魏云潔,甄 霖,*,胡云鋒,肖 玉

1 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京 100101 2 中國科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,北京 100049

黃土高原水土流失嚴(yán)重,為了防治土壤侵蝕、保護(hù)生態(tài)環(huán)境,自20世紀(jì)70年代以來,實(shí)施自上而下的大規(guī)模水土流失治理和以退耕還林(草)為代表的一系列生態(tài)建設(shè)工程,黃土高原水土流失治理已取得一定成效,總體生態(tài)恢復(fù)成效顯著[1],土壤侵蝕量和產(chǎn)沙量減少[2- 4],植被恢復(fù)明顯,NDVI和NPP顯著提高[5- 8],固碳能力提升[9],收入的多元化以及非農(nóng)收入增加帶來家庭總收入的提高[10]。生態(tài)治理和恢復(fù)技術(shù)(即生態(tài)技術(shù))在生態(tài)工程實(shí)施和帶動區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到了至關(guān)重要的作用[11]。生態(tài)技術(shù)的應(yīng)用能夠促使生態(tài)原真性得到恢復(fù)、節(jié)約資源和能源、避免或減少環(huán)境污染、區(qū)域經(jīng)濟(jì)得到發(fā)展、居民收入水平和社會參與意識與技能提高[12]。自生態(tài)工程實(shí)施以來,多種類多項(xiàng)生態(tài)技術(shù)已經(jīng)在黃土高原研發(fā)并應(yīng)用,包括治坡、治溝和小型水利工程等工程類技術(shù)18項(xiàng),水土保持造林、種草、天然封育等生物類技術(shù)11項(xiàng),以及水土保持耕作、栽培和土壤培肥等農(nóng)業(yè)類技術(shù)13項(xiàng)[13-16]。同時(shí),研發(fā)應(yīng)用了一系列具有國際影響力的生態(tài)技術(shù),干旱條件下造林技術(shù)、生物籬技術(shù)、工程-生物措施相結(jié)合的治理模式等處于國際領(lǐng)先位置,90%以上的技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用[17]。

盡管生態(tài)技術(shù)的應(yīng)用給黃土高原帶來了顯著的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會效益,但局部地區(qū)尤其是陡坡耕地水土流失問題仍然嚴(yán)重,治理形勢依然嚴(yán)峻[7]。已有研究表明,黃土高原幾十年的人工林草建設(shè)也缺乏合理性,主要表現(xiàn)在追求人工林草的高生長量、高經(jīng)濟(jì)效益而引進(jìn)種植外來高耗水植物種,如刺槐、檸條等大面積種植出現(xiàn)了土壤干層[18-19]和小老樹[20]現(xiàn)象；人工造林導(dǎo)致生物多樣性缺失[21]；生態(tài)需水虧缺、水資源平衡問題等屢見報(bào)道[22-25]；淤地壩作為人為干擾可能存在安全隱患[4]；生態(tài)工程需要投入大量人力和財(cái)力,人工造林存活率低[4,26]。針對生態(tài)技術(shù)應(yīng)用存在的問題,科技部在2016年啟動了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“生態(tài)技術(shù)評價(jià)方法、指標(biāo)體系與全球生態(tài)治理技術(shù)評價(jià)”,其中重要的任務(wù)之一是評估已有生態(tài)技術(shù)、提出技術(shù)需求清單[27],以系統(tǒng)梳理水土保持技術(shù)類型并評價(jià)不同治理階段采取的不同技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)表現(xiàn)如何,應(yīng)用中存在什么問題,今后需要何種技術(shù)或技術(shù)組合,這些問題亟待回答。目前尚缺少生態(tài)技術(shù)評估、基于指標(biāo)體系進(jìn)行技術(shù)需求分析等實(shí)證研究。針對黃土高原丘陵溝壑區(qū)立地條件和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,本文通過實(shí)地調(diào)研和問卷調(diào)查,旨在辨識并評估現(xiàn)有水土保持技術(shù)識別技術(shù)需求,構(gòu)建指標(biāo)體系分析其立地適宜性和社會-經(jīng)濟(jì)可行性,為生態(tài)治理提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

延安市安塞區(qū)位于陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū),中溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候,年均氣溫9.1℃,年均降水量506 mm,全年降雨量的60%集中在7—9月份?？偯娣e2950 km2,海拔964—1640 m。粱峁旱作農(nóng)業(yè),坡耕地面積大,1999年前,15°以上的坡耕地占農(nóng)用地面積的71.9%,25°以上坡耕地占34.4%。2015年農(nóng)業(yè)人口14.65萬人,占比75.0%,第一產(chǎn)業(yè)占比7.8%,農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值中種植業(yè)占83.9%,林業(yè)占3.1%,牧業(yè)占10.3%,農(nóng)村居民年人均純收入1.04萬元/年。2015年水土流失面積2832 km2,占土地總面積的96%,是受人類活動影響的典型生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)。

紙坊溝流域和南溝流域是安塞境內(nèi)的兩個(gè)主要流域,分別位于沿河灣鎮(zhèn)和高橋鎮(zhèn),流域面積為8.27 km2和24.61 km2,兩個(gè)流域所屬延河流域是延安重要的水源地,同時(shí)也是水土流失重點(diǎn)區(qū)域,平均土壤侵蝕模數(shù)為5000—6000 t km-2a-1,土地利用類型以耕地、林地和草地為主,3類土地占比96%—99%；15°以上土地占比超過60%。水土保持技術(shù)應(yīng)用歷史久,種類多樣,具有黃土高原水土保持與生態(tài)治理科學(xué)研究和試驗(yàn)示范的典型代表性。紙坊溝流域包括3個(gè)自然村,國家“七五”計(jì)劃期間成為黃土高原綜合治理試驗(yàn)示范區(qū),流域內(nèi)農(nóng)戶先于流域外開展水平溝種植作物,經(jīng)過水土保持規(guī)劃和治理,特別是1999年退耕還林(草)以來,林草面積比例逐步增加。目前,溝口川地以種植水果和蔬菜大棚為主,溝頭坡地以果業(yè)為主,種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)為輔,外出務(wù)工人員占比達(dá)80%以上。南溝流域包括7個(gè)自然村,2015年以來完成治溝造地和削峁造田超過260 hm2,新建蓄水壩7座,完成植樹造林和林分改造超過800 hm2,建成陜西省水土保持示范園,以果業(yè)和旅游業(yè)為主,外出務(wù)工人員陸續(xù)返鄉(xiāng)就業(yè)創(chuàng)業(yè)。

圖1 研究區(qū)位置、數(shù)字高程和土地利用圖Fig.1 Location, DEM and land use of study area

2 研究方法和數(shù)據(jù)來源

2.1 技術(shù)識別和評估方法

于2018年4—6月開展黃土高原水土保持技術(shù)評估與需求分析機(jī)構(gòu)問卷調(diào)查,內(nèi)容涉及現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用情況和需求技術(shù),回收有效問卷22份,分別來自中國科學(xué)院水利部水土保持研究所、西北農(nóng)林科技大學(xué)、水利部水土保持監(jiān)測中心、北京林業(yè)大學(xué)、西安理工大學(xué)、陜西師范大學(xué)、陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)及其土地工程技術(shù)研究院、中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所等15家科研機(jī)構(gòu)、決策部門和工程設(shè)計(jì)與施工企業(yè),專業(yè)背景涵蓋水土保持與荒漠化防治、水利工程、水文學(xué)與水資源、土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)、地理學(xué)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)等,從事水土保持相關(guān)工作的平均工作年限為14年。于2018年6月在兩個(gè)流域內(nèi)分別選取紙坊溝、峙崾崄、大南溝和杏樹窯4個(gè)自然村開展實(shí)地調(diào)研和農(nóng)戶問卷調(diào)查,4個(gè)村回收有效問卷86份,題項(xiàng)包括受訪農(nóng)戶家庭基本信息、土地利用情況、水土保持技術(shù)及效果和技術(shù)需求等。專家和農(nóng)戶問卷數(shù)據(jù)用于評估黃土高原主要水土保持技術(shù)、識別技術(shù)需求、確定技術(shù)適宜性和可行性分析指標(biāo)。

2017年1月—2018年4月,經(jīng)過5輪專家討論和文獻(xiàn)分析確定技術(shù)評估的5個(gè)維度,對黃土高原12項(xiàng)水土保持技術(shù)進(jìn)行專家評分[27-28]：應(yīng)用難度指技術(shù)應(yīng)用過程中對使用者技能素質(zhì)的要求及技術(shù)應(yīng)用的成本；成熟度指技術(shù)體系完整性、穩(wěn)定性和先進(jìn)性；適宜性指技術(shù)與應(yīng)用區(qū)域發(fā)展目標(biāo)、立地條件、經(jīng)濟(jì)需求、政策法律配套的一致程度；技術(shù)效益指技術(shù)應(yīng)用后對生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會帶來的促進(jìn)作用；推廣潛力指在未來發(fā)展過程中該項(xiàng)技術(shù)持續(xù)使用的優(yōu)勢。采用Likert 5點(diǎn)量表打分,1分別代表難應(yīng)用、成熟度低、適宜性差、效益差、推廣潛力小,5分別代表易應(yīng)用、成熟度高、適宜性好、效益好、推廣潛力大。農(nóng)戶對水土保持技術(shù)效益評估中,1—5分別表示效果差、效果較差、效果一般、效果較好和效果好。

2.2 技術(shù)需求分析方法

2.2.1確定指標(biāo)體系

根據(jù)實(shí)地調(diào)研和文獻(xiàn)資料分析,結(jié)合需求調(diào)查專家和農(nóng)戶問卷,考慮研究區(qū)水土保持技術(shù)應(yīng)用情況與數(shù)據(jù)的可獲得性,確定技術(shù)需求優(yōu)先級指標(biāo)包括立地適宜性和社會經(jīng)濟(jì)可行性兩個(gè)維度。立地適宜性方面選擇坡度、地貌類型和土地利用類型3個(gè)指標(biāo)：坡度作為是否退耕還林(草)的主要自然判斷因子,將其劃分為4級,2°—5°可發(fā)生輕度土壤侵蝕,需注意水土保持；5°—15°可發(fā)生中度水土流失,應(yīng)采取修筑梯田、等高種植等措施,加強(qiáng)水土保持；15°—25°水土流失嚴(yán)重,必須采取工程、生物等綜合措施防治水土流失；>25°為開荒限制坡度,即不準(zhǔn)開荒種植農(nóng)作物,已經(jīng)開墾為耕地的,要逐步退耕還林還草。地貌分為粱峁、坡面和溝谷,分別適用不同的坡面治理(如梯田)和溝道治理(如淤地壩)措施。土地利用分為耕地、林地、草地和未利用地,分別適用對應(yīng)的工程、生物和農(nóng)業(yè)措施。社會經(jīng)濟(jì)可行性方面選擇家庭勞動力、可進(jìn)入性和農(nóng)戶意愿3個(gè)指標(biāo)：勞動力的多寡制約水土保持,如家庭勞動力僅1人很難從事果樹種植,更適合選擇機(jī)械化程度高的作物種植；可進(jìn)入性指技術(shù)實(shí)施的便利性和產(chǎn)品的市場可達(dá)性,包括到道路的距離和道路質(zhì)量,決定了技術(shù)實(shí)施的難度和農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易成本的高低,如距離道路遠(yuǎn)或道路條件差,不利于修建機(jī)整梯田的機(jī)械作業(yè)和材料運(yùn)輸,也不利于果品銷售和采摘；農(nóng)戶對水土保持的認(rèn)知和意愿很大程度可以反映技術(shù)需求的優(yōu)先級,農(nóng)戶會統(tǒng)籌考慮自家的土地利用情況、技術(shù)普適性和投資回報(bào)率等,其意愿會影響水土保持技術(shù)的可持續(xù)實(shí)施。

2.2.2指標(biāo)因子賦值和權(quán)重

在技術(shù)需求清單中選擇與坡度、地貌類型和土地利用類型以及農(nóng)戶生產(chǎn)生活密切相關(guān)的7項(xiàng)技術(shù),其中梯田分為水平梯田和隔坡梯田。將各評估指標(biāo)的技術(shù)立地適宜性和社會-經(jīng)濟(jì)可行性劃分為4個(gè)等級：高適宜/可行、中等適宜/可行、勉強(qiáng)適宜/可行、不適宜/可行,分別對應(yīng)4、3、2、1(表1)。適宜性和可行性賦值原則：降水就地入滲攔蓄、充分利用光溫水肥資源、合理配置基本農(nóng)田和經(jīng)濟(jì)林[29]；粱峁配置人工和天然林草、坡面依據(jù)坡度從高到低依次配置林草、梯田,溝谷優(yōu)先配置造地、梯田；經(jīng)果林盡可能不改變現(xiàn)狀,保障經(jīng)濟(jì)合理；其他條件相同的情況下,盡可能將梯田修建在坡度小的地方；改造重點(diǎn)在坡面和溝底,優(yōu)先安排梯田,其余安排人工林草和天然林草。

表1 水土保持技術(shù)需求評估指標(biāo)因子分級賦值

立地適宜性,1：不適宜,技術(shù)難以克服立地條件的限制性；2：勉強(qiáng)適宜,技術(shù)受立地條件的嚴(yán)重限制；3：中等適宜,技術(shù)受立地條件中等程度限制；4：高度適宜,技術(shù)不受立地條件限制

社會-經(jīng)濟(jì)可行性,1：不可行,技術(shù)應(yīng)用無法適應(yīng)區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求；2：勉強(qiáng)可行,技術(shù)應(yīng)用勉強(qiáng)適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求；3：中等可行,技術(shù)應(yīng)用中等程度適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求；4：高度可行,技術(shù)應(yīng)用高度適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求

利用層次分析法,通過專家打分構(gòu)建各評估指標(biāo)和技術(shù)的兩兩判斷矩陣,計(jì)算得到各個(gè)指標(biāo)的優(yōu)先級權(quán)重,最后經(jīng)檢驗(yàn),其CR值均小于0.1,滿足一致性要求(表2)。

表2 水土保持技術(shù)需求評估指標(biāo)優(yōu)先級權(quán)重賦值

2.2.3技術(shù)需求的空間分析

通過ArcGIS軟件分析處理得到各評估指標(biāo)的矢量或柵格圖層,利用柵格計(jì)算將各個(gè)圖層進(jìn)行加權(quán)疊加,得到水土保持需求技術(shù)空間分布。其中,優(yōu)先級3—4分為高需求、2—3分為中需求、1—2分為低需求。坡度圖層直接從DEM中提取,地貌類型圖層通過提取DEM中的山脊線和山谷線得到粱峁和溝谷。DEM柵格數(shù)據(jù)(30 m)來源于國家科技基礎(chǔ)條件平臺—國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(http://www.geodata.cn)。2015年中國土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測矢量數(shù)據(jù)(30 m)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心,包括耕地、林地、草地、水域、居民地6個(gè)一級類型。衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)來自Google Earth(10 m),道路圖層根據(jù)谷歌影像數(shù)字化得到。

3 結(jié)果與分析

3.1 水土保持技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與特征

目前農(nóng)戶應(yīng)用的主要水土保持技術(shù)有3類12項(xiàng)：(1)工程類：梯田、水平溝和魚鱗坑整地、淤地壩、谷坊、治溝造地、集雨水窖；(2)生物類：人工造林種草、天然封育和地埂植物帶；(3)農(nóng)業(yè)類：等高溝壟和保護(hù)性耕作。應(yīng)用最普遍的是人工造林種草,92.6%以上的農(nóng)戶都在自家退耕地植樹種草或天然封育,造林前均采用魚鱗坑或水平溝整地,主要樹種為刺槐、山杏、山桃、檸條。其次是梯田,除紙坊溝部分農(nóng)戶在川地種植大棚外,其他3個(gè)村受訪農(nóng)戶采用梯田種植農(nóng)作物和果樹的比例較高,占88.9%—95.8%,主要種植玉米和蘋果。再次是等高溝壟,峙崾崄超過50%的受訪農(nóng)戶仍在坡耕地使用等高溝壟種植少量玉米和豆類,其他3個(gè)村占比較低(12.5%—25.9%)。目前應(yīng)用地埂植物帶和保護(hù)性耕作的農(nóng)戶極少,不足1%。淤地壩、谷坊和治溝造地工程由政府或企業(yè)實(shí)施。梯田和等高溝壟自20世紀(jì)70年代開始逐步應(yīng)用,80年代開始建設(shè)淤地壩和谷坊,1999年退耕還林(草)以來進(jìn)行大規(guī)模造林種草,自2005年政府逐步在果園中修筑集雨水窖,2010—2013年地埂植物帶曾在峙崾崄短暫應(yīng)用,南溝自2015年開始實(shí)施治溝造地。4個(gè)村的受訪農(nóng)戶中,紙坊溝有川地大棚,未種植果樹,大南溝和杏樹窯有少量治溝造地；南溝流域的兩個(gè)村農(nóng)戶在坡耕地種植果樹(表3)。紙坊溝小流域?qū)挿萏锏奶飳?0—20 m,人工梯田田寬3—5 m；南溝小流域自2013年起新修寬幅梯田,平均田寬40—50 m。產(chǎn)量方面,兩個(gè)小流域農(nóng)戶梯田種植玉米的產(chǎn)量為6000—7500 kg/hm2,蘋果產(chǎn)量約為6000kg/hm2(喬化)和22500 kg/hm2(矮化)；等高溝壟種植玉米產(chǎn)量為3000—3750 kg/hm2,使用等高溝壟種植前坡耕地種植玉米的產(chǎn)量約為2250 kg/hm2。

表3 調(diào)研農(nóng)戶基本特征

3.2 水土保持技術(shù)評估

12項(xiàng)技術(shù)中工程類的梯田和淤地壩、生物類的地埂植物帶綜合表現(xiàn)最好。12項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用難度差異明顯,治溝造地較難應(yīng)用(2.08),天然封育較易應(yīng)用(4.78),受投資成本和地形條件限制影響,工程類技術(shù)比農(nóng)業(yè)類技術(shù)難度高,工程類技術(shù)中水窖應(yīng)用難度較低(4.25)；各項(xiàng)技術(shù)在成熟度和效益方面的差異不大,成熟度較高的技術(shù)為天然封育(4.97),成熟度相對較低的技術(shù)為治溝造地(4.25),效益較高的技術(shù)為保護(hù)性耕作(4.75)和淤地壩(4.67),效益相對較低的技術(shù)為人工造林種草(4.00)和梯田(4.08),專家認(rèn)為人工造林種草仍有更大的經(jīng)濟(jì)收益潛力,目前水土保持林占比大；保護(hù)性耕作的適宜性較高(5.00)和推廣潛力較大(5.00),水平溝整地適宜性較低(4.08)和推廣潛力較小(3.85),隨著寬幅梯田建設(shè)和機(jī)械化操作,等高溝壟優(yōu)勢已不明顯(圖2)。

工程類的梯田、水平溝和魚鱗坑整地,與20世紀(jì)70年代以前的黃土高原坡耕地種植相比,農(nóng)戶對應(yīng)用梯田種植作物和經(jīng)果林、水平溝種植作物、水平溝和魚鱗坑整地造林的產(chǎn)量和水土保持效果的滿意程度高于專家,為農(nóng)戶帶來直接的增產(chǎn)、增收；淤地壩、治溝造地和谷坊3項(xiàng)溝道治理技術(shù),農(nóng)戶滿意度低于專家(圖2)。技術(shù)應(yīng)用中存在的問題主要表現(xiàn)在(表4)：2000年以前修建的人工梯田(舊梯田)需要機(jī)整改造,2000年以后修建的部分機(jī)整梯田(新梯田)缺少排水設(shè)施；缺少對2000年以前修建的淤地壩(舊壩)進(jìn)行監(jiān)測和風(fēng)險(xiǎn)評價(jià),2015年以來修建的淤地壩(新壩)還未形成可生產(chǎn)的壩地,部分治溝造地配套措施不到位,如耕作層未覆足夠熟土；小型集雨水窖,農(nóng)戶滿意度低于專家,目前水窖數(shù)量和質(zhì)量不能滿足種植果樹的農(nóng)戶對噴施農(nóng)藥和灌溉的更大需求,超過50%的水窖漏水或廢棄；農(nóng)戶對生物類技術(shù)的滿意度高于專家,從植被覆蓋率提高和退耕還林補(bǔ)貼角度,農(nóng)戶對水土流失災(zāi)害減少和生態(tài)環(huán)境變好有一致的感知,技術(shù)中存在的問題主要表現(xiàn)在(表4)：缺少林草管理措施、地埂植物與作物爭水爭肥；農(nóng)戶對農(nóng)業(yè)類技術(shù)的效益評分低于專家,機(jī)械化程度低和輪作休耕影響短期收益是農(nóng)戶反饋的主要問題。農(nóng)戶對技術(shù)效益的評估,除了關(guān)注減少水土流失等生態(tài)效益外,更加關(guān)注產(chǎn)量提高和收入增加等經(jīng)濟(jì)效益。如農(nóng)戶曾種植沙柳和紫絮槐保護(hù)梯田地埂,沙柳作為編織用材還可以收割出售,盡管與農(nóng)作物爭水爭肥影響產(chǎn)量,但80%以上的農(nóng)戶表示如果有收購需求,還會重新種植。

圖2 水土保持技術(shù)評估Fig.2 Assessment of soil and water conversation technologies

3.3 水土保持技術(shù)需求識別

針對研究區(qū)現(xiàn)有水土保持技術(shù)應(yīng)用中存在的問題,識別需求及其對應(yīng)的技術(shù)(表4),根據(jù)其與已有技術(shù)的關(guān)系分為3類,即新技術(shù)、改良技術(shù)和配套技術(shù)。新技術(shù),如人工干預(yù)封育、植物護(hù)坡、植被緩沖帶、新材料水窖、土壤快速熟化；改良技術(shù),如梯田加固、水窖修繕、谷坊修復(fù)、林分改良、補(bǔ)播補(bǔ)植、水保林樹種篩選；配套技術(shù),治理工程必須嚴(yán)格遵照相應(yīng)的設(shè)計(jì)和施工的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,如治溝造地配套排水溝渠和覆熟土、寬幅梯田配套地埂植物、梯田果樹配套防雹網(wǎng)。

表4 水土流失治理的技術(shù)需求清單

3.4 技術(shù)需求的空間分布

高需求技術(shù)中,水平梯田分布在2°—15°坡面,隔坡梯田分布在15°—25°破面,治溝造地分布在溝谷林地或草地,魚鱗坑整地和人工造林種草分布在15°—25°坡面的林地、草地,天然封育分布在25°以上坡面以及梁峁、溝谷,保護(hù)性耕作應(yīng)用在梯田、坡耕地和需要輪作的川地上(圖3)。戶均勞動力越多、距離道路越近、農(nóng)戶意愿越高的村落和地塊,梯田、治溝造地、人工造林種草的需求越高。

紙坊溝流域兩個(gè)村的立地條件更適宜通過人工造林種草進(jìn)行植被恢復(fù),尤其是峙崾崄超過70%的土地坡度為5°—25°,基于農(nóng)戶意愿,68.4%的峙崾崄農(nóng)戶需要更多梯田種植果樹及其配套技術(shù),56.3%的紙坊溝農(nóng)戶需要更多梯田種植作物或蔬菜瓜果,同時(shí)需要休耕輪作等保護(hù)性耕作,對天然封育的需求體現(xiàn)為繼續(xù)領(lǐng)取退耕補(bǔ)貼的意愿。南溝流域兩個(gè)村25°以上的土地面積占比均超過25%,更適宜通過天然封育或人工適度干預(yù)的天然封育進(jìn)行植被恢復(fù),其中大南溝43.7%的土地?zé)o技術(shù)需求,經(jīng)過2015年以來的削峁造田和治溝造地,農(nóng)戶沒有更多梯田或造地需求,對技術(shù)需求主要體現(xiàn)在技術(shù)改良和配套技術(shù)的應(yīng)用,如造地后覆熟土、配套排水設(shè)施；35%的杏樹窯農(nóng)戶需要造地技術(shù),其戶均勞動力為2.4人,是4個(gè)村中勞動力最多的,其對造地的需求面積占比為2.6%,對新修梯田和造地后種植果樹有配套防雹網(wǎng)的需求。峙崾崄和杏樹窯多處需要梯田加固、舊梯田合并為寬幅梯田等?？蛇M(jìn)入性對技術(shù)需求的影響更大,如杏樹窯為土路,影響工程類措施機(jī)械化作業(yè)和果品銷售,其配套措施還包括道路等基礎(chǔ)設(shè)施的完善。

圖3 調(diào)研村落水土保持技術(shù)空間分布示意Fig.3 Spatial identification of needs for soil and water conversation technology

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

通過實(shí)地調(diào)研和問卷調(diào)查識別了水土保持技術(shù),研究區(qū)主要應(yīng)用3類12項(xiàng)技術(shù)：工程類包括,生物類包括人工造林種草、天然封育和地埂植物帶,農(nóng)業(yè)類包括等高耕作和保護(hù)性耕作。從專家和農(nóng)戶視角綜合評估了現(xiàn)有技術(shù),目前應(yīng)用的水土保持技術(shù)整體效果較好,得到專家和農(nóng)戶的一致較高評價(jià),針對現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用中存在的問題,分別需要新技術(shù)、改良技術(shù)或配套技術(shù)。選擇7項(xiàng)需求技術(shù)分析其立地適宜性和社會-經(jīng)濟(jì)可行性,紙坊溝和峙崾崄對人工造林種草有較高需求,峙崾崄對梯田種植果樹及其配套技術(shù)需求更多；大南溝和杏樹窯對天然封育有較高需求,此外,杏樹窯對造地需求更多。

4.2 討論

由于受到地貌和土壤類型、降雨特征、植被生長狀況以及人類活動的影響[30- 31],水土流失仍是黃土高原丘陵溝壑區(qū)主要的生態(tài)環(huán)境問題[32],生態(tài)環(huán)境依然較脆弱,需要持續(xù)綜合治理,持續(xù)增加林草植被覆蓋率和提升其質(zhì)量,提升人工植被穩(wěn)定性,強(qiáng)化水土保持功能[7]。從專家的角度,需要科學(xué)評估生態(tài)工程實(shí)施或生態(tài)技術(shù)應(yīng)用生態(tài)效益、社會經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值[3,33],深入研究生態(tài)退化機(jī)理,精準(zhǔn)識別技術(shù)需求[11],從而為生態(tài)治理提供科學(xué)支撐。從農(nóng)戶的角度,除了少數(shù)極端天氣、特大災(zāi)害情況外,水土流失已經(jīng)不是影響日常生產(chǎn)生活和生計(jì)的最主要問題,農(nóng)戶更關(guān)心退耕后增加新的可機(jī)械化耕作的優(yōu)質(zhì)耕地(如治溝造地),如何穩(wěn)定增產(chǎn)(如防雹、果樹撫育、品種改良),富余勞動力如何就近就地就業(yè)(發(fā)展第三產(chǎn)業(yè))。這說明要結(jié)合氣候變化適應(yīng)和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展,綜合考量水土保持技術(shù)的應(yīng)用和生態(tài)工程的實(shí)施,從而提出切實(shí)可行的技術(shù)方案。

為了及時(shí)掌握生態(tài)-經(jīng)濟(jì)-社會系統(tǒng)的發(fā)展變化過程、水土保持治理成效及治理中存在的問題,必須在研究區(qū)開展有針對性的生態(tài)退人化診斷[34]、技術(shù)需求調(diào)查和需求分析。紙坊溝流域作為早期示范區(qū),紙坊溝村位于溝口,有一定數(shù)量的川地可種植大棚,水土流失風(fēng)險(xiǎn)和農(nóng)民生計(jì)問題不突出；而位于溝頭的峙崾崄大量青壯勞動力放棄種植和養(yǎng)殖外出務(wù)工,2000年以前已發(fā)生過大面積撂荒的現(xiàn)象,之后政府推廣梯田種植果樹,但因果樹需要精細(xì)撫育管理,加之冰雹導(dǎo)致的連續(xù)減產(chǎn),收入不穩(wěn)定,農(nóng)戶種植積極性并不高,而喬化果樹尚未老化仍在產(chǎn)果,從成本方面考慮很難放棄現(xiàn)有果樹種植其他作物,因此需要政府協(xié)助建設(shè)防雹網(wǎng)等配套設(shè)施,或補(bǔ)貼品種改良,用便于操作的矮化品種逐步替代喬化品種,提高農(nóng)戶收入和積極性,防止梯田撂荒可能引起的水土流失。南溝流域作為新型示范區(qū),目前在大南溝村新修了大量寬幅梯田,并通過土地流轉(zhuǎn)進(jìn)行規(guī)模化種植矮化蘋果,配套防雹網(wǎng),林間套種油菜返田,治溝造地種植黑枸杞和苜蓿,通過果樹種植和旅游業(yè)吸引勞動力返鄉(xiāng)務(wù)工,農(nóng)戶有穩(wěn)定的收入來源；相鄰的杏樹窯村也有政府實(shí)施的治溝造地,雖然部分農(nóng)戶有意愿種植玉米做飼料,但因耕作層淺薄、質(zhì)量差,大部分已撂荒,加之道路等基礎(chǔ)設(shè)施條件差,果樹產(chǎn)量低,農(nóng)戶對梯田或坡耕地種植仍持消極態(tài)度。因此,尊重地方差異和農(nóng)戶意愿,在不同地區(qū)采取因地制宜的差異性策略,可以減少生態(tài)修復(fù)的盲目性,降低修復(fù)成本,達(dá)到事半功倍的效果[35]。本文嘗試性對村落尺度的水土保持技術(shù)進(jìn)行需求分析,為建立生態(tài)技術(shù)需求評估框架奠定基礎(chǔ),為可持續(xù)生態(tài)治理提供依據(jù)。

由于外出務(wù)工人員占比較高,本研究農(nóng)戶問卷樣本量較少,對農(nóng)戶意愿的分析仍存在局限性。水土流失和生態(tài)退化的程度不同,對不同治理目標(biāo)情景下的不同技術(shù)和技術(shù)組合方案——短期快速修復(fù)對策和長期生態(tài)功能提升對策仍有待進(jìn)一步探討。未來研究還應(yīng)將成本和政策機(jī)制維度納入指標(biāo)體系綜合分析,完善水土保持技術(shù)適宜性和需求可行性指標(biāo)體系。

致謝：感謝中國科學(xué)院水利部水土保持研究所王繼軍研究員和安塞水土保持綜合試驗(yàn)站吳瑞俊工程師等對本研究的幫助。