全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿源卷 第 员圆期摇 摇 圆园员源年 远月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
中国景观生态学发展历程与未来研究重点 陈利顶袁李秀珍袁傅伯杰袁等 渊猿员圆怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城市景观格局演变的水环境效应研究综述 黄摇 硕袁郭青海 渊猿员源圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
多功能景观研究进展 汤摇 茜袁丁圣彦 渊猿员缘员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
空间形态受限型城市紧凑发展研究要要要以厦门岛为例 黄摇 硕袁郭青海袁等 渊猿员缘愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
紫金山森林公园降温效应影响因素 闫伟姣袁孔繁花袁尹海伟袁等 渊猿员远怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城市公园景观空间结构对其热环境效应的影响 冯悦怡袁胡潭高袁张力小 渊猿员苑怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 韵宰粤的低丘缓坡建设开发适宜性评价要要要以云南大理白族自治州为例
刘焱序袁彭摇 建袁韩忆楠袁等 渊猿员愿愿冤
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生态安全条件下土地利用格局优化要要要以皇甫川流域为例 喻摇 锋袁李晓兵袁王摇 宏 渊猿员怨愿冤噎噎噎噎噎噎噎
新疆玛纳斯河流域 圆园园园要圆园员园年土地利用 辕覆盖变化及影响因素 刘金巍袁靳甜甜袁刘国华袁等 渊猿圆员员冤噎噎噎
基于 郧陨杂和 砸杂的赣江上游流域土地利用动态趋势分析 鲁燕飞袁彭摇 芳袁万摇 韵袁等 渊猿圆圆源冤噎噎噎噎噎噎噎
员怨缘源要圆园员园年三江平原土地利用景观格局动态变化及驱动力 刘吉平袁赵丹丹袁田学智袁等 渊猿圆猿源冤噎噎噎噎
基于斑块评价的三峡库区腹地坡耕地优化调控方法与案例研究 王永艳袁李阳兵袁邵景安袁等 渊猿圆源缘冤噎噎噎噎
贵州省山地鄄坝地系统土地利用与景观格局时空演变 李阳兵袁姚原温袁谢摇 静袁等 渊猿圆缘苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎
中国西南地区土地覆盖情景的时空模拟 李摇 婧袁范泽孟袁岳天祥 渊猿圆远远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于移动窗口法的岷江干旱河谷景观格局梯度分析 张玲玲袁赵永华袁殷摇 莎袁等 渊猿圆苑远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于植被覆盖度的藏羚羊栖息地时空变化研究 赵海迪袁刘世梁袁董世魁袁等 渊猿圆愿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
西南峡谷型喀斯特坡地土壤微生物量 悦尧晕尧孕 空间变异特征 范夫静袁黄国勤袁宋同清袁等 渊猿圆怨猿冤噎噎噎噎噎
峡谷型喀斯特不同生态系统的土壤微生物数量及生物量特征 谭秋锦袁宋同清袁彭晚霞袁等 渊猿猿园圆冤噎噎噎噎噎
长三角地区土地利用时空变化对生态系统服务价值的影响 刘桂林袁张落成袁张摇 倩 渊猿猿员员冤噎噎噎噎噎噎噎
基于视觉廊道的青藏铁路沿线旅游动态景观评价 张瑞英袁席建超袁姚予龙袁等 渊猿猿圆园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 砸杂与 郧陨杂的农村居民点空间变化特征与景观格局影响研究 任摇 平袁洪步庭袁刘摇 寅袁等 渊猿猿猿员冤噎噎噎
生态系统保护现状及保护等级评估要要要以江西省为例 樊乃卿袁张育新袁吕一河袁等 渊猿猿源员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
崇明东滩盐沼植被变化对滩涂湿地促淤消浪功能的影响 任璘婧袁李秀珍袁杨世伦袁等 渊猿猿缘园冤噎噎噎噎噎噎噎
基于气候尧地貌尧生态系统的景观分类体系要要要以新疆地区为例 师庆东袁王摇 智袁贺龙梅袁等 渊猿猿缘怨冤噎噎噎噎
黄土丘陵沟壑区景观格局演变特征要要要以陕西省延安市为例 钟莉娜袁赵文武袁吕一河袁等 渊猿猿远愿冤噎噎噎噎噎
不同干扰背景下农业景观异质性要要要以巩义市为例 张晓阳袁梁国付袁丁圣彦 渊猿猿苑愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
山西高原草地景观的数量分类与排序 张先平袁李志琴袁王孟本袁等 渊猿猿愿远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
山区夏季地表温度的影响因素要要要以泰山为例 孙常峰袁孔繁花袁尹海伟袁等 渊猿猿怨远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
典型岩溶洼地土壤水分的空间分布及影响因素 张继光袁苏以荣袁陈洪松袁等 渊猿源园缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于移动窗口法的豫西山地丘陵地区景观异质性分析 李栋科袁丁圣彦袁梁国付袁等 渊猿源员源冤噎噎噎噎噎噎噎噎
桂西北喀斯特区域植被变化趋势及其对气候和地形的响应 童晓伟袁王克林袁岳跃民袁等 渊猿源圆缘冤噎噎噎噎噎噎
喀斯特与非喀斯特区域植被覆盖变化景观分析要要要以广西壮族自治区河池市为例
汪明冲袁王兮之袁梁钊雄袁等 渊猿源猿缘冤
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不同干扰背景下景观指数与物种多样性的多尺度效应要要要以巩义市为例
董翠芳袁梁国付袁丁圣彦袁等 渊猿源源源冤
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石栎鄄青冈常绿阔叶林土壤有机碳和全氮空间变异特征 杨摇 丹袁项文化袁方摇 晰袁等 渊猿源缘圆冤噎噎噎噎噎噎噎
湘中丘陵区南酸枣阔叶林群落特征及群落更新 易摇 好袁邓湘雯袁项文化袁等 渊猿源远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 砸月云晕的桂西北喀斯特区植被碳密度空间分布影响因素分析 张明阳袁王克林袁邓振华袁等 渊猿源苑圆冤噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿缘圆鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿远鄢圆园员源鄄园远
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 空间发展受限城市的厦门要要要在我国城市化进程中袁中小城市在城镇体系建设中处于中间环节袁起到了联系大城市
和小城镇的作用遥 但是袁每个城市由于发展历史尧社会经济结构尧自然地理形态等因素的不同袁都有其发展的特性袁
这些问题都必须要因地制宜地去把握遥 例如袁厦门岛相对隔离袁没有多余的发展空间袁该城市以居住功能为主袁城市
功能较为单一袁公共服务功能和商业服务功能比例较小遥 研究这样紧凑型的城市发展必须要考虑该城市结构转换
的承受力袁周边社会经济环境以及居民的生活习惯等遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 34 卷第 12 期
2014年 6月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.12
Jun.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金委重大国际合作基金课题 3(41161140352); 重庆市教育委员会科学技术研究项目(KJ080818); 重庆市地理学重
点学科项目(2011)
收稿日期:2013鄄09鄄29; 摇 摇 修订日期:2014鄄04鄄01
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: li鄄yapin@ sohu.com
DOI: 10.5846 / stxb201309292391
王永艳,李阳兵, 邵景安,李源,杨华.基于斑块评价的三峡库区腹地坡耕地优化调控方法与案例研究.生态学报,2014,34(12):3245鄄3256.
Wang Y Y,Li Y B, Shao J A,Li Y,Yang H.Optimizing theory and case studies of cultivated slope land in the center of three gorges reservoir area based on
patch鄄scale land evaluation.Acta Ecologica Sinica,2014,34(12):3245鄄3256.
基于斑块评价的三峡库区腹地坡耕地优化
调控方法与案例研究
王永艳1,2,李阳兵1,2,*, 邵景安1,李摇 源1,杨摇 华1,2
(1. 重庆师范大学地理与旅游学院, 重庆摇 400047;
2. 重庆师范大学地理信息系统应用研究重点实验室, 重庆摇 400047)
摘要:三峡库区腹地坡耕地大量存在,且 >25毅的陡坡耕地实现全部退耕还林难度很大,同时还存在农户自发弃耕撂荒现象。 有
必要深入探讨库区腹地不同地域特征下坡耕地优化调控的理论与方法。 在充分考虑坡耕地的分布现状和未来发展趋势的前提
下,设定了坡耕地优化调控的 6个原则,提出空间优化适宜性评价和农户对坡耕地资源的需求压力数量评价相结合的坡耕地综
合优化调控方法。 选取库区腹地典型流域草堂溪流域进行案例研究。 根据草堂溪流域特点以及坡耕地分布特征,从坡耕地可
达性、生态功能和坡改梯适宜性 3方面选取相关指标作为格局适宜性调控体系,选取耕地压力指数和果园对农户需求的补充能
力作为数量调控体系。 综合优化将研究区坡耕地分为优化利用型、重点整治型、逐步退耕型和优先退耕型 4种类型,结合研究
区坡耕地特点在保持耕地压力不增加、减少陡坡不适宜耕地和土壤侵蚀的前提下设置了 4种退耕情景。 最后根据农户自发撂
荒地的空间分布特征,验证了评价指标体系建立的合理性和正确性。
关键词:坡耕地;斑块尺度;优化调控;三峡库区
Optimizing theory and case studies of cultivated slope land in the center of three
gorges reservoir area based on patch鄄scale land evaluation
WANG Yongyan1,2,LI Yangbing1,2,*, SHAO Jingan1,LI Yuan1,YANG Hua1,2
1 College of Geographical and Tourism, Chongqing Normal University, Chongqing 400047, China
2 The key Laboratory of GIS Application Research, Chongqing Normal University, Chongqing 400047, China
Abstract: The center of the Three Gorges Reservoir area is an ecologically sensitive, economically poorest, and
environmentally fragile region, and hence become a research hotspot for many researchers. There is a large amount of
cultivated slope land (part of them being abandoned by local farmer) in the region and it is very difficult and sometimes
impossible to return the lands with gradient > 25毅 to forests. So, it is necessary to explore the optimization control theory
and methods for the slop land with different characteristics in this region. Cultivated slope land optimization should consider
the demands of local people忆s production and living, and it is also a selection process of the combined efforts of natural
resources, geographical accessibility and socio鄄economic conditions. This paper suggested that the control and optimization
scheme should not only combine the spatial distribution pattern and the ecological functions of cultivated slope land, but
also consider the current distribution and future trends of sloping farmland. In addition, this paper promoted six principles
about how to control and optimize thecultivated slope land, plus the evaluation methods integrating the spatial pattern
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suitability to quantitatively assess farmers demand pressures. By applying the principles and evaluation, this paper chose
Caotangxi watershed, a typical watershed in thecenter of the Three Gorges reservoir area, as a case study. According to the
characteristics of the watershed three indices were selected to evaluate the suitability of the system, namely, the
accessibility, the ecological functions and the feasibility of changing slope land into terrace. The accessibility means the
distance from the settlements roads to the land; the ecological function means the land degradation ( the soil erosion) and
the distance from water and the large forest patches (that is the distance away from the rivers and ecological sensitive area);
while the feasibility from slope land to terrace means the size of the farmland patches, aspect and the slope gradient At the
same time, the pressure index of cultivated land and supplementary capability of orchards to farmer忆s demand were selected
as evaluation indexes of the quantity regulation system. Accordingly, the cultivated slope land of the Caotangxi watershed
were divided into four types, namely, the optimization utilization type, the key consolidation type,the type of gradually
returning (farmland to forest) and the type of preferentially returning, which accounted for 30.5%, 32.9%, 29.7% and
30郾 5% respectively. Finally, at the premise of reducing steep inappropriate cultivated land and soil erosion, this paper
suggested four returning scenarios without increasing the pressure of cultivated land, based on the distribution of abandoned
land of local farmers. The rational and validity were verified according to the indices for these scenarios. The result of this
study provides a theoretical basis for the current cultivated slope land optimization as well as a certain guidance to the
cultivated slope land regulation in the Three Gorges Reservoir area.
Key Words: cultivated slope land; patch scale; optimization and regulation; Three Gorges reservoir area
摇 摇 三峡库区腹地既是三峡移民区,又是生态环境
敏感区,还是全国贫困集聚区[1],也是库区水环境保
护的红区[2],故成为众多学者们的研究热点。 三峡
库区坡耕地面积占耕地面积 70%以上,坡度较大,一
般在 20毅以上,部分县 25毅以上的坡耕地占总耕地的
面积大于 50%[3鄄4]。 关于坡耕地退耕压力和粮食安
全的研究表明三峡库区存在明显粮食安全隐患的地
区主要分布在巫溪、巫山、奉节、云阳、开县、石柱、兴
山、武隆等地,这些县山高坡陡,自然条件差、交通不
便,超过一半面积坡耕地受到退耕压力的影响[5];在
退耕压力指数为 40%时潜在环境移民数量高达 89
万[6];还有研究认为库区腹地耕地数量承载力总体
超载 205.09 万人[7];也有研究认为这些区域水土资
源承载潜力较大,处于可盈余承载或向可盈余承载
转化状态[8]。 经测算三峡库区坡耕地占耕地比重超
过 40%的村级单元的平均耕作半径约为 1.5 km[9],
纯农户弃耕主要基于家庭及自身条件,由于年龄、健
康状况等方面处在劣势,迫不得已而选择将离家远、
耕作条件差的耕地弃耕[10]。
陡坡耕地是土壤侵蚀源[11],也是土地压力的直
接反映,陡坡耕地和生态建设用地之间的进退很大
程度上决定了未来区域生态环境的变化方向,是协
调库区腹地人地关系的核心[1]。 一方面,库区腹地
坡耕地大量存在,另一方面库区腹地>25毅的陡坡耕
地全部退耕还林难度很大,也不现实[12],同时还存
在农户自发弃耕撂荒现象[13]。 但目前相关研究内
容集中在耕地数量演变、坡耕地利用的水保措施,关
于坡耕地退耕虽也涉及到,但是只探讨到退耕压力
空间分布与粮食安全层面,意识到了陡坡耕地存在
的严重性采取了相应的水保措施,对有限的坡耕地
如何优化利用与调控仍缺乏深入研究。 坡耕地优化
退耕时如何才能准确定位落实到每个坡耕地斑块?
如何把库区腹地坡耕地形成的内在机理、演变过程
与机制及与生态退化恢复耦合协进的机制落实到空
间优化调控? 如何把农户的需求愿望与坡耕地优化
结合起来? 坡耕地优化之所以一直未见立竿见影的
效果归结起来缺乏的是一套坡耕地优化调控的合理
体系和方法。 因此,在库区腹地生态建设、土壤侵蚀
防治、土地管理、新农村建设等多方面需求背景下,
有必要深入探讨库区腹地不同地域特征下坡耕地优
化调控的理论与方法。 鉴于此,本文以库区腹地典
型小流域为例,研究库区腹地坡耕地数量优化和空
间格局优化配置的理论与方法,旨在为库区腹地坡
耕地优化调控提供理论依据和技术手段。
6423 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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1摇 库区坡耕地调控理论
1.1摇 库区腹地坡耕地调控理论基础
摇 摇 坡耕地开垦受自然、社会、经济和环境等因素的
综合影响,随着人口迅速增长,山地稀缺的土地资源
和脆弱的生态环境即会产生瓶颈作用,最突出的就
是陡坡开垦,生态迅速恶化[14]。 库区腹地的地域特
征空间变化大,既集中了经济欠发达、生态脆弱、人
口过剩等西部地区的普遍性,又具有处于城乡统筹
发展经济试验区、长江上游生态屏障区以及三峡工
程、移民大区等诸多特殊性。 一方面,不同岩石出露
区形成不同的地形地貌和土地资源组合格局,另一
方面,近 20 年来库区腹地土地利用变化的主导驱动
因子和社会经济条件也在不断变化。
对库区腹地坡耕地而言,移民开垦、农户生计多
样化、常住人口变化、农户自发撂荒和生态建设等多
方面的原因都会促使坡耕地格局和数量发生复杂的
变化。 因此,在了解不同地域特征下坡耕地演变、人
口压力、土地撂荒、土地利用结构调整对土地承载力
影响的背景下,把坡耕地数量优化和空间优化配置
结合起来,有可能在既不增加坡耕地压力,又退耕部
分坡耕地,以致达到减少土壤侵蚀,实现社会、经济
和生态可持续发展的目标。
1.2摇 库区腹地坡耕地调控理论框架
1.2.1摇 坡耕地优化调控原则
库区腹地坡耕地主要分布在海拔高坡度陡的区
域,土壤侵蚀严重,生态功能脆弱,农户自发撂荒现
象已出现,所以坡耕地优化调控必须结合坡耕地的
空间分布格局现状、生态功能以及坡耕地的未来发
展趋势,需要把坡耕地的空间优化适宜性和供需压
力需求结合起来,具体有以下原则:
(1)退耕后耕地压力不增加;
(2)坡耕地适宜耕作、无生态退化且方便农户
耕作;
(3)考虑经济林对土地承载力的补充作用,尊重
农户意愿;
(4)数量调控与格局优化相结合;
(5)落实到斑块,确定每一坡耕地斑块的优化调
控类型;
(6)通过情景分析得出比选方案。
1.2.2摇 坡耕地优化调控方法
(1)坡耕地数量结构优化方法
坡耕地压力评价考虑到土地承载力、最小人均
耕地面积、人口变迁和聚落的空心化、经济承载力
(经济林鄄果园)对粮食承载力的可能补充情况等,评
价各空间单元实际人均耕地面积是否超过最小人均
耕地面积、是否有经济承载力的补充及是否有坡耕
地撂荒,以评价各单元的耕地压力,揭示坡耕地斑块
压力的空间分布。
(2)坡耕地空间优化适宜性方法
选择影响坡耕地的可达性、生态功能重要性和
坡改梯的适宜性 3 个因素层,应用特尔斐法确定各
评价指标权重,每个因素层再确定关联性较高的指
标层,最终建立坡耕地斑块的空间优化适宜性评价
指标体系,评价各单元坡耕地斑块调控等级类型。
(3)斑块水平上坡耕地优化退耕原则
坡耕地退耕后会造成粮食供求关系的空间分异
不均,坡耕地优化退耕要注意以下几个方面:(1)退
耕坡地空间分布的差异性,导致新的粮食需求的空
间差异性。 未退耕坡耕地集中的地区,粮食供给能
力强,减轻粮食需求压力的能力就越强;如果退耕坡
地集中而周围的耕地又少,则粮食需求压力就更显
突出。 (2)把空间优化适宜性评价结果和实际农户
需求压力、农户意愿的空间分布结合起来,综合考虑
数量优化和格局优化以确定坡耕地的最终优化
结构。
2摇 研究区概况
本研究选择草堂溪小流域作为研究区(图 1)。
流域面积为 191 km2,研究区地层全部为沉积层,以
三叠系中统巴东组地层出露较多,该流域的主要地
貌类型是低山沟谷或低中山。 坡度在 15毅以上的面
积占整个研究区的 86.60%,高程在 500—1500 m 范
围内的面积占研究区 77.38%。 研究区人口密度较
大,耕地资源缺乏,主要经济林为脐橙[15]。
3摇 数据来源与研究方法
3.1摇 数据来源与处理
本研究土地利用数据来源于研究区 2012 年的
高分辨率影像(分辨率为 1 m),用研究区边界进行
裁剪后,再运用 ArcGIS中的 Georeferencing命令进行
配准,然后建立矢量化图层进行数字化,提取土地利
用信息。 根据研究需要和小流域的实际土地覆被情
7423摇 12期 摇 摇 摇 王永艳摇 等:基于斑块评价的三峡库区腹地坡耕地优化调控方法与案例研究 摇
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图 1摇 研究区示意图
Fig.1摇 Location of study area in the center region of Three Gorges Reservoir
况,把土地利用类型主要划分为坡耕地,撂荒地,有
林地,灌木林地,果园,水体,居民点等(图 2)。 并于
2012 年 5 月对样区进行实地野外踏勘,经统计解译
精度达到 90%。 粮食单产、粮食播种比重、复种指数
数据来源于奉节县统计年鉴。 坡度和坡向则利用
ArcGIS 软件的分析功能由 DEM生成。
图 2摇 研究区土地利用图
Fig.2摇 The land use of study area
3.2摇 空间优化适宜性评价和数量调控等级指数建立
评价因子的标准、分值和权重的确定是整个评
价过程最核心的内容。 本文把空间优化适宜性评价
值分为 5 级,用 5、4、3、2、1 代表适宜程度的高低。
坡耕地供需压力评价指标也分为 5 级,5到 1分别代
表无压力到压力最大,根据实际情况和已有相关研
究成果,邀请 20 位相关专家打分,应用特尔斐法确
定各评价指标权重,确定评价因子的分级指数,并根
据评价指标对耕地适宜程度的重要性确定权重系数
(表 2)。 分别建立各指标的栅格图层,在此基础上
进行图层运算,得到各坡耕地斑块的适宜性等级和
压力等级;再根据两者的综合调控等级确定各坡耕
地斑块的优化。
3.2.1摇 坡耕地斑块空间优化适宜性等级指数
根据研究区实际情况,可达性用离道路(为了充
分反映农户开垦坡耕地的条件,本文的道路指农用
车能通行的乡、村道)和离乡村居民点的距离来衡
量;生态功能重要性用退化性(侵蚀程度)、距水体和
生态敏感区的距离(用距河流、湖泊和大型林地斑块
的距离来表示);坡改梯的适宜性用坡耕地斑块大小
等级、坡向和坡度来评价;各单因子分级是在结合相
关研究成果的基础上[16],再结合研究区的实际情况
8423 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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来进行(表 1)。
表 1摇 研究区坡耕地斑块的空间优化适宜性等级指标体系
Table 1摇 Space optimization index system of suitability level of slope鄄cultivated land patches in the study area landscape
因素层
Factors layer
权重
Weight
指标层
Index
指标分级及适宜性分值 Index classification and suitability score
高度适宜
High
suitability
中度适宜
Moderate
suitability
低度适宜
Low
suitability
勉强适宜
Marginal
suitability
不适宜
Not
suitability
总权重
Total
weight
坡耕地斑块的 0.405 距道路距离 / m <1000 1000—1500 1500—2000 2000—3500 >3500 0.545
可达性 5 4 3 2 1
Accessibility of 距聚落距离 / m <200 200—800 800—1000 1000—1200 >1200 0.455
cultivated slope land 5 4 3 2 1
生态功能重要性 0.262 退化性 微度侵蚀 轻度侵蚀 中度侵蚀 强烈侵蚀 极强烈侵蚀 0.333
Ecological importance 5 4 3 2 1
of function 距水体的 <1000 1000—2000 2000—4000 4000—5000 >5000 0.405
距离 / m 5 4 3 2 1
距大型林地 <300 300—600 600—900 900—1200 >1200 0.262
斑块距离 / m 5 4 3 2 1
坡改梯的适宜性 0.333 坡耕地斑块 100 50—100 5—50 1—5 <1 0.364
Suitability of the 大小 / hm2 5 4 3 2 1
terracing slope 坡度 / ( 毅) 0—6 6—15 15—25 25—35 >35 0.455
cropland 5 4 3 2 1
坡向 水平,南,东南,西南 东,西 东北,西北 北 0.181
5 4 3 2
3.2.2摇 坡耕地斑块供需压力等级指数
选择耕地压力指数和果园对粮食需求的补充能
力(用每个网格内果园面积所占比例来衡量)作为评
价指标。
最小人均耕地面积(Smin)采用下式计算[17]:
Smin = 茁
Gr
P 伊 q 伊 k
(1)
K =
Smin
S
(2)
式中, Smin为最小人均耕地面积( hm2 /人),茁 为食物
自给率(%),Gr为人均食物需求量( kg /人);P 为食
物单产(kg / hm2),q 为食物播种面积占总播种面积
之比(%);k为复种指数(%)。 式(2)中耕地压力指
数 K反映最小人均耕地面积与实际人均耕地面积之
比[18],S 为实际人均耕地面积( hm2 /人),当 K臆1
时,人均耕地实际值大于最小人均耕地面积值,耕地
无明显压力;K>1 时,耕地压力明显,粮食的生产不
能保证正常需求。
依据研究区人民生活水平及相关研究资料,将
人均粮食需求量定为 385 kg;粮食自给率定为 1。 由
于草堂溪小流域不仅包括草堂镇,还包括白帝镇的
小部分,该流域人口数据只有实地调查才能获取,本
研究借鉴以往学者关于居民点面积和人口数关系的
研究成果估算整个流域的人口数[19],并拿草堂镇人
口统计数据做验证。 用公式计算出的草堂镇的人口
和统计年鉴相比,经验证准确率达到 90%以上。
表 2摇 研究区坡耕地斑块的数量调控等级评价指标体系
Table 2摇 Quantitative evaluation index system of slope鄄cultivated land patches in the study area landscape
因素层
Factors
layer
指标层
Index
指标分级及适宜性分值 Index classification and suitability score
无压力
No pressure
无明显压力
No obvious
pressure
无显著压力
No significant
pressure
压力一般
General
pressure
压力显著
Significant
pressure
权重
Weight
压力指标 耕地压力 0—0.5 0.5—0.75 0.75—1 1—1.25 >1.25 0.625
Pressure indicator 5 4 3 2 1
经济作物 补充能力大 补充能力较大 补充能力稍大 补充能力较小 补充能力小 0.375
补充能力 >0.1 0.05—0.1 0.02—0.05 0.01—0.02 <0.01
5 4 3 2 1
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4摇 结果分析
4.1摇 研究区坡耕地与撂荒地的空间分布特征
在蓄水、移民、退耕还林、生态建设的大背景下
研究区坡耕地在 1990—2007 年研究区坡耕地面积
的变化总体上呈先增加后减少趋势[20]。 由图 3 可
知 2012年坡耕地在不同坡度带的分布来看,坡耕地
主要分布在 15—25毅坡度带,其次是 25—35毅坡度带,
0—6毅坡度带分布面积最小。 从高程带上可以看出
在 500—1000 m高程级别上处于绝对优势地位,0—
150 m高程带坡耕地分布面积最小。
撂荒地主要是分布在 25—35毅坡度带,其次是
15—25毅坡度带,0—6毅坡度带分布面积最小。 从高
程带上可以看出在 500—1000 m 高程级别上处于绝
对优势地位,其次是 1000—1500 m 面积最大。 据统
计撂荒地的斑块平均面积将近 0.3 hm2。 由此可以
看出撂荒地主要分布在坡度陡、海拔高、土壤侵蚀严
重、可达性差和生态脆弱的区域,不适宜种植。 农户
由于开拓别的收入渠道产生了自发撂荒现象,这也
可能成为未来库区不适宜坡耕地的一种发展趋势。
图 3摇 研究区坡耕地和撂荒地在不同坡度下及不同高程下的数量分布
Fig.3摇 Distribution of slope鄄cultivated land and abandoned land under different slope and different elevation in the study area
4.2摇 研究区坡耕地空间优化适宜性评价
4.2.1摇 坡耕地斑块的可达性
以道路和居民点做缓冲区,统计各缓冲区内坡
耕地斑块的数量,同时考虑研究区农户的实际耕作
半径来进行适宜性分级,最终把离道路和居民点近
的赋以高度适宜,以道路和居民点所做的缓冲区的
适宜度分级图层乘以各自的权重进行图层运算后,
得到坡耕地的空间可达性分布(图 4)。 可以看出可
达性较好的坡耕地的斑块占优势,坡耕地斑块的可
达性高度适宜占 18.46%,中度适宜占 68.91%,低度
适宜 11.04%,勉强适宜 1.23%,不适宜 0.37%,研究
区将近 80%的坡耕地分布在距道路 1500 m以内,离
居民点 800 m 之内,结合研究区的地形可知可达性
较低的坡耕地则主要分布在地形较高或者较陡的
区域。
4.2.2摇 生态功能重要性
用退化性(土壤侵蚀程度)、距水体和大型林地
斑块的距离来度量生态功能强弱程度,离水源较近
的地方,生产和生活环境较好;土壤侵蚀状况一定程
度可以反映土壤质地和土层厚度,表征被开垦为坡
耕地的适宜度。 由图 5可以看出生态功能较强区域
主要分布在河流两侧,离河流越远的生态功能越弱。
研究区坡耕地斑块生态功能高度适宜占 21.97%,中
度适宜占 32. 75%,低度适宜 22. 85%,勉强适宜
17郾 07%,不适宜 5.35%,高度适宜和中度适宜占到
50%以上,说明研究区坡耕地斑块以微度和轻度侵
蚀为主,离水体 2000 m和大型林地斑块 600 m 以内
的占优势。
4.2.3摇 坡改梯的适宜性
选取坡度、坡向、规模(坡耕地斑块大小等级)等
指标评价坡改梯适宜性。 坡度越大土壤侵蚀作用越
明显,水土流失越严重,且越难被改为梯地;坡向反
映阳光照射对坡耕地分布的影响,坡向从南到北,坡
耕地开垦的适宜度越来越低;坡耕地斑块大相应坡
改梯的成本较低。 把图 6 采取自然断点法进行分
类,坡改梯高度适宜占 10.51%,中度适宜占 16.15%,
低度适宜 28. 56%, 勉强适宜 29. 98%, 不适宜
14郾 80%,研究区坡耕地适宜坡改梯的斑块面积不到
0523 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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30%,反映出库区腹地坡耕地的破碎化和陡坡开垦
的现象。
4.2.4摇 坡耕地空间优化适宜性综合评价结果
把空间适宜性评价结果采用自然断点法分为高
度适宜、中度适宜和低度适宜 3 级(图 7),研究区高
度适宜的坡耕地占 36.27%,中度适宜占 49.16%,低
度适宜占 14.56%,研究区坡耕地以中度适宜为主。
高度适宜区主要沿河谷两侧分布,低度适宜区主要
分布在山高坡陡的离研究区河流较远地区,中度适
宜区介于其中。
图 4摇 研究区坡耕地的可达性评价等级指数
Fig. 4 摇 The accessibility evaluation class index of slope鄄
cultivated land in the study area
图 5摇 研究区坡耕地生态功能评价等级指数
Fig.5摇 The ecological function evaluation class index of slope鄄
cultivated land in the study area
图 6摇 研究区坡耕地坡改梯适宜性等级指数
Fig. 6 摇 Terrace suitability evaluation class index of slope鄄
cultivated land in the study area
图 7摇 研究区坡耕地空间适宜性评价等级指数
Fig. 7 摇 Spatial suitability evaluation class index of slope鄄
cultivated land in the study area
4.3摇 坡耕地供需压力评价
把耕地压力指数和果园对农户需求的补充能力
综合成的数量调控等级(图 8),采用自然断点法分
为压力小、压力中等和压力大 3 级,研究区坡耕地斑
块压力小的占 10.25%,压力中等占 43.86%,压力大
的占 45.89%,可以看出农户需求压力大,人口和坡
耕地之间的分布耦合性较差,研究区坡耕地进行整
治优化调控的任务很紧迫。
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图 8摇 研究区坡耕地供需压力评价等级
Fig.8 摇 Pressure evaluation class index of slope鄄cultivated
land in the study area
4.4摇 坡耕地综合等级指数的空间分布及斑块类型
划分
运用频率突变点划分等级,并结合实地调查资
料的验证,采用自然断点法分别把适宜性评价和压
力评价分为 3 级,根据以上空间适宜性和压力分布
的分级进行排列组合,将研究区坡耕地斑块划分为 4
个类型,其中将低度适宜和压力小、低度适宜和压力
中等这两种组合的坡耕地斑块归为优先退耕型区;
低度适宜和压力大,中度适宜和压力大两种组合归
为逐步退耕型;高度适宜和压力大,高度适宜和压力
中等两种组合归为重点整治型;高度适宜和压力小、
中度适宜和压力小以及中度适宜和中等压力 3 种组
合归为优化利用型(图 9)。
(1)优化利用型斑块摇 主要分布在河谷里面,
大部分该类型坡耕地斑块离道路和居民地较近、土
壤质地好退化性不明显且坡度较小、海拔较低,耕地
的生产能力强。 该类型坡耕地斑块总面积为 1327.
36 hm2,占总坡耕地的 30.5%,说明草堂溪流域尚有
较大空间适宜耕地配置利用,但是该类型斑块最大
斑块面积达 77 hm2,最小才不到 0.001 hm2,平均 1.
01 hm2,斑块特征差异大。 应根据该区域坡耕地斑
块的大小来调整种植结构,使更多坡耕地处于最佳
利用状态。
(2)重点整治型斑块摇 该类型坡耕地斑块属于
格局适宜性等级高,耕地压力大的区域,离道路和居
民地较近、土壤质地较好退化性不明显,分布在研究
区的北部以及河谷附近。 但是坡耕地配置不能满足
该区域人口的需求,该类型坡耕地斑块的总面积为
1432.58 hm2,占坡耕地总量的 32.9%。 斑块大小差
异较大,对于斑块较大的坡耕地应重点采取耕作技
术提高作物产量,并且通过加大农村劳动力转移的
力度,缓解人地矛盾,减轻生态脆弱区域的环境
压力。
(3)逐步退耕型斑块摇 适宜性差,离道路和居民
地较远、土壤质地较差退化性明显,分布在坡度较陡
海拔较低的区域,缺少农业发展的动力支撑;同时粮
食需求压力大,该类型坡耕地斑块的总面积为 1293.
38 hm2,占坡耕地总量的 29.7%。 斑块大小差异较
大,对该区域可以维持其现状,不再新增耕地,同时
根据坡耕地斑块特征的不同,采取不同的措施。 对
于小斑块坡耕地,政府可采取适当的政策和限制发
展措施,给予农民相应的补偿,推动耕地与其他经济
林进行置换,逐步减少耕地的规模,使其自然衰退。
图 9摇 研究区坡耕地综合等级指数及坡耕地斑块类型划分
Fig.9摇 Comprehensive rating index and patch types division of slope鄄cultivated land in the study area
2523 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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摇 摇 (4)优先退耕型斑块摇 该类型坡耕地主要分布
在地势陡峭,坡度大,农业生产条件差的边缘地带;
同时耕地布局分散,规模小,交通不便,不利于耕作,
加之该区域压力较小,因此对于该区域应退耕还园、
还林、还草,加强生态保护建设。 该类型坡耕地斑块
的总面积为 302.18 hm2,占坡耕地总量的 6.9%。
4.5摇 基于适宜性分区的坡耕地优化调控情景设置
根据综合评价结果,考虑到研究区随研究区社
会经济发展和生态建设,坡耕地需要分区分步骤地
进行,本文设置 4种坡耕地优化退耕情景(图 10)。
情景一摇 优先退耕型坡耕地斑块全部退耕。 优
先退耕型属于适宜性较低压力偏小的区域,而且和
撂荒地的斑块特征较相似,分布在撂荒地的周边,符
合农户的自愿弃耕意愿,这样可以保证在不增加耕
地压力的情况下把坡耕地改为草地或者果园,减少
土壤侵蚀。
情景二摇 优先退耕型坡耕地全部退耕和逐步退
耕型坡耕地斑块中<0.1 hm2 的斑块退耕。 逐步退耕
型适宜性低且人口对粮食需求压力大,只能采取逐
步退耕的方式来减轻土壤侵蚀。 逐步退耕型斑块面
积呈两极化,逐步退耕型坡耕地斑块平均面积为 0.8
hm2,其中<0.1 hm2 的斑块属于小斑块,分布较零散。
小而零碎的坡耕地斑块宜先退耕,因为这些零碎的
小斑块大部分离道路和居民点较远,且分布在坡度
大的区域,和撂荒地斑块特征相近,退掉这些小斑块
不会增加农户的需求压力。
情景三摇 随着农户生计多样化和劳动力的析
出,可以退掉逐步退耕型斑块中的较小斑块,据统计
农户自发的撂荒地斑块平均面积约为 0.3 hm2,逐步
退耕型坡耕地斑块平均面积为 0.8 hm2,考虑到两者
的综合情况,所以此情景设置为优先退耕型的坡耕
地全部退耕的同时把逐步退耕区<0.3 hm2 的坡耕地
斑块也退耕。
情景四摇 优先退耕型斑块全部退耕和逐步退耕
型斑块中<0.8 hm2 的坡耕地斑块退耕,同时把重点
整治型斑块中<0.05 hm2 和优化利用区的<0.1 hm2
小斑块进行退耕。 这样被保留的坡耕地是适宜性较
高的重点保护型、优化利用型及逐步退耕型中的较
大及大型斑块,有助于坡改梯的可实施性,进而减少
土壤侵蚀,恢复生态功能。
图 10摇 研究区坡耕地退耕情景
Fig.10摇 Conversion scenarios of slope鄄cultivated land in the study area
摇 摇 由表 3 可以看出,情景一到情景四被退掉的坡
耕地依次为 302、305、395 hm2 和 600 hm2,被保留下
来的坡耕地占坡耕地总面积的百分比依次为
93郾 06%、93.00%、6.19%和 86.17%。 以第 4 种退耕
情景进行退耕情景合理性的验证,在不考虑经济林
及外出务工等经济补充能力的情况下,发现整个流
域的耕地压力指数约为 0.96,表明无压力,所以本研
究所设置的退耕情景是合理可行的,在保持耕地压
力不增加的情况下,减少了陡坡耕地,减少了土壤侵
蚀,实现了坡耕地优化调控。
5摇 讨论
5.1摇 本文所提理论和方法的应用意义
前人关于土地利用优化配置已有大量研究,但
主要侧重单一的土地利用数量结构优化或者土地利
用空间优化配置[21鄄23];对于库区坡耕地治理研究也
很多[24鄄26],但大都是从工程措施方面来进行水土流
失防治。 库区腹地相当部分农民仍过着“靠山吃山冶
的生活,所以进行坡耕地优化时必须考虑农户需求。
本文建立了库区腹地坡耕地斑块级别上的数量需求
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和空间优化相结合的优化调控理论与方法。 与前人
所研究土地利用优化相比来说是一种改进,能适用
于所有坡耕地斑块。 本文以库区典型流域为案例的
研究结果揭示了库区腹地坡耕地的现状和适宜性,
为当前坡耕地优化布局提供理论基础,同时对库区
腹地生态建设、土地整理和新农村建设有指导意义。
随着本文所设置的退耕情景逐步实现,库区腹地的
水源涵养、水土保持的生态服务功能也会随之恢复。
表 3摇 不同退耕情景下被保留坡耕地的面积
Table 3摇 Remained slope鄄cultivated land of each scenario
不同情景 Different scenes
现状
Present situation
情景一
Scene 1
情景二
Scene 2
情景三
Scene 3
情景四
Scene 4
优化利用型面积 / hm2
Area of optimization utilization type
1327.36 1327.36 1327.36 1327.36 1323.77
重点整治型面积 / hm2
Area of the key consolidation type
1432.58 1432.58 1432.58 1432.58 1431.81
逐步退耕型面积 / hm2
Area of gradually returning type
1293.38 1293.38 1290.82 1200.01 998.371
优先退耕型面积 / hm2
Area of preferentially returning type
302.18 0 0 0 0
保留坡耕地总面积 / hm2
The total area of reserved sloping land
4355.51 4053.33 4050.77 3959.96 3753.95
5.2摇 本文建立的评价指标体系比较合理
库区移民安置开垦陡坡耕地造成的生态问题急
需解决[27]。 相关资料表明库区腹地日益出现坡耕
地自发撂荒的现象[13]。 由图 9 可知撂荒地一般分
布在优先退耕型和逐步退耕型的周边,这说明撂荒
地和适宜退耕区之间的吻合性,表现出农户的自发
撂荒意愿,一定程度上也验证了评价指标体系建立
的正确性。 另一方面,在考虑当地农户撂荒的背景
下,一定程度上反映了农户意愿。
根据全国第五次和第六次人口普查数据可知
2000 年草堂镇常住人口为 11540 人,总人口 11886
人,而 2010 年常住人口为 10058 人,总人口 10683
人,可以看出从 2000 年到 2010 年十年间无论是总
人口还是常住人口都是呈减少的趋势。 因此,研究
区出现自然撂荒现象是常住人口减少、城镇化及聚
落向低海拔迁移背景的响应,自然撂荒的趋势为坡
耕地的退耕及优化调控提供了可能,同时也能说明
本文提出的坡耕地优化理论的可行性。
5.3摇 本文的不足之处
(1)库区有复杂的地质地貌组合,本文只研究了
紫色岩小流域;库区腹地的地域特征空间变化大,一
方面,不同岩石出露区形成不同的地形地貌和土地
资源组合格局,另一方面,近 20 年来库区腹地土地
利用变化的主导驱动因子也在不断变化;我们只是
选取了其中影响力较大的几个指标,没有把所有因
素完全考虑进去。
(2)由于调查撂荒地必须要分块编号进行调查,
需大量的人力物力,所以没有实地一一调查每块撂
荒地撂荒的原因,只进行了典型调查。
6摇 结论
(1)本文把空间优化适宜性评价和坡耕地的供
需压力数量评价结合起来,建立了坡耕地斑块空间
优化适宜性等级指数,对坡耕地适宜性进行综合优
化调控,在方法上有所创新。
(2) 以草堂溪为例,进行了案例研究,根据空间
格局高度适宜、中度适宜和低度适宜,以及数量调控
的压力小、压力中等和压力大等进行排列组合,最终
把坡耕地斑块分为优化利用型、重点整治型、逐步退
耕型和优先退耕型 4 种类型,
(3) 根据综合评价结果,在保持耕地压力不增
加的情况下,本文设置 4 种坡耕地优化逐步退耕情
景。 并根据自发撂荒地的分布特征和研究案例人口
和需求压力的变化对本文提出的坡耕地优化方法进
行了合理性验证。
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叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
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促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
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编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
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主摇 摇 编摇 王如松
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