国土空间规划背景下兰坪自治县县域水土保持功能重要性评价

王以靖，张云

（西南林业大学，云南昆明 650224）

0 引言

《云南省加强三江并流世界自然遗产地保护管理若干规定》[1]于2018年发布，“规定”指出：各级人民政府须严格控制在遗产地范围内的开发和建设活动。自然资源部于2019年印发 《中共中央国务院关于建立国土空间规划体系并监督实施的若干意见》[2]，“意见”指出，国土空间规划是提升国土空间发展质量，做到可持续发展的关键。 水土保持功能重要性评价是国土空间规划的重要指标之一，对划定生态红线及构建生态安全格局具有重要意义[3]。

水土保持功能重要评价指生态系统保持土壤功能的相对重要程度，是生态系统提供的重要调节服务之一，可识别现状和未来承担水土保持功能的重点区域。众多学者对水土保持进行了研究，1958年SMITHD 等[4]第一次提出针对水土流失的通用方程(USLE),此后涌现了各种模型方法，如WEEP、EUROSEM、LISEM等[5]。 我国也有众多学者进行了研究，刘宝元[6]提出了适宜我国情况的土壤流失方程，曾慧娟等[7]对福建武步溪流域土壤侵蚀进行了研究，饶恩明等[8]对海南岛土壤保持空间特征及影响因素进行了研究，冯磊等[9]对黄土高原进行了水土保持功能的重要性评价与分区研究。 以上研究都采用模型法进行评价，使用的模型有的是RUSLE 模型，有的是NPP 定量指标评估方法。 国土空间的规划文件《资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价指南 （试行）2020年1月版》[10]（简称《双评价指南》）给出了双评价的评价方法。

有研究表明[11]：综合生态安全视角下，云南怒江州低度安全和不安全区集中分布在澜沧江流域，其次为怒江沿岸和怒江州北部高海拔荒草及冰雪覆盖区，兰坪县生态安全最低，处于低度及以下安全等级，生态安全问题突出；景观格局生态安全视角下，兰坪县和泸水市安全性最低。 宋敏[12]的研究表明，怒江州生物资源富集，耕地资源匮乏，且多为坡地，同时植被破坏严重，水土流失面积达3933km2，占全州总面积的26.75%，土壤侵蚀面积超过25%。 兰坪自治县位于“三江并流”世界自然遗产保护区的核心地域，在国土空间规划背景下对兰坪自治县县域范围进行水土保持功能重要性评价研究，进一步划分水土保持功能重要性等级，可以为兰坪自治县提供生态保护红线划定的参考,从而更好地构建兰坪自治县县域生态安全格局。

1 研究区概况及数据来源

1.1 研究区概况

兰坪自治县隶属云南省怒江傈僳族自治州，从南到北约117km，从东到西约68km，县域面积约4372.38 km2；位于滇西北方向，98°58′23″～99°38′34″E，26°6′39″～27°4′52″N，是“三江并流”世界自然遗产的核心地带（图1）。兰坪自治县因位于横断山脉的纵谷地带，谷深山高，气候为典型垂直分布的立体气候；境内生物种类多样，矿产和林业资源丰富，具有特殊的生态战略地位，生态区位极其重要。另一方面，兰坪自治县存在着水土流失、滑坡、泥石流等灾害[13]，急需在国土空间规划框架下界定县域内的水土保持功能重要性分区。

图1 兰坪县在云南的位置

1.2 数据来源

研究需要的数据包括： 兰坪自治县高程数据集和2018年卫星影像数据，数据来源于地理空间数据云网站；气象数据集选用2010年至2020年平均累积降水量，数据来源于中国气象科学数据共享服务网；土壤数据集来自国家科技基础条件平台——国家地球系统科学数据中心（http://www.geodata.cn）。

2 研究方法

2.1 评价方法

2020年，自然资源办公厅印发的《双评价指南》确定了市县级以上的国土空间规划工作技术流程和方法，为各地开展“双评价”提供了指导。 《双评价指南》中提出的评价方法（简称“双评价法”）以及当前运用的《生态保护红线划定指南》[14]（简称《指南》）中提出的模型评价法与NPP 定量指标评估法不同。“双评价法”明晰了市县级以上水土保持功能重要性评价指标和评价分级标准，但未给出评价指标的数据来源与处理方法。 而虽然模型评价法对国家和省级的水土保持功能重要性评价的数据来源、处理方法、模型及评价分级标准作出了说明，但是对于评价精度要求更高的县域级尺度评价，仍有小部分评价指标（地形起伏度和植被覆盖度）的数据来源和处理方法不再适用。

已有研究[15]表明，县级国土空间规划可分别采用“模型评价法”和“双评价法”两种方法对县级尺度水土保持功能重要性进行评价，在此基础上通过两种方法的集成获得的县级水土保持功能重要性评价，可以避免地形地貌的多样性对评价结果的影响。 为更好地对兰坪自治县县域进行水土保持功能重要性评价，本研究通过ArcGIS10. 7 软件平台，分别采取“模型评价法”和“双评价法”对兰坪自治县进行水土保持功能重要性评价，在此基础上通过两种方法的集成获得兰坪自治县县域水土保持功能重要性评价。

采用《指南》中的RUSLE 模型进行评价，模型如下：

式中，Ac表示水土保持量（t/hm2·a），Ap表示潜在土壤侵蚀量，Ar表示实际土壤侵蚀量，R 表示降雨侵蚀力因子（MJ·mm/hm2·h·a），K表示土壤可蚀性因子（t·hm2h/hm2·MJ·mm），L、S 表示地形因子，C表示植被覆盖因子。 参考《双评价指南》的水土保持功能重要性评价方法进行评价，并进行分级，再采用最大值法进行“模型评价法”和“双评价法”的集成，得到兰坪自治县县域的水土保持功能重要性评价结果。

GIS 是由计算机软件、 硬件和数据构成的可进行空间数据采集、处理、分析和建模等的系统[16]，可利用其对不同评价方法进行综合运用。

2.2 技术路线

评价技术路线为：首先输入相关数据，再根据《指南》推荐计算相关因子的数值； 接着按照RUSLE 模型公式计算得出水土保持量，在此基础上作出评价和分级；同时按照表1 双评价法中的水土保持功能重要性评价方法计算出水土保持重要性评级，最后进行两种方法的集成，得出最终结果。 技术路线具体如图2 所示。

表1 水土保持功能重要性评价分级赋值

图2 模型结构

3 模型计算

3.1 RUSLE 模型各类因子计算

3.1.1 降雨侵蚀因子R

R 表示降雨对土壤的潜在侵蚀能力，通常采用单位的降雨量、降雨的历时、降雨强度等气象参数及多年平均年降雨侵蚀力因子反映。 有研究[17]表明，卢喜平、史冬梅等建立的降雨侵蚀力模型在云南有较好的适宜性，本文采用2010年至2020年兰坪自治县周边气象站的平均降雨量数据来估算，计算公式如下：

式中，Ri表示第i 个月的降雨侵蚀力。 计算出相应站点的降雨侵蚀力因子后，在GIS 中运用Spatial Analyst tool 工具中的插值工具进行泛克里金插值，从而得到县域范围的降雨侵蚀因子分布图。

3.1.2 土壤可蚀性因子K

K 是指土壤侵蚀敏感性的度量，反映的是具有不同理化性质和结构及有机物含量的土壤抵抗降雨流水冲刷、 搬运的能力，本文采用Williams 等[18]提出的土壤可蚀性模型，计算公式如下：

式中，msilt表示粉土含量（SLT），mc表示黏土含量（CLAY）,Porgc表示有机质含量，ms表示沙粒含量（SAND）。

对照HWSD 数据库对下载的土壤数据进行梳理，得到兰坪自治县土壤数据库，依据式（4）—式（8）进行计算，从而得到K 值。

3.1.3 地形因子LS

LS 包括坡长因子L 和坡度因子S，反映的是地势起伏对土壤侵蚀作用的大小，我国有学者对相关计算方法进行了大量研究[19-22]，因为澜沧江流域坡度大多数在25°以上[23]，所以本文采用江忠善等[24]的研究成果来计算LS，计算公式如下：

式中，λ 代表坡长（m），θ 代表坡度值（°），m 代表坡长指数，n代表坡度指数。 m 指数采用刘宝元等[25]研究的公式计算并改进，m随坡度变化的取值范围按下式决定：

式中，m 代表坡长指数，θ 代表坡度值（°）。 有研究[24]指出中国的坡度指数介于1.3～1.4 之间，本文采用n=1.35。在ArcGIS 中，选择高程数据集计算出地形因子LS 值。

3.1.4 植被覆盖因子C

C 是指地表植被覆盖物对土壤侵蚀产生的正向影响力。 植被伸展的冠层可截留降水，削弱降水对土壤颗粒的冲刷，降低径流速度，落叶等腐殖质则增加了水分渗入，对减少土壤侵蚀具有积极抑制作用[26]。本文采用ENVI 软件对兰坪自治县2018年卫星影像进行NDVI（植被归一化指数）的计算，再采用蔡崇法等[27]研究的线性回归方程计算植被覆盖因子，计算公式如下：

式中，fc代表覆盖度（%）。

3.2 双评价法计算

水土保持功能重要性的“双评价法”指利用生态系统的类型、地形坡度特征与植被覆盖度来对生态系统保持水土的能力进行评价[10]，各项因子的计算方法如下所述。

3.2.1 生态系统类型因子

本文通过解译得到的兰坪自治县2018年土地利用类型对照《中国生态系统》[28]转化得到生态系统类型因子，主要提取森林、灌木和草地生态系统作为计算指标。

3.2.2 植被覆盖因子

生态系统类型参照N-SOECT 的参数对其进行赋值，得到对应的植被覆盖因子，如表2 所示。

表2 生态系统分类及植被覆盖分级赋值

3.2.3 地形坡度因子

地形坡度因子利用DEM 高程数据集，通过GIS 软件的坡度分析工具得到。

4 结果分析与讨论

4.1 RUSLE 模型评价结果分析

4.1.1 降雨侵蚀力因子R

R 值越高，潜在的侵蚀性越高。 从利用2010—2020年兰坪自治县及周边县市气象站的数据计算得到的兰坪自治县县域降雨侵蚀力空间分布图（图3a）来看，兰坪自治县多年平均降雨侵蚀力值为1498.66～1187.91MJ·mm·hm2·a，总体呈现西高东低，最高值在中排乡，最低值在通甸镇。 西部的中排乡、石登乡、营盘镇、兔峨乡差异较小，这与澜沧江走势有关，澜沧江带来了丰富的水汽，并流经这几个乡镇，该区域是潜在的水土侵蚀分布区。

4.1.2 土壤可蚀性因子K

土壤可蚀性因子K 值越大，土壤可侵蚀能力越高。 从利用国家地球系统科学数据中心得来的土壤数据集计算得出的土壤可蚀性因子图（图3b）来看，兰坪自治县土壤可蚀性因子K 值分布在0.11～0.17 之间，高值范围（〉0.13）分布较广，且出现分布范围成条状现象，这与兰坪自治县境内河流流向吻合。

4.1.3 地形因子LS

地形因子起伏越大，土壤侵蚀越敏感。 从得到的地形因子图（图3c）来看，兰坪自治县地势起伏普遍较大，地势起伏范围在0～438m 之间，极容易受到土壤侵蚀从而引发水土流失、泥石流及滑坡灾害。

4.1.4 植被覆盖度因子

从植被覆盖因子图（图3d)来看，兰坪自治县作为三江并流云岭片区和老君山片区的所在地之一，拥有良好的植被覆盖，覆盖率高，对减少水土流失、保护野生动物及其栖息环境起到了比较好的生态作用。

图3 “模型评价法”因子分析图

4.2 双评价法评价结果分析

4.2.1 生态系统类型因子

通过生态系统类型因子图（图4a）可以看出，兰坪自治县生态系统类型丰富，特别是森林和草地的占比最大，分别是森林38.9%，草地27.2%，分布广泛，对抑制兰坪自治县水土流失具有重要的生态作用，同时它们也构成了兰坪自治县丰富的自然景观基底。

4.2.2 植被覆盖度因子

通过植被覆盖因子图（图4b）可以看出，兰坪自治县植被覆盖度较高，低中植被覆盖度（〈30%）占比40.95%，中高植被覆盖度（30%～50%）占比15.6%，高植被覆盖度（〉50%）占比43.45%。结合生态系统类型因子来看，草地占比和低中植被覆盖度占比都较大，可以初步判断虽然兰坪县中高植被覆盖度较高，总体植被覆盖率好，但造成水土流失的原因是植被类型以草灌木为主，郁闭度和质量不高。

4.2.3 地形坡度因子

通过地形坡度因子（图4c）可以看出，兰坪自治县全县地形坡度≥25°的区域占县域面积较大，地形相对平坦（〈15°）的区域集中分布于通甸镇和金顶镇，但详细对比发现通甸镇平坦区域比金顶镇更多一些，且集中连片，对发展农业生产、城镇建设更为有利。 结合生态系统类型农田、草地和灌木分布范围，可以判断兰坪自治县的生态系统类型稳定度低。

图4 “双评价法”因子分析图

4.3 结果综合分析

从兰坪自治县全县潜在土壤侵蚀量（图5a）看，各乡镇都存在土壤侵蚀情况；从全县实际土壤侵蚀量（图5b）看，全县土壤侵蚀模数在空间分布上由西部向东部减小，全县侵蚀量高的乡镇为中排乡、石登乡、营盘镇、兔峨乡；从土壤保持量（图5c）看，全县土壤保持量6.41×108t/a，东部通甸镇和金顶镇水土保持量相对较低，这与城镇和农田的分布有关，不合理的人为活动降低了水土保持能力。

图5 土壤侵蚀及土壤保持强度空间分布

从采用RUSLE 模型评价法和国土双评价法估算兰坪自治县水土保持功能性并进行自然断点法分级的结果（图6a，图6b）可以看出，模型评价法中水土保持功能极重要区呈散点分布，重要区整体散点分布，局部连片分布，一般重要区连片分布。 双评价法中水土保持功能极重要区呈散点分布，重要区整体连片分布，局部散点分布，一般重要区连片分布。 从两种方法集成的结果（图6c）来看，水土保持功能极重要区呈散点分布，重要区整体连片分布，局部散点分布，一般重要区连片分布。 极重要区空间分布上与兰坪县地质灾害滑坡、泥石流的分布基本一致（图7a），这与兰坪县地形起伏度普遍较大，坡度大多在25°以上有关，同样也与兰坪县降水分布有关，更与县域内居民点分布和人为活动有关 （图7b）。 极 重 要 区 面 积 为288km2，占 比6.59%； 重 要 区 面 积 为2734km2，占比62.55%。

图6 两种方法的水土保持功能重要性评价结果

图7 兰坪县地质灾害分布与居民点分布

5 结论和建议

本文分别采取“模型评价法”和“双评价法”对兰坪自治县进行水土保持功能重要性评价，为避免地形地貌的多样性对评价结果的影响，通过两种方法的集成获得兰坪自治县县域水土保持功能重要性评价。 得出结论：受地形、水系、人类聚居点分布和人类活动的影响，兰坪自治县县域水土保持功能重要性在空间上呈现由西部向东部减弱的分布趋势；水系对极重要区空间分布的影响很大；重要区空间分布受人类聚居点和人类活动影响很大，一般区域的分布受地形起伏的影响较大。

研究结果与《云南省生态功能类型区图》中对兰坪自治县的生态功能定位相一致，同时也与兰坪自治县滑坡、泥石流等灾害空间分布特征相吻合，可以作为兰坪自治县生态保护红线的划定参考,从而更好地构建兰坪县县域生态安全格局。

建议兰坪自治县建设开发烈度与水土保持功能重要性评级呈反比。 兰坪自治县可以在山地、林地、主干河流、水库和水源地等极重要区域建立生态控制区，并建立不同类型的自然保护区，做好封山育林、自然植被恢复的工作；开展水库、河流等区域的小流域生态综合治理，增加水源涵养林等生态公益林的比例；对25°以上的陡坡耕地有计划地退耕，在生态学指导下恢复自然植被。在城市建设用地、乡镇建设用地、重要集镇社区建设用地和区域交通设施用地等区域应加强城市容量研究，切忌过度开发；在开发时需强调生态环境补偿和城镇环境美化，在建设、开发过程中避免造成水体污染、水土流失；同时合理利用丰富的自然资源，有限制地发展旅游，加快经济转型，使经济发展和环境保护达到和谐有序。

图片来源：

图1—图6：自绘；

图7：改绘。