趙 楠 高曉麗 趙世昌 黃嘉羽 范雅君

（1 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)水土保持科學(xué)研究所，山西 太原 030013 2 太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030024 3 太原市杏花嶺區(qū)水務(wù)局，山西 太原 030000 4 內(nèi)蒙古通洋水利水電工程咨詢有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

土地適宜性評(píng)價(jià)是區(qū)域可持續(xù)性發(fā)展研究的必要內(nèi)容，深入開(kāi)展流域土地適宜性評(píng)價(jià)和土地利用限制和驅(qū)動(dòng)力，可以更好地規(guī)劃流域土地利用，并從根本上治理土壤侵蝕和土地不合理利用等生態(tài)問(wèn)題[1]。

20 世紀(jì)初，美國(guó)景觀設(shè)計(jì)師通過(guò)手繪和圖像疊加的方式開(kāi)展了土地適宜性評(píng)價(jià)[2]。隨著計(jì)算機(jī)和“3S”技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，GIS 技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于土地適宜性評(píng)價(jià)[3]。Graaff 等[4]使用3S 技術(shù)，對(duì)斯圖加特某丘陵地區(qū)農(nóng)業(yè)用地土地適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)，指出改良土壤結(jié)構(gòu)和降低土壤水蝕強(qiáng)度，是提高土地生產(chǎn)力和降低水土流失風(fēng)險(xiǎn)關(guān)鍵性措施。Ria 等[5]將層次分析法和模糊數(shù)學(xué)方法嵌入ArcGIS 中，建立了包含12項(xiàng)指標(biāo)的梨種植土地適宜性評(píng)估模型。Zak 等與黃晶晶[6]構(gòu)建了成都彭州市和金堂縣綜合考慮地形和氣象的耕地適宜性評(píng)價(jià)方法。王海軍[7]將Logic 回歸模型嵌套進(jìn)GIS 空間分析中，評(píng)價(jià)了黑河山區(qū)的土地適宜性等級(jí)。張瑋等[8]全面考量了水資源、土壤、氣候和地形等因素，對(duì)棲霞市的蘋(píng)果種植區(qū)土地適宜性進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)。張景華等[9]運(yùn)用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)，開(kāi)展了單因子土地適應(yīng)性評(píng)價(jià)。朱大威等[10]采用層次分析法和多因子加權(quán)疊加法，對(duì)江蘇省蔬菜種植土地適宜性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。Rukhsana 等[11]使用多標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估法和GIS 技術(shù)，對(duì)西孟加拉南部農(nóng)作物土地展開(kāi)的土地適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，水稻、馬鈴薯、檳榔、綠豆中等適宜種植面積分別為22 619.52 hm2、15 240.04 hm2、23 379.55 hm2和23 504.35 hm2。龔亞男[12]等對(duì)安徽省銅陵縣橫沖流域的土地適宜性評(píng)價(jià)表明，流域內(nèi)耕地、園地、牧草地和林地的適宜面積分別為5.317 km2、4.855 km2、2.773 km2和7.41 km2。

晉西南黃土丘陵區(qū)王家溝小流域受復(fù)雜地形的影響，水土流失現(xiàn)象較為嚴(yán)重，土地利用結(jié)構(gòu)不合理。本研究利用流域的降雨量、DEM、土壤類型、土地利用類型和土壤侵蝕強(qiáng)度等數(shù)據(jù)，基于ArcGIS10.2 平臺(tái)構(gòu)建了區(qū)域內(nèi)土地適宜性各評(píng)價(jià)指標(biāo)的屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)加權(quán)和疊加運(yùn)算法進(jìn)行了小流域土地適宜性評(píng)價(jià)，并將水保措施配置原則相結(jié)合，進(jìn)一步提出了小流域各等級(jí)土地適宜性的規(guī)劃方向，是小流域土地利用和決策的有力依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

王家溝小流域位于山西省西南部的呂梁山區(qū)，屬黃河支流三川河的支溝（圖1），流域總面積為9.1 km2。流域氣候?qū)倥瘻貛О敫珊祬^(qū)，具有典型的黃土丘陵溝壑區(qū)地貌，地形破碎且坡度較大，以黃綿土為主要土壤類型，土質(zhì)疏松，年水面蒸發(fā)量為1 844.7 mm，年均降水量為493.5 mm，75%左右集中在7-9 月，暴雨和大雨較多且時(shí)間集中，坡陡流急，降雨能夠在短時(shí)間內(nèi)匯集形成地表徑流，流域內(nèi)水土流失現(xiàn)象較為嚴(yán)重，土壤侵蝕類型為水力侵蝕。

圖1 項(xiàng)目區(qū)范圍

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

降雨量：來(lái)源于山西省水文局提供的2010-2020年雨量站日降雨量值。

土壤類型：來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(tái)，主要有草甸土、黃綿土和淋溶褐土等三種類型。

DEM：來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)中2000 年的DEM 數(shù)據(jù)（分辨率為30 m），利用ArcGIS 軟件對(duì)流域的地貌、坡度和坡向等信息進(jìn)行提取。

土地利用類型數(shù)據(jù)：來(lái)源于太原理工大學(xué)數(shù)據(jù)中心2020 年6 月7 日的GF-1 號(hào)遙感影像，通過(guò)輻射定標(biāo)、大氣校正、正射校正和圖像融合、圖像裁剪等的預(yù)處理[13]，并利用ENVI 軟件對(duì)影像數(shù)據(jù)采用監(jiān)督分類法[14]進(jìn)行土地利用分類，主要為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用土地。

土壤侵蝕強(qiáng)度：利用降雨量、土壤類型、坡度、坡長(zhǎng)和水土保持措施等數(shù)據(jù)，應(yīng)用中國(guó)坡面土壤流失預(yù)報(bào)方程CSLE[15]進(jìn)行計(jì)算，以微度侵蝕、輕度侵蝕、劇烈侵蝕和極強(qiáng)烈侵蝕為主。

2.2 土地適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)與方法

研究選取了土地生產(chǎn)力影響較大的地形地貌、利用方式和侵蝕強(qiáng)度等評(píng)價(jià)指標(biāo)。評(píng)價(jià)結(jié)果運(yùn)用專家評(píng)分法[16]，通過(guò)指標(biāo)量化（表1）、加權(quán)疊加和權(quán)重（表2）等方法計(jì)算得各評(píng)價(jià)單元的綜合得分。本研究采用分辨率為30 m×30 m 的土地為評(píng)價(jià)單元，基于ArcGIS 10.2 建立小流域內(nèi)各評(píng)價(jià)單元的指標(biāo)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)加權(quán)疊加運(yùn)算方法分別得出了各計(jì)算單元的土地適宜性等級(jí)，其中，運(yùn)算值≥4 為高度適宜，3～4 為較適宜，2.4～3 為中度適宜，2～2.4 為勉強(qiáng)適宜，＜2 為不適宜。

表1 土地適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化值

表2 土地適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值

3 結(jié)果與分析

3.1 土地適宜性評(píng)價(jià)

3.1.1 宜農(nóng)地適宜性評(píng)價(jià)

小流域內(nèi)適宜農(nóng)耕的土地最少。由圖2 可知，小流域內(nèi)高度適宜農(nóng)作的土地僅有1.01 km2，占比低至11.11%，該區(qū)域僅出現(xiàn)在流域中部區(qū)，具有地形平坦地、臨近居民、水源豐富、水利設(shè)施完備和生產(chǎn)作業(yè)水平較高的特點(diǎn)；中等宜農(nóng)土地面積為3.43 km2，占比為37.73%，該區(qū)域具有土地平坦、微度水土流失和土地生產(chǎn)力較好的特點(diǎn)，但農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力被水源條件不便所限制；勉強(qiáng)適宜農(nóng)作的土地面積為2.64 km2，占比為29%，該區(qū)域主要為臺(tái)地、緩坡、低山和丘陵地，易受土壤水分和土壤侵蝕所影響，可通過(guò)梯田建設(shè)將其開(kāi)墾為農(nóng)田，作為今后各耕地資源。

圖2 宜農(nóng)地適宜性的評(píng)價(jià)等級(jí)

3.1.2 宜林地適宜性評(píng)價(jià)

流域內(nèi)高度宜林的土地面積相對(duì)較大。宜林地適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果（圖3）顯示，流域內(nèi)高度適宜林地種植面積為6.37 hm2，占比為70.04%，主要分布于地形平坦、輕度土壤侵蝕、易開(kāi)發(fā)和土質(zhì)較好的區(qū)域，可大力建設(shè)水土保持防風(fēng)林，增強(qiáng)該區(qū)域的防風(fēng)固土、調(diào)節(jié)降水和抗水土流失能力；中度適宜林地種植面積為2.53 km2，占比為27.80%，主要分布于地形起伏劇烈、土壤貧瘠和劇烈水土流失的區(qū)域，應(yīng)在現(xiàn)有林地的基礎(chǔ)上配設(shè)工程措施以達(dá)到改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境的目的；勉強(qiáng)宜林土地面積為0.19 km2，占比為2.14%，主要分布于地形變化較小、土質(zhì)良好、水源豐富、水利設(shè)施較完備和生產(chǎn)作業(yè)水平較高的區(qū)域，多適用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居住。

圖3 宜林地適宜性的評(píng)價(jià)等級(jí)

3.1.3 宜牧地適宜性評(píng)價(jià)

由圖4 可知，小流域高度宜牧地面積最大。高度適宜牧作土地面積為8.67 km2，占總小流域面積的95.30%，該區(qū)域草質(zhì)較好但覆蓋度較低，但受劇烈地形起伏的影響，流域內(nèi)水土流失現(xiàn)象較嚴(yán)重，不適宜林地生長(zhǎng)，更適宜牧草的生長(zhǎng)；流域內(nèi)中度適宜牧作土地面積為0.43 km2，占總小流域面積的4.70%，該部分土地由于較差的草質(zhì)和立地條件，水土流失現(xiàn)象多，應(yīng)通過(guò)工程措施以加強(qiáng)草場(chǎng)的抗風(fēng)蝕沙化和退化的能力。

圖4 宜牧地適宜性的評(píng)價(jià)等級(jí)

此外，有少量位于極陡坡的不適宜地，植被生長(zhǎng)嚴(yán)重受限，該地區(qū)可通過(guò)適當(dāng)?shù)耐恋馗牧挤绞竭M(jìn)行規(guī)劃和使用。

3.2 小流域土地的利用和規(guī)劃

根據(jù)水土保持措施的規(guī)劃原則[17]和土地適宜性的評(píng)價(jià)結(jié)果，分析了王家溝小流域不同土地適宜性地塊的土地利用和規(guī)劃方向。

適宜農(nóng)作區(qū)的主要措施為修設(shè)水平梯田，主要選擇在臨近居民點(diǎn)，水源豐富、水利設(shè)施完備的區(qū)域。農(nóng)田多布置于地形條件變化較小和立地條件較為優(yōu)越的地方；而梯田主要適于修建在小于25°的梁峁坡部位，在15°以上和10°以下的坡面上，梯田田面寬度分別宜為5～7m 和10～20 m；在地形變化較小、侵蝕較弱和土地生產(chǎn)潛力受限制的區(qū)域，可通過(guò)配設(shè)水保措施將其開(kāi)墾為農(nóng)田。

適宜林地區(qū)的主要措施為構(gòu)建水土保持林。在地形較平坦、侵蝕強(qiáng)度中等、易開(kāi)發(fā)和土質(zhì)較好的區(qū)域可大力實(shí)施水土保持林，在土壤貧瘠和水土流失較嚴(yán)重的區(qū)域，應(yīng)當(dāng)在現(xiàn)有殘次林的基礎(chǔ)上配設(shè)水保工程措施，可大幅增強(qiáng)該區(qū)域的抗侵蝕能力[18]；在8°～20°和大于20°的坡度范圍內(nèi)分別適宜實(shí)施水平條和配置魚(yú)鱗坑。其中，在小于25°的陽(yáng)坡上推薦種植楊樹(shù)、山杏、刺槐、山核桃等經(jīng)濟(jì)林，在陰坡上主要推薦有榆樹(shù)和楊柳等[19]；在陡坡或其他立地條件較差的地方適宜種植抗旱的灌木，如荊條、柏樹(shù)和油松等[20]。

適宜放牧區(qū)的主要措施為人工種草。在坡度較陡的區(qū)域種植苜蓿草，在立地條件較差、植被蓋度較低和土壤水分較差的區(qū)域需采取封禁措施，并嚴(yán)格制定封禁措施的面積，兼具防治土壤流失和提高牧草產(chǎn)量的作用[21]。

4 結(jié)論

流域內(nèi)土地存在明顯的差異，小流域內(nèi)高度宜農(nóng)地占比僅為11.11%，農(nóng)田利用受限；高度宜林地占比為70.04%，需大力營(yíng)造水土保持林；高等宜牧地的占比為95.30%。不適宜造林的土地可開(kāi)發(fā)為牧地，可通過(guò)配設(shè)封禁措施以促使天然牧草地得以自然恢復(fù)；此外，小流域中還存在部分不適宜地，所占面積比例小于5%，其潛在適宜性和潛在生產(chǎn)力較強(qiáng)，可經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)耐恋馗牧己蟀赐恋嘏渲眉肮芾碚哌M(jìn)行規(guī)劃使用。