县南沟流域水土保持技术适宜性评估

赵晓翠, 王继军,, 乔 梅, 韩晓佳, 李 玥

(1.西北农林科技大学 水土保持研究所, 陕西 杨凌 712100; 2.中国科学院 水利部 水土保持研究所, 陕西 杨凌 712100)

为了减少水土流失，改善生态环境，我国先后采取了一系列水土保持措施，目前已经取得了巨大成效。据水利部资料显示，截至2014年年底，全国累计完成水土流失综合治理面积111.61万km2，其中小流域综合治理面积达到35.81万km2。近3年来，水土流失治理面积共完成了16.9万km2，水土流失综合治理竣工小流域共有5 099条[1]。

在水土流失治理过程中，水土保持技术作用显得尤为重要，水土保持技术的实施，不仅显著改善了生态环境，而且对当地的经济、社会发展都产生了较大影响。因此，关于水土保持技术及相关问题的研究从未间断。其中，在水土保持技术评价方面，主要关注点集中在效益评价[2-10]、部分适宜性评价[11-13]等，这些研究虽然为水土保持技术的选择和水土流失的治理提供了参考依据。但是还存在评价体系不全面、对于水土保持技术本身、应用效果、推广潜力等方面的综合评价研究甚少等问题，导致不同区域在水土保持技术选择方面的适配度降低。因此，如何科学合理地评估水土保持技术，是目前水土保持技术研究工作中迫切需要解决的问题，同时这一问题的解决有助于进一步优化水土保持技术体系以及合理配置水土资源。

县南沟流域是黄土高原丘陵沟壑区的典型代表流域，也是退耕还林工程的试点流域，在水土流失治理和水土保持技术应用中具有一定的代表性。因此，以县南沟流域为例，针对水土保持技术属性、应用过程、应用效果等方面的综合评估问题，利用课题组构建的水土保持技术评价指标体系，运用层次分析模型和Logistic回归模型等对流域内水土保持技术体系进行评估，旨在为流域内水土流失治理方面技术的选择提供参考。

1 研究区概况

县南沟流域位于陕西省安塞县沿河湾镇，东经109°12′12″—109°22′12″，北纬36°41′24″—36°46′12″。流域内梁峁起伏、地形破碎，流域面积50.64 km2；该流域年降水量为500～550 mm，降雨分配不均，主要集中在7—9月，年平均气温8.8℃，在气候上处于半干旱向半湿润过渡区。流域内土壤以黄绵土为主，其次为黑垆土，而淤积土和红胶土面积则相对较少。县南沟流域包括3个行政村中的17个村民小组，寨子湾(皮塔村、寨子湾、桑塔村、孙岔村、何塌村)，方家河(张坪村、崖尧村、窑湾村、灰条咀、社科村、方家河村、黄柏梁村、永丰尧村、畔坡山村)，沿河湾镇后街(砖窑沟村、朱凤台村、新庄洼村)。该流域2017年有753户，共2 529人，人均年收入8 356元。流域内主要产业为种植业、林果业、棚栽业、畜牧业。

目前的水土保持技术体系为：坝地/梯田+垄沟种植+地膜覆盖+轮作(<5°)、(机修)宽幅梯田/窄条梯田+果树、鱼鳞坑/窄条梯田/反坡梯田+生态林(15°～25°)、封禁(15°～25°)、封育(>25°)。

2 研究思路与方法

2.1 研究思路

针对水土保持技术评估中偏重于效益和单项技术评价的现实，以水土保持技术本身属性、应用过程、应用效果相耦合为主线，参考课题“生态技术评价方法、指标与评价模型开发”已形成的评估体系。构建科学合理的评价指标，研发评价模型，潜变量与显变量同时进行评估，相互印证。基于以上思路，以县南沟流域为例，通过调查、收集资料，对流域内水土保持技术体系进行归类，利用课题组构建的水土保持技术评价指标，并对各指标进行解译，得到评分标准，运用层次分析模型和Logistic回归模型相结合进行评估。揭示技术本身与应用过程之间的关系。

2.2 研究方法

2.2.1 数据来源 分析过程中所用到的数据来源于2018年8月农户调查，农户调查采取随机抽样法，调查区域覆盖县南沟流域3个行政村中的16个村民小组。调查方式采取与农户面对面问答法。调查内容包括：家庭基本情况、退耕规模、退耕还林前后农民的耕地面积、粮食产量情况、收入变化情况、水土保持技术使用情况、水土保持技术发展过程、水土保持技术实施前后的感性认识等。调查持续半个月，每户大约1 h，共调查20户，有效问卷18户。

2.2.2 指标体系构建及评分标准 借鉴课题“生态技术评价方法、指标与评价模型开发”的相关研究成果，选取技术成熟度、技术应用难度、技术相宜性、技术效益以及技术推广潜力5个指标作为水土保持技术评估的一级指标，选取技术完整性、技术稳定性、技术先进性等14个指标作为水土保持技术评估的二级指标，选取技术结构、技术体系、地形条件适宜度、气候条件适宜度等29个指标作为水土保持技术评估的三级指标。通过与专家多次讨论，解译指标并给予评分标准(表1)。

2.2.3 评价模型 通过建立的评价指标体系，根据课题组已有的研究，基于一级、二级指标的水土保持技术评价模型为层次分析模型；基于三级指标的水土保持技术评价模型为Logistic回归模型[14]。

表1 水土保持技术指标及量化标准

续表1

一级指标自定义方法二级指标自定义方法三级指标自定义方法x3技术相宜性不合适(1分);不完全适合(2分);适合(3分);比较适合(4分);完全适合(5分)x34政策、法规相宜性技术应用需要的政策、法律条件与实施区域政策法律少数配套(1分);技术应用需要的政策、法律条件与实施区域政策法律部分配套(2分);技术应用需要的政策、法律条件与实施区域政策法律大部分配套(3分);技术应用需要的政策、法律条件与实施区域政策法律基本配套(4分);技术应用需要的政策、法律条件与实施区域政策法律完全配套(5分)x341政策配套程度x342法律配套程度几乎不配套(1分);少数配套(2分);部分配套(3分);基本配套(4分);完全配套(5分)几乎不配套(1分);少数配套(2分);部分配套(3分);基本配套(4分);完全配套(5分)x4技术效益效果不明显(1分);效果一般(2分);效果较好(3分);效果良好(4分);效果非常好(5分)x41生态效益技术实施对生态环境改善效果不明显(1分);技术实施对生态环境改善效果一般(2分);技术实施对生态环境改善效果较好(3分);技术实施对生态环境改善效果良好(4分);技术实施对生态环境改善效果非常好(5分)x411土壤侵蚀模数x412水土流失治理度[8000,10000)(1分);[6000,8000)(2分);[4000,6000)(3分);[2000,4000)(4分);[0,2000)(5分)[0,20%)(1分);[20%,40%)(2分);[40%,60%)(3分);[60%,80%)(4分);[80%,100%)(5分)x42经济效益技术实施对经济增长的贡献效果不明显(1分);技术实施对经济增长的贡献效果一般(2分);技术实施对经济增长的贡献效果较好(3分);技术实施对经济增长的贡献效果良好(4分);技术实施对经济增长的贡献效果非常好(5分)x421人均纯收入x422粮食单产[0,3000)(1分);[3000,6000)(2分);[6000,9000)(3分);[9000,12000)(4分);≥12000(5分)[0,300)(1分);[300,600)(2分);[600,900)(3分);[900,1200)(4分);≥1200(5分)x43社会效益技术实施对社会公共利益和社会发展的贡献效果不明显(1分);技术实施对社会公共利益和社会发展的贡献效果一般(2分);技术实施对社会公共利益和社会发展的贡献效果较好(3分);技术实施对社会公共利益和社会发展的贡献效果良好(4分);技术实施对社会公共利益和社会发展的贡献效果非常好(5分)x431区域农户应用和发展理念x432辐射带动程度(作用)基本上无变化(1分);部分变化(2分);总体上有变化(3分);较大变化(4分);很大变化(5分)小(1分);较小(2分);中等(3分);较大(4分);大(5分)x5技术推广潜力小(1分);较小(2分);中等(3分);较大(4分);大(5分);x51技术与未来发展关联度技术与未来发展趋势的关联程度小(1分);技术与未来发展趋势的关联程度较小(2分);技术与未来发展趋势的关联程度中等(3分);技术与未来发展趋势的关联程度较大(4分);技术与未来发展趋势的关联程度大(5分)x511生态建设需求度x512经济发展需求度小(1分);较小(2分);中等(3分);较大(4分);大(5分)小(1分);较小(2分);中等(3分);较大(4分);大(5分) x52技术可替代性现使用技术非常容易被其他同等效果技术替代(1分);现使用技术比较容易被其他同等效果技术替代(2分);现使用技术容易被其他同等效果技术替代(3分);现使用技术不易被其他同等效果技术替代(4分);现使用技术不能被其他同等效果技术替代(5分)x521优势度x522劳动力持续使用惯性低(1分);较低(2分);中等(3分);较高(4分);高(5分)效益相当的技术仍愿意放弃该技术(1分);效益稍大时放弃该技术(2分);感觉效益较大时放弃该技术(3分);有相对环保的新技术但主观感觉效益差不多仍沿用该技术(4分);有较大效益时沿用该技术(5分)

基于一级指标对水土保持技术评价的模型为：

y=0.2241x1+0.1499x2+0.2983x3+0.2292x4+0.0985x5

基于二级指标对水土保持技术评价的模型为：

y=0.0821x11+0.0884x12+0.0536x13+0.0722x21+0.0777x22+0.0842x31+0.1088x32+0.0551x33+0.0502x34+0.0970x41+0.0823x42+0.0499x43+0.0648x51+0.0377x52

基于三级指标对水土保持技术评价的模型为：

3 结果与分析

3.1 水土保持技术评价等级确定

参考已有的研究[15]，确定了5级量度标准作为县南沟流域水土保持技术总体评价等级标准(表2)。区间量度值范围为(0，5]。

3.2 水土保持技术评价

基于对数据的处理以及模型的利用，计算得出了水土保持技术指标值(表4)和综合评价结果(表3)。

表2 水土保持技术评价等级及自定义方法

表3 县南沟流域水土保持技术综合评价结果

由表3—4所知，无论是基于一级指标计算结果、二级指标计算结果、三级指标计算结果，y值都处于适宜范围之内，一、二、三级指标计算结果基本一致，验证了指标体系的合理性。通过对现实情况的调查与了解，与计算结果相符。

表4 水土保持技术指标值

近20年以来，县南沟流域水土保持技术体系不断完善，水土流失治理效果不断提升。这一良好成果得益于水土保持技术本身与应用过程的耦合协调发展。就水土保持技术本身而言，目前，该流域所应用的技术要素都已具备，结构配置比较完善，变动弹性较小，可使用年限较长。对技术成本和文化程度的要求较低，大多数农民可以接受并且独立完成。所采用的技术总体上适合区位特征，并能够有效发挥作用。在技术的应用方面，效益一直是人们关注的焦点，一项技术的使用，都会依据当时国家的方针政策、当地社会经济发展、科学技术发展水平、群众的人文素质等而选择。技术的主要目标就是为了促进区域内生态、经济、社会的发展，技术效益也是技术应用最直观的表现。在效益很好发挥的基础上，人们将会把重心转移到推广方面，根据国家政策、区域规划建设等，在技术比较利益、可替代性等方面的基础上，围绕技术未来的发展方向，筛选、集成适合该流域的技术，形成可适化的技术体系。

对表4作进一步分析，可以看出：分值最高的是技术相宜性。其中立地相宜性的影响程度最大，一项技术使用之前，优先考虑其相宜性，必须适合区位特征、地形地貌、自然条件等，其次考虑经济发展、社会需求等。县南沟流域土地按照宜林、宜牧、宜农区进行规划，采取了山上缓坡修梯田，沟道建淤地坝、阳坡建果园、弃耕坡地种草的办法，不仅提高了土地的合理利用率，同时也提高了劳动生产率。因此，合理配置水土保持技术，才能使技术发挥其应用的功效。技术推广潜力的分值最低，导致其分值偏低的主要因素是生态建设需求度，原因是流域生态治理已经达到一定程度，在流域未来建设方面，生态需求度较低，这一结果虽低，但并不能说明技术在推广潜力这一方面的适宜性较弱，事实恰好反映了流域水土流失治理效果很好，生态环境大幅度改善，因此，导致目前的需求度较低。相反，经济需求度较高，根据实际调查情况，水土保持技术实施后的大量林草资源未被有效利用，没有实现其带来的经济价值。这一结果提醒我们在技术适宜的条件下，需要加强流域经济建设强度，提高流域内涵治理。技术实施前，政府部门统一组织对实施者进行技术培训，并且在应用方面给予相应的补贴。技术应用后，生态效益明显大于经济效益和社会效益，与初始选择水土保持技术时的理念一致，即首先满足生态治理的需要。水土保持技术的实施，改善了流域生态环境，减少了水土流失、调节了当地气候，间接提高了农业生产建设。并且改变了以粮食作物为主的单一的耕作模式，同时解放了劳动力，家庭收入来源的多元化使农民收入增加。加之国家给予的生态补偿，导致农民对于保护生态环境的意识提高，水土流失治理的成果也得以保持。据已有的研究结果，2013年县南沟流域退耕还林(草)取得的生态效益总价值超过流域内农民总收入的3倍[16]。技术成熟度的分值不是很高，是由于技术使用年代已久，区域目标需求发生变化，领先和创新程度相对较低，已不能适应流域产业的快速发展，导致目前所应用的水土保持技术已不能满足流域发展需求，因此，技术成熟度分值偏低。

通过查阅相关文献及和农户的交谈，明确目前该流域水土保持技术处于适宜状态的动因。主要原因是20世纪30年代之前，该流域森林、草地覆盖率达90%以上，相较于其他流域而言，生态经济系统比较稳定，人们能够自给自足，因此只需要采用一些简单的耕作方式(轮作技术等)来满足自身生活需求即可。20世纪30—70年代，由于人口的不断增加和其他因素的影响，致使流域内植被大面积遭到破坏，生态系统退化，水土流失严重[17]，同时也制约着经济的发展。20世纪80—90年代初期，人们生活贫困，针对广种薄收这一问题，相关部门和科研单位建设试验基点，坚持以基本农田建设为主，所采用的水土保持技术有人工梯田技术、淤地坝技术、水平沟耕作技术、垄沟耕作技术，力求发展为少种高产多收。1999年开始，县南沟流域实施了退耕还林工程，主要以生态建设为主，经济建设为辅，25°以上的坡耕地全部退耕还林还草，所采用的水土保持技术有植树种草技术、梯田优化技术、封育技术、鱼鳞坑技术，同时水平沟耕作技术等由于适宜地形被改造的因素而被摒弃。21世纪以来，生态文明建设、乡村振兴、美丽中国等成为新的发展战略目标，政府部门极力推广发展果树产业，争取提高经济效益与恢复植被改善生态环境同步，势必将生态、经济、社会效益三者结合起来同步发展。因此，随着目标需求的变化，水土保持技术需要不断更新、完善。

4 讨论与结论

应用课题(2016YFC0503702)已形成的水土保持技术评估体系，通过对县南沟流域水土保持技术体系适宜性的测算，结果表明：县南沟流域水土保持技术适宜性为4.1(基于一、二、三级指标下测算结果分别是4.167 1，4.105 7，4.094 7)，已进入最高等级，为“适宜”状态，其中技术相宜性最高，在技术相宜性中，立地相宜性较高，这与专家的判断一致。反过来说，在水土保持技术选择时，首先应满足技术的相宜性，可考虑将技术相宜性作为一票否决指标。

目前，县南沟流域水土保持技术体系适宜性虽已进入最高等级，但只有4.1，尚有进一步提升的空间，在今后的发展过程中，需要根据新时代背景下的新需求，研发新的水土保持技术，并进一步优化水土保持技术体系。

测算结果与实际调查数据相符，验证了课题(2016YFC0503702)所建立的评估体系的合理性，同时，与目前偏重于实施效果评价、单一适宜性评价相比较，课题(2016YFC0503702)所设置的评估体系更能揭示水土保持技术选择和应用的本质。