基于居民需求的無定河流域坡改梯適宜性研究

李蘭 殷寶庫 馬紅斌

摘 要：為了解決哪些地方應(yīng)該優(yōu)先安排坡改梯等問題，為坡改梯生態(tài)工程建設(shè)和優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間等提供科技支撐，從社會、經(jīng)濟(jì)、空間等方面考慮，選擇人口分布、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、道路可達(dá)性、距現(xiàn)有宜耕地距離等影響因子，構(gòu)建基于居民需求的坡改梯需求度模型，以無定河流域陜西省部分為例，進(jìn)行坡改梯空間適宜性分析，提出基于居民耕種需求的坡改梯空間布局優(yōu)化方案。結(jié)果表明：研究區(qū)坡改梯需求總體上表現(xiàn)為南部高于北部、東部高于西部，綏德縣、佳縣、子洲縣和米脂縣需求最為旺盛;坡改梯適宜性等級較高的坡耕地主要分布于靖邊縣、橫山區(qū)、子洲縣和綏德縣，綏德縣、佳縣、子洲縣、米脂縣中高等級適宜性的坡耕地占可改造坡耕地面積比例較高;可根據(jù)坡改梯目的、投資規(guī)模、工期等按“適宜性+”的方式選擇優(yōu)化方案，如從規(guī)模效益和集中度考慮可把綏德縣、米脂縣、子洲縣和靖邊縣作為優(yōu)先實(shí)施坡改梯的區(qū)域。

關(guān)鍵詞：居民需求;坡耕地;梯田;坡改梯;需求度;適宜性;無定河流域

中圖分類號：S157.3+1;TV882.1 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：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

我國人地矛盾由來已久，特別是黃河中游地區(qū)受惡劣自然條件限制，耕地大多為坡耕地，宜耕種農(nóng)田與居民需求不匹配問題非常突出。2019年9月18日，習(xí)近平總書記在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會上指出，黃河中游有條件的地方要大力建設(shè)旱作梯田[1]。梯田具有改善土質(zhì)、提高土地生產(chǎn)力的作用[2]，坡改梯（即把坡耕地改造為梯田）是黃河中游地區(qū)提高耕地質(zhì)量、優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境的重要手段，可促進(jìn)黃河中游地區(qū)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)鏈延長，進(jìn)而助推農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，尤其是近年興起的寬幅梯田建設(shè)，因其便于現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備作業(yè)、宜種植高效益經(jīng)濟(jì)作物而成為推進(jìn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、打贏精準(zhǔn)脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)的一個重要抓手。在自然條件適合的前提下，坡改梯是否符合居民的耕種需求直接影響其效果，此前有關(guān)坡改梯的研究主要針對梯田的作用[3-6]和設(shè)計(jì)[7-9]等，缺乏基于居民需求的坡改梯空間優(yōu)化研究，因而無法回答哪些地方對坡改梯的需求最高、哪些地方應(yīng)該優(yōu)先安排坡改梯等問題。筆者依據(jù)已有研究成果和實(shí)地調(diào)查，基于人口分布、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、道路可達(dá)性、距現(xiàn)有宜耕地距離等居民對耕地需求的影響因子，嘗試建立符合居民需求的坡改梯需求度模型，并進(jìn)行坡改梯適宜性分析，再以無定河流域陜西省部分為例進(jìn)行了評價(jià)研究，以期為坡改梯生態(tài)工程建設(shè)和優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間等提供科技支撐。

1 研究區(qū)概況

無定河是黃河中游的一條典型支流，發(fā)源于白于山北麓，因其流量、深淺、清濁不定而得名，其干流流經(jīng)定邊縣、靖邊縣、烏審旗、橫山區(qū)、米脂縣、綏德縣，于清澗縣境內(nèi)匯入黃河，流域面積約3.03萬km2。由于無定河流域內(nèi)蒙古部分基本為平緩風(fēng)沙區(qū)，坡耕地極少，因此將研究區(qū)確定為無定河流域陜西省部分，涉及榆林和延安2市的13縣（市、區(qū)），研究區(qū)面積約2.16萬km2，屬黃土丘陵溝壑區(qū)，自然條件惡劣、水土流失嚴(yán)重，宜耕土地不足，坡耕地分布廣泛。研究區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，近年來以煤炭、石油和化工等為代表的第二產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，推動了農(nóng)村人口向第二產(chǎn)業(yè)和城鎮(zhèn)的遷移。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

坡耕地、宜耕地（平地、梯田等）、道路等數(shù)據(jù)根據(jù)2017年高分一號和資源三號高分辨率遙感衛(wèi)星影像經(jīng)人機(jī)交互解譯獲得。DEM數(shù)據(jù)采用分辨率為30 m的ASTER GDEM 數(shù)據(jù)，源自中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺。2015年人口和GDP數(shù)據(jù)源自中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺，是在分行政區(qū)統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，綜合考慮土地利用、夜間燈光亮度、居民點(diǎn)密度、行政區(qū)GDP等因素，利用多因子權(quán)重分配法展布數(shù)據(jù)到空間格網(wǎng)上獲取的。

坡改梯需求度各影響因子的權(quán)重采用問卷調(diào)查法確定，共在榆林和延安2市發(fā)放調(diào)查問卷150余份，收回有效調(diào)查問卷126份，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，確定各因子權(quán)重結(jié)果為人口分布0.38、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平0.12、道路可達(dá)性0.31、距現(xiàn)有宜耕地距離0.19。

利用ArcGIS軟件的空間分析計(jì)算工具將人口分布、GDP等空間數(shù)據(jù)分別進(jìn)行歸一化處理;為便于分析計(jì)算并保證精度，將所有空間數(shù)據(jù)均重采樣為10 m分辨率柵格數(shù)據(jù)再進(jìn)行分析計(jì)算。

2.2 耕地坡改梯適宜性評價(jià)方法

2.2.1 坡改梯需求度模型

2.2.2 坡改梯適宜性分級

我國《水土保持法》規(guī)定，25°以上陡坡地禁止開墾種植農(nóng)作物，5°以上坡地種植農(nóng)作物應(yīng)采取水土保持措施。研究區(qū)屬干旱半干旱氣候區(qū)，水資源短缺是植物生長的主要限制因素，根據(jù)相關(guān)研究[6-9]和調(diào)查，5°～15°是研究區(qū)進(jìn)行坡改梯的適宜坡度區(qū)間，5°以下不必進(jìn)行坡改梯，15°以上一般不宜修建梯田。地面坡度與梯田建設(shè)直接相關(guān)，是研究區(qū)坡改梯最佳田面寬度的主要影響因素，地面坡度為5°～10°時(shí)坡改梯最優(yōu)田面寬度為15～20 m，地面坡度為10°～15°時(shí)坡改梯最優(yōu)田面寬度為10～15 m。部分區(qū)域受土壤質(zhì)地等因素影響，田坎高度受限，最優(yōu)田面寬度相應(yīng)減小，應(yīng)根據(jù)土壤類型、質(zhì)地及建設(shè)需求等具體情況在梯田設(shè)計(jì)和建設(shè)時(shí)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

將坡改梯需求度模型計(jì)算結(jié)果與適宜坡改梯的坡耕地空間數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，采用自然間斷點(diǎn)分級法將坡改梯適宜性分為低、中低、中、中高、高5級，等級越高表明耕地條件與居民對耕地的需求契合度越高，越適宜進(jìn)行坡改梯。

3 研究區(qū)坡改梯適宜性分析

研究區(qū)2017年有坡耕地2 887.20 km2，其中5°～15°的面積為2 090.15 km2，分布相對集中;靖邊縣、橫山區(qū)和子洲縣可實(shí)施坡改梯的坡耕地較多，達(dá)到適合改造總面積的74.37%，而神木市、安塞縣、子長縣、佳縣可實(shí)施坡改梯的坡耕地很少，見表1。

3.1 研究區(qū)坡改梯需求度分析

各縣（市、區(qū)）坡改梯不同需求等級面積統(tǒng)計(jì)見表2。居民對坡改梯的需求以中高等級為主，面積占總面積的43.31%;其次為中級，占29.95%;其余按照中低、高、低的順序依次下降，總體呈現(xiàn)高需求的態(tài)勢。

各需求等級的坡改梯耕地分布較集中：約88%的高等級集中在綏德縣、米脂縣;近70%的中高等級從高到低依次分布在橫山區(qū)、子洲縣、靖邊縣、榆陽區(qū);中級的主要分布在靖邊縣、榆陽區(qū)、橫山區(qū)，占比達(dá)80%;約68%的中低等級和近80%的低等級集中在榆陽區(qū)。

各縣（市、區(qū)）的需求等級結(jié)構(gòu)顯著不同（見表3），反映出各地對坡改梯需求差異較大。綏德縣、佳縣的高等級占比達(dá)50%，米脂縣的高等級占比接近40%，但佳縣可實(shí)施坡改梯的坡耕地總面積極少;有6個行政區(qū)的中高等級以上占比達(dá)到60%，由高到低依次為子洲縣、米脂縣、清澗縣、子長縣、橫山區(qū)、安塞縣;中低和低等級總占比接近及超過50%的行政區(qū)從高到低為神木市、定邊縣、榆陽區(qū)，其中神木市中低以下占比達(dá)90%，榆陽區(qū)各等級比例分配相對比較平均。

3.2 研究區(qū)坡改梯適宜性等級分析

綜合考慮坡耕地客觀可改造條件和居民的需求情況，進(jìn)一步分析表明研究區(qū)坡改梯適宜性以中高等級和中級為主（見表4），二者占比分別為35.66%、38.26%，高適宜性占比為9.40%，較不適宜的中低以下等級占比為16.68%，研究區(qū)坡改梯的總體適宜性較好。

坡改梯適宜性等級也呈現(xiàn)集中分布的特征。約95%的高適宜性坡耕地集中在綏德縣和米脂縣，占適宜坡改梯總面積的8.94%;近80%的中高適宜性坡耕地分布在靖邊縣、橫山區(qū)和子洲縣，占適宜坡改梯總面積的28.44%;中級適宜性的坡耕地約85%集中于靖邊縣和橫山區(qū)，其中以靖邊縣為主;中低等級及以下適宜性的坡耕地主要集中于定邊縣和靖邊縣。

各縣（市、區(qū)）坡改梯適宜性等級結(jié)構(gòu)見表5。按照適宜性等級比例關(guān)系，可對各縣（市、區(qū)）坡改梯適宜性等級結(jié)構(gòu)作以下劃分：綏德縣為高等級結(jié)構(gòu)，高適宜性坡改梯面積占比近90%，其余為中-中高等級適宜性;米脂和佳縣為高-中高等級結(jié)構(gòu)，中高等級以上占比超80%;子洲縣、榆陽區(qū)為中高等級結(jié)構(gòu)，中高等級占比在65.96%～93.95%之間;子長縣、清澗縣、安塞縣為中-中高等級結(jié)構(gòu)，這兩級占比超過90%;靖邊縣、定邊縣和吳起縣為中-中低等級結(jié)構(gòu);神木市為低等級結(jié)構(gòu)。上述各類適宜性等級結(jié)構(gòu)中，高、高-中高、中高等級類型的行政區(qū)更適宜進(jìn)行坡耕地改造。

3.3 適宜坡改梯坡耕地的空間分布特征

由圖1可以看出，研究區(qū)坡改梯需求度由東南向西北逐步降低，空間分布差異較大。從分布的紋理與形態(tài)來看，東南部以高和中高等級為主，呈連片、塊狀集中分布;中部以中高等級為主，局部呈片狀分布;西南部中高、中、低等級分布相對平均，且呈現(xiàn)條狀間隔分布;北部以中低及低等級為主，且分布不集中。

由圖2可以看出，研究區(qū)坡改梯適宜性等級的空間分布情況與需求度分布情況類似，從東南向西北逐漸降低，空間分布差異較大，其中：西南部有較為連片的中和中高適宜性坡耕地，中部和東北部有較為密集的點(diǎn)狀中和中高適宜性坡耕地。

3.4 坡改梯方案的“適宜性+”決策模式

坡改梯方案是否科學(xué)合理直接影響其成效，而實(shí)施方案的選擇往往受到?jīng)Q策者主導(dǎo)意識的影響。在上述適宜性分析的基礎(chǔ)上，綜合考慮坡改梯規(guī)模、空間集中程度、需求度等，根據(jù)決策的側(cè)重點(diǎn)或偏好，可形成以“適宜性+”為依據(jù)的多種改造方案（見表6），比如從規(guī)模效益和集中度考慮，可把綏德縣、米脂縣、子洲縣和靖邊縣作為優(yōu)先實(shí)施的區(qū)域，而神木市、子長縣、安塞縣和榆陽區(qū)中北部區(qū)域不宜納入優(yōu)先實(shí)施區(qū)。

4 結(jié) 論

（1）基于居民需求的坡改梯適宜性評價(jià)方法，可在居民主觀需求和地形客觀條件下，對坡改梯空間適宜性進(jìn)行定量分析評價(jià)，為坡改梯空間布局優(yōu)化方案的決策提供有益參考。

（2）研究區(qū)坡改梯的基礎(chǔ)較好，坡改梯需求較強(qiáng)烈，坡改梯適宜性較強(qiáng)，適宜實(shí)施坡改梯。

（3）研究區(qū)坡改梯需求度和適宜性皆從東南向西北逐漸降低，在空間等級分布、聚集形態(tài)以及各行政區(qū)的等級結(jié)構(gòu)方面均存在差異。需求度等級主要呈片狀、條帶狀分布，坡改梯需求以東北部最為旺盛;適宜性主要呈現(xiàn)斑塊、點(diǎn)狀分布，適宜區(qū)域以東北部和西南部最為集中和密集。

（4）從規(guī)模、集中程度、需求度和適應(yīng)性等不同角度來看，坡改梯優(yōu)勢區(qū)域分布差異較大，如：可大規(guī)模實(shí)施坡改梯的耕地集中在西部和中部，而東北部需求最為強(qiáng)烈;可改造的坡耕地在西南部集中連片分布，而東北部和中部地區(qū)適宜程度相對較高。因此，在客觀限定和主觀影響下，制定科學(xué)合理的實(shí)施方案非常重要，可根據(jù)改造目的、投資規(guī)模、工期等按“適宜性+”的方式綜合判定最優(yōu)方案，以提升方案的科學(xué)性和可實(shí)施性，如從規(guī)模效益和集中度考慮可把綏德縣、米脂縣、子洲縣和靖邊縣等作為優(yōu)先實(shí)施的區(qū)域。

（5）在進(jìn)一步的研究中可結(jié)合當(dāng)?shù)赝寥?、坡度等因素對田坎高度、梯田寬度的限制及建設(shè)需求，確定不同的梯田設(shè)計(jì)和建設(shè)方案，并結(jié)合不同下墊面情況進(jìn)一步優(yōu)化適宜的坡改梯坡度區(qū)間。

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