泥石流监测站的监测数据进行分析。
利用Excel 2010进行数据处理，利用SPSS 16.0进行数据分析。
3.1 不同水土保持类型区监测站点降雨年际变化情况
根据监测结果，2012—2016年云南省各水土保持类型区年降雨量差别较大，同一类型区年降雨总量变幅也较大(图1)。不同水土保持类型区监测站点最大年降雨量为滇西中低山宽谷生态维护区2016年2 019.2 mm，最小年降雨量是滇北中低山蓄水拦砂区2015年518.9 mm，两者相差近4倍。2016年滇黔川高原山地保土蓄水区、滇北中低山蓄水拦沙区、滇西北中高山生态维护区、滇东高原保土人居环境维护区、滇西中低山宽谷生态维护区、滇西南中低山保土减灾区降雨量均高于其他年份，分别为 1 154.0、895.0、719.2、1 000.3、2 019.2和694.0 mm；
2013年各分区降雨量最小，分别为770.9、777.5、658.6、784.5、1 349.2和684.5 mm。
VII-1-2tx: Soil conservation and water storage area in the mountainous area of Yunnan-Guizhou-Sichuan Plateau. VII-2-2xj: Middle-low mountain water storage and sediment retaining area in North Yunnan. VII-2-3w: Ecological maintenance area of medium height mountain in Northwest Yunnan.VII-2-4tr：The maintenance area of soil-conserving living environment in eastern Yunnan plateau. VII-3-1w: Ecological maintenance area of middle-low mountains and wide valleys in West Yunnan. VII-3-2tz: Soil conservation and disaster reduction areas in middle-low mountainous areas of Southwest Yunnan. The same below.图1 不同水土保持类型区典型监测站点年降雨量Fig.1 Annual rainfalls of typical monitoring sites in different soil and water conservation type areas
3.2 不同水土保持类型区监测站点产流产沙
3.2.1 径流场产流产沙 根据2012—2016年滇黔川高原山地保土蓄水区、滇北中低山蓄水拦沙区、滇东高原保土人居环境维护区、滇西南中低山保土减灾区4个水土保持类型区中水土保持监测站点径流场平均监测数据分析结果(图2和图3)，不同水土保持类型区各地类产流率总体上表现为：荒地(0.225～0.356)>坡耕地(0.127～0.252)>草地(0.045～0.113)>梯坪地(0.056～0.100)>园地(0.035～0.066)>林地(0.014～0.063)，土壤侵蚀模数则表现为：坡耕地(764.8～1 834.5 t/(km2·a))>荒地(629.0～1 264.7 t/(km2·a))>梯坪地(320.1～556.3 t/(km2·a))>园地(74.7～258.0 t/(km2·a))>草地(69.5～191.0 t/(km2·a))>林地(44.9～151.7 t/(km2·a))。
表1 云南省不同水土保持区划监测站点分布
图2 不同水土保持类型区各土地利用类型产流率Fig.2 Runoff rates of different land use types in different soil and water conservation type areas
图3 不同水土保持类型区各土地利用类型土壤侵蚀模数Fig.3 Soil erosion moduli of different land use types in different soil and water conservation type areas
由于各水土保持类型区气候、土壤、植被、作物等均存在差异，同一土地利用类型各分区之间产流产沙均存在一定的差异。其中林地和草地产流率和土壤侵蚀模数均为滇西南中低山保土减灾区最大，而滇东高原保土人居环境维护区最小；
不同水土保持类型区坡耕地产流率和土壤侵蚀模数均差异较大，其中产流率滇西南中低山保土减灾区为滇北中低山蓄水拦沙区的2.0倍，土壤侵蚀模数滇北中低山蓄水拦沙区为滇黔川高原山地保土蓄水区的2.4倍；
而梯坪地和园地相对差异较小，在各个水土保持类型区均有较好的水土保持效果。
3.2.2 流域产流产沙变化情况 为了统一尺度，本文将小流域卡口站和中大流域水文站区分开进行统计，其中利用水文站监测点仅有2012—2014年监测数据。由图4和图5可见，4个水土保持类型区小流域年均径流模数在0.12～12.05 L/(s·km2)，输沙模数在6.20～1 659.00 t/(km2·a)。其中径流模数和输沙模数最大的是滇北中低山蓄水拦沙区，最小的是滇黔川高原山地保土蓄水区，前者径流模数是后者的5～49倍，输沙模数是后者的5～235倍。相关分析结果表明，同一类型区监测站点径流模数和输沙模数存在相关关系，相关系数达到0.684～0.841(P<0.05)，说明小流域年产流量的年际变化和产沙量基本是同步的；
而4个类型区监测站年径流模数、输沙模数与年降雨量之间相关关系不明显。
图4 不同水土保持类型区典型小流域径流模数Fig.4 Runoff moduli of typical small watershed in different soil and water conservation type areas
图5 不同水土保持类型区典型小流域输沙模数Fig.5 Sediment moduli of typical small watershed in different soil and water conservation type areas
4个水土保持类型区代表性水文站年均径流模数为0.20～10.90 L/(s·km2)，输沙模数为1.28～686.00 t/(km2·a)(图6)，其差异主要体现在不同的河流和流域。同一水文站径流模数和输沙模数年际变化相比小流域有所减少，说明中大流域尺度上流域产流产沙相对来说更加稳定。相关分析结果表明，水文监测站点径流模数和输沙模数存在弱相关关系(P<0.1)，监测站年径流模数、输沙模数与年降雨量之间同样存在弱相关关系(P<0.1)。
图6 不同水土保持类型区代表性水文站径流模数、输沙模数Fig.6 Runoff moduli and sediment transport moduli of representative hydrological sites in different soil and water conservation type areas
3.3 面源污染输出情况动态监测
云南湖泊水体众多，由于水土流失导致的面源污染造成重要湖泊和水源区的水质退化问题，越来越引起广泛重视[13]。因此，笔者主要根据松华坝水源区迆者小流域监测站2012—2016 年的监测数据进行分析。
3.3.1 径流场面源污染物输出 研究表明，农业面源污染主要发生在耕地[14]，而坡耕地严重水土流失使其成为面源污染的一大策源地[15]。针对坡耕地的面源污染防治问题，2012—2016 年松华坝水源区迆者小流域监测站通过对布设等高反坡阶前后坡耕地面源污染输出量进行监测，研究等高反坡阶对于坡耕地面源污染的控制效果。监测结果(图7)表明，坡耕地布设等高反坡阶后，可以减少总氮流失62.78%～86.50%，减少总磷流失50.41%～90.83%，说明等高反坡阶对于N、P等面源污染物具有非常好的控制效果。
TN- CK和TP- CK分别表示原状坡耕地总氮、总磷流失量；
TN- DG和TP- DG分别表示布设等高反坡阶坡耕地总氮、总磷流失量。TN- CK and TP- CK refer to the TN (total nitrogen) and TP (total phosphorus) losses on sloping farmland. TN- DG and TP- DG refer to the TN and TP losses of the sloping farmland treated with contour reverse-slope terrace.图7 2012—2016年迆者小流域坡耕地TN、TP流失量Fig.7 TN and TP losses of sloping farmland in Yizhe small watershed from 2012 to 2016
3.3.2 小流域面源污染物输出 松华坝水源区迆者小流域2012—2016年N和P输出质量浓度分别为2.55～5.23 mg/L和0.65～1.36 mg/L，年N、P输出量分别为3.65～15.12 t和0.95～2.44 t(图8)，总体上N输出质量浓度和输出量均大于P，而流域N、P平均输出质量浓度和输出量之间年际变化呈现出一致的规律，说明小流域内氮肥和磷肥施用基本上是同步的，且氮肥用量要远大于磷肥。相比而言，P的输出浓度和输出量年际变化幅度要小于N，说明P的输出受到其他因素的影响更小，输出更加稳定。
图8 迆者小流域2012—2016年N、P输出质量浓度和输出量Fig.8 TN and TP output concentration and output amount in Yizhe small watershed from 2012-2016
3.4 泥石流动态监测
东川泥石流监测站所处的蒋家沟流域位于小江干热河谷区，在2012—2016年的监测过程中，2013年发生1次泥石流，2014年发生2次泥石流(表2)。根据监测结果，2013年和2014年降雨量分别为432.7和486.8 mm，比2012、2015、2016年降雨量小20%以上，说明年降雨量和泥石流的发生没有直接关系；
3次泥石流中发生时次降雨量分别为74.8、46.3和15.4 mm，其中1301和1401泥石流属于短历时大暴雨，说明短历时大暴雨是导致泥石流发生的重要诱因；
而1402泥石流发生在1401泥石流之后18 d，尽管降雨量仅有15.4 mm，但是由于1401泥石流发生后形成的松散物质较多，很容易引发二次泥石流。
表2 东川泥石流监测站2012—2016年发生泥石流侵蚀要素
笔者依据云南省水土保持监测站2012—2016年监测数据进行分析整理，得出一定的监测和研究成果，为云南省的水土保持工作提供一定科技和理论支撑。其中针对径流场监测中用多种水土保持耕作措施与传统耕作方式进行对比，结合不同土地利用类型为各地区符合当地条件的水土保持措施的推广打下一定的理论和现实基础；
针对小流域卡口站的监测结合流域土地利用方式变化，对全省小流域的水土流失情况有了初步的了解和掌握；
针对泥石流沟道的监测获取泥石流发生及运动规律，为全省泥石流灾害的防治起到一定的指导作用；
利用水文站的监测站有助于从流域尺度掌握地区性的水土流失及变化情况，为保护河道及河流水质提供参考。
通过分析得出，不同土地利用类型产流率表现为荒地>坡耕地>草地>梯坪地>园地>林地，土壤侵蚀模数表现为坡耕地>荒地>梯坪地>园地>草地>林地；
这与王国重等[16]和游翔等[17]的研究结论基本一致。众所周知，林草地水土保持效果最好，坡耕地则水土流失比较严重，但是云南山区面积大，人口众多，尤其是怒江、金沙江、澜沧江等高山峡谷地区居住人口也较多，只能通过耕种坡耕地以维持生存和生活。在具备实施条件的区域实施坡改梯是解决坡耕地水土流失的一个重要途径，但仍有大量的坡耕地无法改造为梯坪地。部分水土保持监测站点开展关于在坡耕地布设等高反坡阶以及保土耕作的水土保持监测工作，发现等高反坡阶和保土耕作可以减少径流30%～60%，减少泥沙40%～70%，而等高反坡阶更是可以减少N流失62.78%～86.50%，减少P流失50.41%～90.83%。这些耕作措施不仅具有较好的水土保持效果，而且具有施工简便、工程量小等优点。如能大力推广，将大大减少坡耕地水土流失和面源污染，可在不影响当地居民经济发展的同时又很好地解决广大山区水土流失问题[15]。云南省处于诸多大江大河的源头区域，从监测结果来看，金沙江、红河、澜沧江、珠江等河流含沙量均较大。因此，防治水土流失必须从源头做起，在水土保持监测的基础上，通过合理布设水土保持措施，减少水土流失和面源污染，保护生态环境。
云南省水土保持监测工作还存在一些问题：1)监测点布局。从监测站点分布来看，滇黔川高原山地保土蓄水区、滇北中低山蓄水拦沙区和滇东高原保土人居环境维护区过于集中，而其他分区监测站点较少。2)监测运行管理。现行36个水土保持监测站中点有4个监测未正常开展水土保持监测，部分监测站点监测数据不完整。3)开发建设项目水土保持监测。当前云南省开发建设项目造成的水土流失量所占比例较大，今后水土保持监测站的设置应结合开发建设项目，开展开发建设项目水土流失防治的监测工作。4)监测成果推广。全省水土保持监测站开展了大量关于水土保持措施的监测工作，包括等高反坡阶整地、保土耕作、坡改梯、坡耕地改园地等，取得了大量的理论成果，今后应依据监测成果加强对水土保持措施的推广，以防治耕作过程中产生的大量水土流失。
1)不同水土保持类型区各地类产流率表现为荒地(0.225～0.356)>坡耕地(0.127～0.252)>草地(0.045～0.11)>梯坪地(0.056～0.100)>园地(0.035～0.066)>林地(0.014～0.063)；
土壤侵蚀模数表现为坡耕地(764.8～1 834.5)>荒地(629.0～1 264.7)>梯坪地(320.1～556.3)>园地(74.7～258.0)>草地(69.5～191.0)>林地(44.9～151.7)。
2)不同水土保持类型区小流域年均径流模数为0.12～12.05 L/(s·km2)，输沙模数为6.20～1 659.00 t/(km2·a)；
不同水土保持类型区代表性水文站年均径流模数为0.20～10.90 L/(s·km2)，输沙模数为1.28～686.00 t/(km2·a)。
3)坡耕地布设等高反坡阶后，可以稳定减少N流失62.78%～86.50%，减少P流失50.41% ～90.83%；
迆者小流域2012—2016年N和P输出质量浓度分别为2.55～5.23 mg/L和0.65～1.36 mg/L，年N和P输出量分别为3.65～15.12 t和0.95～2.44 t。
4)短历时大暴雨是导致泥石流发生的重要诱因；
泥石流发生后短期内如在发生较强的降雨，很容易引发二次泥石流。
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