水土保持生态修复适宜性评价与分区研究——以河北省山区为例

刘征，刘荣

（石家庄学院资源与环境科学学院，河北石家庄050035）

水土保持生态修复适宜性评价与分区研究
——以河北省山区为例

刘征，刘荣

（石家庄学院资源与环境科学学院，河北石家庄050035）

以河北省山区为研究对象，利用全国第二次土壤侵蚀遥感调查数据、土地利用二次调查数据和DEM数据，依据生态修复的基本原理和方法，制成土地利用类型图、地面坡度分级图、海拔分布图等相关图件；采用空间叠置的相交工具及数据挖掘等方法，进行河北省山区生态修复的空间设计，并对河北省山区生态修复适宜性进行分区.研究结果表明：河北省山区可以分为2个大区、4个亚区、20个类型区.大区中适宜生态修复区面积为73 989.46 km2，在评价区和研究区所占比重分别为71.35%和60.20%；暂不适宜生态修复区为15 501.61 km2，所占比重分别为14.94%和12.61%；不适宜生态修复区为14 224.71 km2，所占比重分别为13.71%和11.57%.20种类型区中14种类型区可进行生态修复，根据采取的生态修复措施又可以分为5区.研究结果可以为河北省山区今后的生态修复工作提供科学依据，加快水土流失的防治步伐.

河北省山区；水土流失；生态修复；适宜性分区；修复措施

0 引言

全国第二次土壤侵蚀遥感调查显示，我国水土流失面积为356万km2.其中，仅河北省水土流失面积就为62 957 km2，占全国水土流失总面积的1.77%，而山区又是河北省主要的水土流失区.所以，对河北省山区进行生态修复适宜性评价与分区就显得十分必要和紧迫.

目前，国外对受损的森林系统、退化的土壤、废弃矿区的恢复及湿地、湖泊、菜地等生态系统的研究较为广泛[1]，研究对象包括植物、微生物、水等.Rapportetal提出了生态系统的演替由资源比率决定，并总结了非本地物种对受损生态系统的适应方式和生态环境的非稳定性机制如何运作[1]；美、日、法、荷兰等逐渐拆除了河床上的人工材料[2]，并以土坡代替，以求恢复其原始的环境[3]；弗罗里达对杰克逊维尔的滨海土壤和地下水进行了修复[4]；为了满足水利工程需要，国外首次提出了计算水流动力的模型（CFD）[5].

我国对受损生态系统的恢复侧重于成因、技术方法、解决对策、生态效应[6]方面的研究.蔡建勤等[7]从整体上将全国划为4个生态修复一级类型区并提出了适宜的修复方式.冯伟等[8]将每个县作为一个单元划定了4个一级生态修复类型区和13个二级生态修复类型区.第宝锋等[9,10]将中国大陆分为湿润、半湿润、半干旱、干旱4个生态修复类型区和14个生态修复区.赵艺学[11]根据山西各县市影响因素的指标值将其划分成5个生态脆弱类型区.崔丹等[12]将浙江划分为山地丘陵区、平原区和沿海平原及岛屿区3个水土保持生态修复区，并规定了各分区修复的重点工作.王新[13]依据地貌、侵蚀类型、修复方法等对福建进行了水土保持生态修复类型区的划分及命名，并计算了可进行生态修复的面积.

前人没有对山区这一地貌类型做生态修复研究，笔者利用生态修复的基本原理和方法，进行河北省山区生态修复的空间设计，利用遥感和地理信息系统等相关软件，做出土地利用类型图、地面坡度分级图、地貌类型图、海拔高度分布图等相关图件.采用空间叠置和空间数据挖掘等方法，对其进行分析与研究，形成大区、亚区、类型区的三级分区体系，首先确定适宜生态修复区、暂不适宜生态修复区、不适宜生态修复区的区域分布格局，在此基础上再划分不同的类型区，以划定水土保持生态修复的适宜范围，并提出行之有效的生态修复措施.研究结果为河北省山区水土保持的宏观决策提供依据，进而唤起人们的环保意识，呼吁全社会正确认识人与自然的关系.

1 研究区概况

河北省山区的总面积约为12.29万km2，占河北省国土面积的65.48%.除沧州和衡水外河北省山区的范围涉及其他9个市的全部或部分地区，如图1所示.

河北省西为太行山，北为燕山，燕山北部为张北，全省海拔最高点小五台山与最低点相差约2 800 m.坝上地区的平均海拔为1 200-1 500 m，海拔最高点为2 835 m，太行山和燕山地区海拔大多在2 000 m以下，其中燕山位于河北平原北部，白河谷地东部、山海关西部，山体呈东西走向，太行山山体呈东北—西南走向.河北省山区的海拔高度分布图见图2.

图1 河北省山区行政区划图

图2 河北省山区海拔高度图

河北省年均降水量为400-800 mm，燕山南部地区和太行山东部地区降水较多，可达700-800 mm，张北是降雨较少的地区，约400-500 mm.河北省植被结构比较复杂，种类多样，是全国植被比较丰富的地区之一.有林地总面积约为36.56万km2，森林覆盖率为19.48%.燕山和太行山多为棕壤，土层薄、砾石多；植被较少地区多为石质土和粗骨土；低山丘陵区多为褐土，质地疏松、易被侵蚀；坝上多为栗钙土和栗褐土，空隙较发达、结构较疏松.河北省年均径流量为174.83亿m3，山区河网纵横交错，支流较多较杂乱，水源短但水流湍急.

河北省山区的土壤侵蚀类型最主要是水力侵蚀，此外还有风力侵蚀和重力侵蚀两种类型.据统计，河北省水土流失面积为62 957 km2，其中水力侵蚀面积共54 662 km2，占86.8%，风力侵蚀面积共8 295 km2，占13.2%.水土流失区的平均侵蚀模数为2 023.2 t/（km2·a）.各地区的侵蚀情况见表1[14].

2 数据源

1）河北省土地利用二次调查数据.

2）河北省山区边界的矢量数据，空间参考为GCS_WGS_1984.

3）105e到115e的90 m DEM栅格数据和115e到125e的90 m DEM栅格数据，波段数都为1，空间参考都为GCS_WGS_1984.

表1 河北省山区各地区土壤侵蚀表

4）全国第二次土壤侵蚀遥感调查数据.

3 生态修复空间设计

3.1 研究区地貌类型分析

根据中国科学院地理研究所《中国地貌区划》中的方法[15]，将河北省山区按海拔高度划分为4个等级，分别为平原区（≤100m）、丘陵区（101-500m）、低山区（501-1000m）、中山区（≥1001m）.结果如图3和表2所示.

图3 河北省山区地貌类型空间分布图

表2 河北省山区地貌类型划分表

由图3和表2的统计结果可得中山区所占面积最大，约占研究区的38.899%，主要集中在坝上地区，其次是低山区，分布地区较广，中山区和低山区占研究区将近70%，而平原和丘陵地区仅占研究区的30%左右.

3.2研究区土地利用类型分析

河北省山区水土流失的主要策源地[16]为林地和耕地，尤其是坡林地和坡耕地（坡度在25°及以上的林地和耕地）.河北省山区最主要的生态脆弱区为裸地，重要的生态功能区和重点保护区[17]为林地.根据GB/T 21010-2007《土地利用现状分类》[18]的标准，针对河北省山区的土地利用类型特点与其实际情况，将河北省山区的土地利用类型划分为灌木林地、其他林地、园地、耕地、水利及水域设施用地等共10类.见图4.

其中林地面积约44 076.03 km2，占研究区面积的35.86%，在张家口东北部分布较集中，其他地区较分散，地块面积较小，其中有林地面积最多，占林地总面积的47.30%，灌木林地和其他林地分别占林地面积的27.80%和24.90%；耕地面积次之，约为36 062 km2，占研究区的29.34%，分布地区广泛，地块面积较大较规整；草地面积居第三，面积为22 269.30 km2，约占研究区的21.34%，地块面积比较小且较分散；其余地类总共占研究区面积的13.46%，分布不集中，地块面积较小.土地利用类型统计见表3.

图4 河北省山区土地利用类型图

表3 河北省山区土地利用类型划分表

3.3 研究区坡度等级分析

根据SL 190-2007土壤侵蚀强度分级标准[19]，将河北省山区坡度划分为6个等级，见表4，坡度的空间分布图见图5.

按生态修复适宜性评价的需求，在本研究中以25°为界将地面坡度划分为大于等于25°和小于25°两个等级.根据统计结果坡度在25°以下的地区面积为115 575.066 3 km2，占研究区的94.03%，且分布比较集中，地块面积比较大；而坡度在25°及以上的地区面积为7 336.348 7 km2，仅占研究区的5.97%，且分布分散，地块面积比较小.

3.4 分区依据和分区方法

3.4.1 分区依据

1）据《全国水土保持生态修复规划》（2004-2015），确定适宜生态修复的土地利用类型.

2）据《水土保持法》的规定，25°以上退耕还林还草的地区为生态修复适宜区.

图5 河北省山区地面坡度分级图

3.4.2 分区方法

根据生态修复的主要限制因素，除了要考虑土地利用类型、坡度等因子外，还要考虑自然环境和社会经济情况.研究区的降水、温度、光照等条件良好，从全国范围看研究区属于北方土石山区[20]，降雨量均在400 mm以上，为半湿润地区.这些限制因子均符合生态修复的要求.所以，在本次研究中只考虑土地利用类型、坡度、地貌类型3个限制因子，最终提出适宜、暂不适宜、不适宜3个等级，分区的方法如表4所示.

表4 河北省山区生态修复适宜性评价等级

1）结合分区依据和研究区的实际情况拟定可进行生态修复的类型区：林地、耕地、草地、裸地、园地.

2）适宜性等级划分

①地貌类型区划

中山区全部划分为适宜生态修复区；低山区按不同土地利用类型和坡度划分为适宜生态修复区和暂不适宜生态修复区两种类型；丘陵区按不同土地利用类型和坡度划分为适宜生态修复区和不适宜生态修复区两种类型[21].

②地面坡度区划

根据该研究区的具体情况和在生态修复规定的类型内，地面坡度≥25°的为适宜生态修复区；地面坡度＜25°在低山区为暂不适宜生态修复区，在丘陵区为不适宜生态修复区[22].

③土地利用区划

其他林地（主要指疏林地）、灌木林地、草地、裸地全部为适宜生态修复区；有林地、园地、耕地在坡度≥25°的地区为适宜生态修复区，坡度＜25°的区域，在低山区为暂不适宜生态修复区，在丘陵区为不适宜生态修复区.

3.5 分区体系与分区结果

3.5.1 分区体系

1）按照生态修复的适宜性等级，将河北省山区划分成两个大区.大区反映了河北省山区适宜生态修复和非适宜生态修复的分布格局，即（S）适宜生态修复区、（U）非适宜生态修复区（包括暂不适宜和不适宜两个等级）[21].

2）在大区的基础上，按照地貌及生态修复适宜性等级，将河北省山区划分成4个亚区.其名称由“地貌类型+生态修复适宜性等级类型”构成[23]，如“中山适宜生态修复区”.

3）在亚区的基础上，进一步依据土地利用类型及坡度，将河北省山区划分成20个类型区.其名称由“地貌类型+土地利用类型+生态修复适宜性等级”构成，如“中山疏林地适宜生态修复类型区”.

3.5.2 分区结果

利用GIS的空间分析技术，将地貌类型、土地利用类型和地面坡度分级图进行空间叠加，经相交分析得出满足上述条件的地块.结果如表5所示.

表5 河北省山区生态修复适宜性分区表km2

由上表可知：中山区进行本次评价的面积最大为45 367.64 km2，占评价区的近一半，也占河北省山区中山区的大部分，除少数不满足评价要求的土地利用类型的地块外，几乎都在评价区范围.由于研究区坡度在25°及以上的面积较少较分散，所以有林地、园地、耕地在本评价中满足该条件的区域较少.耕地在评价区所占的比重最大，草地和有林地次之，裸地最少.

1）大区分析

经统计，河北省山区满足上述条件的区域（以下统称评价区）总面积为103 715.81 km2，占研究区域总面积的84.38%.其中，适宜生态修复区面积最大，为73 989.46 km2，占评价区的71.35%；暂不适宜生态修复区次之，面积为15 501.61 km2，占评价区的14.94%；不适宜生态修复区最少，面积为14 224.71 km2，仅占评价区的13.71%.如图6和图7所示.

图6 评价区与研究区对比图

图7 评价区不同分区比例图

从图8可以看出，适宜生态修复区在河北省山区的涉及的各个市都有分布，且地块较大，较连贯；暂不适宜生态修复区除廊坊市外，其他各市均有分布，地块面积较小，分布零散；不适宜生态修复区主要分布在邯郸市、邢台市、石家庄市、保定市、唐山市等地区，分布也比较零散.

图8 河北省山区生态修复适宜性分区图

2）类型区分析

根据分区体系，可以得到以下分区表（表6）和各类型区的空间分布图（图9）.

4 生态修复应对措施

4.1 类型区归类

可进行生态修复的类型区共14种，总面积73 989.49 km2，占评价区的71.35%，可分为5个区.

Ⅰ区：包括中山疏林地适宜生态修复类型区、中山灌木林地适宜生态修复类型区、低山丘陵疏林地适宜生态修复类型区、低山丘陵灌木林地适宜生态修复类型区4个类型区，除廊坊市外，其他8个市均有分布，地块较小较分散，总面积为22 904.79 km2，占评价区的22.08%；

Ⅱ区：包括中山有林地适宜生态修复类型区、低山丘陵有林地适宜生态修复类型区2个类型区，除廊坊市外其他市均有分布，承德市分布最集中，地块均较小，总面积为11 091.93 km2，占评价区的10.69%；

Ⅲ区：包括中山园地适宜生态修复类型区、低山丘陵园地适宜生态修复类型区、中山耕地适宜生态修复类型区、低山丘陵耕地适宜生态修复类型区4个类型区，主要集中在承德市、张家口市和保定市，除廊坊市外其他各市均有分布，但分布较零散，地块面积较小，总面积为11 161.66 km2，占评价区的10.78%；

Ⅳ区：包括中山草地适宜生态修复类型区、低山丘陵草地适宜生态修复类型区2个类型区，各市均有分布，地块较其他4区大，分散的也比较零散，总面积为25 539.77 km2，占评价区的24.63%；

Ⅴ区：包括中山裸地适宜生态修复类型区、低山丘陵裸地适宜生态修复类型区2个类型区，主要分布在邯郸、保定、石家庄、邢台，总面积为3 291.34 km2，占评价区的3.17%.

4.2 生态修复措施

Ⅰ区为重点保护类型区.应遵循因地制宜的方针，增加灌木林的比重，减少人为破坏，实施小范围人为补植和工程围栏的措施.疏林地分布区应依靠地方优势种植草种和灌木树种，以提高植被覆盖度.还应对灌木林地实施全面封山措施，全面禁止烧山、开荒等破坏性活动，以促进退化林地的生长，并在封禁区的进口设置标牌.

Ⅱ区采取封禁保护措施.对人烟稀少的地区实施生态移民的措施，对林区进行全面封禁.保护有林地，

禁止砍伐树木，重点依靠自然的恢复能力，并辅以少数的人为措施.

表6 河北省山区水土保持生态修复分区表

图9 河北省山区水土保持生态修复类型区图

Ⅲ区采取退耕还林措施.对管理相对粗放的果园进行更新和改造，改善果树长势，提高果园的植被覆盖率，禁止乱采滥伐；对于人口集中的地区应该适当增加基本农田的数量，防止居民盲目扩大耕地，禁止住宅用地占用耕地，还可采用间作轮作的方式，适当地退耕还林.

Ⅳ区采取封禁改良的措施.按照当地具体的经济情况，充分利用自然界的修复能力恢复干草地，采用合理合法的政策进行封禁.采取以保护和修复草原（特别是中低覆盖率的草地）为重点；以改良草场，提高植被覆盖，减少地表径流为主体的方式.对适宜牧草生长的地区进行草场改良，适当地增加优良草种，此外，封禁后当地居民可进行舍饲养殖的工作.

Ⅴ区采取封禁补植的措施.依靠生态系统的自我修复作用恢复植被，并适量地人为增加植被的覆盖度，宜草则草，宜林则林.

5 结论

1）本研究区概况分析表明：

①河北省山区山地和丘陵区占其总面积近90%，且分布比较集中，中山区主要集中在坝上地区，低山区除廊坊市外其他各市均有分布，丘陵区主要分布在邢台市、邯郸市、石家庄市、保定市、唐山市，平原区分布在与河北平原接壤地区.

②河北省山区土地利用类型复杂，耕地、林地、草地居多，占河北省山区总面积的91.17%，其他各类土地不到10%.

③河北省山区陡坡、急坡和急陡坡地区比较少，占研究区的5.97%；平缓坡、中等坡和斜坡地区比较多，占研究区的94.03%.

2）本评价与分区结果表明：

①河北省山区大部分地区为适宜生态修复区.适宜生态修复区在评价区和研究区所占比重分别为71.35%和60.20%；暂不适宜生态修复区在评价区和研究区所占比重分别为14.94%和12.61%；不适宜生态修复区在评价区和研究区所占比重分别为13.71%和11.57%.由于研究区坡度在25°及以上的面积较少且分散，所以有林地、园地、耕地在本评价中满足该条件的区域较少，即暂不适宜生态修复区和不适宜生态修复区面积较少.

②从地貌类型上看，中山区进行本次评价的面积最大，为45 367.64 km2，占评价区的近一半，也占河北省中山区的大部分，除少数不满足评价要求的土地利用类型的地块外，几乎都在评价区范围，且几乎都为适宜生态修复区；从土地利用类型上看，耕地在评价区所占的比重最大，草地和有林地次之，裸地最少.

③各类型区分布比较零散，所占比重差异比较大.中山草地适宜生态修复类型区、低山丘陵草地适宜生态修复类型区和中山有林地适宜生态修复类型区在评价区所占比重大于10%，其他类型区在评价区所占比重均小于10%.

3）本研究采取的修复措施表明：

河北省山区适宜生态修复区又可以分为5个区，Ⅳ区即封禁改良区占评价区比重最大，为24.63%；Ⅰ区即重点修复类型区所占比重仅次于Ⅳ区，为22.08%；Ⅱ区即封禁保护区和Ⅲ区即退耕还林区所占比重差不多，分别为10.69%和10.78%；Ⅴ区即封禁补植区所占比重最小，为3.17%.

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（责任编辑 王颖莉）

The Evaluation and Partition of Suitable Soil and Water Conservation Ecological Restoration:A Case Study of Mountainous Areas in Hebei Province

LIU Zheng,LIU Rong
(School of Resources&Environmental Science,Shijiazhuang University,Shijiazhuang,Hebei 050035,China)

Using the second national soil erosion survey by remote sensing data,land use secondary survey data and DEM dataas well as basic principles and methods of ecological restoration,this paper, taking mountainous areas of Hebei Province as the research object,makes land use type map,ground slope classification map,and elevation distribution map.Through folding set intersect tool and data mining methods,it conducts space design for Hebei Province mountainous ecological restoration,and partitions the ecological restoration suitability in mountainous areas of Hebei Province.As the results show,mountainous areas of HebeiProvince can be divided into 2 regions,4 sub-regions and 20 types of areas.The large area of suitable ecological restoration is 73 989.46 km2,and proportion in the evaluated area and research area are respectively 71.35%and 60.2%.The area which is not temporarily suitable for ecological restoration is 15 501.61 km2,and the proportion respectively 14.94%and 12.61%.The area which is not suitable for the ecological restoration is 14 224.71 km2,and the proportion respectively 13.71%and 11.57%.14 types of 20 types area can carry out ecological restoration,and according to the ecological restoration measures, they can be divided into 5 areas.The results of this study can provide scientific basis for Hebei Province mountainous areas in the future ecological restoration work to accelerate the pace of the prevention and control of soil and water loss.

Hebei Province mountainous area;soil and water loss;ecological restoration;suitability partition;repair measure

X171.4

A

1673-1972（2016）06-0094-10

2016-09-19

河北省水利科研项目“基于3S的河北省山区水土保持生态修复技术与方案研究”；石家庄学院自然科学研究启动基金(13ZD002)

刘征（1979-），女，河北邯郸人，副教授，主要从事生态环境遥感研究.