黄土丘陵沟壑区沟道土地整治对乡村人地系统的影响

李裕瑞，李 怡，范朋灿,3，刘彦随,3,4



黄土丘陵沟壑区沟道土地整治对乡村人地系统的影响

李裕瑞1，李 怡2，范朋灿1,3，刘彦随1,3,4※

（1. 中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101；2. 西安科技大学测绘科学与技术学院，西安 710054；3. 中国科学院大学，北京 100049；4. 中国科学院区域可持续发展分析与模拟重点实验室，北京 100101）

深入开展土地整治对区域乡村人地系统的影响研究对于优化土地整治模式、促进乡村振兴具有积极意义。该文以延安市某典型小流域为例，结合高分影像数据、景观格局分析和人文实地调查，从土地利用、景观格局、生态安全、社会响应和综合研判等角度探讨了黄土丘陵沟壑区沟道土地整治对当地乡村人地系统的影响。研究表明：1）在土地整治工程措施的作用下，沟道底部及其两侧的台地、坡耕地、灌木林地和草地大多转变为高产稳产的坝地，部分灌木林地由于生物措施转变为生态功能更强的乡土适生林地；坝地和林地分别增加159.06 hm2和69.75 hm2，灌木林地、草地和坡耕地分别减少112.37、63.26和59.06 hm2。2）坝地平均斑块面积和凝聚度增加，生产功能提升；乔木林地和灌木林地的景观指数、斑块凝聚度指数均保持在较高水平，生态功能稳定；流域整体的景观破碎化程度降低，景观趋于多样化和均衡化发展，景观抗干扰能力和生态系统稳定性得到提升。3）从生态安全效应来看，流域植被和生态环境明显改善，土壤侵蚀显著减少，防洪能力明显提升，但局部存在生态安全隐患。4）人类活动对流域地理环境变化有所响应，土地规模化、农业机械化、就业兼业化和非农化程度提高；但仍存在农业结构单一、效益不高等问题。应着力创新“共同商议、协同推进”的乡村治理机制，进而发挥土地整治综合效能，促进流域乡村转型与振兴。

土地整治；流域；治沟造地；人地系统；乡村振兴；黄土丘陵沟壑区

0 引 言

黄土高原是中国农业由农耕区向牧区过渡的重要地带。长期的资源不合理开发利用使得黄土高原植被退化，水土流失严重，土地生产力显著下降，生态环境恶化，加之经济社会发展较为落后，居民生活贫困，是中国人地矛盾最为突出的地区之一[1-2]。其中，黄土丘陵沟壑区梁峁起伏、沟壑纵横，地形复杂破碎，沟道密集，土壤侵蚀尤为严重，生态环境脆弱[3]。建国初期，年均土壤侵蚀模数高达10 000～20 000 t/km2[4]。随着人口压力加大，粮食生产水平低且不稳定，导致大规模的坡地开垦，加重水土流失，陷入了“越垦越穷，越穷越垦”的恶性循环之中，严重制约了地区社会经济发展[5]。

为促进生态环境与人类社会的协调发展，该区域先后开展了淤地坝建设、小流域综合治理等工程。1999年开始实施大规模退耕还林（草）工程，区域植被和自然生态环境自2006年左右以来得到显著改善[6]。但该过程中，大量坡耕地向林地和草地转换，仅2000-2008年耕地就减少了10.8%[7]。农业生产空间的快速减少影响到农户生计和粮食安全，引发了新的人地矛盾，成为西部大开发战略稳步推进的难点。当地一亩沟道坝地相当于五亩坡耕地的产量，故有“宁种一亩沟，不种十亩坡”的说法。为进一步巩固退耕还林成果、满足农户生计需求，延安市创新开展了以闸沟造地为特点的沟道土地整治实践，并研究提出了延安沟道土地整治的系统化设计方案[8]，该工程得到原国土资源部和财政部联合发文批准实施，成为国家土地整治重大工程。项目建设总规模3.37万hm2，总投资48.32亿元，建设期为2013-2017年。理论上，该工程的实施有助于增加优质耕地面积，尤其是高标准坝地，减少水土流失，并由此影响到流域人地系统的演化。

治沟造地工程是退耕还林（草）工程之后黄土丘陵沟壑区实施的又一项重大工程，相关研究日益引起关注。关于治沟造地工程对流域资源、环境和社会经济的影响，张信宝和金钊认为，治沟造地是对黄土高原淤地坝建设的继承和发展，改坝库天然淤沙为人工填土，快速造地，变荒沟为良田，大方向是正确的，但要注意黄土的湿陷性问题[9]；Liu等在典型流域的观测模拟研究表明，治沟造地不仅建造了新的优质农田并且可以帮助减少泥沙运移[10]，其在治沟造地典型项目区还开展了饲料油菜种植及产业化试验，以促进土地可持续利用和农户生计改善[8]；雷娜和穆兴民测算了治沟造地工程的碳效应，发现工程施工导致的碳排放量为3.76 t/hm2，具有碳源效应，工程实施后的土地利用类型变化使碳储量增加为95.34 t/hm2，具有碳汇效应，总体表现为显著的碳汇效应[11]。相较而言，从人地关系地域系统的综合视角，探讨治沟造地土地整治工程对于流域乡村人地系统的影响研究仍较薄弱。

鉴于此，本文拟基于在黄土丘陵沟壑区开展的大规模沟道调查，以人地关系特征较为典型的小流域为研究对象，基于GIS和遥感技术，结合高分影像数据、景观格局分析和人文实地调查，探讨沟道土地整治工程对乡村人地系统的影响，以期为黄土丘陵沟壑区生态环境建设、土地开发利用、流域持续发展和乡村振兴实践提供科学参考。

1 黄土丘陵沟壑区流域人地系统简析

1.1 人地系统及其相互作用

人地关系地域系统是由地理环境和人类社会两个子系统交错构成的复杂的开放的巨系统，内部具有一定的结构和功能机制。人地关系地域系统是地理学研究的核心，从人与地的动态作用关系中，可以揭示出人类社会演化总体规律并能透彻地把握人地关系的本质属性[12]。一般而言，城镇化、工业化、农业生产、乡村发展及其伴生的要素流动、资源开发、生态建设等人类活动，必然对地理环境（狭义的地理环境为自然综合体，广义的地理环境为地理综合体）产生系列影响，同时，地理环境通过约束机制、支撑机制、反馈机制等影响人类活动。人类活动与地理环境的相互作用，特别是相互影响、响应和适应，促进了人地系统的演化。在各类相互作用中，特别是人类在发挥主观能动性进行人地系统调控过程中，工程建设是直接影响人地系统相互作用的最直接、最具体的因素（图1）。

图1 人类活动与地理环境相互作用框架

1.2 黄土丘陵沟壑区的流域人地系统

流域是由分水岭分割而成的自然界基本地域单元，是以水为中介，与外界保持着物质、能量和信息交换但同时又是相对封闭、有着清晰边界的系统[13]。流域系统是由人与自然构成的包含社会、经济、资源、环境等多种要素在内的复合系统（图2），具有开放性、特殊性和复杂性[13-14]。与平原农区的乡村人地系统类似[15]，流域资源在宏观上服务于国家和区域的发展目标，而在微观上、小流域尺度，则是农村社区和农户的生计资本。由此，黄土丘陵沟壑区的小流域系统也是典型的乡村人地系统。人地系统可作为从地理学视角综合分析流域系统的关键视角，人地关系地域系统理论可作为流域系统综合分析的基础理论，也是指导开展土地整治工程实施成效综合研究的基础理论。

注：根据文献改绘[16]。

1.3 本研究的分析框架

治沟造地工程为项目区流域人地系统演化与优化提供了新的动力和机遇。治沟造地的工程措施主要包括[8]：①骨干工程，主要指骨干坝系和骨干排洪设施建设；②土地平整工程，主要指闸沟造地，形成平整的可耕作的土地；③灌溉与排水工程，主要是灌溉排水设施建设，排洪设施建设为重中之重；④田间道路工程，主要为新建或修复田间道、生产路；⑤农田林网与生态防护工程，主要是开挖坡面和坝坡埂坎的植被防护、沟头防护、基于截水沟和排水沟的坡面防护等。

基于流域人地系统结构解析，鉴于工程类型及其对流域人地系统演化的可能影响，并结合问题导向的需求性、试验观测的可行性，拟从如下方面开展研究分析：①土地利用变化，基于遥感影像解译分析治沟造地前后案例流域的土地利用变化特征，进而揭示治沟造地的土地利用变化效应；②景观生态格局，基于景观指数定量分析治沟造地对案例流域景观生态格局的影响；③生态安全效应，从水土流失、灾害风险等角度分析治沟造地对流域生态安全的影响；④社会经济系统响应，从人口、产业、生计和发展等综合角度，分析治沟造地工程实施后流域人类活动的响应和变化；⑤人地系统综合研判，基于治沟造地工程实施前后土地利用、景观格局、生态安全、人类活动的响应和变化的整合分析，进行人地系统综合研判，形成对于人地系统优化调控的综合认知。

2 研究区域与分析方法

2.1 研究区域

本研究选取顾屯流域作为案例研究区。该流域位于陕西省延安市宝塔区，距离延安市城东46km；主沟道长约12km，流域总面积24.87km2；属中温带大陆性半干旱季风气候，海拔900～1 200 m；地面高差达100～200 m，属典型黄土丘陵沟壑区，地貌由梁峁、沟坡、沟床三个单元组成，以坡为主，沟壑纵横、梁峁林立、沟谷深切、地形破碎，地表为第四系黄土覆盖。流域内有4个行政村，共606户，总人口2191人。为减少水土流失、保证粮食安全，研究区域先后采取了多种生态治理工程，20世纪60-70年代主要实施了打坝淤地工程，80-90年代主要实施了小流域综合治理工程，1999年以来实施了退耕还林还草工程，2013-2014年实施了治沟造地土地整治重大工程。本研究团队自2012年进行治沟造地工程踏勘开始，就对该流域进行了持续的流域观测、农户调查、土地利用分析等基础性工作。

2.2 方法与数据

采取基于高分辨率遥感影像的定量研究与样地调查和农户调查结合的定性分析，进行流域人地系统演化分析。为充分反映治沟造地工程实施前后的流域人地系统演化，并考虑到研究区域遥感影像的现实可获取性及清晰度，本文选取分辨率为2m的两期高分卫星影像（2010年和2016年）作为主要数据源。实地调查表明，2010年的土地利用特征与沟道土地整治前一年即2012年基本一致，而2016年的土地利用特征与2018年基本一致，2010和2016年的高分影像可以分别较好地反映整治前和整治后邻近年份的土地利用状态。利用ArcGIS软件对影像进行几何校正、坐标配准、目视解译和矢量化处理，并通过实际调查，对遥感影像解译数据进行核查和纠正。基于土地利用现状分类标准，结合案例区土地利用特征，将其划分为耕地、林地、草地、工矿用地、农村宅基地、农村道路、水面及裸地等类型。其中，耕地根据地块地理位置细分为坝地、台地和坡耕地；林地根据成林类型分为乔木林地和灌木林地。

土地利用转移矩阵是研究各种土地利用类型之间转换的主要方法，包含丰富的地类变化方向信息及研究期末各种地类的来源与构成信息。基于ArcGIS10.3对两期土地利用图进行空间叠置分析，得到研究期间土地利用转移矩阵。

景观指数高度浓缩了景观格局信息，可以对不同尺度上的各种生态过程进行分析，反映景观结构和演化的生态特征[17-18]。根据研究目的及区域特点，本文在类型水平上选取了3个指标，即平均斑块面积（描述景观破碎化程度，值越大景观破碎化程度越低）、景观形状指数（度量景观形状复杂程度的指数，值越大景观形状越复杂）、斑块凝聚度指数（在类型水平上度量相应斑块类型的物理连接度，指数越高，凝聚度越高、连通性越好）；在景观水平上选取了8个指标，即斑块数量（描述景观破碎化程度，值变大景观破碎化程度提高）、斑块密度（描述景观破碎化程度，值越大景观破碎化程度越高）、边缘密度（描述景观破碎化程度，值越大景观破碎化程度越高）、香农多样性指数（描述景观的多样性与齐全性，值越大景观类型越丰富）、香农均匀度指数（描述各斑块类型在景观中的均匀分布程度，值越小反映出景观受到一种或少数几种优势拼块类型所支配）、景观蔓延度指数（描述景观里不同斑块类型的团聚程度或延展趋势，值越大表明景观中的优势斑块类型形成了良好的连接）、景观形状指数（度量景观形状复杂程度的指数，值越大景观形状越复杂）和平均斑块面积（描述景观破碎化程度，值越大景观破碎化程度越低）。

土壤保持能力采用土壤侵蚀和土壤保持量作指标，土壤侵蚀量计算采用通用土壤侵蚀方程（USLE）计算[3,19]。土壤保持量等于没有植被覆盖和相应管理措施的土壤侵蚀量（潜在土壤侵蚀量）与当前土地利用/覆盖下土壤侵蚀量（实际土壤侵蚀量）的差值[3]，公式如下：

=A–A=´´´´（1–´） （1）

A=×××××（2）

式中，、A、A分别是土壤保持量，潜在土壤侵蚀量，实际土壤侵蚀量（t/(hm2·a)），为降雨侵蚀因子（MJ·mm·a /(hm2·h)），为土壤可蚀性因子（t·h/(MJ·mm)），为坡长因子，为坡度因子，为植被覆盖因子，为管理 因子。

此外，为充分了解案例流域人地系统特别是社会经济系统的演化，在前期跟踪研究的基础上，作者于2018年5月对熟悉情况的镇政府主要领导、村干部进行了为期2天的专题访谈。并且，随机选择12个在家的农户进行了一对一的入户问卷调查，获得有效问卷12份。问卷涉及受访农户的家庭人口、生产、生计基本信息，以及治沟造地工程的农户知晓情况、对农户家庭、流域和社区发展的影响及农户满意度等内容，采取李克特量表的形式获得受访农户对相关问题的认知，完成每份问卷所需的时间约1.5 h。基于上述调查资料，从农地数量与质量变化、农业结构与效益变化、农户生计与收入变化、农户意愿与现实对照等角度，分析流域社会经济系统的演化特征与问题。

3 结果与分析

3.1 流域土地利用变化

治沟造地工程的实施驱动案例流域土地利用结构发生显著变化（图3和表1）：1）耕地面积显著增加，占总面积的比重由2010年的10.95%上升至2016年的14.29%。闸沟造地使得沟底及其两侧的大量台地、坡耕地、灌木林地和草地等被因地制宜改造成高产稳产的坝地。台地和坡耕地分别减少59.06hm2和17.05hm2；坝地面积增加了159.06hm2，为面积增幅最大的地类。2）林地覆被面积略有减少，其中乔木林地增加69.75hm2，灌木林地面积减少了112.37hm2，灌木林地为面积减少最大的地类，但一直是研究区域最主要土地利用类型，占总面积的比重维持在45%以上。3）其他地类方面，草地减少明显，减少面积为63.26hm2；裸地略有减少，减少面积为6.34hm2；修筑隔坝、拓路建渠等措施使得水体和农村道路面积分别增加14.23hm2和10.60hm2；农村宅基地面积和工矿面积分别增加2.54hm2和1.80hm2。

从土地利用类型转化来看（表1），案例流域土地利用类型的显著变化过程主要体现为灌木林地、草地、台地、坡耕地、坝地和乔木林地的相互转化：①灌木林地是转出幅度最大的地类。转出面积为207.65hm2，转入面积为95.28hm2，转出量远大于转入量，主要转化为坝地、乔木林地和台地，分别占转出量的40.71%、26.70%和20.21%；②草地的转出幅度也较大，转出面积为81.79hm2，主要转化为灌木林地和台地；③台地的转出量和转入量较为平衡，转出面积为81.25hm2，其中45.03hm2台地转化为了坝地，转入面积为64.20hm2，主要由灌木林地和草地转入；④坝地是研究区转入幅度最大的土地利用类型。转入面积为162.64hm2，主要来自灌木林地、台地和坡耕地，分别占转入量的51.98%、27.69%和16.56%。

图3 研究区土地利用变化

土地利用类型转化往往源于自然因素和人文因素的综合作用，在本研究区域和研究时段内，人文因素推动的工程治理措施起主导作用：1）土地平整工程使项目区沟道两侧细碎的灌木林地、台地和坡耕地等转为集中连片的坝地，部分灌木林地和草地转为高标准台地；2）农田林网与生态防护工程使得部分灌木林地、草地、坡耕地转化为乔木林地；3）此外，由于封山禁牧政策的持续实施和自然条件的改善，一些草地向灌木林地演替。

3.2 景观生态格局变化

从类型和景观两个层面，综合分析景观生态格局变化。在类型层面（表2），就平均斑块面积而言：①坝地、台地等优质生产用地的平均斑块面积增加，反映了新增耕地的集中连片性增强，更适宜规模化耕作；②乔木林地、草地、水面等重要生态用地的平均斑块面积也有所增加，更有助于生态功能的提升；③坡耕地、灌木林地、工矿用地的平均斑块面积有所下降。

就凝聚度而言：①灌木林地是研究区的主要景观类型，面积分布最广，因而凝聚度指数最高，但研究期内从2010年的99.00略微下降至2016年的97.78；②坡耕地、工矿用地、裸地和草地受工程措施的影响，空间上的分散化和破碎化加剧，凝聚度也有所下降；③坝地、台地、乔木林地、农村宅基地、农村道路和水面的平均斑块面积有所增加，凝聚度明显提高，说明在人为因素作用下这6种景观类型在区域内趋向于集中连片分布，尤其是坝地凝聚度升高最为明显，从78.96上升至92.77，凸显了治沟造地工程对生产条件改善的直接影响。

表1 土地利用转移矩阵

表2 景观结构指数变化

从形状指数来看：1）在整个研究时间段内，灌木林地的形状指数最高，说明灌木林地相较其他景观类型具有更加复杂的形状和边界，但形状指数从2010年的25.66减少至2016年的23.67，表明在人类干扰下灌木林地的斑块形状趋于简单化；2）台地、坡耕地、草地和裸地也由于人类活动的影响使得斑块边界形状变得更加规则，形状指数有所下降；3）乔木林地景观形状指数较高，且呈增加趋势，坝地、工矿用地、农村宅基地、农村道路、水面的景观形状指数也呈现明显增加趋势，说明这6种景观类型受人类活动影响较大，形状不规则化程度增强。

在流域整体的景观层面（表3）：1）景观斑块数量从2010年807下降到618，平均斑块面积从2010年3.08上升到4.02，边缘密度指数从2010年159.97下降到2016年的152.38，斑块密度从32.47下降至24.86，综合表明景观破碎化程度降低；2）景观蔓延度指数呈上升趋势，说明景观要素形成良好的链接，景观破碎化程度降低，景观形状指数从2010年的21.93下降至21.00，说明景观的形状趋于简单化；3）香农多样性指数和香农均匀度指数分别从2010年的1.30、0.54上升到2016年的1.32、0.55，说明景观趋于多样化和均衡化发展，景观抗干扰能力和生态系统的稳定性有所提升。总体而言，在治沟造地工程的驱动下，流域整体的景观格局更趋合理化。

表3 景观水平指数变化

3.3 生态安全效益分析

生态安全是人类生存发展所依赖的生态环境处于不受或少受破坏与威胁的状态[20]。黄土丘陵沟壑区生态灾害主要是由于植被覆盖稀疏、黄土土质松软，土壤易被径流冲刷而引起的严重水土流失；沟道排水不畅，极端暴雨事件所引发的洪涝灾害等。保障生态安全是治沟造地工程设计的基本理论前提。治沟造地土地整治重大工程设计充分考虑沟道生态安全保障需求，整体设计、布局了相应的工程措施和生物措施[8]：通过布设坝系建设工程、沟道排洪工程以提升流域防洪能力；在田间的土地平整工程中布设排碱沟以防止土壤盐碱化；通过布设沟头治理工程、坡面防护工程、切坡护沟工程实现自然坡面、人工边坡、沟头的综合治理，以固坡保土。由此，形成了治沟造地土地整治重大工程的技术体系，着力实现沟头、沟底、沟坡及梁坡面的全方位防护，在优化土地利用结构同时，有效改善了研究区域生态环境。

3.3.1 土壤侵蚀减少

案例沟道地形复杂，黄土土质松软，在退耕还林工程实施之前，多年平均土壤侵蚀模数超过10 000 t/km2×a。退耕还林工程实施后，侵蚀模数明显下降。但由于部分陡坡耕地仍未退耕，加之部分坡面的水土保持能力较弱，且沟道缺乏防护设施，沟道侵蚀依然较大。根据治沟造地项目的总体工程设计：在流域内退耕还林效果欠佳的侧沟梁峁坡面适当布设乔灌草植物防护，并对开挖坡面、坝体埂坎、田间道路营造植被防护体系，目前沟道林草覆盖率接近80%，显著减少了坡面来水来沙；通过闸沟造地，沟道底部的侵蚀明显减少，常规降雨下的少量泥沙主要蓄积在拦洪坝内，出沟的水沙量显著下降。

基于USLE模型对该流域治沟造地前后（2010和2016年）土壤侵蚀情况进行初步模拟（图4）。2010年平均土壤侵蚀量为4105 t/(km2×a)，微度、轻度、中度、强度侵蚀、极强度侵蚀和剧烈侵蚀区域分别占流域总面积的37.02%、26.05%、21.58%、8.74%、4.23%和2.37%；2016年典型流域的平均土壤侵蚀量下降至1 833 t/km2×a，六类侵蚀区域的面积占比变为43.60%、30.62%、19.36%、4.06%、1.72%和0.63%。土壤保持率（土壤保持量占潜在土壤侵蚀的比例）维持在90%以上，且由93.42%增加到95.50%。

图4 案例流域土壤侵蚀情况模拟结果

农户感知与采用USLE模型估算的土壤侵蚀变化趋势基本一致。受访的12个农户对植被改善情况和水土保持情况给予高度认可：9个农户认为植被状况明显改善（李克特量表中的最高等级，计5分），3个农户认为有所改善（次高等级，计4分）；10个农户认为水土保持情况明显改善（最高等级，计5分），2个农户认为有所改善（次高等级，计4分）。

3.3.2 防洪能力提升

治沟造地工程措施按照治沟先治水的理念，充分考虑黄土高原丘陵沟壑区降雨和灾害的区域特征，注重拦洪、蓄水、排洪、灌溉“四位一体”水利设施配套建设。根据坝系建设规划，流域内主沟道沟头处新建骨干拦洪坝1座，其下分段设计拦洪坝4座，累计库容超过260万m3。在拦洪坝有效拦蓄泥沙、洪水基础上，进一步修筑溢洪道，开挖排洪渠，确保沟道有效拦水、适度蓄水、安全排洪。通过坝系建设，显著增强了沟道防洪能力。2013年以来，经历多次极端暴雨过程，坝系均充分发挥了防洪作用，确保了沟道防洪安全。受访的12个农户对沟道防洪安全也给予了正面评价，7个农户认为防洪安全状况明显改善（最高等级，计5分），3个农户认为有所改善（次高等级，计4分），2个农户认为基本没变（中间等级，计3分），平均得分达4.4分（满分5分）。

3.3.3 存在局部风险

治沟造地工程使得流域整体生态环境改善，但由于黄土的湿陷性特征、工程的后期管护不足及极端天气事件等因素，局部仍然存在生态隐患（图5）。结合流域考察和入户调查反映的情况，主要问题体现在：①由于土体重力作用、黄土湿陷性及侵蚀风化等因素，部分开挖边坡出现黄土滑塌，少数人工开挖边坡的退台出现局部崩塌、滑塌、湿陷；②个别坝体下方的田块由于水位提高、排水不畅，出现局部盐碱化现象，影响了耕种；③近年来极端暴雨事件增多，如2013年7月的延安特大洪灾、2017年7月的绥德特大洪灾，对于沟道防洪安全带来挑战。由此，鉴于黄土湿陷特性、后期管护不力、耕地利用不当、极端天气事件等自然和人为因素，仍需健全沟道巡查机制、工程维护机制，促进沟道土地持续利用、提升沟道生态安全。

注：工程实施近5年来，流域生态安全呈现整体向好发展但局部存在隐患的特点。

3.4 社会经济系统响应

治沟造地工程促使自然生态系统朝着更加良性的方向演化，同时也对社会经济系统产生了明显影响：①农地数量与质量变化。治沟造地工程使得流域人均新增近0.067 hm2集中连片、耕作方便的高标准农田，显著提高了机械化作业和规模化生产水平，基本实现了玉米的机械化覆膜、播种和收割，农业生产条件得到极大改善。②农地利用与效益变化。由于耕作更为方便，耕地转入、转出的情况增多，土地流转程度明显提高，流转租金也从之前的1 500～3 000元/公顷，增加到7 500～12 000元/公顷。③农户生计与收入变化。农户从事农业生产后的剩余时间增多，兼业化现象更加普遍，从事多种经营和外出务工的人员数量明显增多，流域内常住人口下降约60%。

但是，农业种植结构与效益仍存在一些问题：①种植结构单一，仍以种植玉米为主，效益不高，对关于在“镰刀弯”地区调减玉米种植规模的政策要求落实不到位；②2016年以来，在政府的主导下进行农业结构的调整，尝试种植油葵等作物以营造农田景观、发展乡村旅游等，但群众的参与度不高，效果尚不明显。此外，关于农户意愿与现实对照，多数受访农户想发展养殖、大棚种植，但由于规模养殖存在环境风险、分散放养又不为政策所允许、大棚种植缺乏政策资金扶持，发展设想目前仍未实现。

3.5 人地系统综合研判

治沟造地是针对黄土丘陵沟壑区流域系统特征而进行整体优化的地理工程综合实践。地理工程的实施直接影响流域人地系统运行。前述分析表明，耕地资源、植被覆盖、景观格局、水土流失、防洪能力等均明显改善，总体的生态安全状况明显提升，地理环境系统的承载能力明显增强（表4）。但相较而言，社会系统响应不足的问题较为突出。目前仍呈现出缺乏能人带动、等靠要观念依然普遍的问题，并由此迫使政府继续采取“自上而下”的方式推动流域社会经济发展。由于能人、农户等关键参与主体的参与不足，导致发展实践的成本和风险增加。总体来看，流域内地理环境系统明显改善，人地系统总体趋于协调，但流域内社会经济体系尚未适应地理环境系统演化，人地系统结构仍有较大优化空间。由此也说明，流域乡村转型发展的潜力巨大，特别是可以充分利用地理工程治理后的资源禀赋、环境承载，深度挖掘发展潜力，着力打造集农业生产、生态保育、旅游休闲、科普教育等为一体的多功能乡村，实践黄土高原小流域综合治理和乡村振兴的创新模式。

表4 流域人地系统综合研判

Tab.4 Comprehensive evaluation of coupled human-environment system

4 讨 论

1）充分认识黄土高原流域人地系统的复杂性。黄土高原沟道系统可理解为由自然生态、资源环境、社会经济等协同构成的、具有层次结构和整体功能的复杂流域系统。自然生态系统本身具有相应的要素、结构和功能，而由于人类活动对资源环境系统的开发、利用和管理，形成了社会经济系统与资源环境系统的复杂的交互作用机制。治沟造地土地整治工程通过优化自然生态系统要素、结构与功能，实现了对自然生态系统和资源环境系统的优化、重塑，为进一步的社会经济系统优化提供了坚实基础。但从本文的案例研究来看，在对资源环境系统的开发、利用和管理过程中，由于社会经济系统运行的复杂性，加之流域内广大农户的发展基础薄弱、意识不强、能力不高，进一步决定了这一过程的不确定性，进而形成了工程措施好推进、资源环境易改善、社会经济难转型的演化格局特征。由此，沟道土地整治需充分认识工程治理背景下流域系统的复杂性、特殊性和系统性。既要明确水、土、气、生、人等各类要素在沟道内的稳态阈值、运移规律及相互作用机制，探明制约生态安全的关键因素，掌握控制性因素的关键状态参数，社会经济系统的利益相关者还应当对资源环境系统、自然生态系统由于工程实施而带来的各类变化做出预判，并给予积极、及时的响应，以更好地实现生态环境的维护、治理和利用。

2）对于黄土高原乡村振兴实践的启示。当前，乡村振兴已成为国家重大战略，正逐渐成为全党全社会的共同行动[21]。中国当前的乡村资源环境禀赋特征决定了土地、环境的综合整治势必是贯彻落实乡村振兴战略的重要抓手。深入探究不同类型地区人类活动和社会经济系统对于土地整治的响应机制、障碍因素对于人地系统的协同演化与持续发展具有积极意义，对于新时期贯彻落实乡村振兴战略也具有参考价值。从案例流域的多主体访谈来看：①政府工作人员在访谈中大多表示，农户的发展意愿过于分散且缺乏长远考虑，部分农户的“等靠要”思想严重，在“众口难调”的情况下只能政府主导；②村干部在访谈中也表示农户的想法太多、差别太大，难以整合，而政府主导也有其自身的优势，村两委应贯彻落实好政府的发展政策；③普通农户在问卷调查和访谈中则表示，农民有自己的发展意愿和想法，但苦于缺乏资金且难以得到政府的项目扶持，目前的产业发展行为可能导致“老板富了、老乡没富”。由此下去，案例流域的乡村发展可能陷入困境。因此，结合不同类型地区的乡村发展主体特征，如何强化和发挥农民的主体作用和政府的调控作用，成为全面推进乡村振兴战略面临的新挑战与新问题。

3）构建可持续的乡村人地系统治理机制。梳理国内外典型乡村发展的成功实践可见：乡村发展需要公众参与，形成内生发展动力[22]；政府在乡村发展中的角色非常关键，应不缺位、不越位、不错位[23-24]；乡村发展需要能够将来自社区内部的发展动力和来自市场、政府等的外部动力协同起来，而乡村精英或能人往往是协同内发动力和外发动力的关键主体[22, 25]；乡村发展需要一定的制度厚度，源自社区的内生制度安排对于乡村发展意义重大[26-28]。将上述特征与案例流域的乡村发展困惑进行对照比较，不难发现，案例流域的社会经济系统响应和乡村发展的关键制约在于缺乏广泛的公众参与、缺乏协同内发动力和外发动力的关键主体。由此，建议基层政府组织村两委和农户及其合作组织着力建立和完善“共同商议-协同推进”的乡村发展工作机制，建立协作组织、促进公众参与、提升制度厚度、强化社会资本，进而创新面向绿水青山、优质耕地等资源的共同治理模式，促进流域人地系统协同演化、持续发展与乡村振兴。

5 结 论

1）治沟造地工程驱动案例流域的土地利用结构发生较大变化。优质坝地、乔木林地、水体和农村道路的面积有所增加，其中坝地增加最为显著，面积占比由2010年的3.07%增至2016年的9.47%，主要由灌木林地、台地和坡耕地转入；灌木林地、草地、台地和坡耕地有所减少，其中灌木林地减少最多，面积占比由51.11%降至46.59%，主要转化为坝地、乔木林地和台地。

2）景观格局指数分析表明，景观破碎化程度降低，景观趋于多样化和均衡化发展，景观抗干扰能力和生态系统的稳定性得到提升。从生态安全效益来看，流域植被和生态环境明显改善，土壤侵蚀显著减少，坝系建设促进流域防洪能力明显提升。但是，仍然存在局域性的生态隐患，如黄土边坡局部崩塌、坝体下方个别田块盐碱化，而极端暴雨事件增多加剧洪涝灾害风险。

3）人类活动对流域地理环境的变化也逐渐响应，表现为农业种植机械化程度明显提高，逐渐由分散经营向规模经营转变，农户兼业化、就业非农化程度提高。但尽管如此，还存在一些亟待解决的突出问题：一是仍以种植玉米为主，结构单一、效益不高；二是政府主导下的农业结构调整，群众参与度不高、效果尚不明显；三是缺乏能人以统筹农户发展意愿、争取政府项目扶持。

4）案例流域人地系统演化历程表明，地理环境和人类活动两个子系统的演化不一定是同步的，治沟造地可以在短期内改变或改善地理环境系统，但人类活动对地理环境系统变化的响应却具有不确定性和滞后性。特别地，需要村民、村干部、地方政府、企业等发展主体的“共同商议、协同推进”，提升乡村治理能力，否则难以充分挖掘地理工程措施促进地理环境系统改善带来的综合效应。

5）本文以黄土丘陵沟壑区典型流域为例，从土地利用、景观格局、生态安全、社会响应和综合研判等角度初步分析了治沟造地工程对流域人地系统演化的影响，对流域乡村发展也进行了反思。受高分辨率影像资料和时间的限制，仍缺乏多时段与多流域的比较分析、生态安全效应及人地系统影响的综合模拟研究。这将在后续的研究中予以深化，以更好地认识和优化黄土高原乡村人地系统。

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Impacts of land consolidation on rural human–environment system in typical watershed of loess hilly and gully region

Li Yurui1, Li Yi2, Fan Pengcan1,3, Liu Yansui1,3,4※

(1100101; 2.710054; 3.1000494100101)

Land fragmentation and low productivity are the prominent problems facing China's agricultural development. Land consolidation has become an important policy tool aiming at solving these problems in China. In addition, the development of land consolidation projects will inevitably have a certain impact on the local rural regional system, especially the local ecological environment and social and economic development. Study on the impact of land consolidation on the evolution of rural human-environment system is of positive significance for optimizing land consolidation model and promoting rural revitalization. Taken a typical small watershed in Yan'an city as the case study area, in this paper, we explored the impact of gully land consolidation on local human-environment system from the perspectives of land use, landscape pattern, ecological security, social response and comprehensive evaluation, based on high-resolution image data, landscape pattern analysis and field investigation. The results showed thatdue to the gully land consolidation, the terraces, sloping fields, shrub land and grasslandat the bottom and both sides of the gullywere mostly converted to high quality check dam land. Some of the shrub land were converted to more ecologically suitable native forest due to biological measures. The check dam land and forest landincreased by 159.06 hm2and 69.75 hm2, respectively. While the shrub land, grassland and sloping landdecreased by 112.37, 63.26 and 59.06 hm2, respectively. In addition,the average patch area and patch cohesion index of the check dam land increased, and the function of production also improved.The landscape shape index and patch cohesion index of forestland and shrub land kept at a high level, and thus their ecological function was stable.At the watershed level,the fragmentation degree of landscape decreased, the landscape tended to be more diversified and balanced, and the anti-jamming capability of landscape and stability of ecosystem improved. Moreover, in terms of the ecological security effects, vegetation cover, ecological environment and capacity of flood control improved significantly, and soil erosion decreased significantly. However, there were still some ecological risks. And finally, human activities responded more or less to the changes of geographical environment of watershed.The scale of agricultural production, agricultural mechanization, diversity and non-agriculturalization of employment increased; but there were still some problems that needed to be addressed, such as very unitary of the structure of agriculture, the low efficiency of agriculture production. This paper suggested that more efforts should be made to innovate the rural governance mechanism of “mutual deliberation and collective action”, thereby exerting the comprehensive effectiveness of gullyland consolidation and promoting the transformation development and revitalization of the watershed. At the same time, this study also suggested strengthening the investigation, monitoring and evaluation of the effects of gully land consolidation on local environment so as to ensure that it produced more positive ecological effects.

land consolidation; watershed; gully land consolidation; coupled human–environment system; rural revitalization; Loess hill and gully region

2018-08-17

2018-12-09

国家重点研发计划项目（2017YFC0504701）；国家自然科学基金项目（41571166）

李裕瑞，副研究员，主要从事土地整治与村镇发展研究。Email：lyr2008@163.com

刘彦随，研究员，博导，主要从事土地利用、城乡发展与精准扶贫研究。Email：liuys@igsnrr.ac.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.05.030

F301.24

A

1002-6819(2019)-05-0241-10

李裕瑞，李 怡，范朋灿，刘彦随.黄土丘陵沟壑区沟道土地整治对乡村人地系统的影响[J]. 农业工程学报，2019，35(5)：241－250.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.05.030 http://www.tcsae.org

Li Yurui, Li Yi, Fan Pengcan, Liu Yansui. Impacts of land consolidation on rural human–environment system in typical watershed of loess hilly and gully region [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(5): 241－250. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.05.030 http://www.tcsae.org