冯磊，王治国，孙保平，张超，赵岩，钟晓娟

(1.北京林业大学水土保持学院，100083，北京;2.水利部水利水电规划设计总院，100120，北京)

黄土高原水土保持功能的重要性评价与分区

冯磊1，王治国2†，孙保平1，张超2，赵岩1，钟晓娟1

(1.北京林业大学水土保持学院，100083，北京;2.水利部水利水电规划设计总院，100120，北京)

根据黄土高原生态环境特点和水土流失现状，选择水源涵养、土壤保持、蓄水保水、防风固沙、防灾减灾以及农田防护等水土保持功能进行评价。在此基础上进行黄土高原水土保持功能重要性综合评价，评价结果表明:黄土高原地区水土保持功能均处于中等重要以上;其中极重要地区比例最大，占全区面积的80.03%;中等重要地区较少，占全区面积的19.97%。最后根据6个单因子功能重要性评价结果，利用ArcGIS中的空间分析叠加功能，确定黄土高原水土保持功能区划的基本界线，将黄土高原划分为9个水土保持功能区，并提出黄土高原各区的生态保护方向，促使自然生态系统更有效地支持社会和经济的发展，为改善黄土高原生态环境质量奠定基础。

水土保持功能;重要性评价;功能分区;黄土高原

水土保持功能指在水土保持过程中采用的各项措施对保护和改良人类及其社会赖以生存的自然环境条件并促进区域社会经济发展的综合效用［1－2］。水土保持功能重要性评价指针对区域典型生态系统，分析区域水土保持功能分异规律，明确各种水土保持功能的重要区域。水土保持重要性评价的结果将为生态系统科学管理、确定生态保护关键区、制订生态保护和建设的政策提供依据［3］。

黄土高原地区是我国人口、资源、环境矛盾最集中的区域之一，也是世界上水土流失最严重的地区，水土流失面积占全区面积的81.8%［4］。近些年来，黄土高原的水土保持工作已取得了飞速发展，但是当前生态环境状况仍十分严峻。本研究对于黄土高原水土保持功能重要性进行综合评价，具体包括对水源涵养功能、土壤保持功能、蓄水保水功能、防风固沙功能、防灾减灾功能和农田防护功能重要性进行评价，并分析其空间分布特征。根据评价结果，合理划定水土保持功能区，界定区域服务功能，探讨区域防治水土流失、建设良好生态战略途径。

1 研究方法

根据生态服务价值理论，借鉴《生态功能区划暂行规程》［5］、联合国千年生态系统评估和中国西部生态系统综合评估，结合黄土高原自然条件、水土保持措施特点和社会经济条件建立黄土高原水土保持功能评价指标体系和综合定量评价模型，并确定黄土高原水土保持功能，主要包括水源涵养、土壤保持、蓄水保水、防风固沙和防灾减灾、农田防护6方面［6］。根据生态学、水土保持学原理，引入ArcGIS软件校正并数字化各类功能类型专题图，调用聚类分析模块，得到黄土高原水土保持功能分区结果，从而使分区结果的精度得以大大提高，并实现可视化的图形效果。数据来源于2007年DEM遥感影像、黄土高原地区气象站点数据、全国自然地理区划图集和全国气候区划图集等。

1.1 单因子水土保持功能重要性评价

水土保持功能重要性评价是根据区域内生态环境特征以及社会经济状况，分析区域各类水土保持功能及其对区域可持续发展的作用与重要性，并依据其重要性划分不同等级，包括极重要、中等重要、比较重要、一般重要［7］。

1)水源涵养重要性评价。水源涵养功能重要性主要体现在通过林草地拦截地表水、增强土壤下渗、调节径流等作用为江河湖泊和供水水库提供水源［8］;因此，依据《生态功能区划暂行规程》，根据评价地区在区域城市流域所处的地理位置和对整个流域水资源的贡献来评价，评价指标及分级标准见表1。

表1 水源涵养重要性评价指标及分级标准Tab．1 Evaluation index and classification standard of the importance of water source conservation

2)土壤保持重要性评价。土壤保持功能主要体现在通过林冠的截留雨水、腐殖质的透水保水、植物根系的固土等作用减少土壤的流失。由于此功能对山地丘陵区和土壤侵蚀严重区最为重要［7］，因此，可根据评价区域所在的地貌类型、耕地面积比例来评价，评价指标及分级标准见表2。

表2 土壤保持重要性评价指标及分级标准Tab．2 Evaluation index and classification standard of importance of soil conservation

3)蓄水保水重要性评价。蓄水保水功能主要体现在通过水土保持工程措施和林草措施解决干旱缺水地区及季节性缺水严重地区的水资源问题;因此，可根据评价区域的缺水程度以及社会经济条件来评价［9］，评价指标及分级标准见表3。

表3 蓄水保水重要性评价指标及分级标准Tab．3 Evaluation index and classification standard of importance of water storage

4)防风固沙重要性评价。防风固沙功能主要体现在通过水土保持林降低风速、植被根系固沙紧土和改良土壤等作用防沙治沙、防治沙尘暴［10］;因此，可根据评价区域的气候条件和沙地面积比例来评价，评价指标及分级标准见表4。

5)防灾减灾重要性评价。防灾减灾功能主要体现在防治山洪、泥石流、滑坡等地质灾害的发生，防灾减灾的重要性主要体现在区域地质灾害发生的可能性和灾害发生的危险性，并根据地质灾害危险性评估技术要求，将区域地质灾害类型以及地质灾害危害程度作为防灾减灾功能评价指标［11］。评价指标及分级标准见表5。

表4 防风固沙重要性评价指标及分级标准Tab．4 Evaluation index and classification standard of importance of sand－fixing

表5 防灾减灾重要性评价指标及分级标准Tab．5 Evaluation index and classification standard of importance of disaster prevention and mitigation

6)农田防护重要性评价。农田防护功能主要体现在水土保持设施在农业生产区的保护农田，改善农田小气候，减轻风、沙、水、旱等自然灾害的作用;因此，将耕地面积比例作为农田防护功能的评价指标。评价指标及分级标准见表6。

表6 农田防护重要性评价指标及分级标准Tab．6 Evaluation index and classification standard of importance of farmland protection

1.2 水土保持功能重要性综合评价方法

在单项功能重要性评价的基础上，采用取最大方法评价法对水源涵养、土壤保持、蓄水保水、防风固沙、防灾减灾和农田防护功能重要性进行综合评价，重要综合指数计算如式(1)，利用地理信息系统软件得到水土保持功能重要性综合空间分布图［12］。

式中:Sij为i种j空间单元水土保持功能重要性综合指数;Si为i种重要性等级值。当多个单项水土保持功能重要性评价分值一样并为最大分值时，只取单个最大值，不重复取值。

1.3 功能分区方法

黄土高原地区水土保持功能分区采用叠置法。水土保持功能分区以重要性评价结果为主，综合考虑自然环境因子，包括气候、地貌、植被、土壤等，即在植被、地貌类型等相关生态环境单要素区划的基础上［13］，结合水土流失特点、土地利用以及遥感影像图，叠置出要素分区界线，从而确定水土保持功能分区的基本界线，并以“地理位置+地貌类型+水土保持功能”的方式命名。

2 评价结果

2.1 黄土高原单因子水土保持功能重要性评价

对黄土高原地区的水源涵养、土壤保持、蓄水保水、防风固沙、防灾减灾和农田防护分别进行单因子评价，并应用地理信息软件绘制相应的专题图(图1)。评价结果表明:水源涵养功能极重要和中等重要区面积为27.37万km2，占总面积的47.7%，主要分布在吕梁山和陇中高原地区;土壤保持功能在黄土高原地区除了北部地区大部分处于中等重要以上，面积为37.25万km2，占总面积的65%;蓄水保水功能均处于比较重要以上，极重要区面积为16.93万km2，占总面积的30%，主要分布在黄土高原的中部，呈带状分布;防灾减灾功能重要性只分为中等重要和比较重要2级，中等重要区面积为26.87万km2，占总面积的46.9%，主要分布在毛乌素沙地、陇中高原和大同地区;防风固沙功能绝大部分处于中等重要以上，极重要区和中等重要区分布比较集中，主要分布在毛乌素沙地地区，面积为20.90万km2，占总面积的36.4%;农田防护功能极重要区主要分布在汾渭平原、河套平原和银川平原，面积为2.92万km2，占总面积的5.1%，中等重要区主要分布在大同、朔州、晋中、汾阳、临汾、固原、铜川等地区，面积为17.79万km2，占总面积的31%。

2.2 黄土高原水土保持功能重要性综合评价

采用最大值法对水源涵养重要性、土壤保持重要性、蓄水保水重要性、防风固沙重要性、防灾减灾重要性以及农田防护重要性进行综合性评价，得到黄土高原水土保持功能重要性综合评价图(图2)。评价结果表明:黄土高原地区绝大部分都是水土保持功能极重要区，面积为46.75万km2，占黄土高原总面积的80.03%;其余部分都为中等重要区，面积为11.54万km2。黄土高原极重要区分布较广，全区各部均有分布，但主要集中在中部的黄土高原沟壑区和北部的毛乌素沙地区。从总体重要性来看，黄土高原绝大部分为极重要区，水土保持在整个黄土高原地区生态保护中都处于重要的地位。

图1 黄土高原各单因子水土保持功能重要性评价图Fig．1 Importance evaluation of soil and water conservation function of single－factor in Loess Plateau

2.3 黄土高原水土保持功能分区

在黄土高原水土保持功能重要性评价的基础上，利用ArcGIS中的空间分析叠加功能，将黄土高原区上述6个单因子功能重要性评价分布图进行叠加，结合黄土高原自然环境特征和其他生态要素分区方案，采取集中连片原则和自下而上的方法调整归并，最后以市县行政单元完整性进行修正，确定黄土高原水土保持功能分区的基本界线，将黄土高原划分为9个水土保持功能区(图3)。结合分区结果和各区的生态环境问题以及水土流失状况，提出黄土高原各区的生态保护方向(表7)。

3 结语

黄土高原是全球水土流失严重区域之一，根据其生态环境特点和水土流失现状，选择水源涵养、土壤保持、蓄水保水、防风固沙、防灾减灾以及农田防护等功能进行评价，并在此基础上进行了黄土高原水土保持功能重要性综合评价。评价结果表明，黄土高原地区水土保持功能极重要区占黄土高原总面积的80.03%，其余部分都为中等重要区。

根据评价结果，利用ArcGIS中的空间分析叠加功能，将黄土高原划分为9个功能区，明确了各水土保持功能特征，并针对不同的功能区，规划其生态保护方向和策略，采取不同的保护措施，使自然生态系统更有效地支持社会和经济的发展，为改善黄土高原生态环境质量奠定基础。

表7 黄土高原水土保持功能分区统计及生态保护方向Tab．7 Statistics of different division of soil and water conservation function in Loess Plateau and its direction of ecological protection

4 参考文献

［1］余新晓，吴岚，饶良懿，等.水土保持生态服务功能价值估算［J］. 中国水土保持科学，2008，6(1):83－86

［2］柳仲秋.水土保持功能研究［J］.科学之友，2010(20):110－111

［3］王治江，李培军，王延松，等.辽宁省生态功能分区研究［J］. 生态学杂志，2005，24(11):1339－1342

［4］宋富强，杨改河，冯永忠.黄土高原不同生态类型区退耕还林(草)综合效益评价指标体系构建研究［J］.干旱地区农业研究，2007，25(3):169－174

［5］生态功能区划暂行规程［EB/OL］.(2003－05－05)［2011－10－26］.http: ∥ www.chinaenvironment.com/view/ViewNews.aspx?k=20030815124423696

［6］闫峰陵，雷少平，罗小勇，等.丹江口库区水土保持的生态服务功能价值估算研究［J］.长江流域资源与环境，2010，19(10):1205－1210

［7］张敏，陈红，蒋鹏.高速公路建设区域生态功能区划方法［J］. 公路交通科技，2010，27(4):137－143

［8］赵运林，黄田，李黎武，等.基于GIS空间分析的生态服务功能重要性评价:以长株潭城市群生态绿心地区为例［J］. 城市发展研究，2010，17(11):125－128

［9］葛美玲，封志明.中国人口分布的密度分级与重心曲线特征分析［J］. 地理学报，2009，64(2):202－210

［10］吴岚.水土保持生态服务功能及其价值研究［D］.北京:北京林业大学，2007

［11］周建伟.汶川县城地质灾害危险性评价研究［D］.成都:成都理工大学，2010

［12］王治江，李培军，万忠成，等.辽宁省生态系统服务重要性评价［J］. 生态学杂志，2007，26(10):1606－1610

［13］马仁锋，王筱春，张猛，等.主体功能区划方法体系建构研究［J］. 地域研究与开发，2010，29(4):10－15

Importance evaluation and regionalization of soil and water conservation function in Loess Plateau

Feng Lei1，Wang Zhiguo2，Sun Baoping1，Zhang Chao2，Zhao Yan1，Zhong Xiaojuan1
(1.College of Soil and Water Conservation，Beijing Forestry University，100083，Beijing;2.Water Resources and Hydropower Planning and Design General Institute，MWR，100120，Beijing:China)

According to the characteristics of ecological environment and soil and water loss situation in Loess Plateau，the importance of soil and water conservation function was comprehensively evaluated，based on the evaluation of water conservation，soil conservation，water storage，sand－fixing，disaster prevention and mitigation，farmland protection and other service function.The results show that soil and water conservation function in Loess Plateau was of importance.80.03%and 19.97%of the total area had the service function with high and medium importance，respectively.According to the evaluation results of importance of six single factor function，using overlay function of spatial analysis in ArcGIS，the basic line of division of soil and water conservation function in Loess Plateau was determined.The Loess Plateau was divided into nine division based on soil and water conservation function，and the direction of ecological protection was put forward for each division，so as to promote the the economic and social development with more effective support of natural ecological system，and lay the foundation for the improvement of the eco－environmental quality of Loess Plateau.

soil and water conservation function;importance evaluation;function regionalization;Loess Plateau

2011－12－19

2012－05－26

国家林业局林业公益性行业科研专项经费项目“南方退耕还林工程建设效益监测评价研究”(201004018);水利部全国水土保持区划研究专项课题“全国水土保持区划方案研究”

冯磊(1987—)，男，硕士研究生。主要研究方向:全国水土保持区划、水土流失重点防治区划。E－mail:fanxing0072006@126.com

†责任作者简介:王治国(1963—)，男，教授，博士。主要研究方向:水土保持规划设计、工矿区水土保持。E－mail:wangzhiguo@giwp.org.cn

(责任编辑:程 云)