國土空間規(guī)劃背景下蘭坪自治縣縣域水土保持功能重要性評價

王以靖，張云

（西南林業(yè)大學，云南昆明 650224）

0 引言

《云南省加強三江并流世界自然遺產(chǎn)地保護管理若干規(guī)定》[1]于2018年發(fā)布，“規(guī)定”指出：各級人民政府須嚴格控制在遺產(chǎn)地范圍內(nèi)的開發(fā)和建設活動。自然資源部于2019年印發(fā) 《中共中央國務院關于建立國土空間規(guī)劃體系并監(jiān)督實施的若干意見》[2]，“意見”指出，國土空間規(guī)劃是提升國土空間發(fā)展質(zhì)量，做到可持續(xù)發(fā)展的關鍵。 水土保持功能重要性評價是國土空間規(guī)劃的重要指標之一，對劃定生態(tài)紅線及構(gòu)建生態(tài)安全格局具有重要意義[3]。

水土保持功能重要評價指生態(tài)系統(tǒng)保持土壤功能的相對重要程度，是生態(tài)系統(tǒng)提供的重要調(diào)節(jié)服務之一，可識別現(xiàn)狀和未來承擔水土保持功能的重點區(qū)域。眾多學者對水土保持進行了研究，1958年SMITHD 等[4]第一次提出針對水土流失的通用方程(USLE),此后涌現(xiàn)了各種模型方法，如WEEP、EUROSEM、LISEM等[5]。 我國也有眾多學者進行了研究，劉寶元[6]提出了適宜我國情況的土壤流失方程，曾慧娟等[7]對福建武步溪流域土壤侵蝕進行了研究，饒恩明等[8]對海南島土壤保持空間特征及影響因素進行了研究，馮磊等[9]對黃土高原進行了水土保持功能的重要性評價與分區(qū)研究。 以上研究都采用模型法進行評價，使用的模型有的是RUSLE 模型，有的是NPP 定量指標評估方法。 國土空間的規(guī)劃文件《資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評價指南 （試行）2020年1月版》[10]（簡稱《雙評價指南》）給出了雙評價的評價方法。

有研究表明[11]：綜合生態(tài)安全視角下，云南怒江州低度安全和不安全區(qū)集中分布在瀾滄江流域，其次為怒江沿岸和怒江州北部高海拔荒草及冰雪覆蓋區(qū)，蘭坪縣生態(tài)安全最低，處于低度及以下安全等級，生態(tài)安全問題突出；景觀格局生態(tài)安全視角下，蘭坪縣和瀘水市安全性最低。 宋敏[12]的研究表明，怒江州生物資源富集，耕地資源匱乏，且多為坡地，同時植被破壞嚴重，水土流失面積達3933km2，占全州總面積的26.75%，土壤侵蝕面積超過25%。 蘭坪自治縣位于“三江并流”世界自然遺產(chǎn)保護區(qū)的核心地域，在國土空間規(guī)劃背景下對蘭坪自治縣縣域范圍進行水土保持功能重要性評價研究，進一步劃分水土保持功能重要性等級，可以為蘭坪自治縣提供生態(tài)保護紅線劃定的參考,從而更好地構(gòu)建蘭坪自治縣縣域生態(tài)安全格局。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

蘭坪自治縣隸屬云南省怒江傈僳族自治州，從南到北約117km，從東到西約68km，縣域面積約4372.38 km2；位于滇西北方向，98°58′23″～99°38′34″E，26°6′39″～27°4′52″N，是“三江并流”世界自然遺產(chǎn)的核心地帶（圖1）。蘭坪自治縣因位于橫斷山脈的縱谷地帶，谷深山高，氣候為典型垂直分布的立體氣候；境內(nèi)生物種類多樣，礦產(chǎn)和林業(yè)資源豐富，具有特殊的生態(tài)戰(zhàn)略地位，生態(tài)區(qū)位極其重要。另一方面，蘭坪自治縣存在著水土流失、滑坡、泥石流等災害[13]，急需在國土空間規(guī)劃框架下界定縣域內(nèi)的水土保持功能重要性分區(qū)。

圖1 蘭坪縣在云南的位置

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究需要的數(shù)據(jù)包括： 蘭坪自治縣高程數(shù)據(jù)集和2018年衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站；氣象數(shù)據(jù)集選用2010年至2020年平均累積降水量，數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學數(shù)據(jù)共享服務網(wǎng)；土壤數(shù)據(jù)集來自國家科技基礎條件平臺——國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心（http://www.geodata.cn）。

2 研究方法

2.1 評價方法

2020年，自然資源辦公廳印發(fā)的《雙評價指南》確定了市縣級以上的國土空間規(guī)劃工作技術流程和方法，為各地開展“雙評價”提供了指導。 《雙評價指南》中提出的評價方法（簡稱“雙評價法”）以及當前運用的《生態(tài)保護紅線劃定指南》[14]（簡稱《指南》）中提出的模型評價法與NPP 定量指標評估法不同?！半p評價法”明晰了市縣級以上水土保持功能重要性評價指標和評價分級標準，但未給出評價指標的數(shù)據(jù)來源與處理方法。 而雖然模型評價法對國家和省級的水土保持功能重要性評價的數(shù)據(jù)來源、處理方法、模型及評價分級標準作出了說明，但是對于評價精度要求更高的縣域級尺度評價，仍有小部分評價指標（地形起伏度和植被覆蓋度）的數(shù)據(jù)來源和處理方法不再適用。

已有研究[15]表明，縣級國土空間規(guī)劃可分別采用“模型評價法”和“雙評價法”兩種方法對縣級尺度水土保持功能重要性進行評價，在此基礎上通過兩種方法的集成獲得的縣級水土保持功能重要性評價，可以避免地形地貌的多樣性對評價結(jié)果的影響。 為更好地對蘭坪自治縣縣域進行水土保持功能重要性評價，本研究通過ArcGIS10. 7 軟件平臺，分別采取“模型評價法”和“雙評價法”對蘭坪自治縣進行水土保持功能重要性評價，在此基礎上通過兩種方法的集成獲得蘭坪自治縣縣域水土保持功能重要性評價。

采用《指南》中的RUSLE 模型進行評價，模型如下：

式中，Ac表示水土保持量（t/hm2·a），Ap表示潛在土壤侵蝕量，Ar表示實際土壤侵蝕量，R 表示降雨侵蝕力因子（MJ·mm/hm2·h·a），K表示土壤可蝕性因子（t·hm2h/hm2·MJ·mm），L、S 表示地形因子，C表示植被覆蓋因子。 參考《雙評價指南》的水土保持功能重要性評價方法進行評價，并進行分級，再采用最大值法進行“模型評價法”和“雙評價法”的集成，得到蘭坪自治縣縣域的水土保持功能重要性評價結(jié)果。

GIS 是由計算機軟件、 硬件和數(shù)據(jù)構(gòu)成的可進行空間數(shù)據(jù)采集、處理、分析和建模等的系統(tǒng)[16]，可利用其對不同評價方法進行綜合運用。

2.2 技術路線

評價技術路線為：首先輸入相關數(shù)據(jù)，再根據(jù)《指南》推薦計算相關因子的數(shù)值； 接著按照RUSLE 模型公式計算得出水土保持量，在此基礎上作出評價和分級；同時按照表1 雙評價法中的水土保持功能重要性評價方法計算出水土保持重要性評級，最后進行兩種方法的集成，得出最終結(jié)果。 技術路線具體如圖2 所示。

表1 水土保持功能重要性評價分級賦值

圖2 模型結(jié)構(gòu)

3 模型計算

3.1 RUSLE 模型各類因子計算

3.1.1 降雨侵蝕因子R

R 表示降雨對土壤的潛在侵蝕能力，通常采用單位的降雨量、降雨的歷時、降雨強度等氣象參數(shù)及多年平均年降雨侵蝕力因子反映。 有研究[17]表明，盧喜平、史冬梅等建立的降雨侵蝕力模型在云南有較好的適宜性，本文采用2010年至2020年蘭坪自治縣周邊氣象站的平均降雨量數(shù)據(jù)來估算，計算公式如下：

式中，Ri表示第i 個月的降雨侵蝕力。 計算出相應站點的降雨侵蝕力因子后，在GIS 中運用Spatial Analyst tool 工具中的插值工具進行泛克里金插值，從而得到縣域范圍的降雨侵蝕因子分布圖。

3.1.2 土壤可蝕性因子K

K 是指土壤侵蝕敏感性的度量，反映的是具有不同理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)及有機物含量的土壤抵抗降雨流水沖刷、 搬運的能力，本文采用Williams 等[18]提出的土壤可蝕性模型，計算公式如下：

式中，msilt表示粉土含量（SLT），mc表示黏土含量（CLAY）,Porgc表示有機質(zhì)含量，ms表示沙粒含量（SAND）。

對照HWSD 數(shù)據(jù)庫對下載的土壤數(shù)據(jù)進行梳理，得到蘭坪自治縣土壤數(shù)據(jù)庫，依據(jù)式（4）—式（8）進行計算，從而得到K 值。

3.1.3 地形因子LS

LS 包括坡長因子L 和坡度因子S，反映的是地勢起伏對土壤侵蝕作用的大小，我國有學者對相關計算方法進行了大量研究[19-22]，因為瀾滄江流域坡度大多數(shù)在25°以上[23]，所以本文采用江忠善等[24]的研究成果來計算LS，計算公式如下：

式中，λ 代表坡長（m），θ 代表坡度值（°），m 代表坡長指數(shù)，n代表坡度指數(shù)。 m 指數(shù)采用劉寶元等[25]研究的公式計算并改進，m隨坡度變化的取值范圍按下式?jīng)Q定：

式中，m 代表坡長指數(shù)，θ 代表坡度值（°）。 有研究[24]指出中國的坡度指數(shù)介于1.3～1.4 之間，本文采用n=1.35。在ArcGIS 中，選擇高程數(shù)據(jù)集計算出地形因子LS 值。

3.1.4 植被覆蓋因子C

C 是指地表植被覆蓋物對土壤侵蝕產(chǎn)生的正向影響力。 植被伸展的冠層可截留降水，削弱降水對土壤顆粒的沖刷，降低徑流速度，落葉等腐殖質(zhì)則增加了水分滲入，對減少土壤侵蝕具有積極抑制作用[26]。本文采用ENVI 軟件對蘭坪自治縣2018年衛(wèi)星影像進行NDVI（植被歸一化指數(shù)）的計算，再采用蔡崇法等[27]研究的線性回歸方程計算植被覆蓋因子，計算公式如下：

式中，fc代表覆蓋度（%）。

3.2 雙評價法計算

水土保持功能重要性的“雙評價法”指利用生態(tài)系統(tǒng)的類型、地形坡度特征與植被覆蓋度來對生態(tài)系統(tǒng)保持水土的能力進行評價[10]，各項因子的計算方法如下所述。

3.2.1 生態(tài)系統(tǒng)類型因子

本文通過解譯得到的蘭坪自治縣2018年土地利用類型對照《中國生態(tài)系統(tǒng)》[28]轉(zhuǎn)化得到生態(tài)系統(tǒng)類型因子，主要提取森林、灌木和草地生態(tài)系統(tǒng)作為計算指標。

3.2.2 植被覆蓋因子

生態(tài)系統(tǒng)類型參照N-SOECT 的參數(shù)對其進行賦值，得到對應的植被覆蓋因子，如表2 所示。

表2 生態(tài)系統(tǒng)分類及植被覆蓋分級賦值

3.2.3 地形坡度因子

地形坡度因子利用DEM 高程數(shù)據(jù)集，通過GIS 軟件的坡度分析工具得到。

4 結(jié)果分析與討論

4.1 RUSLE 模型評價結(jié)果分析

4.1.1 降雨侵蝕力因子R

R 值越高，潛在的侵蝕性越高。 從利用2010—2020年蘭坪自治縣及周邊縣市氣象站的數(shù)據(jù)計算得到的蘭坪自治縣縣域降雨侵蝕力空間分布圖（圖3a）來看，蘭坪自治縣多年平均降雨侵蝕力值為1498.66～1187.91MJ·mm·hm2·a，總體呈現(xiàn)西高東低，最高值在中排鄉(xiāng)，最低值在通甸鎮(zhèn)。 西部的中排鄉(xiāng)、石登鄉(xiāng)、營盤鎮(zhèn)、兔峨鄉(xiāng)差異較小，這與瀾滄江走勢有關，瀾滄江帶來了豐富的水汽，并流經(jīng)這幾個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，該區(qū)域是潛在的水土侵蝕分布區(qū)。

4.1.2 土壤可蝕性因子K

土壤可蝕性因子K 值越大，土壤可侵蝕能力越高。 從利用國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心得來的土壤數(shù)據(jù)集計算得出的土壤可蝕性因子圖（圖3b）來看，蘭坪自治縣土壤可蝕性因子K 值分布在0.11～0.17 之間，高值范圍（〉0.13）分布較廣，且出現(xiàn)分布范圍成條狀現(xiàn)象，這與蘭坪自治縣境內(nèi)河流流向吻合。

4.1.3 地形因子LS

地形因子起伏越大，土壤侵蝕越敏感。 從得到的地形因子圖（圖3c）來看，蘭坪自治縣地勢起伏普遍較大，地勢起伏范圍在0～438m 之間，極容易受到土壤侵蝕從而引發(fā)水土流失、泥石流及滑坡災害。

4.1.4 植被覆蓋度因子

從植被覆蓋因子圖（圖3d)來看，蘭坪自治縣作為三江并流云嶺片區(qū)和老君山片區(qū)的所在地之一，擁有良好的植被覆蓋，覆蓋率高，對減少水土流失、保護野生動物及其棲息環(huán)境起到了比較好的生態(tài)作用。

圖3 “模型評價法”因子分析圖

4.2 雙評價法評價結(jié)果分析

4.2.1 生態(tài)系統(tǒng)類型因子

通過生態(tài)系統(tǒng)類型因子圖（圖4a）可以看出，蘭坪自治縣生態(tài)系統(tǒng)類型豐富，特別是森林和草地的占比最大，分別是森林38.9%，草地27.2%，分布廣泛，對抑制蘭坪自治縣水土流失具有重要的生態(tài)作用，同時它們也構(gòu)成了蘭坪自治縣豐富的自然景觀基底。

4.2.2 植被覆蓋度因子

通過植被覆蓋因子圖（圖4b）可以看出，蘭坪自治縣植被覆蓋度較高，低中植被覆蓋度（〈30%）占比40.95%，中高植被覆蓋度（30%～50%）占比15.6%，高植被覆蓋度（〉50%）占比43.45%。結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)類型因子來看，草地占比和低中植被覆蓋度占比都較大，可以初步判斷雖然蘭坪縣中高植被覆蓋度較高，總體植被覆蓋率好，但造成水土流失的原因是植被類型以草灌木為主，郁閉度和質(zhì)量不高。

4.2.3 地形坡度因子

通過地形坡度因子（圖4c）可以看出，蘭坪自治縣全縣地形坡度≥25°的區(qū)域占縣域面積較大，地形相對平坦（〈15°）的區(qū)域集中分布于通甸鎮(zhèn)和金頂鎮(zhèn)，但詳細對比發(fā)現(xiàn)通甸鎮(zhèn)平坦區(qū)域比金頂鎮(zhèn)更多一些，且集中連片，對發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城鎮(zhèn)建設更為有利。 結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)類型農(nóng)田、草地和灌木分布范圍，可以判斷蘭坪自治縣的生態(tài)系統(tǒng)類型穩(wěn)定度低。

圖4 “雙評價法”因子分析圖

4.3 結(jié)果綜合分析

從蘭坪自治縣全縣潛在土壤侵蝕量（圖5a）看，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)都存在土壤侵蝕情況；從全縣實際土壤侵蝕量（圖5b）看，全縣土壤侵蝕模數(shù)在空間分布上由西部向東部減小，全縣侵蝕量高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)為中排鄉(xiāng)、石登鄉(xiāng)、營盤鎮(zhèn)、兔峨鄉(xiāng)；從土壤保持量（圖5c）看，全縣土壤保持量6.41×108t/a，東部通甸鎮(zhèn)和金頂鎮(zhèn)水土保持量相對較低，這與城鎮(zhèn)和農(nóng)田的分布有關，不合理的人為活動降低了水土保持能力。

圖5 土壤侵蝕及土壤保持強度空間分布

從采用RUSLE 模型評價法和國土雙評價法估算蘭坪自治縣水土保持功能性并進行自然斷點法分級的結(jié)果（圖6a，圖6b）可以看出，模型評價法中水土保持功能極重要區(qū)呈散點分布，重要區(qū)整體散點分布，局部連片分布，一般重要區(qū)連片分布。 雙評價法中水土保持功能極重要區(qū)呈散點分布，重要區(qū)整體連片分布，局部散點分布，一般重要區(qū)連片分布。 從兩種方法集成的結(jié)果（圖6c）來看，水土保持功能極重要區(qū)呈散點分布，重要區(qū)整體連片分布，局部散點分布，一般重要區(qū)連片分布。 極重要區(qū)空間分布上與蘭坪縣地質(zhì)災害滑坡、泥石流的分布基本一致（圖7a），這與蘭坪縣地形起伏度普遍較大，坡度大多在25°以上有關，同樣也與蘭坪縣降水分布有關，更與縣域內(nèi)居民點分布和人為活動有關 （圖7b）。 極 重 要 區(qū) 面 積 為288km2，占 比6.59%； 重 要 區(qū) 面 積 為2734km2，占比62.55%。

圖6 兩種方法的水土保持功能重要性評價結(jié)果

圖7 蘭坪縣地質(zhì)災害分布與居民點分布

5 結(jié)論和建議

本文分別采取“模型評價法”和“雙評價法”對蘭坪自治縣進行水土保持功能重要性評價，為避免地形地貌的多樣性對評價結(jié)果的影響，通過兩種方法的集成獲得蘭坪自治縣縣域水土保持功能重要性評價。 得出結(jié)論：受地形、水系、人類聚居點分布和人類活動的影響，蘭坪自治縣縣域水土保持功能重要性在空間上呈現(xiàn)由西部向東部減弱的分布趨勢；水系對極重要區(qū)空間分布的影響很大；重要區(qū)空間分布受人類聚居點和人類活動影響很大，一般區(qū)域的分布受地形起伏的影響較大。

研究結(jié)果與《云南省生態(tài)功能類型區(qū)圖》中對蘭坪自治縣的生態(tài)功能定位相一致，同時也與蘭坪自治縣滑坡、泥石流等災害空間分布特征相吻合，可以作為蘭坪自治縣生態(tài)保護紅線的劃定參考,從而更好地構(gòu)建蘭坪縣縣域生態(tài)安全格局。

建議蘭坪自治縣建設開發(fā)烈度與水土保持功能重要性評級呈反比。 蘭坪自治縣可以在山地、林地、主干河流、水庫和水源地等極重要區(qū)域建立生態(tài)控制區(qū)，并建立不同類型的自然保護區(qū)，做好封山育林、自然植被恢復的工作；開展水庫、河流等區(qū)域的小流域生態(tài)綜合治理，增加水源涵養(yǎng)林等生態(tài)公益林的比例；對25°以上的陡坡耕地有計劃地退耕，在生態(tài)學指導下恢復自然植被。在城市建設用地、鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設用地、重要集鎮(zhèn)社區(qū)建設用地和區(qū)域交通設施用地等區(qū)域應加強城市容量研究，切忌過度開發(fā)；在開發(fā)時需強調(diào)生態(tài)環(huán)境補償和城鎮(zhèn)環(huán)境美化，在建設、開發(fā)過程中避免造成水體污染、水土流失；同時合理利用豐富的自然資源，有限制地發(fā)展旅游，加快經(jīng)濟轉(zhuǎn)型，使經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護達到和諧有序。

圖片來源：

圖1—圖6：自繪；

圖7：改繪。