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該優先安排坡改梯等問題，為坡改梯生態工程建設和優化農業生產空間等提供科技支撐，從社會、經濟、空間等方面考慮，選擇人口分布、經濟發展水平、道路可達性、距現有宜耕地距離等影響因子，構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化方案。結果表明：研究區坡改梯需求總體上表現為南部高于北部、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、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;可根據坡改梯目的、投資規模、工期等按“適宜性+”的方式選擇優化方案，如從規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先實施坡改梯的區域。

關鍵詞：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 ? 文獻標志碼：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受惡劣自然條件限制，耕地大多為坡耕地，宜耕種農田與居民需求不匹配問題非常突出。2019年9月18日，習近平總書記在黃河流域生態保護和高質量發展座談會上指出，黃河中游有條件的地方要大力建設旱作梯田[1]。梯田具有改善土質、提高土地生產力的作用[2]，坡改梯（即把坡耕地改造為梯田）是黃河中游地區提高耕地質量、優化生產環境的重要手段，可促進黃河中游地區農村產業結構調整和產業鏈延長，進而助推農業可持續發展，尤其是近年興起的寬幅梯田建設，因其便于現代化機械設備作業、宜種植高效益經濟作物而成為推進鄉村振興戰略、打贏精準脫貧攻堅戰的一個重要抓手。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，此前有關坡改梯的研究主要針對梯田的作用[3-6]和設計[7-9]等，缺乏基于居民需求的坡改梯空間優化研究，因而無法回答哪些地方對坡改梯的需求最高、哪些地方應該優先安排坡改梯等問題。筆者依據已有研究成果和實地調查，基于人口分布、經濟發展水平、道路可達性、距現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，并進行坡改梯適宜性分析，再以無定河流域陜西省部分為例進行了評價研究，以期為坡改梯生態工程建設和優化農業生產空間等提供科技支撐。

1 研究區概況

無定河是黃河中游的一條典型支流，發源于白于山北麓，因其流量、深淺、清濁不定而得名，其干流流經定邊縣、靖邊縣、烏審旗、橫山區、米脂縣、綏德縣，于清澗縣境內匯入黃河，流域面積約3.03萬km2。由于無定河流域內蒙古部分基本為平緩風沙區，坡耕地極少，因此將研究區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），研究區面積約2.16萬km2，屬黃土丘陵溝壑區，自然條件惡劣、水土流失嚴重，宜耕土地不足，坡耕地分布廣泛。研究區礦產資源豐富，近年來以煤炭、石油和化工等為代表的第二產業發展迅速，推動了農村人口向第二產業和城鎮的遷移。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源及處理

坡耕地、宜耕地（平地、梯田等）、道路等數據根據2017年高分一號和資源三號高分辨率遙感衛星影像經人機交互解譯獲得。DEM數據采用分辨率為30 m的ASTER GDEM 數據，源自中國科學院計算機網絡信息中心地理空間數據云平臺。2015年人口和GDP數據源自中國科學院地理科學與資源研究所資源環境數據云平臺，是在分行政區統計基礎上，綜合考慮土地利用、夜間燈光亮度、居民點密度、行政區GDP等因素，利用多因子權重分配法展布數據到空間格網上獲取的。

坡改梯需求度各影響因子的權重采用問卷調查法確定，共在榆林和延安2市發放調查問卷150余份，收回有效調查問卷126份，經統計分析，確定各因子權重結果為人口分布0.38、經濟發展水平0.12、道路可達性0.31、距現有宜耕地距離0.19。

利用ArcGIS軟件的空間分析計算工具將人口分布、GDP等空間數據分別進行歸一化處理;為便于分析計算并保證精度，將所有空間數據均重采樣為10 m分辨率柵格數據再進行分析計算。

2.2 耕地坡改梯適宜性評價方法

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》規定，25°以上陡坡地禁止開墾種植農作物，5°以上坡地種植農作物應采取水土保持措施。研究區屬干旱半干旱氣候區，水資源短缺是植物生長的主要限制因素，根據相關研究[6-9]和調查，5°～15°是研究區進行坡改梯的適宜坡度區間，5°以下不必進行坡改梯，15°以上一般不宜修建梯田。地面坡度與梯田建設直接相關，是研究區坡改梯最佳田面寬度的主要影響因素，地面坡度為5°～10°時坡改梯最優田面寬度為15～20 m，地面坡度為10°～15°時坡改梯最優田面寬度為10～15 m。部分區域受土壤質地等因素影響，田坎高度受限，最優田面寬度相應減小，應根據土壤類型、質地及建設需求等具體情況在梯田設計和建設時進行優化調整。

將坡改梯需求度模型計算結果與適宜坡改梯的坡耕地空間數據進行疊加分析，采用自然間斷點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，越適宜進行坡改梯。

3 研究區坡改梯適宜性分析

研究區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、橫山區和子洲縣可實施坡改梯的坡耕地較多，達到適合改造總面積的74.37%，而神木市、安塞縣、子長縣、佳縣可實施坡改梯的坡耕地很少，見表1。

3.1 研究區坡改梯需求度分析

各縣（市、區）坡改梯不同需求等級面積統計見表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，總體呈現高需求的態勢。

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、子洲縣、靖邊縣、榆陽區;中級的主要分布在靖邊縣、榆陽區、橫山區，占比達80%;約68%的中低等級和近80%的低等級集中在榆陽區。

各縣（市、區）的需求等級結構顯著不同（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50%，米脂縣的高等級占比接近40%，但佳縣可實施坡改梯的坡耕地總面積極少;有6個行政區的中高等級以上占比達到60%，由高到低依次為子洲縣、米脂縣、清澗縣、子長縣、橫山區、安塞縣;中低和低等級總占比接近及超過50%的行政區從高到低為神木市、定邊縣、榆陽區，其中神木市中低以下占比達90%，榆陽區各等級比例分配相對比較平均。

3.2 研究區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，進一步分析表明研究區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%，研究區坡改梯的總體適宜性較好。

坡改梯適宜性等級也呈現集中分布的特征。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，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）坡改梯適宜性等級結構見表5。按照適宜性等級比例關系，可對各縣（市、區）坡改梯適宜性等級結構作以下劃分：綏德縣為高等級結構，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-中高等級結構，中高等級以上占比超80%;子洲縣、榆陽區為中高等級結構，中高等級占比在65.96%～93.95%之間;子長縣、清澗縣、安塞縣為中-中高等級結構，這兩級占比超過90%;靖邊縣、定邊縣和吳起縣為中-中低等級結構;神木市為低等級結構。上述各類適宜性等級結構中，高、高-中高、中高等級類型的行政區更適宜進行坡耕地改造。

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合理直接影響其成效，而實施方案的選擇往往受到決策者主導意識的影響。在上述適宜性分析的基礎上，綜合考慮坡改梯規模、空間集中程度、需求度等，根據決策的側重點或偏好，可形成以“適宜性+”為依據的多種改造方案（見表6），比如從規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先實施的區域，而神木市、子長縣、安塞縣和榆陽區中北部區域不宜納入優先實施區。

4 結 論

（1）基于居民需求的坡改梯適宜性評價方法，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行定量分析評價，為坡改梯空間布局優化方案的決策提供有益參考。

（2）研究區坡改梯的基礎較好，坡改梯需求較強烈，坡改梯適宜性較強，適宜實施坡改梯。

（3）研究區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、聚集形態以及各行政區的等級結構方面均存在差異。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;適宜性主要呈現斑塊、點狀分布，適宜區域以東北部和西南部最為集中和密集。

（4）從規模、集中程度、需求度和適應性等不同角度來看，坡改梯優勢區域分布差異較大，如：可大規模實施坡改梯的耕地集中在西部和中部，而東北部需求最為強烈;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，制定科學合理的實施方案非常重要，可根據改造目的、投資規模、工期等按“適宜性+”的方式綜合判定最優方案，以提升方案的科學性和可實施性，如從規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先實施的區域。

（5）在進一步的研究中可結合當地土壤、坡度等因素對田坎高度、梯田寬度的限制及建設需求，確定不同的梯田設計和建設方案，并結合不同下墊面情況進一步優化適宜的坡改梯坡度區間。

參考文獻：

[1] 習近平.在黃河流域生態保護和高質量發展座談會上的講話[J].中國水利，2019（20）：1-3.

[2] 李仕華.梯田水文生態及其效應研究[D].西安：長安大學，2010：20-40.

[3] 馬紅斌，李晶晶，何興照，等.黃土高原水平梯田現狀及減沙作用分析[J].人民黃河，2015，37（2）：89-93.

[4] 王彥武，牛莉婷，張峰，等.黃土區高標準梯田生態服務功能及其價值[J].水土保持學報，2019，33（6）：190-196.

[5] 冉大川，趙力儀，王宏，等.黃河中游地區梯田減洪減沙作用分析[J].人民黃河，2005，27（1）：51-53.

[6] 尉遲文思，姚云峰，李曉燕.我國梯田的類型及研究現狀[J].北方農業學報， 2017，45（1）：84-87.

[7] 蔣定生.三川河和無定河流域的基本農田建設述評[J].水土保持研究，1989，3（4）：61-66.

[8] 范興科，蔣定生，趙合理.陜北黃土丘陵區水平梯田最佳田面寬度的優化設計[J].水土保持研究，1996，10（2）：129-135.

[9] 潘起來，牛曉君.土坎水平梯田最優斷面設計[J].青海大學學報（自然科學版），2005，23（2）：22-24.

[10] 孔祥斌，梁穎，秦靜.基于農戶決策行為的耕地質量評價理論與方法構建[J].中國農業大學學報，2010，15（3）：101-107.

[11] 馬建輝，吳克寧，趙華甫，等.我國耕地質量監測指標體系的構建[J].廣東農業科學，2012，39（21）：74-78.

[12] 張煒.坡耕地利用的特色農業可拓研究：以陜北地區坡耕地為例[D].西安：西安建筑科技大學，2012：15-20.

[13] 賀文敏.退耕還林背景下陜北丘陵溝壑區鄉村聚落變遷與發展研究[D].西安：西安建筑科技大學，2014：200-206.

[14] 何超，李萌，李婷婷，等.多目標綜合評價中四種確定權重方法的比較與分析[J].湖北大學學報（自然科學版） 2016，38（2）：172-178.

[15] 李蘭.基于主體價值的城市空間擴展績效研究[D].西安：西安建筑科技大學，2014：114-135.

【責任編輯 張智民】