縣域水土保持區(qū)劃方法的問題與改進*

王丹陽 李忠武，? 陳 佳 朱小林 王凌霞 胡曉倩

（1 湖南大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，長沙 410082）（2 湖南大學(xué)環(huán)境生物與控制教育部重點實驗室，長沙 410082）（3 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點實驗室中國科學(xué)院水利部水土保持研究所，陜西楊凌 712100）（4 湖南省國土資源規(guī)劃院，長沙 410007）

水土保持區(qū)劃將水土流失類型相同、強度相近，自然社會經(jīng)濟情況相似的地域單元組織起來，統(tǒng)一配置治理措施。它是因地制宜治理區(qū)域水土流失的基礎(chǔ)，也是保持區(qū)域水土資源的重要前提。自20世紀(jì)50年代提出以來，歷經(jīng)近70年發(fā)展，日趨成熟和完善。尤其自2011年水利部首次提出全國范圍的水土保持三級分區(qū)方案并寫入《中國水土保持規(guī)劃（2015-2030）》后，更加帶動了省、市、縣和小流域等層面的區(qū)劃研究。

誠然，這些工作對各地水土流失防治起著重要的指導(dǎo)作用。但如果區(qū)劃的形成過程存在缺漏，最終方案的準(zhǔn)確性就會受影響，科學(xué)價值削弱；另一方面，生態(tài)文明建設(shè)的新形式要求水土保持區(qū)劃進一步提高學(xué)科綜合性和動態(tài)適應(yīng)性，相應(yīng)的，區(qū)劃方法也亟需發(fā)展。鑒于此，本文概述當(dāng)前水土保持區(qū)劃方法，分析其不足和可能的改進方向，提出縣域尺度層面的區(qū)劃優(yōu)化設(shè)計，以期為區(qū)劃工作的進一步完善提供參考。

1 區(qū)劃發(fā)展歷程及現(xiàn)狀

中國水土保持區(qū)劃方法的發(fā)展，主要體現(xiàn)在兩個方面，一是技術(shù)進步，從主觀定性向客觀定量逐漸過渡；二是概念擴充，主要是與生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟學(xué)的結(jié)合，如圖1所示。

1.1 技術(shù)進步

技術(shù)進步表現(xiàn)為主觀定性向客觀定量轉(zhuǎn)變。20世紀(jì)90年代之前的區(qū)劃多基于水保工作經(jīng)驗。50年代林俊青曾指出“其仍沒有超出自然區(qū)劃的范圍，而且多半是科學(xué)工作者對自然現(xiàn)象的綜合描述和對合理利用土地、保持水土的意見應(yīng)該說還是很不成熟的?！保?］如在惠安縣，許伍權(quán)等［2］總結(jié)自然和社會經(jīng)濟條件、水土沖刷情況及防治經(jīng)驗，將其劃分為三個水土保持區(qū)；在興國縣，江西農(nóng)委以地貌為主導(dǎo)因素將全縣劃分為九個水土保持區(qū)，又考慮積溫、巖性、侵蝕土壤類型、水土流失現(xiàn)狀和農(nóng)林牧生產(chǎn)現(xiàn)狀等因素對分區(qū)界線做了調(diào)整［3］。

圖1 水土保持區(qū)劃方法發(fā)展過程Fig. 1 Development process of methods for regionalization of soil and water conservation

直至1990年，認識到“用一般的經(jīng)驗方法來定性分析不夠準(zhǔn)確，特別是當(dāng)分區(qū)指標(biāo)和樣本數(shù)較多時，很容易出現(xiàn)錯分或漏分現(xiàn)象”，張漢雄［4］選取年降雨量、徑流深、溝壑密度、植被覆蓋度、川臺地比例、侵蝕模數(shù)和人均耕地面積7項指標(biāo)，首次使用模糊聚類法，計算陜西安塞縣各鄉(xiāng)之間的歐氏距離，得到以樹形圖表示的定量分區(qū)結(jié)果。這一方法很快被借鑒和推廣，貝葉斯準(zhǔn)則逐步判別法［5］、模糊-動態(tài)聚類法［6］、聚類星座圖法［7］等一系列聚類分析先后應(yīng)用于水土保持區(qū)劃。進入21世紀(jì)后，數(shù)理方法以GIS為平臺，進一步獲得了發(fā)展。如馬力［8］選取適于ArcGIS處理的坡度、植被蓋度、土地利用類型、水土保持措施和土壤侵蝕模數(shù)5項指標(biāo)，借助空間自相關(guān)分析，劃定了縣南溝小流域水土流失重點防治區(qū)；孫秀美［9］在ArcGIS上疊置分析生態(tài)服務(wù)功能類型、土地利用類型、地貌高程和遙感影像圖等多靜態(tài)特征圖，確定了沂沭泗小流域水土保持生態(tài)功能二級區(qū)區(qū)界。

1.2 概念擴充

概念擴充表現(xiàn)為與生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟學(xué)等學(xué)科不斷融合。最初中國以土壤侵蝕類型分區(qū)代替水土保持分區(qū)［10］。雖簡單便捷，但忽略了必然影響分區(qū)結(jié)果的其他因素。尤其是考慮到區(qū)域間自然條件差異、社會經(jīng)濟異質(zhì)和開發(fā)方向不同均會對區(qū)劃后的實際治理產(chǎn)生極大影響，獨立開展水土保持區(qū)劃勢在必行。

因此，1980年到21世紀(jì)初的區(qū)劃工作，也有意識地漸將水土保持區(qū)劃區(qū)別于土壤侵蝕類型區(qū)劃。這一區(qū)別主要體現(xiàn)在指標(biāo)體系。比如1988年遼寧省水電廳和水土保持研究所“充分考慮了省內(nèi)各方的自然特點和水土資源利用的一致性，水土流失的類型、特點、程度和發(fā)生發(fā)展規(guī)律的相似性，水土保持的主攻方向和治理措施的統(tǒng)一性，將全省分為8個水土保持區(qū)，并根據(jù)侵蝕強度的不同，在每個區(qū)內(nèi)續(xù)分3～5個亞區(qū)”［11］。而到了2017年，褚麗妹［12］基于多法驗證劃分遼寧省水土保持區(qū)時，建立了包括目標(biāo)層、要素層、因子層和指標(biāo)層的指標(biāo)體系，其中要素層明確分為自然、社會經(jīng)濟、土地利用和水土流失4層，且侵蝕類型僅是指標(biāo)層內(nèi)21項指標(biāo)之一。

水土保持區(qū)劃與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的結(jié)合是近年來的趨勢。《全國水土保持區(qū)劃導(dǎo)則》劃定了10項水土保持的生態(tài)服務(wù)功能（水源涵養(yǎng)、土壤保持、蓄水保水、防風(fēng)固沙、生態(tài)維護、防災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)田防護、水質(zhì)維護、攔沙減沙和人居環(huán)境改善），初步區(qū)劃方案形成后，計算并比較每個區(qū)水土保持的各項生態(tài)服務(wù)功能價值，識別主導(dǎo)功能，并以“地理位置+地貌類型+主導(dǎo)生態(tài)服務(wù)功能”方式命名各水土保持區(qū)，以突出其水土保持的生態(tài)目標(biāo)［13-14］。

2 區(qū)劃方法不足

2.1 指標(biāo)體系欠缺合理

選取水土保持區(qū)劃方案大流域尺度3套，區(qū)域、省域、小流域和縣域尺度各4套，統(tǒng)計其指標(biāo)體系得（表1）。定義指標(biāo)分散度為各方案使用指標(biāo)去重后數(shù)量與全部合計數(shù)量的比值，分散度越高，指標(biāo)選用差異越大。大流域、區(qū)域、省域、小流域和縣域尺度的指標(biāo)分散度依次為0.80、0.64、0.51、0.90和0.62，說明各地區(qū)劃工作沒有統(tǒng)一的指標(biāo)選用規(guī)范，導(dǎo)致相同尺度內(nèi)不同研究使用的指標(biāo)過于分散，尤其是小流域尺度上4個區(qū)劃方案全部51個指標(biāo)中，只有4次重復(fù)。

表1 各尺度區(qū)劃方案指標(biāo)統(tǒng)計Table 1 Statistical analysis of indicator systems used in regionalization of different scales

分散導(dǎo)致混亂。表現(xiàn)為盲目羅列與水土保持關(guān)系不大的指標(biāo)。如澧水流域水土保持區(qū)劃中，將漁業(yè)和服務(wù)業(yè)產(chǎn)值占一、三產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值比重，水庫和壩塘容量，化肥施用量列入指標(biāo)體系［15］。盲目羅列又導(dǎo)致指標(biāo)獨立性減弱。如云南省水土保持區(qū)劃中，將農(nóng)業(yè)人口比例和非農(nóng)業(yè)人口比例均列入指標(biāo)體系，而二者是明顯的線性函數(shù)關(guān)系［16］?？紤]到所有列入指標(biāo)體系的指標(biāo)均會對聚類分析結(jié)果產(chǎn)生影響，所以指標(biāo)選用分散、不合理和共線性的情況，均會影響區(qū)劃準(zhǔn)確度和科學(xué)性。

將各尺度區(qū)劃重復(fù)率最高的指標(biāo)再次合計并去重，計算指標(biāo)分散度為0.42，較任何尺度區(qū)劃指標(biāo)的選取均要集中，說明指標(biāo)選取并未反映出尺度差異，也未服從尺度變化。比如人口密度和植被覆蓋率均是大流域尺度和小流域尺度上重復(fù)最多的指標(biāo)，說明對于面積相差20倍～30倍的大流域和小流域而言，人口密度和植被覆蓋率均是水土保持區(qū)劃的關(guān)鍵指標(biāo)。這與已有知識矛盾，因為熱量、水分在大尺度上主導(dǎo)，而人類活動的影響更多在局部。

2.2 定量計算存在局限

主成分分析、系統(tǒng)聚類等方法及GIS的應(yīng)用提高了區(qū)劃工作的效率。但不應(yīng)忽視定量方法的局限性。首先，難量化指標(biāo)的納入分析受到了限制。以GIS為研究手段，則參數(shù)選取、數(shù)據(jù)量化與集成等方面也需充分考慮GIS的適宜性［8］，因此具有空間分布特征的指標(biāo)，如坡度、水保措施、地類、植被覆蓋率、土壤侵蝕模數(shù)等更易被使用，而其他一些可能影響水土保持區(qū)劃的主觀因素，比如農(nóng)民投入水保勞作的積極性、水土流失治理經(jīng)驗，均很難在其中體現(xiàn)。

其次，數(shù)理方法丟掉了數(shù)據(jù)屬性，只進行數(shù)字計算。以系統(tǒng)聚類法為例，在假設(shè)情景下，區(qū)域R2和R3分屬兩個水土保持區(qū)，指標(biāo)僅考慮X1土壤侵蝕模數(shù)和X2人口密度，且μ（X1）和μ（X2）為由三相模糊統(tǒng)計法確定的指標(biāo)隸屬度函數(shù)，將區(qū)域R1、R2、R3指標(biāo)值輸入函數(shù)得到表2，現(xiàn)確定R1歸屬。根據(jù)歐氏距離計算公式：

式中，n為指標(biāo)數(shù)量，rij為i區(qū)域和j區(qū)域的歐氏距離，Xik、Xjk分別為i區(qū)域和j區(qū)域的第k個指標(biāo)值。

表2 區(qū)域及對應(yīng)隸屬度函數(shù)值Table 2 Membership functions values of the three regions

計算r12為0.4，r13為0.5，將R1區(qū)域劃歸R2。而關(guān)注X1和X2的數(shù)據(jù)屬性，則發(fā)現(xiàn)R1與R3區(qū)域的土壤侵蝕和人類活動的程度均為高-低型，而R2區(qū)域恰好相反。在實際水土流失治理中，可能R1與R3區(qū)域更關(guān)注對不利自然條件的控制，而R2區(qū)域更強調(diào)限制人為因素的影響。那么將土壤侵蝕強度和人類干擾程度相反的兩個區(qū)域劃分到一起是否合適，是否利于統(tǒng)籌規(guī)劃水土流失防治？

2.3 生態(tài)功能體現(xiàn)不足

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及維持的人類賴以生存的自然環(huán)境與效用，其價值是物化在環(huán)境中的社會必要勞動，其效益可通過貨幣表現(xiàn)［17］。水土保持的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能就是運行各項水土保持措施對維持、改良和保護自然環(huán)境的綜合效用［18］。2007年十七大首次將生態(tài)文明寫入報告，以之為導(dǎo)向，外延水土保持價值范疇，確定并量化其生態(tài)功能，是將水土保持對接生態(tài)文明建設(shè)的重要舉措。由此，生態(tài)功能識別及量化逐漸成為水土保持區(qū)劃的重要工作。

但生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與水土保持區(qū)劃的結(jié)合主要集中在區(qū)劃工作后期，即先形成水土保持區(qū)，再計算每個區(qū)各類服務(wù)功能的相應(yīng)價值，識別主導(dǎo)功能。因此嚴(yán)格而言，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價值量的計算并不影響區(qū)劃結(jié)果。在區(qū)域、省域等大尺度上，為了便于宏觀把控、突出區(qū)域間差異，這樣處理是可以接受的。但在縣域、小流域范圍，還應(yīng)探討將生態(tài)功能融入?yún)^(qū)劃過程的更好方式，使水土保持區(qū)劃真正可以面向區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的提升。

3 改進縣域尺度區(qū)劃

針對水土保持區(qū)劃方法的不足，歸納以下待解決問題：第一，如何優(yōu)化指標(biāo)體系設(shè)計，精簡不必要指標(biāo)、避免共線性、體現(xiàn)尺度差異？第二，如何補充定性和定量分析，處理難量化因子并考慮數(shù)據(jù)實際含義？第三，如何進一步將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及價值與區(qū)劃的密切結(jié)合？現(xiàn)有中國水土保持三級區(qū)劃方案將全國劃分為8個一級區(qū)、40個二級區(qū)和115個三級區(qū)，是各級水利部門進一步開展區(qū)劃工作的依托，也是相關(guān)學(xué)術(shù)研究的重要參考。對縣域尺度水土保持區(qū)劃方法的探討在其基礎(chǔ)上展開。

3.1 設(shè)計思路

以水土流失危險性（P）、土壤侵蝕態(tài)勢（E）、水土保持能力（C）為三個維度，構(gòu)建三維指標(biāo)框架。其中水土流失危險性是自然和人為復(fù)合維度，有前向和后向兩方面含義，前向危險性是指水土流失誘發(fā)條件的充分程度，用氣候、地貌等自然要素和人口、產(chǎn)業(yè)等社會經(jīng)濟要素衡量，后向危險性是指一旦發(fā)生水土流失造成損失的嚴(yán)重程度，以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值衡量，價值越高，潛在損失就越大。計算公式為

式中，n為因子數(shù)，Vi和Wi分別為第i個因子的指標(biāo)值和權(quán)重。

土壤侵蝕態(tài)勢是自然維度，表示當(dāng)前土壤的侵蝕狀況。按土壤侵蝕強度將評價單元地塊劃分為輕度、中度、強度、極強、劇烈侵蝕五類，根據(jù)每類土地面積確定單元總體土壤侵蝕態(tài)勢，用土壤侵蝕綜合指數(shù)表示。計算公式為

式中，n為土壤侵蝕等級數(shù)，Ci和A分別為第i等級侵蝕土壤的面積和權(quán)重，S為評價單元的土地總面積。E在0到100之間取值，為0時表示沒有任何水土流失發(fā)生，在許多平原地區(qū)普遍存在，為100時表示評價單元全部劇烈侵蝕，除非單元面積很小，不然實際很難發(fā)生。

水土保持能力是人為維度，表示以個體、企業(yè)、政府等行為主體的社會系統(tǒng)采取措施治理流失、保持水土的能力。評價因子可分兩類，一是可量化因子，如資金技術(shù)投入、交通便利度等，二是難量化因子，如水保工作參與積極性。計算公式為

式中，n為因子數(shù)，V’i和W’i分別為第i個因子的指標(biāo)值和權(quán)重。

其次，根據(jù)以上三維框架，參考以往研究，考慮縣域尺度自然過程的主導(dǎo)因子和數(shù)據(jù)獲取性，得到指標(biāo)體系如表3。在水土流失危險性維度中，坡度以＞15°坡地占評價單元面積的比重（%）計算；植被覆蓋率和人口密度單位分別為%和人·m-3；土地利用強度以受人類干擾土地（如耕地、居民點、建筑及工礦用地）占評價單元面積的比重（%）表征；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能以評價單元10種水土保持的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價值（元）量化。土壤侵蝕綜合指數(shù)單位為1，在0～100內(nèi)取值。資金/技術(shù)投入以近3年年均投入治理費用（元·年-1）計算，其中技術(shù)投入折算為等效資金投入；交通通達度以單位面積的道路長度表示，單位是m·m-2；水保工作積極性是定性指標(biāo)，以問卷或訪談形式，調(diào)查農(nóng)民、企業(yè)、政府部門等的水土保持意識和積極性并打分?？紤]區(qū)域空間異質(zhì)性，指標(biāo)權(quán)重應(yīng)借助主成分分析法，根據(jù)具體區(qū)劃區(qū)域的自然、社會特征確定。

最后，以鎮(zhèn)或村為基本評價單元，計算區(qū)劃范圍內(nèi)各單元的三維數(shù)值。對水土流失危險性和土壤侵蝕態(tài)勢兩個維度，按數(shù)值分布直方圖中由低到高累計頻數(shù)的30%、40%、30%分為低、中、高三類，分別以A/B/C和1/2/3表示；對水土保持能力維度，按由低到高50%、50%的累計頻數(shù)分為弱、強兩類，以I/II表示。將不同三維組合類型劃為不同水保類型區(qū)，如圖2所示。

圖2中A1為自然修復(fù)區(qū)，水土流失危險性低，土壤侵蝕強度弱；A2、B1、C1為預(yù)防保護區(qū)，特征是水土流失危險性高但流失情況尚不嚴(yán)重，或流失情況已引起注意但危險性尚低；B2、C2為防治結(jié)合區(qū)，區(qū)內(nèi)土壤侵蝕強度較預(yù)防保護區(qū)更高；A3、B3、C3為重點治理區(qū)，區(qū)內(nèi)水土流失危險性可能不高，但侵蝕狀況已相當(dāng)嚴(yán)峻。

表3 縣域尺度水土保持區(qū)劃指標(biāo)體系Table 3 Indicator system developed for regionalization at county-scale

圖2 水土保持類型區(qū)劃分Fig. 2 Types of soil and water conservation regions

無論是水土保持能力較強的II類自然修復(fù)區(qū)還是較弱的I類自然修復(fù)區(qū)，均可以憑借環(huán)境本身的恢復(fù)能力有效地保持水土，無需另投入，統(tǒng)稱為自然修復(fù)區(qū)。對I類預(yù)防保護區(qū)、防治結(jié)合區(qū)和重點治理區(qū)，因區(qū)域經(jīng)濟條件較差、基礎(chǔ)設(shè)施落后或保水保土意識不強，需要做好前期工作，完善基礎(chǔ)建設(shè)、加強科普宣傳和吸收民間資本，如江西省實行“公司+基地+農(nóng)戶”運作方式，有效推動了社會資金多元化投入［19］。相比之下，II類預(yù)防保護區(qū)、防治結(jié)合區(qū)和重點治理區(qū)的水土保持能力較強，水土流失治理效率更高，但仍需注意資金、人力的合理調(diào)配。

3.2 設(shè)計依據(jù)

壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型。又稱PSR模型，由經(jīng)濟合作與發(fā)展組織提出，用于系統(tǒng)的壓力、狀態(tài)和響應(yīng)分析，基本架構(gòu)如圖3，工農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)建設(shè)等人類活動對資源環(huán)境造成的壓力以一定狀態(tài)指標(biāo)傳導(dǎo)到個人、企業(yè)、政府等行為者，迫使其做出響應(yīng)［20］。PSR模型已廣泛應(yīng)用于生態(tài)安全、土地利用和自然資源評價。保留模型框架，適當(dāng)外延概念，將三個水土保持區(qū)劃維度分別視為壓力、狀態(tài)和響應(yīng)三個模塊。水土流失危險性對應(yīng)壓力，但與模型中純粹人類活動的壓力不同，這一危險性包括了自然和人為兩方面；土壤侵蝕態(tài)勢對應(yīng)狀態(tài)，其態(tài)勢是對自然過程和人類活動的響應(yīng)，進而影響各類行為者的福利；水土保持能力對應(yīng)響應(yīng)，行為者的態(tài)度和行為決定響應(yīng)的方向和強度。

圖3 PSR模型架構(gòu)Fig. 3 Structure of PSR model

已有水保區(qū)劃工作。水利部和中國科學(xué)院、工程院在南方紅壤區(qū)開展水土保持區(qū)劃時，提出水土流失潛在危險性（Ie）和土壤侵蝕綜合指數(shù)（E）概念［19］。前者是指誘發(fā)水土流失的人為不可控自然因素，以坡度、高程、K值、花崗巖區(qū)、年均降水量、暴雨頻次指標(biāo)衡量；后者概念與本文相同。而后以100 m×100 m的地塊為基本評價單元，計算每個單元的Ie和E值，按兩值的不同組合確定各單元所屬的水土保持區(qū)，如表4。再以縣界為基準(zhǔn)，統(tǒng)計每個縣內(nèi)各類水土保持區(qū)的單元數(shù)量，以占比超過60%的優(yōu)勢單元類型作為該縣的水土保持區(qū)類型。本文借鑒土壤侵蝕綜合指數(shù)概念，并擴充水土流失潛在危險性為自然人為復(fù)合維度；為方便社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對接未來以行政單元為主體的水土流失治理工作，將基本評價單元由地塊調(diào)整為村鎮(zhèn)；簡化五級土壤侵蝕綜合指數(shù)為三級，并以動態(tài)頻數(shù)分布而非固定數(shù)值確定三個維度的低、中、高分界點，以適應(yīng)不同區(qū)劃區(qū)域的差異。

表4 水土保持類型區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Classification standard of types of soil and water conservation regions

水土流失驅(qū)動因子的尺度效應(yīng)。全國水土保持分區(qū)使用海拔、＞10℃積溫、年均降水量和干燥指數(shù)為一級區(qū)劃指標(biāo)；特定優(yōu)勢地貌類型、若干次要地貌類型的組合、水土流失類型及強度和植被類型（主要植被區(qū)帶）為二級區(qū)劃指標(biāo)；地貌特征指標(biāo)（如相對高差、特征地貌）、社會經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r指標(biāo)（如人口密度、人均收入、人均GDP、工業(yè)產(chǎn)值比例）、水土流失防治需求和特點（如坡耕地治理、小流域綜合治理、崩崗治理、石漠化防治）、土壤侵蝕程度和強度（土層厚度）為三級區(qū)劃指標(biāo)。不同指標(biāo)在不同尺度區(qū)劃的應(yīng)用反映了水土流失驅(qū)動因素的尺度效應(yīng)：一級區(qū)劃指標(biāo)使用地勢、氣候等大尺度上起主導(dǎo)作用的自然因子，二級使用地貌、植被等中尺度自然因子，三級則側(cè)重考慮人類活動。而借鑒縣域、小流域等較小尺度水土流失影響因子的研究［21-25］，本文共確定指標(biāo)9項，其中自然指標(biāo)3項，人為指標(biāo)5項，復(fù)合指標(biāo)1項；定量指標(biāo)8項，定性指標(biāo)1項。

基于以上依據(jù)的縣域水土保持區(qū)劃方法設(shè)計，可初步回答前面的三個問題。對問題一，依據(jù)縣域尺度水土流失的驅(qū)動因子重新設(shè)計指標(biāo)體系，精簡冗余，各項指標(biāo)相關(guān)性不顯著，避免了指標(biāo)共線性，指標(biāo)體系科學(xué)性得以提升；對問題二，打破自然、人為的簡單分類，將9項指標(biāo)按其內(nèi)涵歸入壓力、狀態(tài)和響應(yīng)三個維度，避免了數(shù)據(jù)屬性被定量計算方法掩蓋，同時加入水保工作積極性等定性指標(biāo)，補充了行為主體能動性對水土流失治理的重要影響；對問題三，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能作為從屬于水土流失危險性維度的指標(biāo)，對評價單元生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計算直接作為影響區(qū)劃的重要因素，進一步密切了生態(tài)功能與水土保持區(qū)劃的結(jié)合。

3.3 案例說明

指標(biāo)數(shù)據(jù)獲取、加權(quán)計算等可參考相關(guān)文獻，不再贅述。為突出重點，現(xiàn)簡化條件，假設(shè)擬區(qū)劃區(qū)域有評價單元100個，以10×10矩陣形式列出，每一評價單元由其所在行和列的坐標(biāo)唯一確定。經(jīng)過數(shù)據(jù)收集、歸一化處理、加權(quán)計算等，得到各評價單元的三維屬性，如圖4。紅色框線內(nèi)單元為強水土保持能力區(qū)，以外為弱水土保持能力區(qū)；各單元的水土流失危險性和土壤侵蝕態(tài)勢兩個維度由“字母+數(shù)字”形式表示，含義同圖2。

圖4 評價單元的三維屬性疊置Fig. 4 Superposition of 3-dimension data of each evaluating unit

將不同的三維組合劃分到不同水土保持類型區(qū)，得圖5，100個評價單元共識別為6個水土保持類型區(qū)。對于自然修復(fù)區(qū)（A1），除圖3中7j屬于弱水土保持能力區(qū)外，其余25個單元均屬于強水土保持能力區(qū)，因自然修復(fù)區(qū)水土保持可主要靠生態(tài)系統(tǒng)自身恢復(fù)，受行為主體能力強弱的影響不大，故將圖4中7j和其余25個村落同劃為II類自然修復(fù)區(qū)。預(yù)防保護區(qū)（A2、B1、C1）和防治結(jié)合區(qū)（B2、C2）均進一步分為I類和II類，I類區(qū)域可投入的人、財、物力有限，相較II類區(qū)域，需優(yōu)先治理重點流失地塊，優(yōu)化資源調(diào)配，最大化提高有限資源的使用效率。重點治理區(qū)（A3、B3、C3）與自然修復(fù)區(qū)相反，完全屬于弱水土保持能力區(qū)，土壤侵蝕情況最嚴(yán)峻，自然環(huán)境和人類活動最易誘發(fā)水土流失，且治理能力十分有限。要發(fā)展該區(qū)域水土保持工作，需借助外部幫助，如財政傾斜，人才、技術(shù)引進等。

值得注意的，單元圖5中1e為高水土流失危險性-中土壤侵蝕態(tài)勢-弱水土保持能力的三維組合，應(yīng)屬II類防治結(jié)合區(qū)，但在圖4中被歸為I類重點治理區(qū)。這是定性判斷對定量分析的修正結(jié)果。主要是避免產(chǎn)生“飛地”，減少破碎斑塊，并保證區(qū)劃后水土保持措施布置的空間連續(xù)性。類似的，村落圖5中4f為低水土流失危險性-高土壤侵蝕態(tài)勢-強水土保持能力的三維組合，應(yīng)屬II類重點治理區(qū)，但卻被歸為了II類防治結(jié)合區(qū)。這主要是出于兩點考慮：第一，以一個評價單元作為一個類型區(qū)，增加了分區(qū)的復(fù)雜性，且不利于后續(xù)工作開展；第二，將其劃入II類防治結(jié)合區(qū)，可以接受經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)輻射，共享技術(shù)、資金和基礎(chǔ)設(shè)施?？梢?，定性判斷不僅體現(xiàn)在前期計算過程，也體現(xiàn)在初步區(qū)劃后的斑塊整合、邊界調(diào)整，這也是對如何補充定性和定量分析的進一步回答。與聚類分析相比，通過每個評價單元的三維屬性確定其歸屬的區(qū)劃方法，在精簡指標(biāo)并保留指標(biāo)內(nèi)涵的前提下，實現(xiàn)了定性與定量的結(jié)合，并一定程度上簡化了計算過程。

圖5 假設(shè)情景中水土保持區(qū)劃Fig. 5 Regionalization of soil and water conservation in hypothetical scenario

4 結(jié) 論

技術(shù)引入使水土保持區(qū)劃從主觀定性向客觀定量逐漸過渡，概念擴充使區(qū)劃與生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟學(xué)等學(xué)科不斷融合，是近70年來中國水土保持區(qū)劃方法發(fā)展歷程的主要特點?，F(xiàn)有區(qū)劃方法存在問題有三：一是指標(biāo)體系科學(xué)性不足，尺度和空間差異未體現(xiàn)，并且指標(biāo)冗雜，部分指標(biāo)間高度相關(guān)；二是定量方法限制了對定性因子的考慮，并弱化了數(shù)據(jù)的實際含義；三是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的融入只體現(xiàn)在區(qū)劃工作結(jié)束后，而無法影響區(qū)劃過程。針對于此，對縣域尺度水土保持區(qū)劃方案加以改進，提出包含水土流失危險性、土壤侵蝕態(tài)勢和水土保持能力的三維指標(biāo)框架，并以坡度、植被覆蓋率、人口密度、土地利用強度、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能、土壤侵蝕綜合指數(shù)、資金/技術(shù)投入、交通通達度和水保工作積極性等9項自然、人為或復(fù)合指標(biāo)構(gòu)建指標(biāo)體系，劃分不同的三維組合類型，輔助定性分析，將評價單元歸屬于不同的水土保持類型區(qū)。值得注意的是，一是本文所述三維水土保持區(qū)劃方法針對于縣域尺度，若以之適用于大尺度，需做相應(yīng)調(diào)整：比如以村鎮(zhèn)為基本評價單元在縣域是可行的，而若擴展到省域，在數(shù)據(jù)采集和處理等方面就會非常復(fù)雜；又比如水土流失危險性維度的五項指標(biāo)，若轉(zhuǎn)換到大尺度，也要根據(jù)水土流失驅(qū)動因子的尺度效應(yīng)相應(yīng)調(diào)整。