黃土高原丘陵溝壑區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，調整溝道整治方式，對山水林田湖進行統一整治、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利用提供基礎數據和理論支撐。

諸多學者從景觀格局、基本農田建設和可持續發展等角度，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［5-7］。多以新增耕地面積和提升產能作為衡量潛力大小的標準，較少將生態因子納入指標體系中［8-9］。寬泛地討論項目區、行政或地理區域的潛力值，沒有突出潛力的空間分布［10-15］。較多采用典型樣點調查、理論分析、定性探討等傳統方法，這些方法手段簡單，工作效率低，延續時間長，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，鑒于此，以延安市作為研究區，將3S技術系統應用在溝道整治潛力評價中，充分利用其信息量大、數據客觀、便于快速更新等優勢，直接獲取指標值并落在評價單元內，以增強評價的定量性、先進性和動態性，使評價結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的土地整治、生態環境監測等提供技術支持，為溝道整治重大項目建設提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 數據源

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

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和水分，適宜作物生長發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 生態因素

在生態環境脆弱區進行溝道整治，應以改善生態環境和增加耕地并重。黃土高原丘陵溝壑區生態環境質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化。生態環境建設和流域綜合治理使植被覆蓋度有較大提高，生態環境有所改善，但依然存在保護與發展間的矛盾。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因素。

1.2.4 社會經濟因素

社會經濟發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、生態因素和社會經濟統計數據差異明顯，不同空間位置指標間的相互關系可通過網格劃分來實現。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

選用加權綜合指數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法［15］進行賦權。

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為各指標的權重；n是指標數量。

無量綱和標準化處理各指標值見公式（2），標準化數據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 結果與分析

2.1 評價指標數據賦值及標準化

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系統服務價值當量對不同土地覆被類型進行賦值。

為避免出現零值，最小值的99%和最大值的101%分別為公式（2）中的xi-min和xi-max。熵權法計算指標權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

依指標值和權重，利用加權綜合指數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、小潛力區占比分別為12.70%和55.69%，大潛力區明顯少于小潛力區。

表 2 溝道整治潛力評價結果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。經實地踏勘和調查發現，整治潛力較大的區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

統計各區縣的溝道整治潛力值（圖1（b）），黃龍縣屬于很大潛力區，延川、子長和吳起屬于很小潛力區。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，使區域生態環境得到改善，生態承載力增強。降水量的增加，有利于溝道整治的實施和整治后土地生產力的提高。

生態和自然因素相比于經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］。人均生產總值排在前面的區縣位于西部和北部，盡管經濟的快速增長能為溝道整治提供技術支撐和資金保障，但該地區的自然和生態條件差，拉低了溝道整治潛力。體現生態因子納入到評價指標體系后，生態對溝道整治潛力的重要影響。

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

4 結論

（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。在生態環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，但該區域的經濟發展相對緩慢，而溝道整治潛力有增大的趨勢。西部、北部和東北部的經濟快速發展，煤炭和石油開發加劇了當地的水土流失，給生態環境帶來了嚴重的壓力，城市化進程也不斷加劇，但該地區的溝道整治潛力小。

本文將生態因素納入到評價指標體系中，發展了黃土高原丘陵溝壑區的溝道整治潛力評價指標體系。以3S技術客觀獲取地形、自然和生態指標值并落在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，評價單元和結果更細致。但未能考慮自然災害和經濟事故等一些突發因素、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。文中使用的社會經濟數據是各區縣的平均值，如果能細化到各鄉（鎮），更能體現溝道整治潛力在鄉（鎮）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換。這些不足需在今后的研究中進一步完善。

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