黄土高原丘陵沟壑区沟道土地整治潜力评价

何立恒，冯婉玲，杨强

0 引言

黄土高原蕴藏着丰富的沟道资源，将沟壑变成沃土的办法是沟道整治。深入开展沟道整治重大土地整治工程，调整沟道整治方式，对山水林田湖进行统一整治、保护和修复，是黄土高原土地整治的必然选择［1-4］。沟道整治潜力评价为因地制宜开展土地资源开发利用提供基础数据和理论支撑。

诸多学者从景观格局、基本农田建设和可持续发展等角度，对土地整治潜力评价进行了探讨，但没有形成完善的衡量标准与完备的评价系统［5-7］。多以新增耕地面积和提升产能作为衡量潜力大小的标准，较少将生态因子纳入指标体系中［8-9］。宽泛地讨论项目区、行政或地理区域的潜力值，没有突出潜力的空间分布［10-15］。较多采用典型样点调查、理论分析、定性探讨等传统方法，这些方法手段简单，工作效率低，延续时间长，空间定位精度不高，且有一定的主观随意性。

延安市地处黄土高原腹地，属黄土丘陵沟壑典型区，鉴于此，以延安市作为研究区，将3S技术系统应用在沟道整治潜力评价中，充分利用其信息量大、数据客观、便于快速更新等优势，直接获取指标值并落在评价单元内，以增强评价的定量性、先进性和动态性，使评价结果客观真实地反映沟道整治潜力的空间分布。为黄土高原丘陵沟壑区的土地整治、生态环境监测等提供技术支持，为沟道整治重大项目建设提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 数据源

利用空间分辨率为30 m×30 m 的Aster GDEM数据提取地形因子，该数据投影为UTM/WGS84，获取于地球系统科学数据共享平台（http://www.geodata.cn/），土地利用矢量数据从同一平台获取。气象数据来源于中国气象科学数据共享服务网（http://cdc.cma.gov.cn/），植被提取数据源于栅格数据MOD13Q1。社会经济统计数据来自《延安统计年鉴》和《延安市国民经济和社会发展统计公报》。行政界线、土壤类型、土壤结构和土壤可侵蚀性等数据来自专题报告。

1.2 指标体系

沟道是一个自然综合体，地貌、土壤、气象、植被、土地利用状况等因素决定着沟道整治的技术难度，沟道本身的水利、交通、电力等设施完备度和沟道的长度、宽度等影响着沟道整治的工程量。从宏观角度构建评价指标体系，各指标又微观地落在栅格上，定量计算沟道整治的潜力值。

1.2.1 地形因素

地形因素选择了高程、坡度、坡向和沟壑密度。高程既正相关于地形起伏度和地表切割程度，又与沟道的纵比降成正比。坡度越小，地表越平缓，土地利用率越高，利用条件越好，整治工程量小，整治潜力大。坡向影响着日照时数和太阳辐射强度，阳坡的日照时间长，太阳辐射强，土壤水分含量低，阴坡刚好相反，在水资源有限的延安市，阴坡更利于作物生长。

1.2.2 自然因素

土壤给作物提供生长必需的营养和水分，适宜作物生长发育的土壤所在沟道的整治潜力大，贫瘠的沟道整治潜力小。降水量和气温是决定气象变化的主导因子，是影响作物生长和土地产出率的重要因素［13］，因此，选取土壤特征、年降水量、年气温为自然因素指标。

1.2.3 生态因素

在生态环境脆弱区进行沟道整治，应以改善生态环境和增加耕地并重。黄土高原丘陵沟壑区生态环境质量改善或退化的主导因素是林地和草地与其它土地覆被类型之间的转化。生态环境建设和流域综合治理使植被覆盖度有较大提高，生态环境有所改善，但依然存在保护与发展间的矛盾。因此，选取植被覆盖度、土地利用和水土流失来反映影响沟道整治的生态因素。

1.2.4 社会经济因素

社会经济发展状况对沟道整治的社会需求、积极程度和整治目标存在明显差异，选择反映经济状况和整治迫切度的人均GDP和人均耕地面积作为社会经济因素指标。

1.3 评价单元划分

评价指标值的获取和潜力级别的划分是以评价单元进行的，空间属性特征及自然条件、生态因素和社会经济统计数据差异明显，不同空间位置指标间的相互关系可通过网格划分来实现。本文采取30 m×30 m的栅格作为评价单元，所有指标值和最终潜力值都落到栅格上。

1.4 评价模型

选用加权综合指数法评价各单元的潜力值［14］，计算见公式（1）。选择对指标差异敏感性最强的熵权法［15］进行赋权。

式中：Qi为第i个评价单元的整治潜力；X*ij为第i个单元第j个指标的标准化值；Wj为各指标的权重；n是指标数量。

无量纲和标准化处理各指标值见公式（2），标准化数据既能表征各指标对整治潜力的贡献，也方便进行潜力指标的空间叠加运算和分析。

式中：Xi*为标准化后的指标值，取值范围0～1；xi为第i个指标的初始值，正指标对整治潜力的影响是越大越好，逆指标则越小越好；xi-max和xi-min分别为第i个指标的最大值和最小值。

2 结果与分析

2.1 评价指标数据赋值及标准化

提取和获得高程、坡度、坡向、沟壑密度、气温、降水和植被覆盖度数值，并制作空间分布图。土壤类型和土壤粒径均等贡献量赋值土壤特征，土壤可侵蚀性表征水土流失强度的空间分布，采用谢高地等［16-17］对Costanza赋值修正后的中国生态系统服务价值当量对不同土地覆被类型进行赋值。

为避免出现零值，最小值的99%和最大值的101%分别为公式（2）中的xi-min和xi-max。熵权法计算指标权重和标准化处理指标值见表1。

表 1 2013年延安市沟道整治潜力指标权重和标准化Tab.1 The index weight and standard of potential evaluation of gully remediation in Yan’an region in 2013

2.2 沟道整治潜力分级

依指标值和权重，利用加权综合指数法计算各评价单元的潜力值，得到多层栅格指标图层的综合评价结果，最终获得潜力分布图（图1（a））。以等距法划分5个潜力级别（表2），大、小潜力区占比分别为12.70%和55.69%，大潜力区明显少于小潜力区。

表 2 沟道整治潜力评价结果Tab.2 Potential evaluation results of gully remediation

2.3 沟道整治潜力空间分布

从栅格单元的潜力级别的空间分布来看（图1（a）），延安市西部、北部和东北部的整治潜力很小，中南部和东南部的整治潜力大，空间差异明显。经实地踏勘和调查发现，整治潜力较大的区域主要分布于低效利用的园地和弃耕草地。

图1 2013年延安市沟道整治潜力空间分布图Fig.1 Spatial distribution of gully remediation potential in Yan’an region in 2013

统计各区县的沟道整治潜力值（图1（b）），黄龙县属于很大潜力区，延川、子长和吴起属于很小潜力区。大致呈从南到北递减的趋势。

3 讨论

植被覆盖度和降水量正相关于沟道整治潜力。植被覆盖度增加的同时，水土流失得到有效遏制。草地、林地和水域的增加，使区域生态环境得到改善，生态承载力增强。降水量的增加，有利于沟道整治的实施和整治后土地生产力的提高。

生态和自然因素相比于经济社会指标对沟道整治潜力的影响更大，相似于已有的研究成果［18-19］。人均生产总值排在前面的区县位于西部和北部，尽管经济的快速增长能为沟道整治提供技术支撑和资金保障，但该地区的自然和生态条件差，拉低了沟道整治潜力。体现生态因子纳入到评价指标体系后，生态对沟道整治潜力的重要影响。

研究结果跟延安市沟道土地整治适宜性评价结果［20］相似，但也存在差异。据分析，主要原因在于评价指标的选择、评价单元的划分、数据获取的手段、评价时点的差异等。

4 结论

（1）地形和自然因素主要影响沟道整治潜力的空间分布。中南部和东南部潜力大，西部、北部和东北部的潜力小，与地形走势“西北高东南低”正好相反。自然条件较好的低效利用园地和弃耕草地的整治潜力大。

（2）人为因素加大了沟道整治潜力的空间差异。在生态环境保护工程的影响下，增加的林地面积主要分布在西南部和东南部，但该区域的经济发展相对缓慢，而沟道整治潜力有增大的趋势。西部、北部和东北部的经济快速发展，煤炭和石油开发加剧了当地的水土流失，给生态环境带来了严重的压力，城市化进程也不断加剧，但该地区的沟道整治潜力小。

本文将生态因素纳入到评价指标体系中，发展了黄土高原丘陵沟壑区的沟道整治潜力评价指标体系。以3S技术客观获取地形、自然和生态指标值并落在30 m×30 m的评价单元上，各指标真实可靠，效率高，实现了不同学科开展沟道整治的综合应用。不同潜力级别的沟道分布在相应的栅格单元内，评价单元和结果更细致。但未能考虑自然灾害和经济事故等一些突发因素、道路和灌溉等设施对沟道整治的影响，也没有将居民意愿纳入指标体系中。文中使用的社会经济数据是各区县的平均值，如果能细化到各乡（镇），更能体现沟道整治潜力在乡（镇）间的差异。没有设定正负指标的阈值及考虑正负指标之间的转换。这些不足需在今后的研究中进一步完善。

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