基于居民需求的无定河流域坡改梯适宜性研究

2020-10-12李兰殷宝库马红斌

人民黄河 2020年7期

李兰殷宝库马红斌

摘要：為了解决哪些地方应该优先安排坡改梯等问题，为坡改梯生态工程建设和优化农业生产空间等提供科技支撑，从社会、经济、空间等方面考虑，选择人口分布、经济发展水平、道路可达性、距现有宜耕地距离等影响因子，构建基于居民需求的坡改梯需求度模型，以无定河流域陕西省部分为例，进行坡改梯空间适宜性分析，提出基于居民耕种需求的坡改梯空间布局优化方案。结果表明：研究区坡改梯需求总体上表现为南部高于北部、东部高于西部，绥德县、佳县、子洲县和米脂县需求最为旺盛;坡改梯适宜性等级较高的坡耕地主要分布于靖边县、横山区、子洲县和绥德县，绥德县、佳县、子洲县、米脂县中高等级适宜性的坡耕地占可改造坡耕地面积比例较高;可根据坡改梯目的、投资规模、工期等按“适宜性+”的方式选择优化方案，如从规模效益和集中度考虑可把绥德县、米脂县、子洲县和靖边县作为优先实施坡改梯的区域。

关键词：居民需求;坡耕地;梯田;坡改梯;需求度;适宜性;无定河流域

中图分类号：S157.3+1;TV882.1 文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.07.019

Abstract：In order to solve the problems of which areas should be given priority to the transformation of sloping land into terraced land and provide scientific and technological support for the transformation ecological engineering construction and the optimization of agricultural production space， the influencing factors such as population distribution， economic development level， road accessibility and distance from the existing arable land should be selected from the social， economic， spatial and other aspects， so as to build a system based on the needs of residents based on the demand degree model of sloping land to terraced land. Taking Wuding River basin in Shaanxi as an example， the paper analyzed the spatial suitability of sloping farmland to terraced land and put forward an optimization scheme of the spatial layout of slope upgrading based on the demand of residents for cultivation. The results show that the demand for terraced farmland in the study area is higher in the south than that of in the north， and higher in the east than that of in the west and the demand in Suide County， Jiaxian County， Zizhou County and Mizhi County is the most vigorous; the slope farmland with higher suitability for terraced farmland is mainly distributed in Jingbian County， Hengshan District， Zizhou County and Suide County. In Suide County， Jiaxian County， Zizhou county and Mizhi County， the proportion of high-grade suitable sloping land is relatively higher; the optimization scheme can be selected according to the purpose， investment scale and construction period of transforming sloping land into terraced land in the way of “transformation suitability+”. For an example， considering the scale benefit and concentration， Suide， Mizhi， Zizhou and Jingbian can be taken as the priority areas to implement slope transformation.

Key words： resident demand; slope farmland; terrace; sloping land to terraced land; demand degree; suitability; Wuding River basin

我国人地矛盾由来已久，特别是黄河中游地区受恶劣自然条件限制，耕地大多为坡耕地，宜耕种农田与居民需求不匹配问题非常突出。2019年9月18日，习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上指出，黄河中游有条件的地方要大力建设旱作梯田[1]。梯田具有改善土质、提高土地生产力的作用[2]，坡改梯（即把坡耕地改造为梯田）是黄河中游地区提高耕地质量、优化生产环境的重要手段，可促进黄河中游地区农村产业结构调整和产业链延长，进而助推农业可持续发展，尤其是近年興起的宽幅梯田建设，因其便于现代化机械设备作业、宜种植高效益经济作物而成为推进乡村振兴战略、打赢精准脱贫攻坚战的一个重要抓手。在自然条件适合的前提下，坡改梯是否符合居民的耕种需求直接影响其效果，此前有关坡改梯的研究主要针对梯田的作用[3-6]和设计[7-9]等，缺乏基于居民需求的坡改梯空间优化研究，因而无法回答哪些地方对坡改梯的需求最高、哪些地方应该优先安排坡改梯等问题。笔者依据已有研究成果和实地调查，基于人口分布、经济发展水平、道路可达性、距现有宜耕地距离等居民对耕地需求的影响因子，尝试建立符合居民需求的坡改梯需求度模型，并进行坡改梯适宜性分析，再以无定河流域陕西省部分为例进行了评价研究，以期为坡改梯生态工程建设和优化农业生产空间等提供科技支撑。

1 研究区概况

无定河是黄河中游的一条典型支流，发源于白于山北麓，因其流量、深浅、清浊不定而得名，其干流流经定边县、靖边县、乌审旗、横山区、米脂县、绥德县，于清涧县境内汇入黄河，流域面积约3.03万km2。由于无定河流域内蒙古部分基本为平缓风沙区，坡耕地极少，因此将研究区确定为无定河流域陕西省部分，涉及榆林和延安2市的13县（市、区），研究区面积约2.16万km2，属黄土丘陵沟壑区，自然条件恶劣、水土流失严重，宜耕土地不足，坡耕地分布广泛。研究区矿产资源丰富，近年来以煤炭、石油和化工等为代表的第二产业发展迅速，推动了农村人口向第二产业和城镇的迁移。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源及处理

坡耕地、宜耕地（平地、梯田等）、道路等数据根据2017年高分一号和资源三号高分辨率遥感卫星影像经人机交互解译获得。DEM数据采用分辨率为30 m的ASTER GDEM 数据，源自中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台。2015年人口和GDP数据源自中国科学院地理科学与资源研究所资源环境数据云平台，是在分行政区统计基础上，综合考虑土地利用、夜间灯光亮度、居民点密度、行政区GDP等因素，利用多因子权重分配法展布数据到空间格网上获取的。

坡改梯需求度各影响因子的权重采用问卷调查法确定，共在榆林和延安2市发放调查问卷150余份，收回有效调查问卷126份，经统计分析，确定各因子权重结果为人口分布0.38、经济发展水平0.12、道路可达性0.31、距现有宜耕地距离0.19。

利用ArcGIS软件的空间分析计算工具将人口分布、GDP等空间数据分别进行归一化处理;为便于分析计算并保证精度，将所有空间数据均重采样为10 m分辨率栅格数据再进行分析计算。

2.2 耕地坡改梯适宜性评价方法

2.2.1 坡改梯需求度模型

2.2.2 坡改梯适宜性分级

我国《水土保持法》规定，25°以上陡坡地禁止开垦种植农作物，5°以上坡地种植农作物应采取水土保持措施。研究区属干旱半干旱气候区，水资源短缺是植物生长的主要限制因素，根据相关研究[6-9]和调查，5°～15°是研究区进行坡改梯的适宜坡度区间，5°以下不必进行坡改梯，15°以上一般不宜修建梯田。地面坡度与梯田建设直接相关，是研究区坡改梯最佳田面宽度的主要影响因素，地面坡度为5°～10°时坡改梯最优田面宽度为15～20 m，地面坡度为10°～15°时坡改梯最优田面宽度为10～15 m。部分区域受土壤质地等因素影响，田坎高度受限，最优田面宽度相应减小，应根据土壤类型、质地及建设需求等具体情况在梯田设计和建设时进行优化调整。

将坡改梯需求度模型计算结果与适宜坡改梯的坡耕地空间数据进行叠加分析，采用自然间断点分级法将坡改梯适宜性分为低、中低、中、中高、高5级，等级越高表明耕地条件与居民对耕地的需求契合度越高，越适宜进行坡改梯。

3 研究区坡改梯适宜性分析

研究区2017年有坡耕地2 887.20 km2，其中5°～15°的面积为2 090.15 km2，分布相对集中;靖边县、横山区和子洲县可实施坡改梯的坡耕地较多，达到适合改造总面积的74.37%，而神木市、安塞县、子长县、佳县可实施坡改梯的坡耕地很少，见表1。

3.1 研究区坡改梯需求度分析

各县（市、区）坡改梯不同需求等级面积统计见表2。居民对坡改梯的需求以中高等级为主，面积占总面积的43.31%;其次为中级，占29.95%;其余按照中低、高、低的顺序依次下降，总体呈现高需求的态势。

各需求等级的坡改梯耕地分布较集中：约88%的高等级集中在绥德县、米脂县;近70%的中高等级从高到低依次分布在横山区、子洲县、靖边县、榆阳区;中级的主要分布在靖边县、榆阳区、横山区，占比达80%;约68%的中低等级和近80%的低等级集中在榆阳区。

各县（市、区）的需求等级结构显著不同（见表3），反映出各地对坡改梯需求差异较大。绥德县、佳县的高等级占比达50%，米脂县的高等级占比接近40%，但佳县可实施坡改梯的坡耕地总面积极少;有6个行政区的中高等级以上占比达到60%，由高到低依次为子洲县、米脂县、清涧县、子长县、横山区、安塞县;中低和低等级总占比接近及超过50%的行政区从高到低为神木市、定边县、榆阳区，其中神木市中低以下占比达90%，榆阳区各等级比例分配相对比较平均。

3.2 研究区坡改梯适宜性等级分析

综合考虑坡耕地客观可改造条件和居民的需求情况，进一步分析表明研究区坡改梯适宜性以中高等级和中级为主（见表4），二者占比分别为35.66%、38.26%，高适宜性占比为9.40%，较不适宜的中低以下等级占比为16.68%，研究区坡改梯的总体适宜性较好。

坡改梯适宜性等级也呈现集中分布的特征。约95%的高适宜性坡耕地集中在绥德县和米脂县，占适宜坡改梯总面积的8.94%;近80%的中高适宜性坡耕地分布在靖边县、横山区和子洲县，占适宜坡改梯总面积的28.44%;中级适宜性的坡耕地约85%集中于靖边县和横山区，其中以靖边县为主;中低等级及以下适宜性的坡耕地主要集中于定边县和靖边县。

各县（市、区）坡改梯适宜性等级结构见表5。按照适宜性等级比例关系，可对各县（市、区）坡改梯适宜性等级结构作以下划分：绥德县为高等级结构，高适宜性坡改梯面积占比近90%，其余为中-中高等级适宜性;米脂和佳县为高-中高等级结构，中高等级以上占比超80%;子洲县、榆阳区为中高等级结构，中高等级占比在65.96%～93.95%之间;子长县、清涧县、安塞县为中-中高等级结构，这两级占比超过90%;靖边县、定边县和吴起县为中-中低等级结构;神木市为低等级结构。上述各类适宜性等级结构中，高、高-中高、中高等级类型的行政区更适宜进行坡耕地改造。

3.3 适宜坡改梯坡耕地的空间分布特征

由图1可以看出，研究区坡改梯需求度由东南向西北逐步降低，空间分布差异较大。从分布的纹理与形态来看，东南部以高和中高等级为主，呈连片、块状集中分布;中部以中高等级为主，局部呈片状分布;西南部中高、中、低等级分布相对平均，且呈现条状间隔分布;北部以中低及低等级为主，且分布不集中。

由图2可以看出，研究区坡改梯适宜性等级的空间分布情况与需求度分布情况类似，从东南向西北逐渐降低，空间分布差异较大，其中：西南部有较为连片的中和中高适宜性坡耕地，中部和东北部有较为密集的点状中和中高适宜性坡耕地。

3.4 坡改梯方案的“适宜性+”决策模式

坡改梯方案是否科学合理直接影响其成效，而实施方案的选择往往受到决策者主导意识的影响。在上述适宜性分析的基础上，综合考虑坡改梯规模、空间集中程度、需求度等，根据决策的侧重点或偏好，可形成以“适宜性+”为依据的多种改造方案（见表6），比如从规模效益和集中度考虑，可把绥德县、米脂县、子洲县和靖边县作为优先实施的区域，而神木市、子长县、安塞县和榆阳区中北部区域不宜纳入优先实施区。

4 结论

（1）基于居民需求的坡改梯适宜性评价方法，可在居民主观需求和地形客观条件下，对坡改梯空间适宜性进行定量分析评价，为坡改梯空间布局优化方案的决策提供有益参考。

（2）研究区坡改梯的基础较好，坡改梯需求较强烈，坡改梯适宜性较强，适宜实施坡改梯。

（3）研究區坡改梯需求度和适宜性皆从东南向西北逐渐降低，在空间等级分布、聚集形态以及各行政区的等级结构方面均存在差异。需求度等级主要呈片状、条带状分布，坡改梯需求以东北部最为旺盛;适宜性主要呈现斑块、点状分布，适宜区域以东北部和西南部最为集中和密集。

（4）从规模、集中程度、需求度和适应性等不同角度来看，坡改梯优势区域分布差异较大，如：可大规模实施坡改梯的耕地集中在西部和中部，而东北部需求最为强烈;可改造的坡耕地在西南部集中连片分布，而东北部和中部地区适宜程度相对较高。因此，在客观限定和主观影响下，制定科学合理的实施方案非常重要，可根据改造目的、投资规模、工期等按“适宜性+”的方式综合判定最优方案，以提升方案的科学性和可实施性，如从规模效益和集中度考虑可把绥德县、米脂县、子洲县和靖边县等作为优先实施的区域。

（5）在进一步的研究中可结合当地土壤、坡度等因素对田坎高度、梯田宽度的限制及建设需求，确定不同的梯田设计和建设方案，并结合不同下垫面情况进一步优化适宜的坡改梯坡度区间。

参考文献：

[1] 习近平.在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上的讲话[J].中国水利，2019（20）：1-3.

[2] 李仕华.梯田水文生态及其效应研究[D].西安：长安大学，2010：20-40.

[3] 马红斌，李晶晶，何兴照，等.黄土高原水平梯田现状及减沙作用分析[J].人民黄河，2015，37（2）：89-93.

[4] 王彦武，牛莉婷，张峰，等.黄土区高标准梯田生态服务功能及其价值[J].水土保持学报，2019，33（6）：190-196.

[5] 冉大川，赵力仪，王宏，等.黄河中游地区梯田减洪减沙作用分析[J].人民黄河，2005，27（1）：51-53.

[6] 尉迟文思，姚云峰，李晓燕.我国梯田的类型及研究现状[J].北方农业学报， 2017，45（1）：84-87.

[7] 蒋定生.三川河和无定河流域的基本农田建设述评[J].水土保持研究，1989，3（4）：61-66.

[8] 范兴科，蒋定生，赵合理.陕北黄土丘陵区水平梯田最佳田面宽度的优化设计[J].水土保持研究，1996，10（2）：129-135.

[9] 潘起来，牛晓君.土坎水平梯田最优断面设计[J].青海大学学报（自然科学版），2005，23（2）：22-24.

[10] 孔祥斌，梁颖，秦静.基于农户决策行为的耕地质量评价理论与方法构建[J].中国农业大学学报，2010，15（3）：101-107.