馮磊，王治國(guó)，孫保平，張超，趙巖，鐘曉娟

(1.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，100083，北京;2.水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，100120，北京)

黃土高原水土保持功能的重要性評(píng)價(jià)與分區(qū)

馮磊1，王治國(guó)2?，孫保平1，張超2，趙巖1，鐘曉娟1

(1.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，100083，北京;2.水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，100120，北京)

根據(jù)黃土高原生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)和水土流失現(xiàn)狀，選擇水源涵養(yǎng)、土壤保持、蓄水保水、防風(fēng)固沙、防災(zāi)減災(zāi)以及農(nóng)田防護(hù)等水土保持功能進(jìn)行評(píng)價(jià)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行黃土高原水土保持功能重要性綜合評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果表明:黃土高原地區(qū)水土保持功能均處于中等重要以上;其中極重要地區(qū)比例最大，占全區(qū)面積的80.03%;中等重要地區(qū)較少，占全區(qū)面積的19.97%。最后根據(jù)6個(gè)單因子功能重要性評(píng)價(jià)結(jié)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(qū)劃的基本界線，將黃土高原劃分為9個(gè)水土保持功能區(qū)，并提出黃土高原各區(qū)的生態(tài)保護(hù)方向，促使自然生態(tài)系統(tǒng)更有效地支持社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為改善黃土高原生態(tài)環(huán)境質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

水土保持功能;重要性評(píng)價(jià);功能分區(qū);黃土高原

水土保持功能指在水土保持過(guò)程中采用的各項(xiàng)措施對(duì)保護(hù)和改良人類及其社會(huì)賴以生存的自然環(huán)境條件并促進(jìn)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的綜合效用［1－2］。水土保持功能重要性評(píng)價(jià)指針對(duì)區(qū)域典型生態(tài)系統(tǒng)，分析區(qū)域水土保持功能分異規(guī)律，明確各種水土保持功能的重要區(qū)域。水土保持重要性評(píng)價(jià)的結(jié)果將為生態(tài)系統(tǒng)科學(xué)管理、確定生態(tài)保護(hù)關(guān)鍵區(qū)、制訂生態(tài)保護(hù)和建設(shè)的政策提供依據(jù)［3］。

黃土高原地區(qū)是我國(guó)人口、資源、環(huán)境矛盾最集中的區(qū)域之一，也是世界上水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)，水土流失面積占全區(qū)面積的81.8%［4］。近些年來(lái)，黃土高原的水土保持工作已取得了飛速發(fā)展，但是當(dāng)前生態(tài)環(huán)境狀況仍十分嚴(yán)峻。本研究對(duì)于黃土高原水土保持功能重要性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，具體包括對(duì)水源涵養(yǎng)功能、土壤保持功能、蓄水保水功能、防風(fēng)固沙功能、防災(zāi)減災(zāi)功能和農(nóng)田防護(hù)功能重要性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并分析其空間分布特征。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，合理劃定水土保持功能區(qū)，界定區(qū)域服務(wù)功能，探討區(qū)域防治水土流失、建設(shè)良好生態(tài)戰(zhàn)略途徑。

1 研究方法

根據(jù)生態(tài)服務(wù)價(jià)值理論，借鑒《生態(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》［5］、聯(lián)合國(guó)千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估和中國(guó)西部生態(tài)系統(tǒng)綜合評(píng)估，結(jié)合黃土高原自然條件、水土保持措施特點(diǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件建立黃土高原水土保持功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和綜合定量評(píng)價(jià)模型，并確定黃土高原水土保持功能，主要包括水源涵養(yǎng)、土壤保持、蓄水保水、防風(fēng)固沙和防災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)田防護(hù)6方面［6］。根據(jù)生態(tài)學(xué)、水土保持學(xué)原理，引入ArcGIS軟件校正并數(shù)字化各類功能類型專題圖，調(diào)用聚類分析模塊，得到黃土高原水土保持功能分區(qū)結(jié)果，從而使分區(qū)結(jié)果的精度得以大大提高，并實(shí)現(xiàn)可視化的圖形效果。數(shù)據(jù)來(lái)源于2007年DEM遙感影像、黃土高原地區(qū)氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)、全國(guó)自然地理區(qū)劃圖集和全國(guó)氣候區(qū)劃圖集等。

1.1 單因子水土保持功能重要性評(píng)價(jià)

水土保持功能重要性評(píng)價(jià)是根據(jù)區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境特征以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況，分析區(qū)域各類水土保持功能及其對(duì)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的作用與重要性，并依據(jù)其重要性劃分不同等級(jí)，包括極重要、中等重要、比較重要、一般重要［7］。

1)水源涵養(yǎng)重要性評(píng)價(jià)。水源涵養(yǎng)功能重要性主要體現(xiàn)在通過(guò)林草地?cái)r截地表水、增強(qiáng)土壤下滲、調(diào)節(jié)徑流等作用為江河湖泊和供水水庫(kù)提供水源［8］;因此，依據(jù)《生態(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》，根據(jù)評(píng)價(jià)地區(qū)在區(qū)域城市流域所處的地理位置和對(duì)整個(gè)流域水資源的貢獻(xiàn)來(lái)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 水源涵養(yǎng)重要性評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab．1 Evaluation index and classification standard of the importance of water source conservation

2)土壤保持重要性評(píng)價(jià)。土壤保持功能主要體現(xiàn)在通過(guò)林冠的截留雨水、腐殖質(zhì)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(duì)山地丘陵區(qū)和土壤侵蝕嚴(yán)重區(qū)最為重要［7］，因此，可根據(jù)評(píng)價(jià)區(qū)域所在的地貌類型、耕地面積比例來(lái)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 土壤保持重要性評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab．2 Evaluation index and classification standard of importance of soil conservation

3)蓄水保水重要性評(píng)價(jià)。蓄水保水功能主要體現(xiàn)在通過(guò)水土保持工程措施和林草措施解決干旱缺水地區(qū)及季節(jié)性缺水嚴(yán)重地區(qū)的水資源問(wèn)題;因此，可根據(jù)評(píng)價(jià)區(qū)域的缺水程度以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件來(lái)評(píng)價(jià)［9］，評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 蓄水保水重要性評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab．3 Evaluation index and classification standard of importance of water storage

4)防風(fēng)固沙重要性評(píng)價(jià)。防風(fēng)固沙功能主要體現(xiàn)在通過(guò)水土保持林降低風(fēng)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(jù)評(píng)價(jià)區(qū)域的氣候條件和沙地面積比例來(lái)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表4。

5)防災(zāi)減災(zāi)重要性評(píng)價(jià)。防災(zāi)減災(zāi)功能主要體現(xiàn)在防治山洪、泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，防災(zāi)減災(zāi)的重要性主要體現(xiàn)在區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性和災(zāi)害發(fā)生的危險(xiǎn)性，并根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估技術(shù)要求，將區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害類型以及地質(zhì)災(zāi)害危害程度作為防災(zāi)減災(zāi)功能評(píng)價(jià)指標(biāo)［11］。評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表5。

表4 防風(fēng)固沙重要性評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab．4 Evaluation index and classification standard of importance of sand－fixing

表5 防災(zāi)減災(zāi)重要性評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab．5 Evaluation index and classification standard of importance of disaster prevention and mitigation

6)農(nóng)田防護(hù)重要性評(píng)價(jià)。農(nóng)田防護(hù)功能主要體現(xiàn)在水土保持設(shè)施在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)的保護(hù)農(nóng)田，改善農(nóng)田小氣候，減輕風(fēng)、沙、水、旱等自然災(zāi)害的作用;因此，將耕地面積比例作為農(nóng)田防護(hù)功能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表6。

表6 農(nóng)田防護(hù)重要性評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)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(píng)價(jià)方法

在單項(xiàng)功能重要性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，采用取最大方法評(píng)價(jià)法對(duì)水源涵養(yǎng)、土壤保持、蓄水保水、防風(fēng)固沙、防災(zāi)減災(zāi)和農(nóng)田防護(hù)功能重要性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，重要綜合指數(shù)計(jì)算如式(1)，利用地理信息系統(tǒng)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(shù);Si為i種重要性等級(jí)值。當(dāng)多個(gè)單項(xiàng)水土保持功能重要性評(píng)價(jià)分值一樣并為最大分值時(shí)，只取單個(gè)最大值，不重復(fù)取值。

1.3 功能分區(qū)方法

黃土高原地區(qū)水土保持功能分區(qū)采用疊置法。水土保持功能分區(qū)以重要性評(píng)價(jià)結(jié)果為主，綜合考慮自然環(huán)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(guān)生態(tài)環(huán)境單要素區(qū)劃的基礎(chǔ)上［13］，結(jié)合水土流失特點(diǎn)、土地利用以及遙感影像圖，疊置出要素分區(qū)界線，從而確定水土保持功能分區(qū)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(píng)價(jià)結(jié)果

2.1 黃土高原單因子水土保持功能重要性評(píng)價(jià)

對(duì)黃土高原地區(qū)的水源涵養(yǎng)、土壤保持、蓄水保水、防風(fēng)固沙、防災(zāi)減災(zāi)和農(nóng)田防護(hù)分別進(jìn)行單因子評(píng)價(jià)，并應(yīng)用地理信息軟件繪制相應(yīng)的專題圖(圖1)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明:水源涵養(yǎng)功能極重要和中等重要區(qū)面積為27.37萬(wàn)km2，占總面積的47.7%，主要分布在呂梁山和隴中高原地區(qū);土壤保持功能在黃土高原地區(qū)除了北部地區(qū)大部分處于中等重要以上，面積為37.25萬(wàn)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(qū)面積為16.93萬(wàn)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(zāi)減災(zāi)功能重要性只分為中等重要和比較重要2級(jí)，中等重要區(qū)面積為26.87萬(wàn)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(qū);防風(fēng)固沙功能絕大部分處于中等重要以上，極重要區(qū)和中等重要區(qū)分布比較集中，主要分布在毛烏素沙地地區(qū)，面積為20.90萬(wàn)km2，占總面積的36.4%;農(nóng)田防護(hù)功能極重要區(qū)主要分布在汾渭平原、河套平原和銀川平原，面積為2.92萬(wàn)km2，占總面積的5.1%，中等重要區(qū)主要分布在大同、朔州、晉中、汾陽(yáng)、臨汾、固原、銅川等地區(qū)，面積為17.79萬(wàn)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(píng)價(jià)

采用最大值法對(duì)水源涵養(yǎng)重要性、土壤保持重要性、蓄水保水重要性、防風(fēng)固沙重要性、防災(zāi)減災(zāi)重要性以及農(nóng)田防護(hù)重要性進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)，得到黃土高原水土保持功能重要性綜合評(píng)價(jià)圖(圖2)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明:黃土高原地區(qū)絕大部分都是水土保持功能極重要區(qū)，面積為46.75萬(wàn)km2，占黃土高原總面積的80.03%;其余部分都為中等重要區(qū)，面積為11.54萬(wàn)km2。黃土高原極重要區(qū)分布較廣，全區(qū)各部均有分布，但主要集中在中部的黃土高原溝壑區(qū)和北部的毛烏素沙地區(qū)。從總體重要性來(lái)看，黃土高原絕大部分為極重要區(qū)，水土保持在整個(gè)黃土高原地區(qū)生態(tài)保護(hù)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(píng)價(jià)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(qū)

在黃土高原水土保持功能重要性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，利用ArcGIS中的空間分析疊加功能，將黃土高原區(qū)上述6個(gè)單因子功能重要性評(píng)價(jià)分布圖進(jìn)行疊加，結(jié)合黃土高原自然環(huán)境特征和其他生態(tài)要素分區(qū)方案，采取集中連片原則和自下而上的方法調(diào)整歸并，最后以市縣行政單元完整性進(jìn)行修正，確定黃土高原水土保持功能分區(qū)的基本界線，將黃土高原劃分為9個(gè)水土保持功能區(qū)(圖3)。結(jié)合分區(qū)結(jié)果和各區(qū)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題以及水土流失狀況，提出黃土高原各區(qū)的生態(tài)保護(hù)方向(表7)。

3 結(jié)語(yǔ)

黃土高原是全球水土流失嚴(yán)重區(qū)域之一，根據(jù)其生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)和水土流失現(xiàn)狀，選擇水源涵養(yǎng)、土壤保持、蓄水保水、防風(fēng)固沙、防災(zāi)減災(zāi)以及農(nóng)田防護(hù)等功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了黃土高原水土保持功能重要性綜合評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，黃土高原地區(qū)水土保持功能極重要區(qū)占黃土高原總面積的80.03%，其余部分都為中等重要區(qū)。

根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，利用ArcGIS中的空間分析疊加功能，將黃土高原劃分為9個(gè)功能區(qū)，明確了各水土保持功能特征，并針對(duì)不同的功能區(qū)，規(guī)劃其生態(tài)保護(hù)方向和策略，采取不同的保護(hù)措施，使自然生態(tài)系統(tǒng)更有效地支持社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為改善黃土高原生態(tài)環(huán)境質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

表7 黃土高原水土保持功能分區(qū)統(tǒng)計(jì)及生態(tài)保護(hù)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(xiàn)

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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(guó)家林業(yè)局林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目“南方退耕還林工程建設(shè)效益監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)研究”(201004018);水利部全國(guó)水土保持區(qū)劃研究專項(xiàng)課題“全國(guó)水土保持區(qū)劃方案研究”

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

?責(zé)任作者簡(jiǎn)介:王治國(guó)(1963—)，男，教授，博士。主要研究方向:水土保持規(guī)劃設(shè)計(jì)、工礦區(qū)水土保持。E－mail:wangzhiguo@giwp.org.cn

(責(zé)任編輯:程 云)