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福建31选72元网:土地利用對生態環境響應研究

土地利用對生態環境響應研究
基于1985年、1995年、2005 年和2008 年4期遙感解譯數據,定量研究1985~2008年間江蘇省土地利用功能結構轉型、空間轉型特征及其生態環境響應規律,揭示區域轉型發展過程中尤其是東部經濟發達地區土地利用主導功能的變化及其對生態環境造成的影響,以期為促進區域土地資源可持續利用研究提供參考。

土地利用對生態環境響應研究

(以江蘇省為例)

 

關鍵詞: 土地利用; 主導功能; 生態環境; 區域發展; 江蘇省;

 

引言

体彩福建31选7历史开奖结果查询 www.llyvtk.com.cn        土地利用形態在時間序列上的變化,是土地利用變化的表現形式之一。社會經濟發展影響土地利用形態,土地利用形態又反過來作用于社會經濟的發展,社會經濟的轉型發展與土地利用形態的這種相互作用、相互影響促成了土地利用轉型。土地利用轉型最早是由英國利茲大學的Grainger 在其研究以林業為主的國家土地利用時提出來的,隨后龍花樓等將這一研究理念引入中國,進行了土地利用轉型的理念、理論與假說、農村宅基地、耕地等單一土地利用型的轉型與耦合、土地利用轉型與鄉村轉型發展等方面的研究;其他學者開展了大城市空間擴展與土地利用結構轉型、土地利用轉型的必然性等方面的研究,但從土地利用綜合轉型的視角來研究區域土地利用變化的研究成果仍較為鮮見。各土地利用類型都存在多種功能,但總有其主導功能。土地利用轉型的表現之一是土地利用主導功能的轉型,即土地利用的生產、生態、生活(簡稱“三生”)三大主導功能間的轉化,是有限的土地資源在各種主導功能之間進行數量和空間再配置的動態過程。主導功能的轉變反應了區域經濟社會轉型發展的不同階段,是研究土地利用轉型的重要切入點。此外,在區域社會經濟轉型發展過程中,土地利用主導功能轉型產生的大氣污染、水環境惡化、土壤質量退化、生態系統退化等環境問題業已引起社會各界的廣泛關注。已有關于土地利用環境效應的研究,多從土地的用途視角探討土地利用變化的環境效應,研究區域多為生態脆弱區,研究單元偏重于流域單元或城市單元,而對以省域尺度的經濟發達熱點區為對象進行長時間序列土地利用變化的環境效應研究尚不多見。

        因此,本文以江蘇省為例,基于1985年、1995年、2005 年和2008 4期遙感解譯數據,定量研究1985~2008年間江蘇省土地利用功能結構轉型、空間轉型特征及其生態環境響應規律,揭示區域轉型發展過程中尤其是東部經濟發達地區土地利用主導功能的變化及其對生態環境造成的影響,以期為促進區域土地資源可持續利用研究提供參考。

 

 

1 研究區概況

 

       江蘇省是中國最重要的經濟省份之一。全省土地面積10.26×104km2,境內地形以平原、水面為主,兩者占全省總面積的82.38%。1985~2008,江蘇省人均GDP 1 053元(329 美元,已按當年匯率修正)增加到39 622元(7 739 美元),三次產業增加值比重為3052.117.9變化為6.1052.5041.40,城鎮化水平從17.70%上升到54.3%。依據錢納里等人提出的多國增長模式和諾瑟姆城市化發展的S型曲線,江蘇省從1985年前工業化階段和城市化起步階段上升到2008年的工業化中后期和城市化加速發展階段。

 

 

2 數據來源

  

 

       江蘇省1985年、1995年、2005年、2008年的土地利用數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心。該數據以Landsat TM ETM+為主要信息源解譯完成,分辨率為100 m,綜合精度達95 %以上。其土地利用分類系統為2,6個一級土地利用類型, 分別為耕地、林地、草地、水域、建設用地(居民點和工礦用地)及未利用地等,25個二級土地利用類型。

 

 

3研究方法


     文章采用的土地利用基礎數據是從土地利用覆被角度出發,基于自然屬性視角進行分類。隨著社會各界對生態環境的關注,不少學者先后從生態角度提出了強調生態用地的分類方案。此外,有學者從經濟發展的視角提出基于產業結構的土地利用分類方案。這些土地分類方案都取得了不同程度的進展,但仍存在研究區域土地利用過程中人文因子與自然因子難以在同一研究框架中綜合考量的難題。因此,本文借鑒這些思想與分類方案,采用基于生產用地、生態用地與生活用地三分法以全面涵蓋不同用地類型,反映經濟生產、生態環境與宜居生活作為區域經濟社會發展追求的多個維度。但是,由于同一用地類型可能兼顧多種功能,從利用功能視角開展土地分類具有一定難度。針對這一問題,研究提出基于行為主體的主觀用地意圖作為某一類土地的土地利用主導功能類型。如雖然耕地既能生產糧食,又兼具生態功能,甚至還具有娛樂教育的生活功能,但一般而言我們利用耕地的主要意圖在于生產糧食,因此將之歸為生產用地?;凇叭庇臚戀乩彌韉脊δ艿氖詠?/span>,通過歸并本文基礎數據各用地類型,建立 “三生”土地利用主導功能分類方案(表1)。同時,借鑒李曉文等制定的不同二級地類的生態環境質量值,在此基礎上利用面積加權法對“三生”土地利用主導功能分類生態環境質量指數進行賦值。

 

 

  

1 土地利用主導功能分類及其生態環境質量指數  

Table 1 Land use types based on dominant function and corresponding ecological environment quality value

 

3.1 土地利用功能結構轉型模型

土地利用功能結構轉型通過土地利用轉移矩陣模型實現。

 

3.2 土地利用功能空間轉型模型

土地利用功能空間轉型采用重心模型進行表征,假設某一區域由n個平面空間單元構成,其中,i個單元的地理中心坐標為(Xi,Yi),Zi為該平面單元的某類型功能用地面積,則研究區該類型功能用地面積重心坐標( X ?    , Y ?    )為:

X ? = i=1  n X i Z i / i=1  n Z i Y ? = i=1  n Y i Z i / i=1  n Z i    1

重心移動距離指某年份重心與隨后相鄰年份重心之間的直線距離,設第t,t+1)年份重心分別為PKXt,Yt, PM Xt+1,Yt+1,則相鄰年份重心移動的距離為:

D m =(X t+1 ?X t ) 2 ?(Y t+1 ?Y t ) 2  ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?      2

3.3 土地利用轉型的生態環境響應模型

1 區域生態環境質量指數。綜合考慮區域內各土地利用所具有的生態質量及面積比例,定量表征某一區域內生態環境質量的總體狀況,其表達式為:

EV t = i=1  n LU i ×C i /TA   3

式(3)中,EVt為區域第t時期生態環境質量指數;LUiCi為該區域第t時期第i種土地利用類型的面積和生態環境指數;TA為區域總面積;n為區域土地利用類型數量。

2 區域總體土地利用功能轉型的生態貢獻率。土地利用變化類型生態貢獻率指某一種土地利用類型變化所導致的區域生態質量的改變,其表達式為

CLEI=(LE 1 ?LE 0 )LA/TA   4

式(4)中,CLEI為土地利用變化類型生態貢獻率;LE1、LE0分別為某種土地利用變化類型所反映的變化初期和末期土地利用類型所具有生態質量指數;LA為該變化類型的面積;TA為區域總面積。

3 1985~2008年江蘇省土地利用的時空轉型

 

3.3土地利用功能結構轉型

     根據土地利用類型轉移矩陣模型,按照土地利用主導功能分類體系,利用江蘇省1985 年、1995年、2005年、20084期土地利用數據(圖1,計算得到1985~2008年土地利用類型轉移矩陣(表2,可以看出1985~2008年江蘇省土地利用類型轉移變化呈現如下特點:


 

  1 江蘇省1985年、1995年、2005年和2008年土地利用空間格局

  Fig.1 Spatial pattern of land use in Jiangsu in 1985,1995,2005 and 2008

 

 

  

  

2 1985~2008 年江蘇省土地利用轉移矩陣

Table 2 Transition matrix of land use in Jiangsu from 1985 to 2008


 

  

       1) 生產用地面積明顯減少。1985~2008,生產用地面積減少了502 995 hm2,用地比例從71.30%下降到65.96%。按照二級地類來看,農業生產用地呈下降趨勢,減少了576 933 hm2。農業生產用地轉移的主要去向為農村生活用地、城鎮生活用地和水域生態用地,轉移比例分別為3.70%、3.04% 1.43%。工礦生產用地農業生產用地呈上升趨勢,共計增加了73 938 hm2,年增加量為3 081 hm2。工礦生產用地增加的主要來源為農業生產用地、牧草生態用地、林地生態用地和水域生態用地,轉移比例分別為24.09%、8.95% 、2.31%1.76%。

 

       2) 生態用地面積不斷增加。1985~2008 ,生態用地面積增加了86 370 hm2,生態用地面積比

例從 18.24%增加到18.94%。按照二級地類來看,林業生態用地呈下降趨勢,減少了18 633 hm2,林業生態用地轉移的主要去向為農業生產用地、工礦生產用地、城鎮生活用地和農村生活用地,轉移比例分別為4.29%、1.34%、1.02% 0.64%。牧草生態用地呈下降趨勢,減少了72 284 hm2。牧草生態用地減少的主要去向為水域生態用地、農業生產用地和工礦生產用地,轉移比例分別為23.23%、12.81%10.02%。水域生態用地呈增加趨勢,增加了177 259 hm2。水域生態用地增加的主要來源為農業生產用地和牧草生態用地,轉移比例分別為7.04%、2.80%。其他生態用地面積變化不大。

 

       3) 生活用地面積迅速增加。1985~2008 ,生活用地面積增加了491 139 hm2,用地比例從10.46%增加到15.10%。按照二級地類來看,城鎮生活用地呈上升趨勢,增加了226 566 hm2。城鎮生活用地增加主要來自于農業生產用地、農村生活用地、水域生態用地、轉移比例分別為51.91%、2.58 %1.12 %。農村生活用地也呈上升趨勢,增加了264 573 hm2,年增加量為11 024 hm2。農村生活用地增加主要來自于農業生產用地,轉移比例為23.33%。

 

     以江蘇省縣(市)級行政區為基本單元,采用ArcGIS空間分析方法計算出不同年份各功能用地重心,得到1985 年以來各功能用地重心動態演化圖(圖2,很好地反映了江蘇省土地利用功能空間轉型過程。

 

     農業生產用地重心落在江蘇省幾何重心西北方向。1995年農業生產用地重心較1985年向西北方向偏移了2.25 km,2005年繼續向西北方向偏移2.25 km,2008年又向西北方向偏移2.39 km,3個時間段均偏向西北方向。蘇南經濟發展建設占用造成327 775 hm2農業生產用地流失;蘇北地區由于土地開發復墾使農業生產用地增加了56 813 hm2,導致農業生產用地凈減少量比蘇南、蘇中小,在兩大主要力量共同作用下農業生產用地分布重心總體向蘇北方向偏移,農業生產用地空間分布的不均衡性進一步加劇。

 

     工礦生產用地重心落在江蘇省幾何重心東北方向,并且偏移距離較大。1995年工礦生產用地重心較1985年向南偏移了5.95 km,2005年向東南方向偏移23.36 km,2008年向西南方向偏移24.81 km。1985~2008,蘇中、蘇南兩地區的工礦生產用地面積增幅(48 520 hm2)較蘇北地區大(33 541 hm2,導致工礦生產用地重心向蘇中、蘇南地區遷移,工礦生產用地空間分布的不均衡性有所緩和。

 

     生態用地重心落在江蘇省幾何重心東南方向,偏移距離較小。1995年生態用地重心較1985年向西南偏移了0.66 km,2005年向東南方向偏移3.55 km,2008年向東南方向偏移5.29 km,3個時間段均向南偏移,表明生態用地空間分布的不均衡性有所增大。為實現江蘇省農業生產用地的占補平衡,蘇北大量的宜農后備資源得到開發,使得牧草生態用地及其他生態用地的減少,1985~2008年共計50 911 hm2生態用地轉為農業生產用地,同期蘇南地區大力發展水面養殖使得68 846 hm2農業生產用地轉為水域生態用地,導致生態用地重心總體向蘇南方向偏移。

 

     城鎮生活用地重心落在江蘇省幾何重心東南方向。1995年生態用地重心較1985年向東南偏移了28.79 km,2005年向東南方向偏移12.40 km,2008年向西北方向偏移7.70 km,1985~1995年、1995~20052個時間段均向南偏移,遠離幾何重心,城鎮生活用地空間分布的不均衡性在增大。2005~2008年向西北偏移,偏向幾何重心,城鎮生活用地空間分布的不均衡性有所減小。1980~2000,江蘇省響應國家對外開放和沿海傾斜發展戰略,將蘇南作為重點發展地區,進行重點投資與建設,由于用地相對于政策實施存在一定滯后性, 1980~2005年各區域城鎮生活用地面積變化來看,蘇南城鎮生活用地面積增加數量(95 814 hm2)是蘇中(12 621 hm2)、蘇南(8 182 hm2)之和的4倍多,導致江蘇省城鎮生活用地重心向南偏移。進入21世紀,江蘇省基于區域發展不平衡進一步擴大的趨勢,提出了促進蘇北大發展戰略實施戰略(2001年)、沿江開發戰略(2003)、 “三沿”發展戰略(2004年)、江蘇沿海地區發展戰略(2008年)等一系列區域統籌發展戰略舉措,蘇中、蘇北地區社會經濟發展及城鎮化水平的提高,尤其蘇北地區2006~2008年城鎮生活用地面積增加42 429 hm2,蘇中增加8 047 hm2,蘇北、蘇中城鎮生活用地面積增加數量之和與蘇南(59 384 hm2)基本接近,使得江蘇省城鎮生活用地重心向蘇南方向移動的趨勢得到遏制,逐漸向蘇中、蘇北方向移動。

 


 

  

2 1985~2008 年江蘇省各功能用地重心演化

Fig.2 The center changes of land with different functions in Jiangsu from 1985 to 2008

 

  

     農村生活用地重心落在江蘇省幾何重心西北方向。1995年農村生活用地重心較1985年向東南偏移了13.53 km,2005年向東南方向偏移13.46 km,2008年向東南方向偏移7.48 km,3個時間段均向南偏移,偏向幾何重心。20世紀90年代,蘇南經濟發展快速,農民收入增加較快,新建的住宅用地占地面積較大,原有的宅基地處于閑置或廢棄狀體,農村居民點面積并未隨著城鎮用地的增加而減少,1985~2008年蘇南農村生活用地面積增加的數量(154 577 hm2)遠遠大于蘇中(56 904 hm2)、蘇北(52 590 hm2)面積之和,使得江蘇省農村生活用地重心整體向東南方向移動。

 

4 1985~2008年間江蘇省土地利用時空轉型的生態環境響應

     根據公式(3,計算得到江蘇省1985年、1995年、20052008年的區域生態環境質量指數,結果分別為0.339 1 、0.337 9、0.337 40.335 4。由此可知,江蘇省總體生態環境質量基本維持穩定,但是呈下降趨勢。1985~1995年、1995~2005年、2005~20083個時間段生態環境質量指數年均下降幅度,2005~2008年年均下降幅度最大。

 

     區域內生態質量往往同時發生著改善和惡化2種相反趨勢,在相當程度上這2種趨勢在一定區域內相互抵消,使其總體上維持相對穩定。因此區域生態環境指數的穩定并不意味著生態環境沒有發生改變。表4 給出了1985~2008年期間江蘇省導致生態環境改善和退化的主要土地利用變化類型的面積和貢獻率??梢鑰闖?/span>,農業生產用地被農村生活用地和城鎮生活用地占用是江蘇省生態環境質量惡化的主導因素,其中農業生產用地轉化成城鎮生活用地占生態貢獻率的21.56,其中農業生產用地轉化成農村生活用地占生態貢獻率的17.72%。牧草生態用地、林地生態用地和水域生態用地轉化成農業生產用地也在一定程度上導致了生態環境質量的惡化,三者總和占生態貢獻率的25.98%。而農業生產用地轉化成水域生態用地是區域生態環境改善的主要因素,占生態貢獻率的82.12%。總體而言,江蘇省同時存在著生態改善和惡化的2種趨勢,生態環境改善的趨勢略小于環境惡化的趨勢。因此,江蘇省的生態環境質量指數呈略微下降趨勢,但其總體生境質量變化不大,其區域整體的生態質量指數維持在0.33水平。

 

 

5 結論與討論

      1985~2008,江蘇省在區域轉型發展過程中土地利用功能結構轉型主要表現為生產用地面積的減少,生態用地、生活用地面積的增加。按照二級地類來看,農業生產用地、林業生態用地、牧草生態用地面積呈減少趨勢,工礦生產用地、水域生態用地、城鎮生活用地、農村生活用地面積呈增加趨勢。其中農業生產用地轉化為農村生活用地、城鎮生活用地、水域生態用地;牧草生態用地轉化為農業生產用地兩種類型分布最為廣泛。第一種類型說明江蘇省1985~2008年伴隨著快速城市化,農村生活用地、城鎮生活用地的不斷擴張大量侵占農業生產用地;同時由于農業產業結構調整,為獲得更大效益農業生產用地轉為水域生態用地中的坑塘水面。第二種類型說明為實現農業生產用地總量的動態平衡推進的土地整治活動,使得牧草生產用地轉為農業生產用地。

 

      1985~2008,江蘇省在區域轉型發展過程中土地利用功能空間轉型主要表現為:各功能用地空間分布均呈現出不均衡性,農業生產用地、生態用地、農村生活用地空間分布的不均衡性進一步加劇,工礦生產用地空間分布的不均衡性有所緩和,城鎮生活用地空間分布經歷了先加劇后有所緩和的階段。農業生產用地分布重心總體向蘇北方向偏移,工礦生產用地、生態用地、農村生活用地重心向蘇中、蘇南地區偏移,城鎮生活用地重心經歷向蘇南偏移然后逐漸向蘇中、蘇北方向移動。城鎮生活用地重心轉移表征自1985年以來,蘇南發達、蘇北欠發達的總體格局依然存在趨勢并不斷地加強,2005年后區域差距有所緩和。

 

      1985~2008,江蘇省總體生態環境質量稍有下降,同時存在著生態改善和惡化的2種趨勢,生態環境改善的趨勢略小于環境惡化的趨勢。農業生產用地被農村生活用地和城鎮生活用地占用是江蘇省生態環境質量退化的主導因素,牧草生態用地、林地生態用地和水域生態用地轉化成農業生產用地也在一定程度上導致了生態環境質量的退化;農業生產用地轉化成水域生態用地是區域生態環境改善的主要因素。

以江蘇省為例,對比1985~1995年、1995~2005年、2005~20083個時段社會經濟發展和土地利用轉型特點可以看出,2005~2008年江蘇省總體上處于工業化中期并向后期邁進階段,這個階段的土地利用轉型的生態環境響應也最為劇烈,但其他區域在社會經濟發展過程中是否存這一規律,還需要進一步研究探討。

 

 

3 導致區域生態環境改善和惡化的主要土地利用類型變化及貢獻率

Table 3 The major land use transformation types influence on the regional eco-environment


 

 

 

本文所使用的耕地空間百分比數據、地形數據、高程數據、土壤數據均來源于北京數字空間科技有限公司制作并通過地理國情監測云平臺網站(体彩福建31选7历史开奖结果查询)發布的數據產品。 

 

 

 

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