国内水土保持生态效应评价的初步探讨

郭凯歌，王向东，殷小琳

(中国水利水电科学研究院 泥沙研究所，北京 100048)

国内水土保持生态效应评价的初步探讨

郭凯歌，王向东，殷小琳

(中国水利水电科学研究院 泥沙研究所，北京 100048)

水土保持；生态效应评价；指标体系；评价方法

水土保持生态效应评价对了解水土保持措施的合理性、适宜性具有重要意义。为了对水土保持生态效应进行科学的评价，回顾了国内有关水土保持生态效应评价体系的研究现状，对水土保持生态效应评价体系的主要方面——指标体系的建立、指标权重的确定和评价方法的选择进行了较全面的分析。针对现有研究中存在的问题和不足，提出了以下几点建议：建立不同尺度的指标体系；对不同生态效应功能的物理过程机制进行分析，以提出和选取更为合理的评价指标；加强对评价地区的动态监测，获取相关基础数据；进一步开展对水土保持生态效应定量评价方法的研究。

1 研究背景

水土保持生态效应是指水土保持措施对于减弱和预防水土流失、保护和改良水土资源、促进生态系统良性循环的贡献[1]。水土保持生态效应是评价水土保持各项措施的有效尺度和客观标准，是评价水保技术方案及政策可行性的基本原则和科学依据[2]。进行水土保持生态效应评价，可以了解水土保持措施对于治理水土流失问题的合理性及适宜性，有益于科学地指导人们选择合适的水土保持措施。

水土保持生态效应评价属于多目标、多指标、多因素及多层级的综合性问题，其包含的方法种类较多，各具特点[1]。通常地，其评价的一般思路为，首先选取具有代表性的评价指标，然后再运用适当的方法确定各个指标在指标体系中的权重，最后将计算得出的各评价指标的权重运用到具体的评价方法中进行评价。近几十年来，国内学者在水土保持生态效应评价方面做了很多努力，取得了很多成果。笔者首先从构建水土保持生态效应评价体系的三个主要方面，即指标体系的建立、指标权重的确定和评价方法的选择方面进行现状分析；然后，分析评价中存在的问题，对水土保持生态效应评价体系进行初步探讨。

2 研究现状与进展

一般地，水土保持生态效应也包括基础性效应[3]。

针对不同研究区域所特有的地貌特点、治理措施、气候特点等，以及评价目标的侧重点，所选取的评价指标和评价方法也不尽相同。

2.1 评价指标

目前，学者常用的指标选取方法包括专家选取法、文献频数法、理论分析法和主成分分析等[1,4]，其遵循的筛选原则包括科学性、客观性、独立性、目的性、动态性和普适性等[1,5]。评价指标对评价结果的可信度有直接影响，因此，需结合不同评价地区的特点和生态效应的内涵，进行指标的筛选。笔者在中国知网数据库中，以“水土保持生态效应”和“评价指标”为关键词进行检索统计，共发现17篇相关文献[1-17]，这些文献中学者提出的主要评价指标见表1。

从表1可以看出，学者选用的评价指标既有很大的共性，也存在鲜明的个性。其中，土壤侵蚀模数、林草覆盖率、治理程度、地表径流模数4个指标相比其他指标明显更具有代表性，且认同度较高。同时，在评价中也有很多体现鲜明个性的指标，例如：在进行浙西山区上梧溪小流域生态恢复工程效应评价时，考虑到该地区的主要任务是改善生态环境，调整产业结构和土地利用结构，丁立仲等选取了小流域抗洪能力、农村新能源比重、秸秆综合利用率、病虫害综合防治率、化肥施用强度、农药施用强度等指标[6]；余新晓等在进行生态功能评价时，选取了减少风沙量、保存土壤肥力、吸收有害气体、释放氧气等生态效应指标[3]。

表1 水土保持生态效应的主要评价指标

考虑到研究区域的特殊性，应采用与之相适应的指标。在新疆典型垦区进行水土保持生态效应评价时，曹睿等采用了沙尘暴日数、沙化土地百分比、风蚀模数等与该区域特殊性相适应的指标[7]。对于青藏高原地区，鉴于其侵蚀类型多样、土壤质量条件差等区域特点，需考虑其土壤固碳、土壤养分含量等指标。从表1中可以看出，不同指标适用于不同尺度，且同一指标的获取方法也会有所不同，以林草覆盖率为例，坡面尺度可直接通过野外调查植被面积计算，而对于小流域和区域尺度则需基于遥感影像计算。另外，现有指标体系中，一些指标表征同样的含义却采用不同的名称，如治理程度和水土流失治理率均表示治理面积占水土流失总面积的比值，会使读者产生混淆，故需进一步将指标体系规范化。

2.2 评价方法

在国内，关于水土保持生态效应的评价已由单因素、单目标的定性方法发展为多功能、多因素及多指标的综合性定量方法[1]。目前，采用最多的定量评价方法为综合评价法，该类方法的基础在于确定评价指标的权重，而后将其运用到具体的评价方法中。权重即代表各个评价指标在评价体系中的相对重要程度，反映该指标在指标体系中的地位[11]。当采用不同的权重确定方法时，评价结果也会有所不同。目前使用最多的指标权重确定法是层次分析法、专家评分法和基于熵的判定法，见表2。

另外，也有些学者为了更加科学地进行指标评价， 综合采用两种不同方法来确定指标权重。如廖炜等[10]将熵权法和层次分析法结合确定指标权重，对湖北省世行水土保持项目区的6个区域进行了评价；杜锋[21]和王晔立[22]将层次分析法和专家评分法结合，将定量和定性的因素有机结合，以期更好地实现对研究区域的生态效应进行评价。同时，确定指标权重的方法也存在一定的问题，目前采用最多的层次分析法和专家评分法都会受到专家经验和知识的影响，具有很大的不确定性，如何将主、客观两种方法有机结合是进一步研究探讨的目标。

表2 水土保持生态效应评价中指标权重的代表性确定方法

目前，应用于水土保持效应评价的综合评价方法众多，主要包括模糊评价法、灰色关联度法、压力-状态-响应概念框架(DPSIR)法、综合评价函数法、多目标决策法、基于遥感和地理信息系统法等，见表3。

除上述代表性评价方法外，还有一些学者采用其他评价方法进行水土保持的生态效应评价，例如廖炜等[10]利用物元可拓模型对湖北省世行水土保持项目区的6个区域进行了效应评价，发现结果与传统的综合指数评价法的评价结果一致，对建立水土保持效应评价方法体系有一定意义；张霞等[26]考虑到TOPSIS模型在多指标评价中的不足，提出了基于灰色关联系数矩阵的TOPSIS模型，运用层次分析法和熵权法组合赋权的方法，对秦岭生态功能区水土保持治理效应进行了评价，很好地反映了水土保持治理的变化趋势；还有学者[27-29]将RS和GIS运用到城市绿地、水土保持和小流域综合治理效应评价中。

表3 水土保持效应的代表性评价方法

3 讨论与建议

目前，尽管国内学者针对水土保持生态效应评价的研究已取得了若干成果，但由于该类研究尚处于初期阶段，仍存在较多空白与不足之处。从评价指标的提出和选取来看，国内当前研究大多集中在单一尺度，不同尺度研究相对较少；生态效应评价的各项基础资料和数据较为短缺。从评价方法来看，定量研究仍显不足。为此，笔者还收集、分析了近年来国外学者针对水土保持生态效应评价开展的研究，他们的成果特点主要体现在能够对水土保持措施的某项生态效应功能进行较为详细的评价分析，比如，增加固碳效应[30]、减少土壤侵蚀效应[31]、改善农作物生长条件[32]和流域径流条件效应[33]等。为了进一步完善水土保持生态效应评价体系，笔者提出以下几点建议：

3.1 指标的尺度特征

目前，国内针对水土保持生态效应的评价大多集中在小流域尺度，针对坡面和区域尺度的研究不多，不少地方因无法提供空间尺度的效应数据而缺乏说服力，因此应针对不同尺度建立不同的指标体系。另外，现有研究中建立的指标体系多集中在西北地区，对青藏高原区的研究相对较少，应完善不同区域的水土保持效应评价指标体系。

3.2 功能的过程机制

水土保持措施产生的生态效应功能包括减少土壤侵蚀、改善地区径流条件、发挥固碳作用、改善农作物生长条件等。为了建立完善的评价指标体系，需要对不同的生态效应功能的物理过程机制进行分析，以提出和选取更为科学、合理的评价指标。另外，许多地区的效应评价缺乏相关的监测数据，为了反映不同功能的物理过程变化，还应加强对评价地区的动态监测，以获取相关基础数据，比如采用地理信息技术和遥感技术[31]等进行监测。

3.3 定量的评价方法

目前，国内针对水土保持生态效应的评价大多仍停留在通过简单的治理前后对比给出不同等级的评价结论阶段，缺乏对数据深入的科学分析和定量评价。未来应根据效应评价目标的具体内容及侧重点，针对不同功能进行指标筛选，并结合获取评价指标的难易程度，选择不同的评价方法。

4 结 语

分析目前国内关于水土保持生态效应的评价方法可以发现，在水土保持生态效应评价中，土壤侵蚀模数、林草覆盖率、治理程度、地表径流模数等4个指标相比其他指标明显更具有代表性，且认同度较高。应用于水土保持生态效应评价的综合评价的代表性方法包括模糊评价法、灰色关联度法、综合评价函数法、多目标决策法、基于遥感和地理信息系统法等。

现有的水土保持生态效应评价研究大多集中在单一尺度，对不同尺度研究相对较少；生态效应评价的各项基础资料和数据较为短缺；定量评价研究明显不足。因此，建议：针对不同尺度建立不同的指标体系；对不同的生态效应功能的物理过程机制进行分析，以提出和选取更为合理的评价指标；加强对评价地区的动态监测，获取相关基础数据；进一步开展对水土保持生态效应定量评价方法的研究。

[1] 李智广,李锐,杨勤科,等.小流域治理综合效益评价指标体系研究[J].水土保持通报,1998,18(7):71-74.

[2] 梁会民,赵军.小流域综合治理的生态经济效益评估研究[J].生态经济,2001(8):12-13.

[3] 余新晓,吴岚,饶良懿,等.水土保持生态服务功能评价方法[J].中国水土保持科学,2007,5(2):110-113.

[4] 王琦,杨勤科.区域水土保持效益评价指标体系及评价方法研究[J].水土保持研究,2010,17(2):32-36.

[5] 康玲玲,王云璋,王霞.小流域水土保持综合治理效益指标体系及其应用[J].土壤与环境,2002,11(3):274-278.

[6] 丁立仲,卢剑波,徐文荣.浙西山区上梧溪小流域生态恢复工程效益评价研究[J].水土保持通报,2006,14(3):202-203.

[7] 曹睿,岳德鹏,薛莎莎,等.新疆典型垦区水土保持生态效益评价——以阿克苏农一师垦区为例[J].中南林业科技大学学报,2013,33(4):76-81.

[8] 姚文波,刘文兆,赵安成,等.水土保持效益评价指标研究[J].中国水土保持科学,2009,7(1):112-117.

[9] 陈渠昌,张如生.水土保持综合效益定量分析方法及指标体系研究[J].中国水利水电科学研究院学报,2007,5(2):95-104.

[10] 廖炜,杨芬,吴宜进,等.基于物元可拓模型的水土保持综合效益评价[J].长江流域资源与环境,2014,23(10):1464-1471.

[11] 李玉山,苏陕民.长武王东沟高效生态经济系统综合研究[M].北京:科学技术文献出版社,1991:43-46.

[12] 常茂德,赵诚信,王正杲.黄土高原地区不同类型区水土保持综合治理模式研究与评价[M].西安:陕西科学技术出版社,1995:65-66.

[13] 王军强,陈存根,李同升.陕西黄土高原小流域治理效益评价与模式选择[J].水土保持通报,2003,23(6):61-64.

[14] 韩冰,吴发启.渭北黄土高原沟壑区小流域综合治理评价的研究[J].水土保持学报,1995,9(3):84-89.

[15] 孟庆枚.黄土高原水土保持[M].黄河水利出版社,1996:454-462.

[16] 时光新,王其昌.变异系数法在小流域治理效益评价中的应用[J].水土保持通报,2000,20(6):47.

[17] 马骞,杨子峰,于兴修,等.基于多目标决策灰色关联投影法的水土保持生态修复生态效益动态评价[J].水土保持研究,2009,16(4):100-103.

[18] 张霞,刘晓清,王亚萍,等.秦岭生态功能区水土保持治理效益评价[J].水土保持研究,2012,19(2):86-90.

[19] 卢兴旺,唐德善,钱艳辉.模糊综合评判法在黑河项目生态影响后评价中的应用[J].中国科技论文在线,http://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/200704-52,2007.

[20] 王兵,张光辉,刘国彬,等.黄土高原丘陵区水土流失综合治理生态环境效应评价[J].农业工程学报,2012,28(20):150-161.

[21] 杜锋.黄土丘陵沟壑区小流域综合治理效益评价研究[D].杨凌:西北农林科技大学,2012:15-16.

[22] 王晔立.黄土丘陵沟壑区小流域水土流失治理效益评价——以甘肃定西市高泉小流域为例[J].西北农林科技大学学报:社会科学版,2010,10(1):37-42.

[23] 李玉林,毛春芳.应用模糊数学原理对小流域生态经济系统评价[J].水土保持科技情报,2002(1):43-45.

[24] 魏强,柴春山.半干旱黄土丘陵沟壑区小流域水土流失治理综合效益评价指标体系与方法[J].水土保持研究,2007,14(1):87-89.

[25] 王维明.草仔坝小流域综合治理经济效益的灰色关联分析[J].福建水土保持,2003,15(2):49-52.

[26] 张霞,范启娟.基于组合赋权的TOPSIS法与灰色关联度的秦岭生态功能区水土保持治理效益评价[J].生态科学,2015,34(3):44-48.

[27] 李满春,周丽彬,毛亮.基于RS、GIS的城市绿地生态效益评价与预测模型[J].中国环境监测,2003,19(3):48-51.

[28] 王琦.基于GIS与遥感的藉河示范区水土保持效益评价研究[D].北京:中国科学院研究生院,2010:46-49.

[29] 曹波.基于RS和GIS的小流域综合治理效益评价——以天津蓟县西大峪与黄土梁子小流域为例[D].北京:北京林业大学,2011:53-57.

[30] URI N D.Conservation practices in U.S. agriculture and their impact on carbon sequestration[J].Environmental Monitoring and Assessment,2001,70(3):323-344.

[31] PARK S,EGBERT S L.Assessment of soil erodibility indices for conservation reserve program lands in southwestern Kansas using satellite imagery and GIS techniques[J].Environmental Management,2005,36(6):886-898.

[32] PANSAK W,HILGER T,LUSIANA B,et al.Assessing soil conservation strategies for upland cropping in Northeast Thailand with the WaNuLCAS model[J].Agroforestry Systems,2010,79(2):123-144.

[33] ROCHA E O,CALIJURI M L,SANTIAGO A F,et al.The contribution of conservation practices in reducing runoff,soil loss,and transport of nutrients at the watershed level[J].Water Resources Management,2012,26(13):3831-3852.

(责任编辑 徐素霞)

水利部公益性行业科研专项经费项目(201501045)

S157

A

1000-0941(2017)04-0008-04

郭凯歌(1991—)，女，河南鹤壁市人，硕士研究生，从事水土保持与生态治河研究。

2016-12-19