黃土高原丘陵溝壑區(qū)溝道土地整治潛力評價

何立恒，馮婉玲，楊強

0 引言

黃土高原蘊藏著豐富的溝道資源，將溝壑變成沃土的辦法是溝道整治。深入開展溝道整治重大土地整治工程，調(diào)整溝道整治方式，對山水林田湖進行統(tǒng)一整治、保護和修復，是黃土高原土地整治的必然選擇［1-4］。溝道整治潛力評價為因地制宜開展土地資源開發(fā)利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支撐。

諸多學者從景觀格局、基本農(nóng)田建設和可持續(xù)發(fā)展等角度，對土地整治潛力評價進行了探討，但沒有形成完善的衡量標準與完備的評價系統(tǒng)［5-7］。多以新增耕地面積和提升產(chǎn)能作為衡量潛力大小的標準，較少將生態(tài)因子納入指標體系中［8-9］。寬泛地討論項目區(qū)、行政或地理區(qū)域的潛力值，沒有突出潛力的空間分布［10-15］。較多采用典型樣點調(diào)查、理論分析、定性探討等傳統(tǒng)方法，這些方法手段簡單，工作效率低，延續(xù)時間長，空間定位精度不高，且有一定的主觀隨意性。

延安市地處黃土高原腹地，屬黃土丘陵溝壑典型區(qū)，鑒于此，以延安市作為研究區(qū)，將3S技術(shù)系統(tǒng)應用在溝道整治潛力評價中，充分利用其信息量大、數(shù)據(jù)客觀、便于快速更新等優(yōu)勢，直接獲取指標值并落在評價單元內(nèi)，以增強評價的定量性、先進性和動態(tài)性，使評價結(jié)果客觀真實地反映溝道整治潛力的空間分布。為黃土高原丘陵溝壑區(qū)的土地整治、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測等提供技術(shù)支持，為溝道整治重大項目建設提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 數(shù)據(jù)源

利用空間分辨率為30 m×30 m 的Aster GDEM數(shù)據(jù)提取地形因子，該數(shù)據(jù)投影為UTM/WGS84，獲取于地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享平臺（http://www.geodata.cn/），土地利用矢量數(shù)據(jù)從同一平臺獲取。氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學數(shù)據(jù)共享服務網(wǎng)（http://cdc.cma.gov.cn/），植被提取數(shù)據(jù)源于柵格數(shù)據(jù)MOD13Q1。社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)來自《延安統(tǒng)計年鑒》和《延安市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》。行政界線、土壤類型、土壤結(jié)構(gòu)和土壤可侵蝕性等數(shù)據(jù)來自專題報告。

1.2 指標體系

溝道是一個自然綜合體，地貌、土壤、氣象、植被、土地利用狀況等因素決定著溝道整治的技術(shù)難度，溝道本身的水利、交通、電力等設施完備度和溝道的長度、寬度等影響著溝道整治的工程量。從宏觀角度構(gòu)建評價指標體系，各指標又微觀地落在柵格上，定量計算溝道整治的潛力值。

1.2.1 地形因素

地形因素選擇了高程、坡度、坡向和溝壑密度。高程既正相關(guān)于地形起伏度和地表切割程度，又與溝道的縱比降成正比。坡度越小，地表越平緩，土地利用率越高，利用條件越好，整治工程量小，整治潛力大。坡向影響著日照時數(shù)和太陽輻射強度，陽坡的日照時間長，太陽輻射強，土壤水分含量低，陰坡剛好相反，在水資源有限的延安市，陰坡更利于作物生長。

1.2.2 自然因素

土壤給作物提供生長必需的營養(yǎng)和水分，適宜作物生長發(fā)育的土壤所在溝道的整治潛力大，貧瘠的溝道整治潛力小。降水量和氣溫是決定氣象變化的主導因子，是影響作物生長和土地產(chǎn)出率的重要因素［13］，因此，選取土壤特征、年降水量、年氣溫為自然因素指標。

1.2.3 生態(tài)因素

在生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)進行溝道整治，應以改善生態(tài)環(huán)境和增加耕地并重。黃土高原丘陵溝壑區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善或退化的主導因素是林地和草地與其它土地覆被類型之間的轉(zhuǎn)化。生態(tài)環(huán)境建設和流域綜合治理使植被覆蓋度有較大提高，生態(tài)環(huán)境有所改善，但依然存在保護與發(fā)展間的矛盾。因此，選取植被覆蓋度、土地利用和水土流失來反映影響溝道整治的生態(tài)因素。

1.2.4 社會經(jīng)濟因素

社會經(jīng)濟發(fā)展狀況對溝道整治的社會需求、積極程度和整治目標存在明顯差異，選擇反映經(jīng)濟狀況和整治迫切度的人均GDP和人均耕地面積作為社會經(jīng)濟因素指標。

1.3 評價單元劃分

評價指標值的獲取和潛力級別的劃分是以評價單元進行的，空間屬性特征及自然條件、生態(tài)因素和社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)差異明顯，不同空間位置指標間的相互關(guān)系可通過網(wǎng)格劃分來實現(xiàn)。本文采取30 m×30 m的柵格作為評價單元，所有指標值和最終潛力值都落到柵格上。

1.4 評價模型

選用加權(quán)綜合指數(shù)法評價各單元的潛力值［14］，計算見公式（1）。選擇對指標差異敏感性最強的熵權(quán)法［15］進行賦權(quán)。

式中：Qi為第i個評價單元的整治潛力；X*ij為第i個單元第j個指標的標準化值；Wj為各指標的權(quán)重；n是指標數(shù)量。

無量綱和標準化處理各指標值見公式（2），標準化數(shù)據(jù)既能表征各指標對整治潛力的貢獻，也方便進行潛力指標的空間疊加運算和分析。

式中：Xi*為標準化后的指標值，取值范圍0～1；xi為第i個指標的初始值，正指標對整治潛力的影響是越大越好，逆指標則越小越好；xi-max和xi-min分別為第i個指標的最大值和最小值。

2 結(jié)果與分析

2.1 評價指標數(shù)據(jù)賦值及標準化

提取和獲得高程、坡度、坡向、溝壑密度、氣溫、降水和植被覆蓋度數(shù)值，并制作空間分布圖。土壤類型和土壤粒徑均等貢獻量賦值土壤特征，土壤可侵蝕性表征水土流失強度的空間分布，采用謝高地等［16-17］對Costanza賦值修正后的中國生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量對不同土地覆被類型進行賦值。

為避免出現(xiàn)零值，最小值的99%和最大值的101%分別為公式（2）中的xi-min和xi-max。熵權(quán)法計算指標權(quán)重和標準化處理指標值見表1。

表 1 2013年延安市溝道整治潛力指標權(quán)重和標準化Tab.1 The index weight and standard of potential evaluation of gully remediation in Yan’an region in 2013

2.2 溝道整治潛力分級

依指標值和權(quán)重，利用加權(quán)綜合指數(shù)法計算各評價單元的潛力值，得到多層柵格指標圖層的綜合評價結(jié)果，最終獲得潛力分布圖（圖1（a））。以等距法劃分5個潛力級別（表2），大、小潛力區(qū)占比分別為12.70%和55.69%，大潛力區(qū)明顯少于小潛力區(qū)。

表 2 溝道整治潛力評價結(jié)果Tab.2 Potential evaluation results of gully remediation

2.3 溝道整治潛力空間分布

從柵格單元的潛力級別的空間分布來看（圖1（a）），延安市西部、北部和東北部的整治潛力很小，中南部和東南部的整治潛力大，空間差異明顯。經(jīng)實地踏勘和調(diào)查發(fā)現(xiàn)，整治潛力較大的區(qū)域主要分布于低效利用的園地和棄耕草地。

圖1 2013年延安市溝道整治潛力空間分布圖Fig.1 Spatial distribution of gully remediation potential in Yan’an region in 2013

統(tǒng)計各區(qū)縣的溝道整治潛力值（圖1（b）），黃龍縣屬于很大潛力區(qū)，延川、子長和吳起屬于很小潛力區(qū)。大致呈從南到北遞減的趨勢。

3 討論

植被覆蓋度和降水量正相關(guān)于溝道整治潛力。植被覆蓋度增加的同時，水土流失得到有效遏制。草地、林地和水域的增加，使區(qū)域生態(tài)環(huán)境得到改善，生態(tài)承載力增強。降水量的增加，有利于溝道整治的實施和整治后土地生產(chǎn)力的提高。

生態(tài)和自然因素相比于經(jīng)濟社會指標對溝道整治潛力的影響更大，相似于已有的研究成果［18-19］。人均生產(chǎn)總值排在前面的區(qū)縣位于西部和北部，盡管經(jīng)濟的快速增長能為溝道整治提供技術(shù)支撐和資金保障，但該地區(qū)的自然和生態(tài)條件差，拉低了溝道整治潛力。體現(xiàn)生態(tài)因子納入到評價指標體系后，生態(tài)對溝道整治潛力的重要影響。

研究結(jié)果跟延安市溝道土地整治適宜性評價結(jié)果［20］相似，但也存在差異。據(jù)分析，主要原因在于評價指標的選擇、評價單元的劃分、數(shù)據(jù)獲取的手段、評價時點的差異等。

4 結(jié)論

（1）地形和自然因素主要影響溝道整治潛力的空間分布。中南部和東南部潛力大，西部、北部和東北部的潛力小，與地形走勢“西北高東南低”正好相反。自然條件較好的低效利用園地和棄耕草地的整治潛力大。

（2）人為因素加大了溝道整治潛力的空間差異。在生態(tài)環(huán)境保護工程的影響下，增加的林地面積主要分布在西南部和東南部，但該區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展相對緩慢，而溝道整治潛力有增大的趨勢。西部、北部和東北部的經(jīng)濟快速發(fā)展，煤炭和石油開發(fā)加劇了當?shù)氐乃亮魇Вo生態(tài)環(huán)境帶來了嚴重的壓力，城市化進程也不斷加劇，但該地區(qū)的溝道整治潛力小。

本文將生態(tài)因素納入到評價指標體系中，發(fā)展了黃土高原丘陵溝壑區(qū)的溝道整治潛力評價指標體系。以3S技術(shù)客觀獲取地形、自然和生態(tài)指標值并落在30 m×30 m的評價單元上，各指標真實可靠，效率高，實現(xiàn)了不同學科開展溝道整治的綜合應用。不同潛力級別的溝道分布在相應的柵格單元內(nèi)，評價單元和結(jié)果更細致。但未能考慮自然災害和經(jīng)濟事故等一些突發(fā)因素、道路和灌溉等設施對溝道整治的影響，也沒有將居民意愿納入指標體系中。文中使用的社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)是各區(qū)縣的平均值，如果能細化到各鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），更能體現(xiàn)溝道整治潛力在鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）間的差異。沒有設定正負指標的閾值及考慮正負指標之間的轉(zhuǎn)換。這些不足需在今后的研究中進一步完善。

［1］延安市退耕還林工程管理辦公室. 延安市退耕還林工程建設情況匯報［R/OL］. http://www.yanan.gov.cn/info/egovinfo/info/Infor_con/745018931/2011-0014.html, 2011.

［2］周懷龍, 王文昭, 郝占東, 等. 治溝造地惠民生,再造陜北好江南［N］. 中國國土資源報, 2012-11-16.

［3］中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會. 黃土高原地區(qū)綜合治理規(guī)劃大綱(2010-2030年)［R］. 發(fā)改農(nóng)經(jīng), 2010, (3152號).

［4］賀春雄. 延安在治溝造地基礎(chǔ)上如何發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)［J］. 延安大學學報(社會科學版), 2013, 35(3): 60-63.

［5］吳良林, 羅建平, 李漫. 基于景觀格局原理的土地規(guī)模化整理潛力評價方法［J］. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2010, 26(2): 300-306.

［6］楊偉, 謝德體, 廖和平, 等. 基于高標準基本農(nóng)田建設模式的農(nóng)用地整治潛力分析［J］. 農(nóng)業(yè)工程學報,2013,29(7) : 219-229.

［7］江一波, 胡守庚, 劉越巖, 等. 基于GIS的丘陵山區(qū)可持續(xù)耕地整理潛力綜合評價［J］. 中國土地科學,2012,26(6) : 42-47.

［8］王婉晶, 陳艷華, 黃錦東, 等. 低山丘陵盆地區(qū)農(nóng)用地整理潛力分級研究［J］. 水土保持研究, 2011, 18(6): 136-140.

［9］劉巧芹, 李子君, 吳克寧, 等. 中國耕地整理潛力測算方法研究綜述［J］. 資源開發(fā)與市場, 2013, 29(2): 127-130.

［10］王璦玲, 胡繼連, 劉文鵬, 等. 土地整理耕地質(zhì)量評價和經(jīng)濟潛力評價比較研究——以萊蕪里辛土地整理項目為例［J］.山東農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版), 2011, 42(2): 269-274.

［11］鄭靜, 劉學錄. 蘭州市土地開發(fā)潛力評價研究［J］. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2010, 24(12): 39-43.

［12］陳濤, 常慶瑞, 劉京, 等. 基于GIS的黃土臺塬區(qū)縣域耕地生產(chǎn)潛力評價研究［J］. 西北農(nóng)林科技大學學報(自然科學版), 2013, 41(1): 109-117.

［13］Guo B, Jin X, Yang X, et al. Determining the effects of land consolidation on the multifunctionlity of the cropland production system in China using a SPA-fuzzy assessment model［J］.European Journal of Agronomy, 2015, 63(63):12-26.

［14］郭洪泉, 王磊, 范金梅, 等. 北京延慶縣耕地整理潛力多因素綜合評價數(shù)據(jù)模型 ［J］. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2006, 22(8): 83-86.

［15］李曉倩, 劉學錄. 土地評價指標權(quán)重賦值方法的比較分析［J］.甘肅農(nóng)業(yè)大學學報,2012,47(5): 129-133.

［16］謝高地, 魯春霞, 冷允法, 等. 青藏高原生態(tài)資產(chǎn)的價值評估［J］. 自然資源學報, 2013, 18(2): 189-196.

［17］陳雅琳, 高吉喜, 常學禮. 礦區(qū)土地利用及生態(tài)服務價值動態(tài)評估——以山西省朔州市為例［J］. 干旱區(qū)資源與環(huán)境,2011, 25(1): 44-48.

［18］Wang L, Huang N S, Kuang Y Q, et al. Optimized selection of suitable sites for farmland consolidation projects using multiobjective genetic algorithms［J］. International Journal of Agricultural & Biological Engineering, 2014, 7(3):19-27.

［19］Yao G, Xie H. Rural spatial restructuring in ecologically fragile mountainous areas of southern China: a case study of Changgang Town, Jiangxi Province［J］. Journal of Rural Studies, 2016,47:435-448.

［20］魏宏安, 王介勇. 延安市黃土丘陵溝壑區(qū)溝道土地整治適宜性評價研究［J］. 地域研究與開發(fā),2013,32(3): 129-132.