縣南溝流域水土保持技術(shù)適宜性評估

趙曉翠, 王繼軍,, 喬 梅, 韓曉佳, 李 玥

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 2.中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100)

為了減少水土流失，改善生態(tài)環(huán)境，我國先后采取了一系列水土保持措施，目前已經(jīng)取得了巨大成效。據(jù)水利部資料顯示，截至2014年年底，全國累計完成水土流失綜合治理面積111.61萬km2，其中小流域綜合治理面積達(dá)到35.81萬km2。近3年來，水土流失治理面積共完成了16.9萬km2，水土流失綜合治理竣工小流域共有5 099條[1]。

在水土流失治理過程中，水土保持技術(shù)作用顯得尤為重要，水土保持技術(shù)的實施，不僅顯著改善了生態(tài)環(huán)境，而且對當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)、社會發(fā)展都產(chǎn)生了較大影響。因此，關(guān)于水土保持技術(shù)及相關(guān)問題的研究從未間斷。其中，在水土保持技術(shù)評價方面，主要關(guān)注點集中在效益評價[2-10]、部分適宜性評價[11-13]等，這些研究雖然為水土保持技術(shù)的選擇和水土流失的治理提供了參考依據(jù)。但是還存在評價體系不全面、對于水土保持技術(shù)本身、應(yīng)用效果、推廣潛力等方面的綜合評價研究甚少等問題，導(dǎo)致不同區(qū)域在水土保持技術(shù)選擇方面的適配度降低。因此，如何科學(xué)合理地評估水土保持技術(shù)，是目前水土保持技術(shù)研究工作中迫切需要解決的問題，同時這一問題的解決有助于進(jìn)一步優(yōu)化水土保持技術(shù)體系以及合理配置水土資源。

縣南溝流域是黃土高原丘陵溝壑區(qū)的典型代表流域，也是退耕還林工程的試點流域，在水土流失治理和水土保持技術(shù)應(yīng)用中具有一定的代表性。因此，以縣南溝流域為例，針對水土保持技術(shù)屬性、應(yīng)用過程、應(yīng)用效果等方面的綜合評估問題，利用課題組構(gòu)建的水土保持技術(shù)評價指標(biāo)體系，運用層次分析模型和Logistic回歸模型等對流域內(nèi)水土保持技術(shù)體系進(jìn)行評估，旨在為流域內(nèi)水土流失治理方面技術(shù)的選擇提供參考。

1 研究區(qū)概況

縣南溝流域位于陜西省安塞縣沿河灣鎮(zhèn)，東經(jīng)109°12′12″—109°22′12″，北緯36°41′24″—36°46′12″。流域內(nèi)梁峁起伏、地形破碎，流域面積50.64 km2；該流域年降水量為500～550 mm，降雨分配不均，主要集中在7—9月，年平均氣溫8.8℃，在氣候上處于半干旱向半濕潤過渡區(qū)。流域內(nèi)土壤以黃綿土為主，其次為黑壚土，而淤積土和紅膠土面積則相對較少?？h南溝流域包括3個行政村中的17個村民小組，寨子灣(皮塔村、寨子灣、桑塔村、孫岔村、何塌村)，方家河(張坪村、崖堯村、窯灣村、灰條咀、社科村、方家河村、黃柏梁村、永豐堯村、畔坡山村)，沿河灣鎮(zhèn)后街(磚窯溝村、朱鳳臺村、新莊洼村)。該流域2017年有753戶，共2 529人，人均年收入8 356元。流域內(nèi)主要產(chǎn)業(yè)為種植業(yè)、林果業(yè)、棚栽業(yè)、畜牧業(yè)。

目前的水土保持技術(shù)體系為：壩地/梯田+壟溝種植+地膜覆蓋+輪作(<5°)、(機(jī)修)寬幅梯田/窄條梯田+果樹、魚鱗坑/窄條梯田/反坡梯田+生態(tài)林(15°～25°)、封禁(15°～25°)、封育(>25°)。

2 研究思路與方法

2.1 研究思路

針對水土保持技術(shù)評估中偏重于效益和單項技術(shù)評價的現(xiàn)實，以水土保持技術(shù)本身屬性、應(yīng)用過程、應(yīng)用效果相耦合為主線，參考課題“生態(tài)技術(shù)評價方法、指標(biāo)與評價模型開發(fā)”已形成的評估體系。構(gòu)建科學(xué)合理的評價指標(biāo)，研發(fā)評價模型，潛變量與顯變量同時進(jìn)行評估，相互印證。基于以上思路，以縣南溝流域為例，通過調(diào)查、收集資料，對流域內(nèi)水土保持技術(shù)體系進(jìn)行歸類，利用課題組構(gòu)建的水土保持技術(shù)評價指標(biāo)，并對各指標(biāo)進(jìn)行解譯，得到評分標(biāo)準(zhǔn)，運用層次分析模型和Logistic回歸模型相結(jié)合進(jìn)行評估。揭示技術(shù)本身與應(yīng)用過程之間的關(guān)系。

2.2 研究方法

2.2.1 數(shù)據(jù)來源 分析過程中所用到的數(shù)據(jù)來源于2018年8月農(nóng)戶調(diào)查，農(nóng)戶調(diào)查采取隨機(jī)抽樣法，調(diào)查區(qū)域覆蓋縣南溝流域3個行政村中的16個村民小組。調(diào)查方式采取與農(nóng)戶面對面問答法。調(diào)查內(nèi)容包括：家庭基本情況、退耕規(guī)模、退耕還林前后農(nóng)民的耕地面積、糧食產(chǎn)量情況、收入變化情況、水土保持技術(shù)使用情況、水土保持技術(shù)發(fā)展過程、水土保持技術(shù)實施前后的感性認(rèn)識等。調(diào)查持續(xù)半個月，每戶大約1 h，共調(diào)查20戶，有效問卷18戶。

2.2.2 指標(biāo)體系構(gòu)建及評分標(biāo)準(zhǔn) 借鑒課題“生態(tài)技術(shù)評價方法、指標(biāo)與評價模型開發(fā)”的相關(guān)研究成果，選取技術(shù)成熟度、技術(shù)應(yīng)用難度、技術(shù)相宜性、技術(shù)效益以及技術(shù)推廣潛力5個指標(biāo)作為水土保持技術(shù)評估的一級指標(biāo)，選取技術(shù)完整性、技術(shù)穩(wěn)定性、技術(shù)先進(jìn)性等14個指標(biāo)作為水土保持技術(shù)評估的二級指標(biāo)，選取技術(shù)結(jié)構(gòu)、技術(shù)體系、地形條件適宜度、氣候條件適宜度等29個指標(biāo)作為水土保持技術(shù)評估的三級指標(biāo)。通過與專家多次討論，解譯指標(biāo)并給予評分標(biāo)準(zhǔn)(表1)。

2.2.3 評價模型 通過建立的評價指標(biāo)體系，根據(jù)課題組已有的研究，基于一級、二級指標(biāo)的水土保持技術(shù)評價模型為層次分析模型；基于三級指標(biāo)的水土保持技術(shù)評價模型為Logistic回歸模型[14]。

表1 水土保持技術(shù)指標(biāo)及量化標(biāo)準(zhǔn)

續(xù)表1

一級指標(biāo)自定義方法二級指標(biāo)自定義方法三級指標(biāo)自定義方法x3技術(shù)相宜性不合適(1分);不完全適合(2分);適合(3分);比較適合(4分);完全適合(5分)x34政策、法規(guī)相宜性技術(shù)應(yīng)用需要的政策、法律條件與實施區(qū)域政策法律少數(shù)配套(1分);技術(shù)應(yīng)用需要的政策、法律條件與實施區(qū)域政策法律部分配套(2分);技術(shù)應(yīng)用需要的政策、法律條件與實施區(qū)域政策法律大部分配套(3分);技術(shù)應(yīng)用需要的政策、法律條件與實施區(qū)域政策法律基本配套(4分);技術(shù)應(yīng)用需要的政策、法律條件與實施區(qū)域政策法律完全配套(5分)x341政策配套程度x342法律配套程度幾乎不配套(1分);少數(shù)配套(2分);部分配套(3分);基本配套(4分);完全配套(5分)幾乎不配套(1分);少數(shù)配套(2分);部分配套(3分);基本配套(4分);完全配套(5分)x4技術(shù)效益效果不明顯(1分);效果一般(2分);效果較好(3分);效果良好(4分);效果非常好(5分)x41生態(tài)效益技術(shù)實施對生態(tài)環(huán)境改善效果不明顯(1分);技術(shù)實施對生態(tài)環(huán)境改善效果一般(2分);技術(shù)實施對生態(tài)環(huán)境改善效果較好(3分);技術(shù)實施對生態(tài)環(huán)境改善效果良好(4分);技術(shù)實施對生態(tài)環(huán)境改善效果非常好(5分)x411土壤侵蝕模數(shù)x412水土流失治理度[8000,10000)(1分);[6000,8000)(2分);[4000,6000)(3分);[2000,4000)(4分);[0,2000)(5分)[0,20%)(1分);[20%,40%)(2分);[40%,60%)(3分);[60%,80%)(4分);[80%,100%)(5分)x42經(jīng)濟(jì)效益技術(shù)實施對經(jīng)濟(jì)增長的貢獻(xiàn)效果不明顯(1分);技術(shù)實施對經(jīng)濟(jì)增長的貢獻(xiàn)效果一般(2分);技術(shù)實施對經(jīng)濟(jì)增長的貢獻(xiàn)效果較好(3分);技術(shù)實施對經(jīng)濟(jì)增長的貢獻(xiàn)效果良好(4分);技術(shù)實施對經(jīng)濟(jì)增長的貢獻(xiàn)效果非常好(5分)x421人均純收入x422糧食單產(chǎn)[0,3000)(1分);[3000,6000)(2分);[6000,9000)(3分);[9000,12000)(4分);≥12000(5分)[0,300)(1分);[300,600)(2分);[600,900)(3分);[900,1200)(4分);≥1200(5分)x43社會效益技術(shù)實施對社會公共利益和社會發(fā)展的貢獻(xiàn)效果不明顯(1分);技術(shù)實施對社會公共利益和社會發(fā)展的貢獻(xiàn)效果一般(2分);技術(shù)實施對社會公共利益和社會發(fā)展的貢獻(xiàn)效果較好(3分);技術(shù)實施對社會公共利益和社會發(fā)展的貢獻(xiàn)效果良好(4分);技術(shù)實施對社會公共利益和社會發(fā)展的貢獻(xiàn)效果非常好(5分)x431區(qū)域農(nóng)戶應(yīng)用和發(fā)展理念x432輻射帶動程度(作用)基本上無變化(1分);部分變化(2分);總體上有變化(3分);較大變化(4分);很大變化(5分)小(1分);較小(2分);中等(3分);較大(4分);大(5分)x5技術(shù)推廣潛力小(1分);較小(2分);中等(3分);較大(4分);大(5分);x51技術(shù)與未來發(fā)展關(guān)聯(lián)度技術(shù)與未來發(fā)展趨勢的關(guān)聯(lián)程度小(1分);技術(shù)與未來發(fā)展趨勢的關(guān)聯(lián)程度較小(2分);技術(shù)與未來發(fā)展趨勢的關(guān)聯(lián)程度中等(3分);技術(shù)與未來發(fā)展趨勢的關(guān)聯(lián)程度較大(4分);技術(shù)與未來發(fā)展趨勢的關(guān)聯(lián)程度大(5分)x511生態(tài)建設(shè)需求度x512經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求度小(1分);較小(2分);中等(3分);較大(4分);大(5分)小(1分);較小(2分);中等(3分);較大(4分);大(5分) x52技術(shù)可替代性現(xiàn)使用技術(shù)非常容易被其他同等效果技術(shù)替代(1分);現(xiàn)使用技術(shù)比較容易被其他同等效果技術(shù)替代(2分);現(xiàn)使用技術(shù)容易被其他同等效果技術(shù)替代(3分);現(xiàn)使用技術(shù)不易被其他同等效果技術(shù)替代(4分);現(xiàn)使用技術(shù)不能被其他同等效果技術(shù)替代(5分)x521優(yōu)勢度x522勞動力持續(xù)使用慣性低(1分);較低(2分);中等(3分);較高(4分);高(5分)效益相當(dāng)?shù)募夹g(shù)仍愿意放棄該技術(shù)(1分);效益稍大時放棄該技術(shù)(2分);感覺效益較大時放棄該技術(shù)(3分);有相對環(huán)保的新技術(shù)但主觀感覺效益差不多仍沿用該技術(shù)(4分);有較大效益時沿用該技術(shù)(5分)

基于一級指標(biāo)對水土保持技術(shù)評價的模型為：

y=0.2241x1+0.1499x2+0.2983x3+0.2292x4+0.0985x5

基于二級指標(biāo)對水土保持技術(shù)評價的模型為：

y=0.0821x11+0.0884x12+0.0536x13+0.0722x21+0.0777x22+0.0842x31+0.1088x32+0.0551x33+0.0502x34+0.0970x41+0.0823x42+0.0499x43+0.0648x51+0.0377x52

基于三級指標(biāo)對水土保持技術(shù)評價的模型為：

3 結(jié)果與分析

3.1 水土保持技術(shù)評價等級確定

參考已有的研究[15]，確定了5級量度標(biāo)準(zhǔn)作為縣南溝流域水土保持技術(shù)總體評價等級標(biāo)準(zhǔn)(表2)。區(qū)間量度值范圍為(0，5]。

3.2 水土保持技術(shù)評價

基于對數(shù)據(jù)的處理以及模型的利用，計算得出了水土保持技術(shù)指標(biāo)值(表4)和綜合評價結(jié)果(表3)。

表2 水土保持技術(shù)評價等級及自定義方法

表3 縣南溝流域水土保持技術(shù)綜合評價結(jié)果

由表3—4所知，無論是基于一級指標(biāo)計算結(jié)果、二級指標(biāo)計算結(jié)果、三級指標(biāo)計算結(jié)果，y值都處于適宜范圍之內(nèi)，一、二、三級指標(biāo)計算結(jié)果基本一致，驗證了指標(biāo)體系的合理性。通過對現(xiàn)實情況的調(diào)查與了解，與計算結(jié)果相符。

表4 水土保持技術(shù)指標(biāo)值

近20年以來，縣南溝流域水土保持技術(shù)體系不斷完善，水土流失治理效果不斷提升。這一良好成果得益于水土保持技術(shù)本身與應(yīng)用過程的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展。就水土保持技術(shù)本身而言，目前，該流域所應(yīng)用的技術(shù)要素都已具備，結(jié)構(gòu)配置比較完善，變動彈性較小，可使用年限較長。對技術(shù)成本和文化程度的要求較低，大多數(shù)農(nóng)民可以接受并且獨立完成。所采用的技術(shù)總體上適合區(qū)位特征，并能夠有效發(fā)揮作用。在技術(shù)的應(yīng)用方面，效益一直是人們關(guān)注的焦點，一項技術(shù)的使用，都會依據(jù)當(dāng)時國家的方針政策、當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)發(fā)展、科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平、群眾的人文素質(zhì)等而選擇。技術(shù)的主要目標(biāo)就是為了促進(jìn)區(qū)域內(nèi)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會的發(fā)展，技術(shù)效益也是技術(shù)應(yīng)用最直觀的表現(xiàn)。在效益很好發(fā)揮的基礎(chǔ)上，人們將會把重心轉(zhuǎn)移到推廣方面，根據(jù)國家政策、區(qū)域規(guī)劃建設(shè)等，在技術(shù)比較利益、可替代性等方面的基礎(chǔ)上，圍繞技術(shù)未來的發(fā)展方向，篩選、集成適合該流域的技術(shù)，形成可適化的技術(shù)體系。

對表4作進(jìn)一步分析，可以看出：分值最高的是技術(shù)相宜性。其中立地相宜性的影響程度最大，一項技術(shù)使用之前，優(yōu)先考慮其相宜性，必須適合區(qū)位特征、地形地貌、自然條件等，其次考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會需求等?？h南溝流域土地按照宜林、宜牧、宜農(nóng)區(qū)進(jìn)行規(guī)劃，采取了山上緩坡修梯田，溝道建淤地壩、陽坡建果園、棄耕坡地種草的辦法，不僅提高了土地的合理利用率，同時也提高了勞動生產(chǎn)率。因此，合理配置水土保持技術(shù)，才能使技術(shù)發(fā)揮其應(yīng)用的功效。技術(shù)推廣潛力的分值最低，導(dǎo)致其分值偏低的主要因素是生態(tài)建設(shè)需求度，原因是流域生態(tài)治理已經(jīng)達(dá)到一定程度，在流域未來建設(shè)方面，生態(tài)需求度較低，這一結(jié)果雖低，但并不能說明技術(shù)在推廣潛力這一方面的適宜性較弱，事實恰好反映了流域水土流失治理效果很好，生態(tài)環(huán)境大幅度改善，因此，導(dǎo)致目前的需求度較低。相反，經(jīng)濟(jì)需求度較高，根據(jù)實際調(diào)查情況，水土保持技術(shù)實施后的大量林草資源未被有效利用，沒有實現(xiàn)其帶來的經(jīng)濟(jì)價值。這一結(jié)果提醒我們在技術(shù)適宜的條件下，需要加強(qiáng)流域經(jīng)濟(jì)建設(shè)強(qiáng)度，提高流域內(nèi)涵治理。技術(shù)實施前，政府部門統(tǒng)一組織對實施者進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，并且在應(yīng)用方面給予相應(yīng)的補(bǔ)貼。技術(shù)應(yīng)用后，生態(tài)效益明顯大于經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，與初始選擇水土保持技術(shù)時的理念一致，即首先滿足生態(tài)治理的需要。水土保持技術(shù)的實施，改善了流域生態(tài)環(huán)境，減少了水土流失、調(diào)節(jié)了當(dāng)?shù)貧夂?，間接提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)建設(shè)。并且改變了以糧食作物為主的單一的耕作模式，同時解放了勞動力，家庭收入來源的多元化使農(nóng)民收入增加。加之國家給予的生態(tài)補(bǔ)償，導(dǎo)致農(nóng)民對于保護(hù)生態(tài)環(huán)境的意識提高，水土流失治理的成果也得以保持。據(jù)已有的研究結(jié)果，2013年縣南溝流域退耕還林(草)取得的生態(tài)效益總價值超過流域內(nèi)農(nóng)民總收入的3倍[16]。技術(shù)成熟度的分值不是很高，是由于技術(shù)使用年代已久，區(qū)域目標(biāo)需求發(fā)生變化，領(lǐng)先和創(chuàng)新程度相對較低，已不能適應(yīng)流域產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，導(dǎo)致目前所應(yīng)用的水土保持技術(shù)已不能滿足流域發(fā)展需求，因此，技術(shù)成熟度分值偏低。

通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)及和農(nóng)戶的交談，明確目前該流域水土保持技術(shù)處于適宜狀態(tài)的動因。主要原因是20世紀(jì)30年代之前，該流域森林、草地覆蓋率達(dá)90%以上，相較于其他流域而言，生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)比較穩(wěn)定，人們能夠自給自足，因此只需要采用一些簡單的耕作方式(輪作技術(shù)等)來滿足自身生活需求即可。20世紀(jì)30—70年代，由于人口的不斷增加和其他因素的影響，致使流域內(nèi)植被大面積遭到破壞，生態(tài)系統(tǒng)退化，水土流失嚴(yán)重[17]，同時也制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。20世紀(jì)80—90年代初期，人們生活貧困，針對廣種薄收這一問題，相關(guān)部門和科研單位建設(shè)試驗基點，堅持以基本農(nóng)田建設(shè)為主，所采用的水土保持技術(shù)有人工梯田技術(shù)、淤地壩技術(shù)、水平溝耕作技術(shù)、壟溝耕作技術(shù)，力求發(fā)展為少種高產(chǎn)多收。1999年開始，縣南溝流域?qū)嵤┝送烁€林工程，主要以生態(tài)建設(shè)為主，經(jīng)濟(jì)建設(shè)為輔，25°以上的坡耕地全部退耕還林還草，所采用的水土保持技術(shù)有植樹種草技術(shù)、梯田優(yōu)化技術(shù)、封育技術(shù)、魚鱗坑技術(shù)，同時水平溝耕作技術(shù)等由于適宜地形被改造的因素而被摒棄。21世紀(jì)以來，生態(tài)文明建設(shè)、鄉(xiāng)村振興、美麗中國等成為新的發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，政府部門極力推廣發(fā)展果樹產(chǎn)業(yè)，爭取提高經(jīng)濟(jì)效益與恢復(fù)植被改善生態(tài)環(huán)境同步，勢必將生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會效益三者結(jié)合起來同步發(fā)展。因此，隨著目標(biāo)需求的變化，水土保持技術(shù)需要不斷更新、完善。

4 討論與結(jié)論

應(yīng)用課題(2016YFC0503702)已形成的水土保持技術(shù)評估體系，通過對縣南溝流域水土保持技術(shù)體系適宜性的測算，結(jié)果表明：縣南溝流域水土保持技術(shù)適宜性為4.1(基于一、二、三級指標(biāo)下測算結(jié)果分別是4.167 1，4.105 7，4.094 7)，已進(jìn)入最高等級，為“適宜”狀態(tài)，其中技術(shù)相宜性最高，在技術(shù)相宜性中，立地相宜性較高，這與專家的判斷一致。反過來說，在水土保持技術(shù)選擇時，首先應(yīng)滿足技術(shù)的相宜性，可考慮將技術(shù)相宜性作為一票否決指標(biāo)。

目前，縣南溝流域水土保持技術(shù)體系適宜性雖已進(jìn)入最高等級，但只有4.1，尚有進(jìn)一步提升的空間，在今后的發(fā)展過程中，需要根據(jù)新時代背景下的新需求，研發(fā)新的水土保持技術(shù)，并進(jìn)一步優(yōu)化水土保持技術(shù)體系。

測算結(jié)果與實際調(diào)查數(shù)據(jù)相符，驗證了課題(2016YFC0503702)所建立的評估體系的合理性，同時，與目前偏重于實施效果評價、單一適宜性評價相比較，課題(2016YFC0503702)所設(shè)置的評估體系更能揭示水土保持技術(shù)選擇和應(yīng)用的本質(zhì)。