沂蒙山區(qū)水土保持生態(tài)修復適宜性等級評價及分區(qū)

郭 帥，趙宏霞，張光燦，姚孝友

(1.聊城大學農(nóng)學院，山東聊城252059;2.淮河水利委員會水土保持處，安徽蚌埠233001;3.山東農(nóng)業(yè)大學林學院山東省土壤侵蝕與生態(tài)修復重點實驗室，山東泰安271018)

為了使生態(tài)修復規(guī)劃、措施的制定和實施更具針對性和實效性，水土保持生態(tài)修復分區(qū)研究逐漸受到國內(nèi)外學者的重視，例如蔡建勤等[1]、第寶鋒等[2-3]、馮偉等[4]開展的全國水土保持分區(qū)研究，山西省[5]、浙江省[6]、福建省[7]等繪制的水土保持分區(qū)圖等。但是，上述研究成果多是基于大范圍宏觀尺度的，與指導某區(qū)域具體水土保持生態(tài)修復工作的需求仍有一定差距。因此，本研究以淮河流域沂蒙山區(qū)為例，從生態(tài)修復適宜性的視角進行水土保持生態(tài)修復分區(qū)，以期為區(qū)域水土保持工作的開展提供指導。

1 研究區(qū)概況

以淮河流域沂蒙山區(qū)為研究區(qū)，其行政區(qū)劃涉及山東省臨沂市的全部及淄博市、棗莊市、濟寧市、泰安市、日照市的部分地區(qū)，共計26個縣(市、區(qū))，總面積32 571.29 km2。在大地構(gòu)造上屬魯中南斷塊隆起區(qū)，區(qū)內(nèi)斷塊構(gòu)造發(fā)育，海拔40—1 150 m，多為山頂平緩、四周陡峭的岱崮地貌。屬暖溫帶季風氣候區(qū)，多年平均氣溫11.0～14.2℃，多年平均降水量650～900 mm。地帶性植被以暖溫帶落葉闊葉林為主，地表巖性以花崗巖、石灰?guī)r、片麻巖為主，土壤主要為棕壤、褐土、潮土。

沂蒙山區(qū)經(jīng)濟體系以農(nóng)業(yè)為主，人口密度大，人均耕地面積少，后備土地資源不足，土地承載力已接近飽和，經(jīng)濟相對落后，長期以來以資源消耗為主的經(jīng)濟增長方式導致許多地區(qū)植被破壞、生態(tài)極度脆弱、水土流失嚴重[8]。據(jù)2002年全國遙感普查資料，沂蒙山區(qū)水土流失面積1.38萬km2，居淮河流域各區(qū)域之首，其中中度和強烈侵蝕面積分別占侵蝕總面積的45.68%和27.69%。沂蒙山區(qū)是山東省土壤侵蝕最為嚴重的地區(qū)，水土流失加劇了人口、資源、環(huán)境與發(fā)展之間的矛盾，水土流失及其誘發(fā)的各種環(huán)境問題嚴重制約了經(jīng)濟增長、社會進步與可持續(xù)發(fā)展。

2 研究方法

(1)評價指標選取的原則。綜合分析與主導因子相結(jié)合，即綜合分析導致水土流失的各類因子，以沂蒙山區(qū)水土流失的主導因子為評價指標;指標簡明與內(nèi)涵豐富相結(jié)合，即選取能集中反映多方面信息的綜合因子;實用性與易操作性相結(jié)合，即在指標的選取上盡可能采用直接指標和定量指標，少用間接指標和定性指標;指標應符合客觀規(guī)律，即指標的選取應切合實際，遵循客觀規(guī)律;指標數(shù)據(jù)的易獲取性，即在指標選取時應考慮數(shù)據(jù)的可獲取性與易獲取性。遵循以上原則，綜合分析沂蒙山區(qū)不同自然環(huán)境因子和社會經(jīng)濟因子對生態(tài)修復的制約程度，確定生態(tài)修復適宜性評價的基本指標和輔助指標。

(2)生態(tài)修復適宜性等級評價方法。先采用主導因子分級組合法，將各評價因子進行分級組合，得出理論上的生態(tài)修復適宜性評價組合類型;再依據(jù)野外調(diào)查資料、遙感解譯結(jié)果，結(jié)合生態(tài)修復的限制因子，采用專家智能集成法，得出每種組合類型的適宜性評價等級;最后將生態(tài)修復適宜性等級按適宜、暫不適宜和不適宜3個級別進行劃分。基于生態(tài)修復的內(nèi)涵[9]和狹義水土保持生態(tài)修復的概念[10]，本研究對適宜生態(tài)修復的界定標準是適宜發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)的自我修復能力，主要采取封禁管護措施，包括補植造林與退耕還林等人工促進措施，保護生態(tài)林草植被并加速其恢復。

(3)生態(tài)修復適宜性分區(qū)方法。先根據(jù)區(qū)域相似性和差異性原理，結(jié)合適宜性區(qū)劃的目的和任務，選取相應的主導因子與指標;再在綜合分析的基礎上按照區(qū)別差異性、歸納共同性的辦法，進行適宜性分區(qū);最后結(jié)合遙感資料和實地調(diào)查結(jié)果，將單因素圖與景觀圖進行空間疊置，獲得生態(tài)修復適宜性類型區(qū)空間分布圖。

3 指標篩選與分級

3.1 評價指標選取

可將影響水土保持生態(tài)修復的因子歸納為自然因子與社會經(jīng)濟因子兩大類。自然因子中，年降水量、年均氣溫、海拔、坡度、植被覆蓋度等是生態(tài)修復的主要影響因子;社會經(jīng)濟因子中，人口密度、土地利用方式為主要影響因子。沂蒙山區(qū)年降水量、年均氣溫、無霜期、年平均相對濕度等均滿足適宜水土保持生態(tài)修復的氣候條件[11]，說明氣候因子基本不會對區(qū)域的生態(tài)修復和植被的自我恢復構(gòu)成制約，因此在生態(tài)修復適宜性評價時對自然因子可不予考慮，重點考慮地形地貌、植被覆蓋、地面坡度等生態(tài)系統(tǒng)下墊面狀況，以及社會經(jīng)濟因子。

在沂蒙山區(qū)，自然環(huán)境和人類生產(chǎn)活動存在明顯的空間異質(zhì)性特點，隨著海拔的增加，自然環(huán)境方面表現(xiàn)為地面坡度增大、水土流失的重力梯度和水力梯度變大、土壤層變薄、裸巖面積和石礫含量增加、區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)潛在的脆弱性增強、植被生態(tài)功能的重要性增加，人類活動方面表現(xiàn)為人口密度減少和人類活動強度減弱、對土地和植被資源的依賴程度和干擾強度降低，隨之開展水土保持生態(tài)修復的可行性、適宜性、必要性和重要性也相應增加。由于海拔指標能同時反映地貌地形狀況，土地利用類型能同時反映植被覆蓋狀況，因此本研究選擇海拔、土地利用類型、地面坡度3個指標作為生態(tài)修復適宜性評價與分區(qū)的基本指標，選擇土壤侵蝕強度作為輔助指標，構(gòu)建沂蒙山區(qū)生態(tài)修復適宜性評價指標體系。

3.2 評價指標分級

(1)海拔。根據(jù)沂蒙山區(qū)的具體情況，結(jié)合《中國水利百科全書:水利工程勘測分冊》中關于地貌形態(tài)和成因類型的劃分標準，將沂蒙山區(qū)各區(qū)域的海拔劃分為≤100、100—500、500—1 000、≥1 000 m 4個級別，分別對應于平原、丘陵、低山、中山4種地貌類型。

(2)土地利用類型。沂蒙山區(qū)的經(jīng)濟林地、耕地、裸巖地等是水土流失的主要源地和生態(tài)脆弱區(qū)，生態(tài)林地則是重要的生態(tài)功能區(qū)和重點保護區(qū)。本研究將沂蒙山區(qū)土地利用類型劃分為以下6種，見表1。

表1 沂蒙山區(qū)土地利用類型

(3)地面坡度。地面坡度與土地利用類型共同影響土壤侵蝕強度。根據(jù)實地調(diào)查和遙感解譯，將沂蒙山區(qū)的地面坡度劃分為平緩坡(≤5°)、中等坡(5°—8°)、斜坡(8°—15°)、陡坡(15°—25°)、急坡(25°—35°)、急陡坡(≥35°)6 個等級。根據(jù)生態(tài)修復適宜性評價的實際需求，在具體應用中以25°為界劃分為≥25°、＜25°2個等級。

4 生態(tài)修復適宜性等級評價與分區(qū)

4.1 生態(tài)修復適宜性分級及評價

根據(jù)評價指標等級劃分結(jié)果，將3個評價指標進行組合，其中海拔分3個等級、土地利用類型分6個類型、地面坡度分2個等級，構(gòu)建了共27種組合的生態(tài)修復適宜性評價區(qū)域單元體系，確定各區(qū)域單元的生態(tài)修復適宜性等級，見表2。

表2 區(qū)域單元生態(tài)修復適宜性等級

(1)不同海拔區(qū)域單元的適宜性。中山區(qū)全部劃分為適宜等級，低山區(qū)按土地利用類型和地面坡度的不同劃分為適宜或暫不適宜，丘陵區(qū)按土地利用類型和地面坡度不同劃分為適宜或不適宜。

(2)不同土地利用類型區(qū)域單元的適宜性。水源林地、裸地和草地全部劃分為適宜，其余單元根據(jù)不同海拔、地面坡度劃分為適宜、暫不適宜、不適宜。

(3)不同地面坡度區(qū)域單元的適宜性。將地面坡度≥25°的區(qū)域單元全部劃分為適宜;＜25°的區(qū)域單元，在低山區(qū)的為暫不適宜，在丘陵區(qū)的為不適宜。

4.2 生態(tài)修復適宜性分區(qū)

依據(jù)生態(tài)修復適宜性等級評價結(jié)果，進一步考慮區(qū)域社會經(jīng)濟特點、群眾生產(chǎn)生活對土地的依賴性等生態(tài)修復限制性因子和應采取的生態(tài)修復對策，進行沂蒙山區(qū)生態(tài)修復適宜性分區(qū)，分區(qū)結(jié)果見表3。

(1)按照生態(tài)修復的適宜性等級將劃分結(jié)果分為2個一級區(qū)，主要反映沂蒙山區(qū)生態(tài)修復適宜和非適宜區(qū)域的空間格局，包括:適宜生態(tài)修復區(qū)，即生態(tài)修復適宜等級區(qū)域;非適宜生態(tài)修復區(qū)，包括暫不適宜和不適宜等級區(qū)域。

(2)對一級區(qū)按照海拔和適宜性等級劃分為4個二級區(qū)(亞區(qū))。二級區(qū)的命名由地貌類型+適宜性等級類型構(gòu)成。

(3)在二級區(qū)劃分的基礎上，進一步依據(jù)土地利用類型和需要采取的生態(tài)修復對策劃分為13個三級區(qū)(類型區(qū))。三級區(qū)的命名由地貌類型+土地利用類型+生態(tài)修復措施構(gòu)成。

(4)結(jié)合遙感資料，對海拔、土地利用類型和地面坡度的單因素空間分布圖進行疊加，進一步與植被景觀圖進行空間疊置，可得到沂蒙山區(qū)13個生態(tài)修復適宜性類型區(qū)空間分布情況。研究區(qū)內(nèi)的城鎮(zhèn)村、工礦、交通用地及水域、水利設施用地不作為分區(qū)對象。

表3 生態(tài)修復適宜性分區(qū)

4.3 修復措施

(1)中山適宜生態(tài)修復亞區(qū)(Ⅰ-1)。本亞區(qū)為沂蒙山區(qū)地勢最高的區(qū)域，集中分布于沂山、蒙山等地海拔1 000 m以上的山區(qū)，面積較小，人口稀少，植被以生態(tài)林為主，土壤侵蝕以強烈、極強烈為主;全部劃入生態(tài)修復適宜區(qū)，建議加強生態(tài)林草建設，加大植被修復力度，充分發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)的水土保持功能。

(2)低山丘陵適宜生態(tài)修復亞區(qū)(Ⅰ-2)。本亞區(qū)干旱瘠薄，多石灰?guī)r和花崗巖，是沂蒙山區(qū)水土流失的主要源地，土壤侵蝕以中度、輕度和強烈為主;生態(tài)修復的重點是水源地保護，建議加強封禁治理，營造水源涵養(yǎng)林，調(diào)蓄徑流，減少河流泥沙淤積;生態(tài)修復的難點是大面積的裸巖造林難度大、缺乏封禁種源，需在補充種源的條件下進行生態(tài)修復。

(3)低山暫不適宜生態(tài)修復亞區(qū)(Ⅱ-3)。本亞區(qū)較低山丘陵適宜生態(tài)修復亞區(qū)海拔低，坡度一般在25°以內(nèi);土地利用、植被覆被類型多樣，主要是生態(tài)林，還分布有少量的經(jīng)濟林;土壤侵蝕較嚴重，以中度侵蝕為主。在進行生態(tài)修復時，對生態(tài)林可進行大面積封禁、補植、修枝、撫育，并配套營造薪炭林、薪材兩用林等;對經(jīng)濟林則以抓好林下水土流失防治為主，配合經(jīng)濟林果—草種復合經(jīng)營，配套水土保持攔擋、魚鱗坑等措施;對坡耕地則建議加強改造，實施坡改梯。

(4)丘陵不適宜生態(tài)修復亞區(qū)(Ⅱ-4)。本亞區(qū)坡度范圍在8°～25°之間，人口密集，植被覆蓋率低，經(jīng)濟林開發(fā)面積大，土壤侵蝕強度以輕度、中度為主?？紤]到生產(chǎn)與生活的協(xié)調(diào)問題，本亞區(qū)不適宜進行水土保持生態(tài)修復。

5 結(jié)語

本研究以淮河流域沂蒙山區(qū)為研究對象，基于國內(nèi)學者對生態(tài)修復的內(nèi)涵和狹義水土保持生態(tài)修復概念的界定，嘗試性地開展了生態(tài)修復適宜性等級評價和分區(qū)研究，目前研究成果正逐步應用于沂蒙山區(qū)水土保持生態(tài)修復實踐。本研究選取的評價指標切合了沂蒙山區(qū)自然環(huán)境和社會經(jīng)濟實際，分區(qū)結(jié)果客觀地反映了各區(qū)域水土流失的成因及狀況，使生態(tài)修復措施的制定更具針對性，其應用效果顯而易見。但是，本研究是一次探索性研究，研究方法和觀點對其他地域是否具有共性的參考意義，還需結(jié)合具體情況開展進一步的研究和論證。

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