縣南溝流域水土保持技術適宜性評估

趙曉翠, 王繼軍,, 喬 梅, 韓曉佳, 李 玥

(1.西北農林科技大學 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 2.中國科學院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100)

為了減少水土流失，改善生態環境，我國先后采取了一系列水土保持措施，目前已經取得了巨大成效。據水利部資料顯示，截至2014年年底，全國累計完成水土流失綜合治理面積111.61萬km2，其中小流域綜合治理面積達到35.81萬km2。近3年來，水土流失治理面積共完成了16.9萬km2，水土流失綜合治理竣工小流域共有5 099條[1]。

在水土流失治理過程中，水土保持技術作用顯得尤為重要，水土保持技術的實施，不僅顯著改善了生態環境，而且對當地的經濟、社會發展都產生了較大影響。因此，關于水土保持技術及相關問題的研究從未間斷。其中，在水土保持技術評價方面，主要關注點集中在效益評價[2-10]、部分適宜性評價[11-13]等，這些研究雖然為水土保持技術的選擇和水土流失的治理提供了參考依據。但是還存在評價體系不全面、對于水土保持技術本身、應用效果、推廣潛力等方面的綜合評價研究甚少等問題，導致不同區域在水土保持技術選擇方面的適配度降低。因此，如何科學合理地評估水土保持技術，是目前水土保持技術研究工作中迫切需要解決的問題，同時這一問題的解決有助于進一步優化水土保持技術體系以及合理配置水土資源。

縣南溝流域是黃土高原丘陵溝壑區的典型代表流域，也是退耕還林工程的試點流域，在水土流失治理和水土保持技術應用中具有一定的代表性。因此，以縣南溝流域為例，針對水土保持技術屬性、應用過程、應用效果等方面的綜合評估問題，利用課題組構建的水土保持技術評價指標體系，運用層次分析模型和Logistic回歸模型等對流域內水土保持技術體系進行評估，旨在為流域內水土流失治理方面技術的選擇提供參考。

1 研究區概況

縣南溝流域位于陜西省安塞縣沿河灣鎮，東經109°12′12″—109°22′12″，北緯36°41′24″—36°46′12″。流域內梁峁起伏、地形破碎，流域面積50.64 km2；該流域年降水量為500～550 mm，降雨分配不均，主要集中在7—9月，年平均氣溫8.8℃，在氣候上處于半干旱向半濕潤過渡區。流域內土壤以黃綿土為主，其次為黑壚土，而淤積土和紅膠土面積則相對較少。縣南溝流域包括3個行政村中的17個村民小組，寨子灣(皮塔村、寨子灣、桑塔村、孫岔村、何塌村)，方家河(張坪村、崖堯村、窯灣村、灰條咀、社科村、方家河村、黃柏梁村、永豐堯村、畔坡山村)，沿河灣鎮后街(磚窯溝村、朱鳳臺村、新莊洼村)。該流域2017年有753戶，共2 529人，人均年收入8 356元。流域內主要產業為種植業、林果業、棚栽業、畜牧業。

目前的水土保持技術體系為：壩地/梯田+壟溝種植+地膜覆蓋+輪作(<5°)、(機修)寬幅梯田/窄條梯田+果樹、魚鱗坑/窄條梯田/反坡梯田+生態林(15°～25°)、封禁(15°～25°)、封育(>25°)。

2 研究思路與方法

2.1 研究思路

針對水土保持技術評估中偏重于效益和單項技術評價的現實，以水土保持技術本身屬性、應用過程、應用效果相耦合為主線，參考課題“生態技術評價方法、指標與評價模型開發”已形成的評估體系。構建科學合理的評價指標，研發評價模型，潛變量與顯變量同時進行評估，相互印證。基于以上思路，以縣南溝流域為例，通過調查、收集資料，對流域內水土保持技術體系進行歸類，利用課題組構建的水土保持技術評價指標，并對各指標進行解譯，得到評分標準，運用層次分析模型和Logistic回歸模型相結合進行評估。揭示技術本身與應用過程之間的關系。

2.2 研究方法

2.2.1 數據來源 分析過程中所用到的數據來源于2018年8月農戶調查，農戶調查采取隨機抽樣法，調查區域覆蓋縣南溝流域3個行政村中的16個村民小組。調查方式采取與農戶面對面問答法。調查內容包括：家庭基本情況、退耕規模、退耕還林前后農民的耕地面積、糧食產量情況、收入變化情況、水土保持技術使用情況、水土保持技術發展過程、水土保持技術實施前后的感性認識等。調查持續半個月，每戶大約1 h，共調查20戶，有效問卷18戶。

2.2.2 指標體系構建及評分標準 借鑒課題“生態技術評價方法、指標與評價模型開發”的相關研究成果，選取技術成熟度、技術應用難度、技術相宜性、技術效益以及技術推廣潛力5個指標作為水土保持技術評估的一級指標，選取技術完整性、技術穩定性、技術先進性等14個指標作為水土保持技術評估的二級指標，選取技術結構、技術體系、地形條件適宜度、氣候條件適宜度等29個指標作為水土保持技術評估的三級指標。通過與專家多次討論，解譯指標并給予評分標準(表1)。

2.2.3 評價模型 通過建立的評價指標體系，根據課題組已有的研究，基于一級、二級指標的水土保持技術評價模型為層次分析模型；基于三級指標的水土保持技術評價模型為Logistic回歸模型[14]。

表1 水土保持技術指標及量化標準

續表1

一級指標自定義方法二級指標自定義方法三級指標自定義方法x3技術相宜性不合適(1分);不完全適合(2分);適合(3分);比較適合(4分);完全適合(5分)x34政策、法規相宜性技術應用需要的政策、法律條件與實施區域政策法律少數配套(1分);技術應用需要的政策、法律條件與實施區域政策法律部分配套(2分);技術應用需要的政策、法律條件與實施區域政策法律大部分配套(3分);技術應用需要的政策、法律條件與實施區域政策法律基本配套(4分);技術應用需要的政策、法律條件與實施區域政策法律完全配套(5分)x341政策配套程度x342法律配套程度幾乎不配套(1分);少數配套(2分);部分配套(3分);基本配套(4分);完全配套(5分)幾乎不配套(1分);少數配套(2分);部分配套(3分);基本配套(4分);完全配套(5分)x4技術效益效果不明顯(1分);效果一般(2分);效果較好(3分);效果良好(4分);效果非常好(5分)x41生態效益技術實施對生態環境改善效果不明顯(1分);技術實施對生態環境改善效果一般(2分);技術實施對生態環境改善效果較好(3分);技術實施對生態環境改善效果良好(4分);技術實施對生態環境改善效果非常好(5分)x411土壤侵蝕模數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經濟效益技術實施對經濟增長的貢獻效果不明顯(1分);技術實施對經濟增長的貢獻效果一般(2分);技術實施對經濟增長的貢獻效果較好(3分);技術實施對經濟增長的貢獻效果良好(4分);技術實施對經濟增長的貢獻效果非常好(5分)x421人均純收入x422糧食單產[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社會效益技術實施對社會公共利益和社會發展的貢獻效果不明顯(1分);技術實施對社會公共利益和社會發展的貢獻效果一般(2分);技術實施對社會公共利益和社會發展的貢獻效果較好(3分);技術實施對社會公共利益和社會發展的貢獻效果良好(4分);技術實施對社會公共利益和社會發展的貢獻效果非常好(5分)x431區域農戶應用和發展理念x432輻射帶動程度(作用)基本上無變化(1分);部分變化(2分);總體上有變化(3分);較大變化(4分);很大變化(5分)小(1分);較小(2分);中等(3分);較大(4分);大(5分)x5技術推廣潛力小(1分);較小(2分);中等(3分);較大(4分);大(5分);x51技術與未來發展關聯度技術與未來發展趨勢的關聯程度小(1分);技術與未來發展趨勢的關聯程度較小(2分);技術與未來發展趨勢的關聯程度中等(3分);技術與未來發展趨勢的關聯程度較大(4分);技術與未來發展趨勢的關聯程度大(5分)x511生態建設需求度x512經濟發展需求度小(1分);較小(2分);中等(3分);較大(4分);大(5分)小(1分);較小(2分);中等(3分);較大(4分);大(5分) x52技術可替代性現使用技術非常容易被其他同等效果技術替代(1分);現使用技術比較容易被其他同等效果技術替代(2分);現使用技術容易被其他同等效果技術替代(3分);現使用技術不易被其他同等效果技術替代(4分);現使用技術不能被其他同等效果技術替代(5分)x521優勢度x522勞動力持續使用慣性低(1分);較低(2分);中等(3分);較高(4分);高(5分)效益相當的技術仍愿意放棄該技術(1分);效益稍大時放棄該技術(2分);感覺效益較大時放棄該技術(3分);有相對環保的新技術但主觀感覺效益差不多仍沿用該技術(4分);有較大效益時沿用該技術(5分)

基于一級指標對水土保持技術評價的模型為：

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

基于二級指標對水土保持技術評價的模型為：

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

基于三級指標對水土保持技術評價的模型為：

3 結果與分析

3.1 水土保持技術評價等級確定

參考已有的研究[15]，確定了5級量度標準作為縣南溝流域水土保持技術總體評價等級標準(表2)。區間量度值范圍為(0，5]。

3.2 水土保持技術評價

基于對數據的處理以及模型的利用，計算得出了水土保持技術指標值(表4)和綜合評價結果(表3)。

表2 水土保持技術評價等級及自定義方法

表3 縣南溝流域水土保持技術綜合評價結果

由表3—4所知，無論是基于一級指標計算結果、二級指標計算結果、三級指標計算結果，y值都處于適宜范圍之內，一、二、三級指標計算結果基本一致，驗證了指標體系的合理性。通過對現實情況的調查與了解，與計算結果相符。

表4 水土保持技術指標值

近20年以來，縣南溝流域水土保持技術體系不斷完善，水土流失治理效果不斷提升。這一良好成果得益于水土保持技術本身與應用過程的耦合協調發展。就水土保持技術本身而言，目前，該流域所應用的技術要素都已具備，結構配置比較完善，變動彈性較小，可使用年限較長。對技術成本和文化程度的要求較低，大多數農民可以接受并且獨立完成。所采用的技術總體上適合區位特征，并能夠有效發揮作用。在技術的應用方面，效益一直是人們關注的焦點，一項技術的使用，都會依據當時國家的方針政策、當地社會經濟發展、科學技術發展水平、群眾的人文素質等而選擇。技術的主要目標就是為了促進區域內生態、經濟、社會的發展，技術效益也是技術應用最直觀的表現。在效益很好發揮的基礎上，人們將會把重心轉移到推廣方面，根據國家政策、區域規劃建設等，在技術比較利益、可替代性等方面的基礎上，圍繞技術未來的發展方向，篩選、集成適合該流域的技術，形成可適化的技術體系。

對表4作進一步分析，可以看出：分值最高的是技術相宜性。其中立地相宜性的影響程度最大，一項技術使用之前，優先考慮其相宜性，必須適合區位特征、地形地貌、自然條件等，其次考慮經濟發展、社會需求等。縣南溝流域土地按照宜林、宜牧、宜農區進行規劃，采取了山上緩坡修梯田，溝道建淤地壩、陽坡建果園、棄耕坡地種草的辦法，不僅提高了土地的合理利用率，同時也提高了勞動生產率。因此，合理配置水土保持技術，才能使技術發揮其應用的功效。技術推廣潛力的分值最低，導致其分值偏低的主要因素是生態建設需求度，原因是流域生態治理已經達到一定程度，在流域未來建設方面，生態需求度較低，這一結果雖低，但并不能說明技術在推廣潛力這一方面的適宜性較弱，事實恰好反映了流域水土流失治理效果很好，生態環境大幅度改善，因此，導致目前的需求度較低。相反，經濟需求度較高，根據實際調查情況，水土保持技術實施后的大量林草資源未被有效利用，沒有實現其帶來的經濟價值。這一結果提醒我們在技術適宜的條件下，需要加強流域經濟建設強度，提高流域內涵治理。技術實施前，政府部門統一組織對實施者進行技術培訓，并且在應用方面給予相應的補貼。技術應用后，生態效益明顯大于經濟效益和社會效益，與初始選擇水土保持技術時的理念一致，即首先滿足生態治理的需要。水土保持技術的實施，改善了流域生態環境，減少了水土流失、調節了當地氣候，間接提高了農業生產建設。并且改變了以糧食作物為主的單一的耕作模式，同時解放了勞動力，家庭收入來源的多元化使農民收入增加。加之國家給予的生態補償，導致農民對于保護生態環境的意識提高，水土流失治理的成果也得以保持。據已有的研究結果，2013年縣南溝流域退耕還林(草)取得的生態效益總價值超過流域內農民總收入的3倍[16]。技術成熟度的分值不是很高，是由于技術使用年代已久，區域目標需求發生變化，領先和創新程度相對較低，已不能適應流域產業的快速發展，導致目前所應用的水土保持技術已不能滿足流域發展需求，因此，技術成熟度分值偏低。

通過查閱相關文獻及和農戶的交談，明確目前該流域水土保持技術處于適宜狀態的動因。主要原因是20世紀30年代之前，該流域森林、草地覆蓋率達90%以上，相較于其他流域而言，生態經濟系統比較穩定，人們能夠自給自足，因此只需要采用一些簡單的耕作方式(輪作技術等)來滿足自身生活需求即可。20世紀30—70年代，由于人口的不斷增加和其他因素的影響，致使流域內植被大面積遭到破壞，生態系統退化，水土流失嚴重[17]，同時也制約著經濟的發展。20世紀80—90年代初期，人們生活貧困，針對廣種薄收這一問題，相關部門和科研單位建設試驗基點，堅持以基本農田建設為主，所采用的水土保持技術有人工梯田技術、淤地壩技術、水平溝耕作技術、壟溝耕作技術，力求發展為少種高產多收。1999年開始，縣南溝流域實施了退耕還林工程，主要以生態建設為主，經濟建設為輔，25°以上的坡耕地全部退耕還林還草，所采用的水土保持技術有植樹種草技術、梯田優化技術、封育技術、魚鱗坑技術，同時水平溝耕作技術等由于適宜地形被改造的因素而被摒棄。21世紀以來，生態文明建設、鄉村振興、美麗中國等成為新的發展戰略目標，政府部門極力推廣發展果樹產業，爭取提高經濟效益與恢復植被改善生態環境同步，勢必將生態、經濟、社會效益三者結合起來同步發展。因此，隨著目標需求的變化，水土保持技術需要不斷更新、完善。

4 討論與結論

應用課題(2016YFC0503702)已形成的水土保持技術評估體系，通過對縣南溝流域水土保持技術體系適宜性的測算，結果表明：縣南溝流域水土保持技術適宜性為4.1(基于一、二、三級指標下測算結果分別是4.167 1，4.105 7，4.094 7)，已進入最高等級，為“適宜”狀態，其中技術相宜性最高，在技術相宜性中，立地相宜性較高，這與專家的判斷一致。反過來說，在水土保持技術選擇時，首先應滿足技術的相宜性，可考慮將技術相宜性作為一票否決指標。

目前，縣南溝流域水土保持技術體系適宜性雖已進入最高等級，但只有4.1，尚有進一步提升的空間，在今后的發展過程中，需要根據新時代背景下的新需求，研發新的水土保持技術，并進一步優化水土保持技術體系。

測算結果與實際調查數據相符，驗證了課題(2016YFC0503702)所建立的評估體系的合理性，同時，與目前偏重于實施效果評價、單一適宜性評價相比較，課題(2016YFC0503702)所設置的評估體系更能揭示水土保持技術選擇和應用的本質。