黑龍江省縣級水土保持率目標值的確定方法

孫雪文　楊慶楠　徐金忠　高士軍

［關鍵詞］ 水土保持率；目標值；市縣級；黑龍江省

［摘 要］ 以2020年水土流失動態監測成果為數據基礎，分解確定黑龍江省縣級2025年、2030年、2035年水土保持率階段目標值和2050年遠期目標值。具體方法為利用ArcGIS軟件的Slope和Reclassify工具對目標縣耕地進行坡度分級，提取耕地數據，對水土流失強度及類型賦值，進而創建坡度、水土流失強度及類型疊加值矩陣，對縣級行政區劃、土地利用、水土流失強度及類型、坡度等空間數據進行疊加分析，根據關系方程確定縣級水土保持率目標值。結果表明：2050年黑龍江省可以完全治理水土流失面積24 203 km2，其中坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積17 289 km2、非耕地水力侵蝕面積3 618 km2、風力侵蝕面積3 296 km2，2020—2050年坡度＞1.5°～3°坡耕地是水土流失面積削減的重點對象；水土保持狀況良好的縣水土保持率現狀值高，可增長空間小，如大興安嶺地區和伊春市，而有些縣坡度＞1.5°～3°坡耕地面積大，水土保持率可增長空間大，如齊齊哈爾市；水土保持率已納入黑龍江省“十四五”水土保持規劃目標和黑龍江省水土保持目標責任考核評估體系，有利于推進水土保持率目標值的落實。

［中圖分類號］ S157.1［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1000－0941（2023）09－0043－04

我國是世界上水土流失嚴重的國家之一，面對水土流失長期存在這一現實，單一以減少水土流失面積為治理目標不能直觀體現水土保持整體狀況，因此在新時期應將降低水土流失強度及危害、恢復水土保持功能作為水土流失治理目標[1-2]。作為當前及今后較長一段時期內水土保持工作的量化目標和美麗中國評估的重要指標之一[3-4]，水土保持率是新時代提出的水土保持工作概念，是指區域內水土保持狀況良好的面積（非水土流失面積）占該區域國土面積的比例，反映了符合自然規律并滿足經濟社會發展要求下，水土流失預防和治理應當達到的程度[5-6]。水土保持率的內涵可以概括為空間上“減少水土流失面積數量”“降低水土流失強度等級”、措施層面上“增強水土保持功能成效”三方面的適宜程度，即所謂“減量、降級、增效”，是符合新時期社會發展需求的水土保持綜合目標[7]。按照《水利部水土保持司關于開展水土保持率遠期目標值復核工作的通知》（水保規劃便字〔2021〕1號）工作進度安排，水土保持率省級目標值確定后，各省需做好縣級水土保持率遠期目標及分階段目標分解落實工作。為此，黑龍江省遵照《水土保持率目標確定方法指南》，以復核確認的2025年、2030年、2035年省級目標值84.16%、85.11%、86.01%為基數，依據水土流失動態監測成果、土地利用、地形坡度等基礎數據，開展縣級水土保持率目標值的確定工作。

1 水土流失面積的組成

參考《水利部水土保持司關于開展水土保持率遠期目標值復核工作的通知》的技術流程和水利重大科技問題研究項目“新時代水土保持目標與對策”及水土保持專題研究成果中東北黑土區水土保持率確定的方法，水土流失面積分為不需治理水土流失面積[包括不能治理水土流失面積（Ⅰ）和暫不需治理水土流失面積（Ⅱ）]、應當治理水土流失面積[包括可以完全治理水土流失面積（Ⅲ）、不可完全治理水土流失面積（Ⅳ）]。東北黑土區不能治理水土流失面積（Ⅰ）主要分布在科爾沁沙地、呼倫貝爾沙地和松嫩沙地，經復核黑龍江省境內不涉及上述范圍，即不能治理水土流失面積為0；暫不需治理水土流失面積（Ⅱ）主要為沙地和坡度0～1.5°耕地（以＞0.25°～1.50°坡耕地為主）；可以完全治理水土流失面積（Ⅲ）主要集中在＞1.5°～3°坡耕地，還包括非耕地水力侵蝕面積的90%、風力侵蝕面積的45%；不可完全治理水土流失面積（Ⅳ）主要集中在＞3°的坡耕地及風力侵蝕強度大的區域（約占風力侵蝕面積的55%），還包括非耕地水力侵蝕面積的10%。2020年黑龍江省水土保持率初始值為83.16%，按照水利部要求，黑龍江省測算復核后確定2025年、2030年、2035年和2050年遠期水土流失面積閾值分別為69 646、65 487、61 507、49 827 km2，水土保持率目標值分別為84.16%、85.11%、86.01%、88.67%。

2 基礎數據提取

按照縣級水土保持率目標值確定工作要求，黑龍江省主要是用縣級行政區劃、土地利用、水土流失強度、坡度等4類重要空間數據的疊加分析結果，作為確定縣級水土保持率目標值的基礎數據。

2.1 坡度提取

根據暫不需治理（坡度0～1.5°）、可以完全治理（坡度＞1.5°～3°）、不可完全治理（坡度＞3°）水土流失面積和《土壤侵蝕分類分級標準》（SL 190—2007）、《黑土區水土流失綜合防治技術標準》（SL 446—2009）涉及的坡度區間，將全省坡度（s）分為025°共8個區間。利用ArcGIS的Slope和Reclassify工具對目標縣耕地進行坡度分級，為下一步分級坡度賦值和疊加計算做好前期數據處理。

2.2 耕地數據提取和水土流失強度賦值

依據全省土地利用現狀資料，按照《土地利用現狀分類》（GBT 21010—2017）的分類方式提取耕地的空間數據。對二級類編碼為0101（水田）、0102（水澆地）、0103（旱地）的地塊全部提取矢量數據，合并后賦值為1。

水土流失情況依據2020年水土流失動態監測成果，水土流失強度及類型賦值與動態監測使用的代碼保持一致。根據水土流失強度及類型從微度水蝕至極強烈風蝕分別賦值，共9個數值（黑龍江省無劇烈風蝕），即輕度水蝕、中度水蝕、強烈水蝕、極強烈水蝕、劇烈水蝕、輕度風蝕、中度風蝕、強烈風蝕、極強烈風蝕分別賦值為12、13、14、15、16、22、23、24、25。

2.3 疊加值矩陣的創建

由于涉及多個水土流失強度、類型和坡度區間，因此為在空間疊加計算時屬性值不出現重復、保持唯一性，需創建一個元素值唯一的矩陣，使得疊加后的圖斑屬性值（行列相乘值）相互不重復，滿足統計分析要求。水土流失強度及類型賦值已確定，基于矩陣中元素不重復，篩選數值較小質數后確定-3、-1、1、3、7、13、17、19等8個質數對坡度賦值，可保證疊加乘積后矩陣元素不重復。8個坡度分級×9種侵蝕強度及類型，共產生含72個元素的矩陣，見表1。水土流失圖層和坡度圖層疊加分析后，若某圖斑屬性表中的面積為10 000，矩陣中值為-14，則代表該圖斑坡度＞0.25°～1.5°，水土流失強度及類型為強烈水蝕，面積為10 000 m2，從而為進一步與地類、縣級行政區劃疊加統計做好數據準備。

2.4 空間數據疊加

由于全省數據的計算量龐大，因此經分析優化，首先利用耕地與坡度數據進行地圖代數計算（Map Algebra），得出耕地范圍內的坡度分布情況（即實現一次Clip裁剪功能），然后與水土流失強度及類型數據進行地圖代數計算，得出耕地內不同坡度、不同侵蝕強度及類型數據，最后利用區域統計功能（Zonal），疊加全省縣級行政區劃圖，分析統計得到各個縣耕地不同坡度、不同侵蝕強度及類型數據，經與自然資源部門數據平差，得到“縣級行政區劃+耕地+坡度+強度及類型”的基礎數據。

分別統計每個縣非耕地水力侵蝕、坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕、風力侵蝕3種類型的面積。其中，非耕地水力侵蝕面積中，可以完全治理面積按照非耕地水力侵蝕面積的90%計列；風力侵蝕面積中，可以完全治理面積按風力侵蝕面積的45%計列。根據黑龍江省（不含加格達奇區和松嶺區）2020年水土流失動態監測數據，全省可以完全治理水土流失面積25 102 km2，其中耕地水力侵蝕面積17 373 km2、非耕地水力侵蝕面積3 984 km2、風力侵蝕面積3 745 km2。

3 縣級階段目標值分解

由于水土流失面積已劃定為不能治理水土流失面積（Ⅰ）、暫不需治理水土流失面積（Ⅱ）、可以完全治理水土流失面積（Ⅲ）、不可完全治理水土流失面積（Ⅳ）4類，為在2025年、2030年、2035年分別達到既定水土保持率目標值，部分水土流失面積必須減少，而非降低侵蝕強度，因此水土流失面積減少均發生在可以完全治理水土流失面積（Ⅲ）內，據此提出2025年、2030年、2035年、2050年各縣水土流失面積與全省目標值的關系式分別為

式中：Ai為2020年第i個縣可以完全治理非耕地水力侵蝕面積，km2；Bi為2020年第i個縣坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積，km2；Ci為2020年第i個縣可以完全治理風力侵蝕面積，km2；i為縣級行政區編號（不計入加格達奇區和松嶺區）；x1、x2、x3分別為2020—2025年可以完全治理非耕地水力侵蝕面積、可以完全治理坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積、可以完全治理風力侵蝕面積減少比例，%；y1、y2、y3分別為2020—2030年可以完全治理非耕地水力侵蝕面積、可以完全治理坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積、可以完全治理風力侵蝕面積減少比例，%；z1、z2、z3分別為2020—2035年可以完全治理非耕地水力侵蝕面積、可以完全治理坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積、可以完全治理風力侵蝕面積減少比例，%；p1、p2、p3分別為2020—2050年可以完全治理非耕地水力侵蝕面積、可以完全治理坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積、可以完全治理風力侵蝕面積減少比例，%。

經規劃求解：x1=20.74%，x2=19.11%，x3=10.00%；y1=34.02%，y2=38.48%，y3=20.00%；z1=45.95%，z2=57.10%，z3=30.00%；p1=90.00%，p2=80.00%，p3=40.71%。

2020年到2025年末，全省各縣累計減少可以完全治理非耕地水力侵蝕面積比例（x1）20.74%、可以完全治理坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積比例（x2）19.11%、可以完全治理風力侵蝕面積比例（x3）10.00%，各縣水土流失面積合計減少量達到4 384 km2，全省水土保持率才能達到既定目標84.16%，見表2。

2020年到2030年末，全省各縣累計減少可以完全治理非耕地水力侵蝕面積比例（y1）34.02%、可以完全治理坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積比例（y2）38.48%、可以完全治理風力侵蝕面積比例（y3）20.00%，全省各縣水土流失面積減少量累計達到8 543 km2，全省水土保持率才能達到既定目標85.11%，見表2。

2020年到2035年末，全省各縣累計減少可以完全治理非耕地水力侵蝕面積比例（z1）45.95%、可以完全治理坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積比例（z2）57.10%、可以完全治理風力侵蝕面積比例（z3）30.00%，全省各縣水土流失面積減少量累計達到12 523 km2，全省水土保持率才能達到既定目標86.01%，見表2。

2020年到2050年末，全省各縣累計減少可以完全治理非耕地水力侵蝕面積比例（p1）90.00%、可以完全治理坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積比例（p2）80.00%、可以完全治理風力侵蝕面積比例（p3）40.71%，全省各縣水土流失面積減少量累計達到24 203 km2，全省水土保持率才能達到既定目標88.67%，見表2。

根據各縣可以完全治理非耕地水力侵蝕面積、可以完全治理坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積、可以完全治理風力侵蝕面積和規劃求解的x1、x2、x3、y1、y2、y3、z1、z2、z3、p1、p2、p3，得到各縣在2025年、2030年、2035年、2050年末累計減少的水土流失面積和現狀非水土流失面積，進而求得各縣各階段水土保持率目標值。

4 結論

1）基于2020年水土流失動態監測數據，利用縣級行政區劃、土地利用、水土流失強度及類型、坡度等重要空間數據的疊加分析結果，創建坡度、水土流失強度及類型疊加值矩陣，求得可以完全治理水土流失面積，借助關系方程，分解縣級階段目標值的結果符合認知、合理可信。

2）新時期新階段以提升水土保持率為量化目標，2050年黑龍江省可以完全治理水土流失面積24 203 km2，其中坡度＞1.5°～3°坡耕地水力侵蝕面積17 289 km2、非耕地水力侵蝕面積3 618 km2、風力侵蝕面積3 296 km2。2020—2050年坡度＞1.5°～3°坡耕地是黑龍江省水土流失面積削減的重點對象。

3）水土保持狀況良好的縣水土保持率現狀值高、可增長空間小，如大興安嶺地區和伊春市；有的縣坡度為＞1.5°～3°坡耕地面積大，水土保持率可增長空間大，如齊齊哈爾市。

4）水土保持率作為重要指標，已納入黑龍江省“十四五”水土保持規劃目標和黑龍江省水土保持目標責任考核評估體系。根據各縣可以完全治理水土流失面積類型，有針對性地實施水土流失治理工程，削減水土流失面積，加強水土流失預防和監督檢查，鞏固水土保持成果，進而保障縣級各階段水土保持率目標值的實現。

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作者簡介： 2023-03-20

基金項目： 國家重點研發計劃項目“漫川漫崗水蝕區土壤侵蝕防治的保護性利用模式”（2021YFD 150080505）；黑龍江省自然科學基金項目“黑土區切溝變化特征對融雪侵蝕的響應”（LH2020D018）

第一作者：孫雪文（1975—），男，內蒙古烏蘭察布人，高級工程師，學士，主要研究方向為黑土地保護與水土流失防控技術。

通信作者：高士軍（1966—），男，黑龍江密山人，教授級高級工程師，學士，主要研究方向為農田水利、水土保持等。

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（責任編輯 李楊楊）