平凉市水土保持生态修复分区研究

2017-06-15姚西文

中国水土保持 2017年5期

关键词：平凉市分区水土保持

姚西文

(平凉市水土保持科学研究所,甘肃平凉 744000)

平凉市水土保持生态修复分区研究

姚西文

(平凉市水土保持科学研究所,甘肃平凉 744000)

水土保持；生态修复；分区方法；指标体系；平凉

我国地域辽阔、地形起伏，气候的水平地带性和垂直地带性分布明显，不同地区的降水、温度等自然因素差异较大。气候条件的变化使与之相适应的土壤、植被呈地带性分布，形成了复杂多样的土壤类型和植被类型。以平凉市为例构建的水土保持生态修复分区指标体系，采用层次聚类分析法进行了水土保持生态修复分区研究，获得了比较好的结果。

我国地域辽阔、地形起伏，气候的水平地带性和垂直地带性分布明显，不同地区的降水、温度等自然因素差异较大。气候条件的变化使与之相适应的土壤、植被呈地带性分布，形成了复杂多样的土壤类型和植被类型。在人类开发利用自然资源的过程中，自然资源、人口分布的区域性差异，致使自然资源在开发利用过程中的破坏程度及其自我恢复能力不同，使得现状条件下的自然资源差异较原有差异更甚。综合分析构建水土保持生态修复分区指标体系，采用科学合理的方法进行水土保持生态修复分区，对于配置修复措施，促进区域水土保持生态修复具有重要的指导意义。基于此，我们以平凉市为例进行了水土保持生态修复分区方法和指标体系研究。

1 研究区域

平凉市位于甘肃东部，在东经105°20′～107°45′、北纬34°54′～35°43′之间，总面积11 169.7 km2。其东部为泾河流域，面积7 398.7 km2，包括崆峒、泾川、华亭、崇信、灵台五县(区)，属陇东黄土高塬沟壑区；西部为渭河流域，面积3 771.0 km2，包括静宁、庄浪两县，属陇中黄土丘陵区。项目分区研究的范围为平凉市行政区域内的六县一区。

2 构建水土保持生态修复分区指标体系

水土保持生态修复分区是促进生态系统恢复、自然资源合理管理及持续利用的基础，合理的生态修复分区可为生态建设和资源开发管理政策的制定提供科学依据，也可以提高生态系统的服务功能。为了使本项研究的分区结论科学合理、符合实际，在综合分析生态环境特点及其地域相似性和差异性的基础上，根据水土保持生态修复分区原则，结合平凉市各县(区)、各乡镇的实际情况，突出本地区的气候、植被、水土流失、人口、社会经济等自然环境的分异性特点和人类活动强烈程度对生态环境的影响及数据的可得性与可靠性，从自然生态、社会经济和水土流失3个方面结合水土保持生态修复实践，构建了平凉市水土保持生态修复分区的评价指标体系，提出了水土保持生态修复分区的因子，即干燥指数、年均降水量、多年平均陆面蒸发量、高程、土壤侵蚀强度、多年平均径流深、人均耕地、农村人口密度、农民年人均收入等，具体见表1。

表1 平凉市水土保持生态修复分区评价指标体系

3 聚类指标体系赋值

根据表1中的指标分类和指标含义，结合平凉市森林资源调查成果数据(平凉市绿化委员会，2009年)、《甘肃省平凉地区水资源调查评价与水利区划》(平凉地区农业区划办公室，1988年)、《甘肃省平凉市统计年鉴》(2006—2010年)，以及平凉市各县区统计年鉴(2006—2010年)，对分区指标进行赋值(略)。

4 分区的方法选择

水土保持生态修复以植物措施为主、工程措施为辅，植被生长与恢复的速度决定生态修复的效果，而影响植被生长与恢复的因子特别是影响水土保持生态修复效果的因子较多，因此选择科学合理的分区方法，才能使分区结果符合实际，有利于措施配置和操作实施。聚类分析方法[1]可以对多因素及其之间的相似性进行分析，从而研究区域之间的差异，是定量研究事物分类问题和分区问题的重要方法，能够定量确定样本之间的亲疏关系，并按这种亲疏关系程度对样本进行聚类。系统聚类法即层次聚类分析法，是目前国内外常用的一种分区方法，其思路是：先将n个样品各自作为一类，然后规定样品之间的距离及类和类之间的距离，再进行逐级合并，直至所有的样品都成为一类为止。经过分析比较，最终确定采用层次聚类分析方法对平凉市行政区域内的六县一区进行水土保持生态修复分区研究。

5 层次聚类分析法分区过程

5.1 确定分区单位

分区单位为最基本的行政单元即各县(区)所属乡镇，即选取平凉市下辖的泾川、灵台、崇信、华亭、庄浪、静宁六县和崆峒区共102个乡镇，这不仅易于收集整理分析数据资料，还可以保持行政区域(单元)的完整性，也有利于政府部门依据分区方案开展并实施水土保持生态修复工作,将研究成果与生产实践相结合。

分区时，把各分区单位分别以1，2，3，…，102个序数进行标记，分别对应静宁县的1～24、灵台县的25～37、崇信县的38～44、华亭县的45～55、泾川县的56～67、崆峒区的68～84、庄浪县的85～102个乡镇。在分区运算过程中，序号与其对应的乡镇具有相同的意义。

5.2 数据预处理(标准化)

由表1可见，本研究采用的聚类指标的量纲不统一，各指标之间的数值相差悬殊，数据浮动范围较大，直接用这些数据进行聚类，将弱化数值量较小指标对分区的影响，进而影响聚类结果的正确性，所以在分区之前先对聚类指标数据进行标准化处理。

在SPSS 13.0分析软件[2]中通过标准化处理(Z scores)把数值标准化到Z分数。Z分数是从平均数、标准差的总体中抽出一个变量，表示的是此变量的偏差值。由于Z分数分母的单位与分子相同，故Z分数没有单位，变换后的数据均值为0，标准差为1，消去了量纲的影响；当抽样样本改变时，它仍能保持相对稳定性，可以用来比较两个从不同单位总体中抽出的变量值。

假设所有样本表示为

均值表示为

均方差表示为

Sj=

则标准化变换计算公式为

5.3 层次聚类

本项研究样本之间的距离采用聚类分析中使用最广泛的距离——欧氏距离，它倾向于把案例数少的类聚到一起，以发现规模和形状大致相同的类。

样本与小类、小类与小类之间的距离使用离差平方和法，使同一类案例的离差平方和较小，不同类之间案例的离差平方和较大。求解过程是首先使每个案例自成一类，每一步使离差平方和增加最小的两类合并为一类，直到所有的案例都归为一类为止。本研究运用SPSS13.0聚类分析软件进行运算分析。

5.4 层次聚类的分类结果与分析

在保持乡镇行政界线完整性和分区界线连续性原则的前提下,以层次聚类分析得到的水土保持生态修复分区的分类结果为基础，得出平凉市水土保持生态修复分区，共分成5个区。

运用SPSS13.0聚类分析软件运行后得出的结果，我们认为存在一些不合理之处，如个别相同的分区太过零散，不连续，差别过大。考虑到此，结合平凉市各县(区)的行政体系，经济社会发展情况、发展程度，社会经济规划方向及今后的水土保持生态修复措施配置，对聚类分析结果进行了微调与合并,并根据气候、地质地貌和植被特点进行了分区命名，具体结果见表2。这样虽然与聚类结果略有出入，但更切合生态修复分区的行政管理体制，有利于修复措施的配置和实施。