黃土高原水土保持功能的重要性評價與分區

馮磊，王治國，孫保平，張超，趙巖，鐘曉娟

(1.北京林業大學水土保持學院，100083，北京;2.水利部水利水電規劃設計總院，100120，北京)

黃土高原水土保持功能的重要性評價與分區

馮磊1，王治國2?，孫保平1，張超2，趙巖1，鐘曉娟1

(1.北京林業大學水土保持學院，100083，北京;2.水利部水利水電規劃設計總院，100120，北京)

根據黃土高原生態環境特點和水土流失現狀，選擇水源涵養、土壤保持、蓄水保水、防風固沙、防災減災以及農田防護等水土保持功能進行評價。在此基礎上進行黃土高原水土保持功能重要性綜合評價，評價結果表明:黃土高原地區水土保持功能均處于中等重要以上;其中極重要地區比例最大，占全區面積的80.03%;中等重要地區較少，占全區面積的19.97%。最后根據6個單因子功能重要性評價結果，利用ArcGIS中的空間分析疊加功能，確定黃土高原水土保持功能區劃的基本界線，將黃土高原劃分為9個水土保持功能區，并提出黃土高原各區的生態保護方向，促使自然生態系統更有效地支持社會和經濟的發展，為改善黃土高原生態環境質量奠定基礎。

水土保持功能;重要性評價;功能分區;黃土高原

水土保持功能指在水土保持過程中采用的各項措施對保護和改良人類及其社會賴以生存的自然環境條件并促進區域社會經濟發展的綜合效用［1－2］。水土保持功能重要性評價指針對區域典型生態系統，分析區域水土保持功能分異規律，明確各種水土保持功能的重要區域。水土保持重要性評價的結果將為生態系統科學管理、確定生態保護關鍵區、制訂生態保護和建設的政策提供依據［3］。

黃土高原地區是我國人口、資源、環境矛盾最集中的區域之一，也是世界上水土流失最嚴重的地區，水土流失面積占全區面積的81.8%［4］。近些年來，黃土高原的水土保持工作已取得了飛速發展，但是當前生態環境狀況仍十分嚴峻。本研究對于黃土高原水土保持功能重要性進行綜合評價，具體包括對水源涵養功能、土壤保持功能、蓄水保水功能、防風固沙功能、防災減災功能和農田防護功能重要性進行評價，并分析其空間分布特征。根據評價結果，合理劃定水土保持功能區，界定區域服務功能，探討區域防治水土流失、建設良好生態戰略途徑。

1 研究方法

根據生態服務價值理論，借鑒《生態功能區劃暫行規程》［5］、聯合國千年生態系統評估和中國西部生態系統綜合評估，結合黃土高原自然條件、水土保持措施特點和社會經濟條件建立黃土高原水土保持功能評價指標體系和綜合定量評價模型，并確定黃土高原水土保持功能，主要包括水源涵養、土壤保持、蓄水保水、防風固沙和防災減災、農田防護6方面［6］。根據生態學、水土保持學原理，引入ArcGIS軟件校正并數字化各類功能類型專題圖，調用聚類分析模塊，得到黃土高原水土保持功能分區結果，從而使分區結果的精度得以大大提高，并實現可視化的圖形效果。數據來源于2007年DEM遙感影像、黃土高原地區氣象站點數據、全國自然地理區劃圖集和全國氣候區劃圖集等。

1.1 單因子水土保持功能重要性評價

水土保持功能重要性評價是根據區域內生態環境特征以及社會經濟狀況，分析區域各類水土保持功能及其對區域可持續發展的作用與重要性，并依據其重要性劃分不同等級，包括極重要、中等重要、比較重要、一般重要［7］。

1)水源涵養重要性評價。水源涵養功能重要性主要體現在通過林草地攔截地表水、增強土壤下滲、調節徑流等作用為江河湖泊和供水水庫提供水源［8］;因此，依據《生態功能區劃暫行規程》，根據評價地區在區域城市流域所處的地理位置和對整個流域水資源的貢獻來評價，評價指標及分級標準見表1。

表1 水源涵養重要性評價指標及分級標準Tab．1 Evaluation index and classification standard of the importance of water source conservation

2)土壤保持重要性評價。土壤保持功能主要體現在通過林冠的截留雨水、腐殖質的透水保水、植物根系的固土等作用減少土壤的流失。由于此功能對山地丘陵區和土壤侵蝕嚴重區最為重要［7］，因此，可根據評價區域所在的地貌類型、耕地面積比例來評價，評價指標及分級標準見表2。

表2 土壤保持重要性評價指標及分級標準Tab．2 Evaluation index and classification standard of importance of soil conservation

3)蓄水保水重要性評價。蓄水保水功能主要體現在通過水土保持工程措施和林草措施解決干旱缺水地區及季節性缺水嚴重地區的水資源問題;因此，可根據評價區域的缺水程度以及社會經濟條件來評價［9］，評價指標及分級標準見表3。

表3 蓄水保水重要性評價指標及分級標準Tab．3 Evaluation index and classification standard of importance of water storage

4)防風固沙重要性評價。防風固沙功能主要體現在通過水土保持林降低風速、植被根系固沙緊土和改良土壤等作用防沙治沙、防治沙塵暴［10］;因此，可根據評價區域的氣候條件和沙地面積比例來評價，評價指標及分級標準見表4。

5)防災減災重要性評價。防災減災功能主要體現在防治山洪、泥石流、滑坡等地質災害的發生，防災減災的重要性主要體現在區域地質災害發生的可能性和災害發生的危險性，并根據地質災害危險性評估技術要求，將區域地質災害類型以及地質災害危害程度作為防災減災功能評價指標［11］。評價指標及分級標準見表5。

表4 防風固沙重要性評價指標及分級標準Tab．4 Evaluation index and classification standard of importance of sand－fixing

表5 防災減災重要性評價指標及分級標準Tab．5 Evaluation index and classification standard of importance of disaster prevention and mitigation

6)農田防護重要性評價。農田防護功能主要體現在水土保持設施在農業生產區的保護農田，改善農田小氣候，減輕風、沙、水、旱等自然災害的作用;因此，將耕地面積比例作為農田防護功能的評價指標。評價指標及分級標準見表6。

表6 農田防護重要性評價指標及分級標準Tab．6 Evaluation index and classification standard of importance of farmland protection

1.2 水土保持功能重要性綜合評價方法

在單項功能重要性評價的基礎上，采用取最大方法評價法對水源涵養、土壤保持、蓄水保水、防風固沙、防災減災和農田防護功能重要性進行綜合評價，重要綜合指數計算如式(1)，利用地理信息系統軟件得到水土保持功能重要性綜合空間分布圖［12］。

式中:Sij為i種j空間單元水土保持功能重要性綜合指數;Si為i種重要性等級值。當多個單項水土保持功能重要性評價分值一樣并為最大分值時，只取單個最大值，不重復取值。

1.3 功能分區方法

黃土高原地區水土保持功能分區采用疊置法。水土保持功能分區以重要性評價結果為主，綜合考慮自然環境因子，包括氣候、地貌、植被、土壤等，即在植被、地貌類型等相關生態環境單要素區劃的基礎上［13］，結合水土流失特點、土地利用以及遙感影像圖，疊置出要素分區界線，從而確定水土保持功能分區的基本界線，并以“地理位置+地貌類型+水土保持功能”的方式命名。

2 評價結果

2.1 黃土高原單因子水土保持功能重要性評價

對黃土高原地區的水源涵養、土壤保持、蓄水保水、防風固沙、防災減災和農田防護分別進行單因子評價，并應用地理信息軟件繪制相應的專題圖(圖1)。評價結果表明:水源涵養功能極重要和中等重要區面積為27.37萬km2，占總面積的47.7%，主要分布在呂梁山和隴中高原地區;土壤保持功能在黃土高原地區除了北部地區大部分處于中等重要以上，面積為37.25萬km2，占總面積的65%;蓄水保水功能均處于比較重要以上，極重要區面積為16.93萬km2，占總面積的30%，主要分布在黃土高原的中部，呈帶狀分布;防災減災功能重要性只分為中等重要和比較重要2級，中等重要區面積為26.87萬km2，占總面積的46.9%，主要分布在毛烏素沙地、隴中高原和大同地區;防風固沙功能絕大部分處于中等重要以上，極重要區和中等重要區分布比較集中，主要分布在毛烏素沙地地區，面積為20.90萬km2，占總面積的36.4%;農田防護功能極重要區主要分布在汾渭平原、河套平原和銀川平原，面積為2.92萬km2，占總面積的5.1%，中等重要區主要分布在大同、朔州、晉中、汾陽、臨汾、固原、銅川等地區，面積為17.79萬km2，占總面積的31%。

2.2 黃土高原水土保持功能重要性綜合評價

采用最大值法對水源涵養重要性、土壤保持重要性、蓄水保水重要性、防風固沙重要性、防災減災重要性以及農田防護重要性進行綜合性評價，得到黃土高原水土保持功能重要性綜合評價圖(圖2)。評價結果表明:黃土高原地區絕大部分都是水土保持功能極重要區，面積為46.75萬km2，占黃土高原總面積的80.03%;其余部分都為中等重要區，面積為11.54萬km2。黃土高原極重要區分布較廣，全區各部均有分布，但主要集中在中部的黃土高原溝壑區和北部的毛烏素沙地區。從總體重要性來看，黃土高原絕大部分為極重要區，水土保持在整個黃土高原地區生態保護中都處于重要的地位。

圖1 黃土高原各單因子水土保持功能重要性評價圖Fig．1 Importance evaluation of soil and water conservation function of single－factor in Loess Plateau

2.3 黃土高原水土保持功能分區

在黃土高原水土保持功能重要性評價的基礎上，利用ArcGIS中的空間分析疊加功能，將黃土高原區上述6個單因子功能重要性評價分布圖進行疊加，結合黃土高原自然環境特征和其他生態要素分區方案，采取集中連片原則和自下而上的方法調整歸并，最后以市縣行政單元完整性進行修正，確定黃土高原水土保持功能分區的基本界線，將黃土高原劃分為9個水土保持功能區(圖3)。結合分區結果和各區的生態環境問題以及水土流失狀況，提出黃土高原各區的生態保護方向(表7)。

3 結語

黃土高原是全球水土流失嚴重區域之一，根據其生態環境特點和水土流失現狀，選擇水源涵養、土壤保持、蓄水保水、防風固沙、防災減災以及農田防護等功能進行評價，并在此基礎上進行了黃土高原水土保持功能重要性綜合評價。評價結果表明，黃土高原地區水土保持功能極重要區占黃土高原總面積的80.03%，其余部分都為中等重要區。

根據評價結果，利用ArcGIS中的空間分析疊加功能，將黃土高原劃分為9個功能區，明確了各水土保持功能特征，并針對不同的功能區，規劃其生態保護方向和策略，采取不同的保護措施，使自然生態系統更有效地支持社會和經濟的發展，為改善黃土高原生態環境質量奠定基礎。

表7 黃土高原水土保持功能分區統計及生態保護方向Tab．7 Statistics of different division of soil and water conservation function in Loess Plateau and its direction of ecological protection

4 參考文獻

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［5］生態功能區劃暫行規程［EB/OL］.(2003－05－05)［2011－10－26］.http: ∥ www.chinaenvironment.com/view/ViewNews.aspx?k=20030815124423696

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Importance evaluation and regionalization of soil and water conservation function in Loess Plateau

Feng Lei1，Wang Zhiguo2，Sun Baoping1，Zhang Chao2，Zhao Yan1，Zhong Xiaojuan1
(1.College of Soil and Water Conservation，Beijing Forestry University，100083，Beijing;2.Water Resources and Hydropower Planning and Design General Institute，MWR，100120，Beijing:China)

According to the characteristics of ecological environment and soil and water loss situation in Loess Plateau，the importance of soil and water conservation function was comprehensively evaluated，based on the evaluation of water conservation，soil conservation，water storage，sand－fixing，disaster prevention and mitigation，farmland protection and other service function.The results show that soil and water conservation function in Loess Plateau was of importance.80.03%and 19.97%of the total area had the service function with high and medium importance，respectively.According to the evaluation results of importance of six single factor function，using overlay function of spatial analysis in ArcGIS，the basic line of division of soil and water conservation function in Loess Plateau was determined.The Loess Plateau was divided into nine division based on soil and water conservation function，and the direction of ecological protection was put forward for each division，so as to promote the the economic and social development with more effective support of natural ecological system，and lay the foundation for the improvement of the eco－environmental quality of Loess Plateau.

soil and water conservation function;importance evaluation;function regionalization;Loess Plateau

2011－12－19

2012－05－26

國家林業局林業公益性行業科研專項經費項目“南方退耕還林工程建設效益監測評價研究”(201004018);水利部全國水土保持區劃研究專項課題“全國水土保持區劃方案研究”

馮磊(1987—)，男，碩士研究生。主要研究方向:全國水土保持區劃、水土流失重點防治區劃。E－mail:fanxing0072006@126.com

?責任作者簡介:王治國(1963—)，男，教授，博士。主要研究方向:水土保持規劃設計、工礦區水土保持。E－mail:wangzhiguo@giwp.org.cn

(責任編輯:程 云)