青藏高原是中国重要的生态安全屏障和战略资源储备基地，也是全球气候变化最为敏感的地带之一^[1]。受全球气候变化和人类活动的影响，青藏高原极端高温和降水事件频繁发生^[2]，会加剧区域土壤侵蚀^[3]。地处青藏高原北部的柴达木盆地是整个青藏高原气候变化最为敏感和显著的地区^[4]。调查分析柴达木盆地的土壤侵蚀规律和治理状况，有利于研究气候变化和人类活动对土壤侵蚀的影响程度，寻找针对该区具体情况的土壤侵蚀防治对策，对推动青藏高原可持续发展，促进全球生态环境保护具有重要意义。

柴达木盆地是中国4大盆地之一，拥有中国第5大沙漠——柴达木沙漠，生态环境极为脆弱，同时也是中国大型能源生产基地、盐化工开发与大型工矿业开发加工基地。随着工业发展步伐不断加快，柴达木盆地农业建设得以相应发展，对环境造成的压力也越来越大^[5]。长期以来，土壤侵蚀对该区的工矿、交通、农牧业带来的危害，严重制约当地的经济和社会的发展^[6]。因此，研究柴达木盆地的土壤侵蚀特征，对保护土地资源和促进经济发展具有重要的科学价值和实践意义。目前，对于柴达木盆地土壤侵蚀现状的研究多集中于遥感解译数据，有针对性的实地调查数据很少。为此，课题组分别于2019，2020年和2021年7月3次赴青海省的德令哈市、格尔木市、都兰县等地区开展土壤侵蚀实地调查，并结合土壤风蚀速率的估算结果，寻找防治该区土壤侵蚀的有效防治措施，为促进区域水土保持与生态文明建设提供理论依据。

1 调查区概况

根据青海省第三次遥感普查结果，柴达木盆地水土流失总面积为165 500 km²，占总土地面积的64.18%，水土流失类型主要以风蚀为主，并伴有轻微的水蚀，在高山地带局部为冻融侵蚀。其中风力侵蚀103 200 km²，占水土流失总面积的62.36%；冻融侵蚀37 300 km²，占总面积的22.56%；水力侵蚀25 000 km²，占总面积的15.08%^[7]。

研究区位于柴达木盆地东部，地理位置为95°02′—99°00′E，36°24′—37°80′N，海拔2 694~4 357 m，研究区属于典型的高原大陆性气候，寒冷干旱，降水稀少且多集中在夏季^[8]。柴达木盆地年降水量自东南部的200 mm递减到西北部的15 mm，年总辐射量7 000~8 000 MJ/m²，年均温度-1.4~5.1 ℃，年蒸发量2 000~3 000 mm^[9]。该区全年主导风向为西风、西北风，年平均风速3.4 m/s，最大风速23 m/s，全区各地风沙的日数为2.9~29 d，格尔木最多^[10]。植被稀少，以荒漠灌木、小灌木半灌木为主要植被类型^[11]。

2 调查内容与方法 2.1 调查区域

柴达木盆地东部地区人口密集，耕地、林地、建设用地在分布上具有很大的一致性。因此，本研究沿德令哈市的柯鲁柯镇、怀头他拉镇、尕海镇，格尔木市的东南部地区、郭勒木德镇、大格勒乡，都兰县的宗加镇、香日德镇、察汗乌苏镇共3个县市9个样带，选取了耕地、撂荒地、灌草地、沙地、防风林等多种土地利用方式，共77个样地(如图 1所示)进行考察。

2.2 调查内容与方法 2.2.1 植被和土壤调查

本研究采用样方法进行调查。草地和耕地样方大小为2 m×2 m，灌木样方为5 m×5 m，沙地样方根据沙堆大小的不同分为10 m×10 m和20 m×20 m两种规格。调查指标有植物种类、盖度、株(丛)数、株高等，共调查了77个样地。同时在77个样地针对不同土地类型及选取的沙堆进行取样。利用土钻采集0—20 cm土壤样品，并记录采样点的地理坐标、海拔等基本信息，将土壤样品阴干以备后续的理化性质测定。

2.2.2 土壤侵蚀调查

水力侵蚀调查过程主要对侵蚀沟类型、发育部位及土地利用方式进行调查。风力侵蚀调查工作主要包括填写《全国水利普查风蚀野外调查表》(以下简称《风蚀调查表》)和测量植物沙堆。《风蚀调查表》包括基本情况、地表粗糙度、地表覆被状况3部分。植物沙堆测量主要对其长、宽、高、走向4项指标进行测量。根据沙堆实际尺寸，圆形沙堆宽、高测量1组，长条形大沙堆的宽、高测量3~6组，共25个样地。同时，还对耕地防护林带、耕地田垄的高度和宽度进行了测量。此外，在对侵蚀沟和沙堆的调查中还采用无人机对研究区进行了航拍。无人机具体型号为DJI大疆精灵Phantom 4 Pro V2.0智能航拍无人机，航拍影像分辨率为10 cm。对于侵蚀沟的拍摄，考虑到不同地形地貌等因素的影响，航拍高度控制在200 m以内。对于沙堆的拍摄，考虑到后期提取精度问题，航拍高度控制在60 m以内。

2.2.3 土壤风蚀速率计算

本文采用第一次全国水利普查风蚀模型计算方法，分为耕地、草(灌)地和沙地3种风力侵蚀模型^[12]，其中林地归入灌草地进行计算。基于调查填写的《风蚀调查表》，使用张学君等利用可变渗透量水文模型(variable infiltration capacity，简称VIC)模拟的青藏高原地区土壤湿度(ftp://hydro.igsnrr.ac.cn/pub/VIC_outputs/soil_moisture_layer1)^[13]，以及德令哈站、格尔木站、诺木洪站和都兰站等风蚀区主要气象站获得的长期风向风速观测数据，最终通过计算得到土壤风蚀速率。

同时，沿调查路线对当地的防风固沙措施类型与特征进行初步判定，并记录其地理坐标、海拔高度、损毁情况等基本信息。

3 不同利用类型土地的土壤侵蚀特征

柴达木盆地属土壤侵蚀区划的三北戈壁沙漠及沙地风沙区，主要侵蚀类型为风力侵蚀，在全区均有分布。冻融侵蚀主要分布在盆地的东北部和南部边缘高山地带。水力侵蚀主要分布在盆地的东部，集中分布在德令哈市、乌兰县、天峻县等地^[6]。区域内侵蚀特征差异大，且随着全球气候变化，柴达木盆地气候趋向暖湿化发展，增温显著，降雨量持续增加^[14]，显著加剧了水土流失，使沙漠化面积不断扩大。

调查发现，在植物生长季，耕地没有明显的风蚀现象，水土保持效果显著。其主要原因在于耕地具有土地平坦、作物长势较好，覆盖度高等优势。耕地植被的平均高度可达98 cm，相比于其他土地利用类型较高(灌草地平均高48 cm，沙地平均高42 cm)；另外，耕地的植被覆盖度(10%~95%，平均盖度54%)远高于其他土地利用类型(撂荒地25%，灌草地25%，沙地17%，林地25%。见图 2)。撂荒地的风蚀的防控作用主要与撂荒时间有很大的关系。初始撂荒时，地表裸露，植被稀疏，抵抗风蚀能力较弱。随着撂荒年限的增加，植被不断生长，并逐渐向草地发展，抵抗风蚀的能力也逐渐增强；灌草地的植物种类多样，多为多年生植物，且全年植被覆盖度变化不大，多有砾石覆盖，抵抗风蚀能力较强。林地多为防风固沙的杨树林。杨树幼林地多采用了滴灌和覆膜技术，以保障杨树幼苗的生长，其固沙能力有限。而成熟的杨树林结构良好，林下有灌木、禾草等植被，加之枯落物盖度达90%，固沙能力强。沙地风沙活动最为强烈。

利用第一次全国水利普查风蚀模型计算得到土壤风蚀速率(见表 1)。计算结果表明柴达木盆地不同土地利用类型的土壤风蚀速率呈现：沙地〔118.67 t/(hm²·a)〕>耕地〔62.78 t/(hm²·a〕>撂荒地〔36.03 t/(hm²·a)〕>灌草地〔1.36 t/(hm²·a)〕。耕地土壤侵蚀速率较高主要是因为模型在计算时考虑到耕地作物在秋季收割后地表无植被覆盖，外加冬春季风蚀侵蚀强烈，使得耕地的土壤侵蚀速率较高，建议耕地作物收获后免耕留茬到次年播种时，以防止冬春季的风力侵蚀。

对不同土地利用类型的土壤水力侵蚀特征进行调查后发现，侵蚀沟多出现于山前洪积扇和山坡上的灌草地(图 3)。比较洪积扇的侵蚀沟与山坡上的侵蚀沟后发现，洪积扇的侵蚀沟宽深比高于山坡上的侵蚀沟。这是由于洪积扇区域的集水面积比山坡上的更大，来水量更大，而山坡的坡度比洪积扇大，水流向下切蚀的能量更大，而向两侧侵蚀的能量更小。

4 植物沙堆的拦沙作用

柴达木盆地风力侵蚀强烈，植被稀疏，当有植被出现的时候，沙物质会在植物基部堆积形成植物沙堆。植物沙堆对于防风固沙和保持生态环境的稳定具有十分重要的作用^[15]。其中以德令哈市和都兰县的植物沙堆体积多较小，但种类多(见图 4)，主要有唐古特白刺(Nitraria tangutorum)、盐爪爪(Kalidium foliatum)、驼绒藜(Krascheninnikovia ceratoides)、合头草(Sympegma regelii)、红砂(Reaumuria soongarica)、猪毛菜(Salsola collina)等。格尔木市、都兰县宗加镇一带的植物沙堆形态较大(见图 5)。沙堆的植物主要有膜果麻黄(Ephedra przewalskii)、柴达木沙拐枣(Calligonum zaidamense)、驼绒藜(Krascheninnikovia ceratoides)、梭梭(Haloxylon ammodendron)等。

不同枝系构型的植物形成的沙堆形态存在差异，膜果麻黄、沙拐枣和驼绒藜周围普遍发育成顺风向延伸的风影沙堆，而合头草和驼绒藜沙堆多为半椭球型沙堆(图 5)。风影沙堆的平均长宽比(2.29 m)是半椭球型沙堆(1.17 m)的两倍，且差异显著(p < 0.05)。除驼绒藜外，其他4种植物沙堆的长度、宽度和高度之间的相关系数在0.608~0.94之间(p < 0.05)，说明灌丛沙堆演化过程中，沙堆的长度，宽度和高度三者之间协同变化(表 2)。同时沙堆的形态特征与其植物的冠形也存在明显的关系。除了沙堆和植物的高度以外，膜果麻黄、沙拐枣、合头草和沙蒿沙堆的其他指标与植物的长度、宽度密切相关(r>0.612，p < 0.05)。通过对5种典型灌丛沙堆(膜果麻黄、柴达木沙拐枣、驼绒藜、合头草和沙蒿沙堆)阻沙能力(以沙堆体积来表示)对比发现，膜果麻黄沙堆的体积与其他4种沙堆体积差异显著(p < 0.05)。从沙堆体积平均值来看，呈现：膜果麻黄>柴达木沙拐枣>合头草>驼绒藜>沙蒿(表 2)，可为今后防沙治沙工程的植被选择提供理论依据。综上所述，柴达木盆地的植物沙堆分布广泛，种类多，建议加强植物与沙堆的相互作用的研究，以期为干旱半干旱荒漠区植被资源保护及沙化土地治理提供参考。

5 存在的问题与建议 5.1 耕地灌溉系统管理不善会造成土壤侵蚀

在柴达木盆地的德令哈市，黑石水库东干渠贯穿南北，支渠、毛渠向四周延伸，形成灌溉网，对当地农业发展起着强有力的支撑作用^[16]。但是，在调查过程中发现，由于德令哈市的耕地长期以来采用大水漫灌，跑冒滴漏水的现象较为严重，导致在支渠附近出现了多处地面塌陷。在德令哈市柯鲁柯镇，修建的渡槽渠灌体系虽然解决了耕地的灌溉问题，但由于耕地灌溉系统不够完善造成了一定程度的土壤侵蚀，形成了明显的侵蚀沟(图 6)。

柯鲁柯镇侵蚀沟平均深度约为1.79 m，平均宽度约为0.93 m，最大深度为1.92 m，最大宽度为3.10 m，并伴随侧壁掏蚀、崩塌等现象，长此以往损坏面积会逐渐扩大，并向四周扩散，危害当地农业的发展。建议对耕地渠灌系统定期检修，减少水的跑漏和发生灌溉侵蚀。应在该区发展节水农业，尽量避免大水漫灌。

5.2 地下水位升高导致土壤次生盐渍化

德令哈市尕海镇和格尔木市等地区均出现大面积撂荒地，伴随着严重的土壤盐碱化问题(图 7)。撂荒地主要是因为地下水位上升而引起的。德令哈市尕海地区内地下水位上升与近几年来该区降雨量、巴音河流量的变化、人类活动等有着密切的关系。长期以来的大水漫灌及退耕还林后农灌设施跑漏是引起地下水位上升的重要原因，并伴随着土壤盐渍化现象^[16]。同时格尔木市地下水位的升降主要受格尔木河渗漏情况的影响，取决于径流量、水库、洪水等因素的影响。有研究发现，40 a来格尔木市的地下水位总体上处于上升趋势，造成大面积土壤次生盐渍化，对绿洲农业生态环境产生了极大威胁^[17]。建议调整灌溉模式，结合排水，并加强土壤盐渍化治理，保障该区珍贵耕地资源的可持续发展。

5.3 枸杞沙田管理不到位

截止2020年，柴达木盆地种植枸杞面积已经超过3.00×10⁴ hm^2[18]，实现了将沙地治理和农业发展完美结合起来提高生态和生产双效益的目标。调查过程中发现在格尔木市郭勒木德镇南部，大面积的沙化土地已被新农地产下属的绿沙种植科技公司种植了黑枸杞和红枸杞(图 8a)，其总面积可达233 hm²。但同时也发现有大量的枸杞田处在弃荒状态(图 8b—8c)，可能因为当地的降雨不能满足枸杞生长对水分的需求，也不能保障灌溉补给^[19]。目前，柴达木盆地枸杞产业存在配套设施较差，经营管理水平较低，产业加工链短和品牌培养滞后等问题，严重影响其后期销售，并降低了农户对枸杞种植的热情^[20]。建议加强枸杞种植规划、沙田保育和产业链建设，将防沙治沙与产业开发相结合，并与当地农牧民脱贫致富相结合。

5.4 水土保持措施维护不到位

国家在柴达木盆地已实施了各种生态修复工程和防风治沙工程。截止2019年底，柴达木盆地省级水土流失重点治理区〔德令哈市、都兰县，格尔木市(唐古拉山镇除外)〕已建成水保乔木林、灌木林、枸杞林封育等水土保持工程。与2018年相比，该区水土流失治理面积减少了79.39 km^2[21]。同时，该区也实施了防沙治沙工程。在大格勒乡到诺木洪县城的道路两旁，长达23 km的沙地正在开发，已经新植了杨树幼苗，以利于后期道路内侧沙地的开垦。但该区需要加强防护林建设。由于新植杨树幼苗的防风固沙能力较弱，需要将灌溉、排水和施肥措施有机结合，并加强防护。同时在调查中发现，察汗乌苏镇的防沙治沙意识强，北边大片的沙垄地目前已经被大规模的编织袋方格状沙障保护着。该措施就地取材，以沙治沙，配合种植杨树和柠条，形成防沙体系，可有效达到防沙目的。但是，该镇大部分沙袋已破损，防风固沙效益减弱(图 9)。建议在防沙治沙关键地区，定期重新铺设沙袋沙障，以保障区内沙地表蚀积面的稳定，促进植被恢复，并要积极开发使用期限更长久的无污染防沙新材料新技术。

5.5 水土保持资金投入不足，应加强水土保持监测与研究

柴达木盆地水土保持监督工作自2004年开始启动，起步较晚。同时，由于该区水土流失面积大，范围广，治理经费短缺，水土流失仍然非常严重。由于该区水土保持基础工作相对滞后，水土保持措施少，土壤侵蚀观测和调查数据匮乏，难以准确把握土壤侵蚀现状。建议进一步加强该区土壤侵蚀基础数据库建设和理论研究，在系统分析评价区域水土流失状况、划分水力侵蚀、风力侵蚀、冻融侵蚀等类型区的基础上，制定水土保持目标和确定措施布局，最大限度地提高水土流失防治水平和综合效益。并要加强技术支撑，利用无人机、实地监测等多种方式对生态脆弱区、生产建设项目区等重点区域实现精准监测，建立并完善柴达木盆地水土流失监测和水土保持数据库，为有关该区的科学研究提供数据支撑，为中国西部水土资源安全和经济社会的可持续发展提供安全保障。