黄土残塬沟壑区土地利用规划方案研究

黄土残塬沟壑区土地利用规划方案研究

平原的严重水土流失和其他地区的荒漠化一样，是中国大环境问题的中心主题。建国以来,国家花费巨资,致力于黄土高原的环境整治与土地合理开发利用,并取得了许多举世瞩目的成就。许多研究与开发人员在黄土高原土地生产力评价和土地合理利用规划方面也开展了大量研究与探索。特别是改革开放以来,国家为加速中西部发展,从根本上解决黄土高原地区环境质量恶化,经济发展缓慢和当地群众贫困问题,将黄土高原农业综合发展研究列入国家科技攻关项目。从“七五”以来,先后在黄土高原各类型区设立了11个试区进行试验研究,力图在这一举世所罕见的独特景观区解决环境与发展问题。随着近年来全球环境与气候变化问题越来越突出,实现持续发展已经成为高层决策者和研究者追求的目标和遵循的准则,黄土高原地区作为我国湿润与干旱过渡区的一部分,作为重要的农牧交错区,它所具有的生态脆弱性赋于它更多生态环境脆弱带(ECTONE)的特征。在这类地区实现可持续发展的根本出路在于,通过调整土地利用结构,积极恢复植被,改变区域自然地理系统的物质和能量过程,调节生物循环和地球化学循环之间的关系,增加物质和能量的有效输出,在景观尺度上优化系统的结构和功能。1加大垦殖密度,提高群众经济收入,确保地域经济持续发展隰县试区地处吕梁山南端晋西残塬沟壑区,属暖温带半湿润区。试区总面积13.0km2,大部分属河沟小流域是昕水河上游的二级支流土壤侵蚀模数5700—7000t/km2·a,属强度侵蚀区,沟壑密度5.45km/km2。当地年平均气温达8.8℃,年积温平均3057.6℃,年日照时数2740.9h,无霜期163d。近30a平均降水量566.2mm,但降水年内及年际分布极不均衡,7—9月降水量平均占年降水量的60%,且多暴雨,春旱严重,降水年际变幅为343.2—826.3mm,近10a平均降水量477.8mm,年际变率达61.3%,导致植被覆盖率低。加上过度垦殖,使水土流失严重,生态条件恶化,出现“垦殖无度,广种薄收,水土流失,塬面缩小,低产贫困,越穷越垦”的恶性循环。试区耕地及园地总面积405.3hm2;人均占有耕地面积0.33hm2;耕地面积占试区总面积的31.2%,耕地的32.9%为坡耕地,常采用轮垦轮荒制,试区平均粮食单产仅2088kg/hm2,在试区建立以前,当地群众的贫困化问题一直未能解决。针对上述问题,在试区综合治理与发展规划中,将增加植被覆盖度,降低垦殖指数,控制水土流失,改善生态环境,提高群众经济收入,实现地域经济的可持续发展作为工作的重点。实现上述目标的突破口就在于,通过提高经济效益调动群众对土地投入的积极性,积极合理地开发土地生产潜力,调整土地利用结构,尽快建立地域农业持续发展的环境支持系统。由于试区内地形复杂破碎,塬、梁、坡、沟、谷交错,坡向、坡度、坡形、坡位各异,组合多样,通过对光、温、水、肥的再分配,造成了试区内立地条件的多样化,且侵蚀类型和强度各异。如何根据这些特点,通过多林种、多树种、多种栽培经营模式与不同工程措施的合理配置,寻求实现景观系统总体功能最佳的土地利用方案就成为保证地域经济持续发展的首要任务。为此,本研究采用系统优化辅助决策技术,探讨了建立黄土残塬沟壑区农业持续发展环境支持系统,实现土地利用科学规划的方法,规划方案的实施已取得良好效果。2立地类型划分立地分类和评价是合理规划科学造林的基础。通过调查确认,影响试区宜林地立地生产力水平的关键因素是水分与养分条件的优劣。由于地形破碎,水分与养分的再分配受小地形、坡向、坡度、坡位及土壤发育程度、植被及侵蚀状况的影响。根据上述各因子的分异程度,将小地形分为残塬、梁顶、沟头凹地、沟坡、沟底坡麓5种类型:将坡度分为平缓坡(≤15°)、斜陡坡(16—25°)、急险坡(≥36°)3个等级;将坡向分为阴坡、半阴坡、阳坡和半阳坡。以上述各因子的组合确定立地类型,并以植被盖度和土壤侵蚀类型与强度为参考指标,据此编制了试区林业用地立地类型表。将试区规划的宜林地划分为9个立地类型,按立地类型确定各小斑的立地类型归属后,分类进行了面积统计(表1)。为了对宜林地立地生产力进行数量化评价,将试区范围内适宜造林的树种(未包括水果树),分成9个树种组并给定其代号为:P1(油松)、P2(侧柏)、P3(刺槐)、P4(杨树、白榆)、P5(臭椿、火炬)、P6(核桃、花椒、枣)、P7(仁用杏、文冠果、山杏、山桃)、P8(柠条、沙棘)、P9(杞柳、紫穗槐)。将各树种在不同立地上的生长发育状况用良、好、中、较差、差、不宜6个模糊指标来描述,并分别以5、4、3、2、1、0作为相应的模糊评分值。根据不同立地类型对树种生物学特性的满足程度,参考当地及邻近地区有关树种的生长发育状况采用专家咨询方式对个立地类型的各树种生产力进行了模糊评分(表1)。以各立地类型评分平均值,按面积加权计算试区宜林地多树种平均生产力评分值为2.60。可见,试区内宜林地立地生产力总体偏低,但每个树种都有若干立地类型能满足其正常生长发育的要求。同时,上述评价结果为制订试区防护林体系规划,提供了数量化依据。3土地使用计划3.1土地使用计划的政策和原则3.1.1促进试区的基本保障,提高资源利用率,促进试区的农业经济持续发展以增加有效植被为基础,提高经济效益为中心,以“经济”促“生态”,以“生态”保“经济”,充分发挥土地生产潜力,控制水土流失,改善生态环境,增加群众收入,促进试区土地利用结构的调整,为实现地域农业经济持续发展服务。3.1.2生态经济复合系统以试区综合规划为指导,建立以防护林为基础以经济林为重点的多林种、多树种、多种复合经营模式组成的生态经济复合系统;因地制宜,适地适树,以植被的多样性,保证生态系统的稳定性,以适度规模经营,保证提高效益。3.2土地使用计划支持的决策模型3.2.1立地类型集及分区(1)问题。本规划的问题是,确定9个造林主要树种作为4个不同林种在9个立地类型上的造林面积,使试区宜林地综合效益最佳。(2)决策变量。为便于描述,定义树种组集为P=(P1,P2……P9),林种集为L=(L1,L2,L3,L4)=(用材林,防护林,经济林,薪炭林),立地类型集为S=(S1,S2……S9)(表1)。根据树种生理生态特性和林种要求可以确定,在每一立地类型可能采取的36种造林对策中(D0=P×L=[PiLj]=[d0ij]9×4,d0ij表示用Pi树种营造Lj林种),实际只有16种是可行的,它们包括d011,d021,d031,d041,d012,d022,d032,d042,d052,d082,d092,d063,d073,d034,d054,d094,这就构成本规划问题的对策集D,D=[d1,d2……d16],则本规划问题的决策为对策di(i=1,2,……16)在立地类型Sj(j=1,2,……,9)上的取值,用Xij表示,则决策变量集为X,X=[Xij]9×163.2.2经济效益指数(1)生态效益。由于在一定范围内坡面的侵蚀强度与其植被覆盖度呈线性负相关。因此,人工生态系统地上植被最大可能盖度可以作为评价造林生态效益的测度指标。其最大值为1,则对策D的生态效益指数集定义为E,E=[eij]9×4(表2)。(2)经济效益。首先确定试区林业用地的标准收益,平均静态收入为7500元/a·hm2。某一对策的经济效益指数为该对策能够达到标准收益的成数,其最大值为1。则对策D的经济效益指数集为B(表2)。(3)综合效益。任何人工生态系统都具有生态和经济双重效益。我们确定本规划问题的生态效益权系数为0.4,经济效益的权系数为0.6,则综合效益指数为Z。将立地生产力评分值,定义为生长因子矩阵G,G=[gik]9×9(表1)则对策D0的综合效益指数为1/5[G×Z]9×4×9,与决策D相对应的16个综合效益指数定义为Ck(k=1,2,……,9),并定义C=[C1,C2,……,C9]9×16,为本规划的目标函数系数矩阵,则本规划问题为:确定决策D在Sk立地类型上的取值X,在下述约束条件下使Zmax=C×X成立。3.2.3薪炭林实际造林设计各立地类型面积(Ai表1)约束林种结构约束,用材林15%—25%,防护林35%—45%,经济林(不含果园)25%—35%,薪炭林8%—12%。规划总面积为A,应用通用软件求解上述规划问题,得到该问题的解。以模型计算结果为依据,分别落实到小斑,相应确定各小斑的典型设计号,允许变动范围5%,按小斑外业调查确定的可利用率,计算实际造林面积(表3),并进行年度计划安排。对小斑内未划开的小地形部位,也可在允许变动范围内,适当安排树种。4该计划的结果与讨论4.1试验区林草现状按规划落实结果,试区宜林地实际造林面积389.9hm2,并规划疏林地补植改造18.2hm2,加上现有防护林35.2hm2;试区综合规划的经济林122.1hm2,果园68.5hm2,人工草地218.9hm2(三项实际利用面积按80%计算为327.6hm2),四旁树折算面积13.3hm2,使试区林草总面积达到784.5hm2,林草覆被率达到60.3%。其中用材林120.0hm2,占林地总面积577.8hm2的20.8%;防护林234.3hm2,占40.6%;经济林172.2hm2,占29.8%;薪炭林2占各主要林种比例接近5生态设计目标函数(1)系统优化辅助决策模型是一种有效的辅助决策手段,在基础数据充分的情况下常能取得良好的效果。(2)规划目标的确定及其成功的数量化表达,常常成为影响辅助决策模型优劣的关键,构造综合效益指数是改进模型的一项尝试,虽然该指数是模糊无量纲值,无法得出规划方案的有确切解释的目标函数值,但研究表明,用综合效益指数描述地