黃土丘陵溝壑區溝道土地整治對鄉村人地系統的影響

李裕瑞，李 怡，范朋燦,3，劉彥隨,3,4

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黃土丘陵溝壑區溝道土地整治對鄉村人地系統的影響

李裕瑞1，李 怡2，范朋燦1,3，劉彥隨1,3,4※

（1. 中國科學院地理科學與資源研究所，北京 100101；2. 西安科技大學測繪科學與技術學院，西安 710054；3. 中國科學院大學，北京 100049；4. 中國科學院區域可持續發展分析與模擬重點實驗室，北京 100101）

深入開展土地整治對區域鄉村人地系統的影響研究對于優化土地整治模式、促進鄉村振興具有積極意義。該文以延安市某典型小流域為例，結合高分影像數據、景觀格局分析和人文實地調查，從土地利用、景觀格局、生態安全、社會響應和綜合研判等角度探討了黃土丘陵溝壑區溝道土地整治對當地鄉村人地系統的影響。研究表明：1）在土地整治工程措施的作用下，溝道底部及其兩側的臺地、坡耕地、灌木林地和草地大多轉變為高產穩產的壩地，部分灌木林地由于生物措施轉變為生態功能更強的鄉土適生林地；壩地和林地分別增加159.06 hm2和69.75 hm2，灌木林地、草地和坡耕地分別減少112.37、63.26和59.06 hm2。2）壩地平均斑塊面積和凝聚度增加，生產功能提升；喬木林地和灌木林地的景觀指數、斑塊凝聚度指數均保持在較高水平，生態功能穩定；流域整體的景觀破碎化程度降低，景觀趨于多樣化和均衡化發展，景觀抗干擾能力和生態系統穩定性得到提升。3）從生態安全效應來看，流域植被和生態環境明顯改善，土壤侵蝕顯著減少，防洪能力明顯提升，但局部存在生態安全隱患。4）人類活動對流域地理環境變化有所響應，土地規模化、農業機械化、就業兼業化和非農化程度提高；但仍存在農業結構單一、效益不高等問題。應著力創新“共同商議、協同推進”的鄉村治理機制，進而發揮土地整治綜合效能，促進流域鄉村轉型與振興。

土地整治；流域；治溝造地；人地系統；鄉村振興；黃土丘陵溝壑區

0 引 言

黃土高原是中國農業由農耕區向牧區過渡的重要地帶。長期的資源不合理開發利用使得黃土高原植被退化，水土流失嚴重，土地生產力顯著下降，生態環境惡化，加之經濟社會發展較為落后，居民生活貧困，是中國人地矛盾最為突出的地區之一[1-2]。其中，黃土丘陵溝壑區梁峁起伏、溝壑縱橫，地形復雜破碎，溝道密集，土壤侵蝕尤為嚴重，生態環境脆弱[3]。建國初期，年均土壤侵蝕模數高達10 000～20 000 t/km2[4]。隨著人口壓力加大，糧食生產水平低且不穩定，導致大規模的坡地開墾，加重水土流失，陷入了“越墾越窮，越窮越墾”的惡性循環之中，嚴重制約了地區社會經濟發展[5]。

為促進生態環境與人類社會的協調發展，該區域先后開展了淤地壩建設、小流域綜合治理等工程。1999年開始實施大規模退耕還林（草）工程，區域植被和自然生態環境自2006年左右以來得到顯著改善[6]。但該過程中，大量坡耕地向林地和草地轉換，僅2000-2008年耕地就減少了10.8%[7]。農業生產空間的快速減少影響到農戶生計和糧食安全，引發了新的人地矛盾，成為西部大開發戰略穩步推進的難點。當地一畝溝道壩地相當于五畝坡耕地的產量，故有“寧種一畝溝，不種十畝坡”的說法。為進一步鞏固退耕還林成果、滿足農戶生計需求，延安市創新開展了以閘溝造地為特點的溝道土地整治實踐，并研究提出了延安溝道土地整治的系統化設計方案[8]，該工程得到原國土資源部和財政部聯合發文批準實施，成為國家土地整治重大工程。項目建設總規模3.37萬hm2，總投資48.32億元，建設期為2013-2017年。理論上，該工程的實施有助于增加優質耕地面積，尤其是高標準壩地，減少水土流失，并由此影響到流域人地系統的演化。

治溝造地工程是退耕還林（草）工程之后黃土丘陵溝壑區實施的又一項重大工程，相關研究日益引起關注。關于治溝造地工程對流域資源、環境和社會經濟的影響，張信寶和金釗認為，治溝造地是對黃土高原淤地壩建設的繼承和發展，改壩庫天然淤沙為人工填土，快速造地，變荒溝為良田，大方向是正確的，但要注意黃土的濕陷性問題[9]；Liu等在典型流域的觀測模擬研究表明，治溝造地不僅建造了新的優質農田并且可以幫助減少泥沙運移[10]，其在治溝造地典型項目區還開展了飼料油菜種植及產業化試驗，以促進土地可持續利用和農戶生計改善[8]；雷娜和穆興民測算了治溝造地工程的碳效應，發現工程施工導致的碳排放量為3.76 t/hm2，具有碳源效應，工程實施后的土地利用類型變化使碳儲量增加為95.34 t/hm2，具有碳匯效應，總體表現為顯著的碳匯效應[11]。相較而言，從人地關系地域系統的綜合視角，探討治溝造地土地整治工程對于流域鄉村人地系統的影響研究仍較薄弱。

鑒于此，本文擬基于在黃土丘陵溝壑區開展的大規模溝道調查，以人地關系特征較為典型的小流域為研究對象，基于GIS和遙感技術，結合高分影像數據、景觀格局分析和人文實地調查，探討溝道土地整治工程對鄉村人地系統的影響，以期為黃土丘陵溝壑區生態環境建設、土地開發利用、流域持續發展和鄉村振興實踐提供科學參考。

1 黃土丘陵溝壑區流域人地系統簡析

1.1 人地系統及其相互作用

人地關系地域系統是由地理環境和人類社會兩個子系統交錯構成的復雜的開放的巨系統，內部具有一定的結構和功能機制。人地關系地域系統是地理學研究的核心，從人與地的動態作用關系中，可以揭示出人類社會演化總體規律并能透徹地把握人地關系的本質屬性[12]。一般而言，城鎮化、工業化、農業生產、鄉村發展及其伴生的要素流動、資源開發、生態建設等人類活動，必然對地理環境（狹義的地理環境為自然綜合體，廣義的地理環境為地理綜合體）產生系列影響，同時，地理環境通過約束機制、支撐機制、反饋機制等影響人類活動。人類活動與地理環境的相互作用，特別是相互影響、響應和適應，促進了人地系統的演化。在各類相互作用中，特別是人類在發揮主觀能動性進行人地系統調控過程中，工程建設是直接影響人地系統相互作用的最直接、最具體的因素（圖1）。

圖1 人類活動與地理環境相互作用框架

1.2 黃土丘陵溝壑區的流域人地系統

流域是由分水嶺分割而成的自然界基本地域單元，是以水為中介，與外界保持著物質、能量和信息交換但同時又是相對封閉、有著清晰邊界的系統[13]。流域系統是由人與自然構成的包含社會、經濟、資源、環境等多種要素在內的復合系統（圖2），具有開放性、特殊性和復雜性[13-14]。與平原農區的鄉村人地系統類似[15]，流域資源在宏觀上服務于國家和區域的發展目標，而在微觀上、小流域尺度，則是農村社區和農戶的生計資本。由此，黃土丘陵溝壑區的小流域系統也是典型的鄉村人地系統。人地系統可作為從地理學視角綜合分析流域系統的關鍵視角，人地關系地域系統理論可作為流域系統綜合分析的基礎理論，也是指導開展土地整治工程實施成效綜合研究的基礎理論。

注：根據文獻改繪[16]。

1.3 本研究的分析框架

治溝造地工程為項目區流域人地系統演化與優化提供了新的動力和機遇。治溝造地的工程措施主要包括[8]：①骨干工程，主要指骨干壩系和骨干排洪設施建設；②土地平整工程，主要指閘溝造地，形成平整的可耕作的土地；③灌溉與排水工程，主要是灌溉排水設施建設，排洪設施建設為重中之重；④田間道路工程，主要為新建或修復田間道、生產路；⑤農田林網與生態防護工程，主要是開挖坡面和壩坡埂坎的植被防護、溝頭防護、基于截水溝和排水溝的坡面防護等。

基于流域人地系統結構解析，鑒于工程類型及其對流域人地系統演化的可能影響，并結合問題導向的需求性、試驗觀測的可行性，擬從如下方面開展研究分析：①土地利用變化，基于遙感影像解譯分析治溝造地前后案例流域的土地利用變化特征，進而揭示治溝造地的土地利用變化效應；②景觀生態格局，基于景觀指數定量分析治溝造地對案例流域景觀生態格局的影響；③生態安全效應，從水土流失、災害風險等角度分析治溝造地對流域生態安全的影響；④社會經濟系統響應，從人口、產業、生計和發展等綜合角度，分析治溝造地工程實施后流域人類活動的響應和變化；⑤人地系統綜合研判，基于治溝造地工程實施前后土地利用、景觀格局、生態安全、人類活動的響應和變化的整合分析，進行人地系統綜合研判，形成對于人地系統優化調控的綜合認知。

2 研究區域與分析方法

2.1 研究區域

本研究選取顧屯流域作為案例研究區。該流域位于陜西省延安市寶塔區，距離延安市城東46km；主溝道長約12km，流域總面積24.87km2；屬中溫帶大陸性半干旱季風氣候，海拔900～1 200 m；地面高差達100～200 m，屬典型黃土丘陵溝壑區，地貌由梁峁、溝坡、溝床三個單元組成，以坡為主，溝壑縱橫、梁峁林立、溝谷深切、地形破碎，地表為第四系黃土覆蓋。流域內有4個行政村，共606戶，總人口2191人。為減少水土流失、保證糧食安全，研究區域先后采取了多種生態治理工程，20世紀60-70年代主要實施了打壩淤地工程，80-90年代主要實施了小流域綜合治理工程，1999年以來實施了退耕還林還草工程，2013-2014年實施了治溝造地土地整治重大工程。本研究團隊自2012年進行治溝造地工程踏勘開始，就對該流域進行了持續的流域觀測、農戶調查、土地利用分析等基礎性工作。

2.2 方法與數據

采取基于高分辨率遙感影像的定量研究與樣地調查和農戶調查結合的定性分析，進行流域人地系統演化分析。為充分反映治溝造地工程實施前后的流域人地系統演化，并考慮到研究區域遙感影像的現實可獲取性及清晰度，本文選取分辨率為2m的兩期高分衛星影像（2010年和2016年）作為主要數據源。實地調查表明，2010年的土地利用特征與溝道土地整治前一年即2012年基本一致，而2016年的土地利用特征與2018年基本一致，2010和2016年的高分影像可以分別較好地反映整治前和整治后鄰近年份的土地利用狀態。利用ArcGIS軟件對影像進行幾何校正、坐標配準、目視解譯和矢量化處理，并通過實際調查，對遙感影像解譯數據進行核查和糾正。基于土地利用現狀分類標準，結合案例區土地利用特征，將其劃分為耕地、林地、草地、工礦用地、農村宅基地、農村道路、水面及裸地等類型。其中，耕地根據地塊地理位置細分為壩地、臺地和坡耕地；林地根據成林類型分為喬木林地和灌木林地。

土地利用轉移矩陣是研究各種土地利用類型之間轉換的主要方法，包含豐富的地類變化方向信息及研究期末各種地類的來源與構成信息。基于ArcGIS10.3對兩期土地利用圖進行空間疊置分析，得到研究期間土地利用轉移矩陣。

景觀指數高度濃縮了景觀格局信息，可以對不同尺度上的各種生態過程進行分析，反映景觀結構和演化的生態特征[17-18]。根據研究目的及區域特點，本文在類型水平上選取了3個指標，即平均斑塊面積（描述景觀破碎化程度，值越大景觀破碎化程度越低）、景觀形狀指數（度量景觀形狀復雜程度的指數，值越大景觀形狀越復雜）、斑塊凝聚度指數（在類型水平上度量相應斑塊類型的物理連接度，指數越高，凝聚度越高、連通性越好）；在景觀水平上選取了8個指標，即斑塊數量（描述景觀破碎化程度，值變大景觀破碎化程度提高）、斑塊密度（描述景觀破碎化程度，值越大景觀破碎化程度越高）、邊緣密度（描述景觀破碎化程度，值越大景觀破碎化程度越高）、香農多樣性指數（描述景觀的多樣性與齊全性，值越大景觀類型越豐富）、香農均勻度指數（描述各斑塊類型在景觀中的均勻分布程度，值越小反映出景觀受到一種或少數幾種優勢拼塊類型所支配）、景觀蔓延度指數（描述景觀里不同斑塊類型的團聚程度或延展趨勢，值越大表明景觀中的優勢斑塊類型形成了良好的連接）、景觀形狀指數（度量景觀形狀復雜程度的指數，值越大景觀形狀越復雜）和平均斑塊面積（描述景觀破碎化程度，值越大景觀破碎化程度越低）。

土壤保持能力采用土壤侵蝕和土壤保持量作指標，土壤侵蝕量計算采用通用土壤侵蝕方程（USLE）計算[3,19]。土壤保持量等于沒有植被覆蓋和相應管理措施的土壤侵蝕量（潛在土壤侵蝕量）與當前土地利用/覆蓋下土壤侵蝕量（實際土壤侵蝕量）的差值[3]，公式如下：

=A–A=′′′′（1–′） （1）

A=×××××（2）

式中，、A、A分別是土壤保持量，潛在土壤侵蝕量，實際土壤侵蝕量（t/(hm2·a)），為降雨侵蝕因子（MJ·mm·a /(hm2·h)），為土壤可蝕性因子（t·h/(MJ·mm)），為坡長因子，為坡度因子，為植被覆蓋因子，為管理 因子。

此外，為充分了解案例流域人地系統特別是社會經濟系統的演化，在前期跟蹤研究的基礎上，作者于2018年5月對熟悉情況的鎮政府主要領導、村干部進行了為期2天的專題訪談。并且，隨機選擇12個在家的農戶進行了一對一的入戶問卷調查，獲得有效問卷12份。問卷涉及受訪農戶的家庭人口、生產、生計基本信息，以及治溝造地工程的農戶知曉情況、對農戶家庭、流域和社區發展的影響及農戶滿意度等內容，采取李克特量表的形式獲得受訪農戶對相關問題的認知，完成每份問卷所需的時間約1.5 h。基于上述調查資料，從農地數量與質量變化、農業結構與效益變化、農戶生計與收入變化、農戶意愿與現實對照等角度，分析流域社會經濟系統的演化特征與問題。

3 結果與分析

3.1 流域土地利用變化

治溝造地工程的實施驅動案例流域土地利用結構發生顯著變化（圖3和表1）：1）耕地面積顯著增加，占總面積的比重由2010年的10.95%上升至2016年的14.29%。閘溝造地使得溝底及其兩側的大量臺地、坡耕地、灌木林地和草地等被因地制宜改造成高產穩產的壩地。臺地和坡耕地分別減少59.06hm2和17.05hm2；壩地面積增加了159.06hm2，為面積增幅最大的地類。2）林地覆被面積略有減少，其中喬木林地增加69.75hm2，灌木林地面積減少了112.37hm2，灌木林地為面積減少最大的地類，但一直是研究區域最主要土地利用類型，占總面積的比重維持在45%以上。3）其他地類方面，草地減少明顯，減少面積為63.26hm2；裸地略有減少，減少面積為6.34hm2；修筑隔壩、拓路建渠等措施使得水體和農村道路面積分別增加14.23hm2和10.60hm2；農村宅基地面積和工礦面積分別增加2.54hm2和1.80hm2。

從土地利用類型轉化來看（表1），案例流域土地利用類型的顯著變化過程主要體現為灌木林地、草地、臺地、坡耕地、壩地和喬木林地的相互轉化：①灌木林地是轉出幅度最大的地類。轉出面積為207.65hm2，轉入面積為95.28hm2，轉出量遠大于轉入量，主要轉化為壩地、喬木林地和臺地，分別占轉出量的40.71%、26.70%和20.21%；②草地的轉出幅度也較大，轉出面積為81.79hm2，主要轉化為灌木林地和臺地；③臺地的轉出量和轉入量較為平衡，轉出面積為81.25hm2，其中45.03hm2臺地轉化為了壩地，轉入面積為64.20hm2，主要由灌木林地和草地轉入；④壩地是研究區轉入幅度最大的土地利用類型。轉入面積為162.64hm2，主要來自灌木林地、臺地和坡耕地，分別占轉入量的51.98%、27.69%和16.56%。

圖3 研究區土地利用變化

土地利用類型轉化往往源于自然因素和人文因素的綜合作用，在本研究區域和研究時段內，人文因素推動的工程治理措施起主導作用：1）土地平整工程使項目區溝道兩側細碎的灌木林地、臺地和坡耕地等轉為集中連片的壩地，部分灌木林地和草地轉為高標準臺地；2）農田林網與生態防護工程使得部分灌木林地、草地、坡耕地轉化為喬木林地；3）此外，由于封山禁牧政策的持續實施和自然條件的改善，一些草地向灌木林地演替。

3.2 景觀生態格局變化

從類型和景觀兩個層面，綜合分析景觀生態格局變化。在類型層面（表2），就平均斑塊面積而言：①壩地、臺地等優質生產用地的平均斑塊面積增加，反映了新增耕地的集中連片性增強，更適宜規模化耕作；②喬木林地、草地、水面等重要生態用地的平均斑塊面積也有所增加，更有助于生態功能的提升；③坡耕地、灌木林地、工礦用地的平均斑塊面積有所下降。

就凝聚度而言：①灌木林地是研究區的主要景觀類型，面積分布最廣，因而凝聚度指數最高，但研究期內從2010年的99.00略微下降至2016年的97.78；②坡耕地、工礦用地、裸地和草地受工程措施的影響，空間上的分散化和破碎化加劇，凝聚度也有所下降；③壩地、臺地、喬木林地、農村宅基地、農村道路和水面的平均斑塊面積有所增加，凝聚度明顯提高，說明在人為因素作用下這6種景觀類型在區域內趨向于集中連片分布，尤其是壩地凝聚度升高最為明顯，從78.96上升至92.77，凸顯了治溝造地工程對生產條件改善的直接影響。

表1 土地利用轉移矩陣

表2 景觀結構指數變化

從形狀指數來看：1）在整個研究時間段內，灌木林地的形狀指數最高，說明灌木林地相較其他景觀類型具有更加復雜的形狀和邊界，但形狀指數從2010年的25.66減少至2016年的23.67，表明在人類干擾下灌木林地的斑塊形狀趨于簡單化；2）臺地、坡耕地、草地和裸地也由于人類活動的影響使得斑塊邊界形狀變得更加規則，形狀指數有所下降；3）喬木林地景觀形狀指數較高，且呈增加趨勢，壩地、工礦用地、農村宅基地、農村道路、水面的景觀形狀指數也呈現明顯增加趨勢，說明這6種景觀類型受人類活動影響較大，形狀不規則化程度增強。

在流域整體的景觀層面（表3）：1）景觀斑塊數量從2010年807下降到618，平均斑塊面積從2010年3.08上升到4.02，邊緣密度指數從2010年159.97下降到2016年的152.38，斑塊密度從32.47下降至24.86，綜合表明景觀破碎化程度降低；2）景觀蔓延度指數呈上升趨勢，說明景觀要素形成良好的鏈接，景觀破碎化程度降低，景觀形狀指數從2010年的21.93下降至21.00，說明景觀的形狀趨于簡單化；3）香農多樣性指數和香農均勻度指數分別從2010年的1.30、0.54上升到2016年的1.32、0.55，說明景觀趨于多樣化和均衡化發展，景觀抗干擾能力和生態系統的穩定性有所提升。總體而言，在治溝造地工程的驅動下，流域整體的景觀格局更趨合理化。

表3 景觀水平指數變化

3.3 生態安全效益分析

生態安全是人類生存發展所依賴的生態環境處于不受或少受破壞與威脅的狀態[20]。黃土丘陵溝壑區生態災害主要是由于植被覆蓋稀疏、黃土土質松軟，土壤易被徑流沖刷而引起的嚴重水土流失；溝道排水不暢，極端暴雨事件所引發的洪澇災害等。保障生態安全是治溝造地工程設計的基本理論前提。治溝造地土地整治重大工程設計充分考慮溝道生態安全保障需求，整體設計、布局了相應的工程措施和生物措施[8]：通過布設壩系建設工程、溝道排洪工程以提升流域防洪能力；在田間的土地平整工程中布設排堿溝以防止土壤鹽堿化；通過布設溝頭治理工程、坡面防護工程、切坡護溝工程實現自然坡面、人工邊坡、溝頭的綜合治理，以固坡保土。由此，形成了治溝造地土地整治重大工程的技術體系，著力實現溝頭、溝底、溝坡及梁坡面的全方位防護，在優化土地利用結構同時，有效改善了研究區域生態環境。

3.3.1 土壤侵蝕減少

案例溝道地形復雜，黃土土質松軟，在退耕還林工程實施之前，多年平均土壤侵蝕模數超過10 000 t/km2×a。退耕還林工程實施后，侵蝕模數明顯下降。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較弱，且溝道缺乏防護設施，溝道侵蝕依然較大。根據治溝造地項目的總體工程設計：在流域內退耕還林效果欠佳的側溝梁峁坡面適當布設喬灌草植物防護，并對開挖坡面、壩體埂坎、田間道路營造植被防護體系，目前溝道林草覆蓋率接近80%，顯著減少了坡面來水來沙；通過閘溝造地，溝道底部的侵蝕明顯減少，常規降雨下的少量泥沙主要蓄積在攔洪壩內，出溝的水沙量顯著下降。

基于USLE模型對該流域治溝造地前后（2010和2016年）土壤侵蝕情況進行初步模擬（圖4）。2010年平均土壤侵蝕量為4105 t/(km2×a)，微度、輕度、中度、強度侵蝕、極強度侵蝕和劇烈侵蝕區域分別占流域總面積的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蝕量下降至1 833 t/km2×a，六類侵蝕區域的面積占比變為43.60%、30.62%、19.36%、4.06%、1.72%和0.63%。土壤保持率（土壤保持量占潛在土壤侵蝕的比例）維持在90%以上，且由93.42%增加到95.50%。

圖4 案例流域土壤侵蝕情況模擬結果

農戶感知與采用USLE模型估算的土壤侵蝕變化趨勢基本一致。受訪的12個農戶對植被改善情況和水土保持情況給予高度認可：9個農戶認為植被狀況明顯改善（李克特量表中的最高等級，計5分），3個農戶認為有所改善（次高等級，計4分）；10個農戶認為水土保持情況明顯改善（最高等級，計5分），2個農戶認為有所改善（次高等級，計4分）。

3.3.2 防洪能力提升

治溝造地工程措施按照治溝先治水的理念，充分考慮黃土高原丘陵溝壑區降雨和災害的區域特征，注重攔洪、蓄水、排洪、灌溉“四位一體”水利設施配套建設。根據壩系建設規劃，流域內主溝道溝頭處新建骨干攔洪壩1座，其下分段設計攔洪壩4座，累計庫容超過260萬m3。在攔洪壩有效攔蓄泥沙、洪水基礎上，進一步修筑溢洪道，開挖排洪渠，確保溝道有效攔水、適度蓄水、安全排洪。通過壩系建設，顯著增強了溝道防洪能力。2013年以來，經歷多次極端暴雨過程，壩系均充分發揮了防洪作用，確保了溝道防洪安全。受訪的12個農戶對溝道防洪安全也給予了正面評價，7個農戶認為防洪安全狀況明顯改善（最高等級，計5分），3個農戶認為有所改善（次高等級，計4分），2個農戶認為基本沒變（中間等級，計3分），平均得分達4.4分（滿分5分）。

3.3.3 存在局部風險

治溝造地工程使得流域整體生態環境改善，但由于黃土的濕陷性特征、工程的后期管護不足及極端天氣事件等因素，局部仍然存在生態隱患（圖5）。結合流域考察和入戶調查反映的情況，主要問題體現在：①由于土體重力作用、黃土濕陷性及侵蝕風化等因素，部分開挖邊坡出現黃土滑塌，少數人工開挖邊坡的退臺出現局部崩塌、滑塌、濕陷；②個別壩體下方的田塊由于水位提高、排水不暢，出現局部鹽堿化現象，影響了耕種；③近年來極端暴雨事件增多，如2013年7月的延安特大洪災、2017年7月的綏德特大洪災，對于溝道防洪安全帶來挑戰。由此，鑒于黃土濕陷特性、后期管護不力、耕地利用不當、極端天氣事件等自然和人為因素，仍需健全溝道巡查機制、工程維護機制，促進溝道土地持續利用、提升溝道生態安全。

注：工程實施近5年來，流域生態安全呈現整體向好發展但局部存在隱患的特點。

3.4 社會經濟系統響應

治溝造地工程促使自然生態系統朝著更加良性的方向演化，同時也對社會經濟系統產生了明顯影響：①農地數量與質量變化。治溝造地工程使得流域人均新增近0.067 hm2集中連片、耕作方便的高標準農田，顯著提高了機械化作業和規模化生產水平，基本實現了玉米的機械化覆膜、播種和收割，農業生產條件得到極大改善。②農地利用與效益變化。由于耕作更為方便，耕地轉入、轉出的情況增多，土地流轉程度明顯提高，流轉租金也從之前的1 500～3 000元/公頃，增加到7 500～12 000元/公頃。③農戶生計與收入變化。農戶從事農業生產后的剩余時間增多，兼業化現象更加普遍，從事多種經營和外出務工的人員數量明顯增多，流域內常住人口下降約60%。

但是，農業種植結構與效益仍存在一些問題：①種植結構單一，仍以種植玉米為主，效益不高，對關于在“鐮刀彎”地區調減玉米種植規模的政策要求落實不到位；②2016年以來，在政府的主導下進行農業結構的調整，嘗試種植油葵等作物以營造農田景觀、發展鄉村旅游等，但群眾的參與度不高，效果尚不明顯。此外，關于農戶意愿與現實對照，多數受訪農戶想發展養殖、大棚種植，但由于規模養殖存在環境風險、分散放養又不為政策所允許、大棚種植缺乏政策資金扶持，發展設想目前仍未實現。

3.5 人地系統綜合研判

治溝造地是針對黃土丘陵溝壑區流域系統特征而進行整體優化的地理工程綜合實踐。地理工程的實施直接影響流域人地系統運行。前述分析表明，耕地資源、植被覆蓋、景觀格局、水土流失、防洪能力等均明顯改善，總體的生態安全狀況明顯提升，地理環境系統的承載能力明顯增強（表4）。但相較而言，社會系統響應不足的問題較為突出。目前仍呈現出缺乏能人帶動、等靠要觀念依然普遍的問題，并由此迫使政府繼續采取“自上而下”的方式推動流域社會經濟發展。由于能人、農戶等關鍵參與主體的參與不足，導致發展實踐的成本和風險增加。總體來看，流域內地理環境系統明顯改善，人地系統總體趨于協調，但流域內社會經濟體系尚未適應地理環境系統演化，人地系統結構仍有較大優化空間。由此也說明，流域鄉村轉型發展的潛力巨大，特別是可以充分利用地理工程治理后的資源稟賦、環境承載，深度挖掘發展潛力，著力打造集農業生產、生態保育、旅游休閑、科普教育等為一體的多功能鄉村，實踐黃土高原小流域綜合治理和鄉村振興的創新模式。

表4 流域人地系統綜合研判

Tab.4 Comprehensive evaluation of coupled human-environment system

4 討 論

1）充分認識黃土高原流域人地系統的復雜性。黃土高原溝道系統可理解為由自然生態、資源環境、社會經濟等協同構成的、具有層次結構和整體功能的復雜流域系統。自然生態系統本身具有相應的要素、結構和功能，而由于人類活動對資源環境系統的開發、利用和管理，形成了社會經濟系統與資源環境系統的復雜的交互作用機制。治溝造地土地整治工程通過優化自然生態系統要素、結構與功能，實現了對自然生態系統和資源環境系統的優化、重塑，為進一步的社會經濟系統優化提供了堅實基礎。但從本文的案例研究來看，在對資源環境系統的開發、利用和管理過程中，由于社會經濟系統運行的復雜性，加之流域內廣大農戶的發展基礎薄弱、意識不強、能力不高，進一步決定了這一過程的不確定性，進而形成了工程措施好推進、資源環境易改善、社會經濟難轉型的演化格局特征。由此，溝道土地整治需充分認識工程治理背景下流域系統的復雜性、特殊性和系統性。既要明確水、土、氣、生、人等各類要素在溝道內的穩態閾值、運移規律及相互作用機制，探明制約生態安全的關鍵因素，掌握控制性因素的關鍵狀態參數，社會經濟系統的利益相關者還應當對資源環境系統、自然生態系統由于工程實施而帶來的各類變化做出預判，并給予積極、及時的響應，以更好地實現生態環境的維護、治理和利用。

2）對于黃土高原鄉村振興實踐的啟示。當前，鄉村振興已成為國家重大戰略，正逐漸成為全黨全社會的共同行動[21]。中國當前的鄉村資源環境稟賦特征決定了土地、環境的綜合整治勢必是貫徹落實鄉村振興戰略的重要抓手。深入探究不同類型地區人類活動和社會經濟系統對于土地整治的響應機制、障礙因素對于人地系統的協同演化與持續發展具有積極意義，對于新時期貫徹落實鄉村振興戰略也具有參考價值。從案例流域的多主體訪談來看：①政府工作人員在訪談中大多表示，農戶的發展意愿過于分散且缺乏長遠考慮，部分農戶的“等靠要”思想嚴重，在“眾口難調”的情況下只能政府主導；②村干部在訪談中也表示農戶的想法太多、差別太大，難以整合，而政府主導也有其自身的優勢，村兩委應貫徹落實好政府的發展政策；③普通農戶在問卷調查和訪談中則表示，農民有自己的發展意愿和想法，但苦于缺乏資金且難以得到政府的項目扶持，目前的產業發展行為可能導致“老板富了、老鄉沒富”。由此下去，案例流域的鄉村發展可能陷入困境。因此，結合不同類型地區的鄉村發展主體特征，如何強化和發揮農民的主體作用和政府的調控作用，成為全面推進鄉村振興戰略面臨的新挑戰與新問題。

3）構建可持續的鄉村人地系統治理機制。梳理國內外典型鄉村發展的成功實踐可見：鄉村發展需要公眾參與，形成內生發展動力[22]；政府在鄉村發展中的角色非常關鍵，應不缺位、不越位、不錯位[23-24]；鄉村發展需要能夠將來自社區內部的發展動力和來自市場、政府等的外部動力協同起來，而鄉村精英或能人往往是協同內發動力和外發動力的關鍵主體[22, 25]；鄉村發展需要一定的制度厚度，源自社區的內生制度安排對于鄉村發展意義重大[26-28]。將上述特征與案例流域的鄉村發展困惑進行對照比較，不難發現，案例流域的社會經濟系統響應和鄉村發展的關鍵制約在于缺乏廣泛的公眾參與、缺乏協同內發動力和外發動力的關鍵主體。由此，建議基層政府組織村兩委和農戶及其合作組織著力建立和完善“共同商議-協同推進”的鄉村發展工作機制，建立協作組織、促進公眾參與、提升制度厚度、強化社會資本，進而創新面向綠水青山、優質耕地等資源的共同治理模式，促進流域人地系統協同演化、持續發展與鄉村振興。

5 結 論

1）治溝造地工程驅動案例流域的土地利用結構發生較大變化。優質壩地、喬木林地、水體和農村道路的面積有所增加，其中壩地增加最為顯著，面積占比由2010年的3.07%增至2016年的9.47%，主要由灌木林地、臺地和坡耕地轉入；灌木林地、草地、臺地和坡耕地有所減少，其中灌木林地減少最多，面積占比由51.11%降至46.59%，主要轉化為壩地、喬木林地和臺地。

2）景觀格局指數分析表明，景觀破碎化程度降低，景觀趨于多樣化和均衡化發展，景觀抗干擾能力和生態系統的穩定性得到提升。從生態安全效益來看，流域植被和生態環境明顯改善，土壤侵蝕顯著減少，壩系建設促進流域防洪能力明顯提升。但是，仍然存在局域性的生態隱患，如黃土邊坡局部崩塌、壩體下方個別田塊鹽堿化，而極端暴雨事件增多加劇洪澇災害風險。

3）人類活動對流域地理環境的變化也逐漸響應，表現為農業種植機械化程度明顯提高，逐漸由分散經營向規模經營轉變，農戶兼業化、就業非農化程度提高。但盡管如此，還存在一些亟待解決的突出問題：一是仍以種植玉米為主，結構單一、效益不高；二是政府主導下的農業結構調整，群眾參與度不高、效果尚不明顯；三是缺乏能人以統籌農戶發展意愿、爭取政府項目扶持。

4）案例流域人地系統演化歷程表明，地理環境和人類活動兩個子系統的演化不一定是同步的，治溝造地可以在短期內改變或改善地理環境系統，但人類活動對地理環境系統變化的響應卻具有不確定性和滯后性。特別地，需要村民、村干部、地方政府、企業等發展主體的“共同商議、協同推進”，提升鄉村治理能力，否則難以充分挖掘地理工程措施促進地理環境系統改善帶來的綜合效應。

5）本文以黃土丘陵溝壑區典型流域為例，從土地利用、景觀格局、生態安全、社會響應和綜合研判等角度初步分析了治溝造地工程對流域人地系統演化的影響，對流域鄉村發展也進行了反思。受高分辨率影像資料和時間的限制，仍缺乏多時段與多流域的比較分析、生態安全效應及人地系統影響的綜合模擬研究。這將在后續的研究中予以深化，以更好地認識和優化黃土高原鄉村人地系統。

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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

國家重點研發計劃項目（2017YFC0504701）；國家自然科學基金項目（41571166）

李裕瑞，副研究員，主要從事土地整治與村鎮發展研究。Email：lyr2008@163.com

劉彥隨，研究員，博導，主要從事土地利用、城鄉發展與精準扶貧研究。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，范朋燦，劉彥隨.黃土丘陵溝壑區溝道土地整治對鄉村人地系統的影響[J]. 農業工程學報，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