基于綜合生態風險的云貴高原土地利用優化與持續利用對策

許開鵬, 王晶晶， 遲妍妍， 劉　敏， 魯海杰

環境保護部環境規劃院, 北京　100012

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基于綜合生態風險的云貴高原土地利用優化與持續利用對策

許開鵬*, 王晶晶， 遲妍妍， 劉敏， 魯海杰

環境保護部環境規劃院, 北京100012

摘要:以云貴高原地區為研究對象，綜合考慮區域自然特征、生態背景和社會經濟發展狀況，建立了以自然災害、人為活動、生態敏感性和生態服務功能重要性為主要風險因子的綜合生態風險評價指標體系與模型，并計算出云貴高原地區土地開發利用綜合生態風險指數。通過與DEM和土地利用類型數據進行空間疊置分析，最終得到云貴高原地區實際可利用土地面積約為3586 km2，不足該地區國土面積的1%，主要分布在楚雄、紅河、曲靖、昆明、黔南等地。為確保區域土地資源的可持續利用，提出對策建議：(1)要轉變粗放、低效的用地方式，節約集約利用壩區可開發用地；(2)要及時轉變城鄉建設用地方式，因地制宜的推動工業項目、城鎮建設向山坡、丘陵發展；(3)要加強可開發利用地區生態保護與建設，在推進低丘緩坡荒灘等未利用土地的開發利用過程中，將地質災害和水土流失防治、生態環境保護置于優先地位，制定防治措施。通過云貴高原地區的案例研究，提出了綜合生態風險評價的方法，為基于生態風險的土地利用格局優化提供了技術借鑒。

關鍵詞：綜合生態風險; 土地利用; 云貴高原地區; 空間疊置

土地利用格局優化是科學合理利用土地資源，實現自然環境和經濟社會協調可持續發展的必要步驟[1- 3]。隨著城鎮化與工業化造成的生態破壞和土地資源不合理開發現象日益嚴重，土地利用格局優化的研究重點已經從單純關注數量結構的優化，轉向注重空間優化配置的研究[4- 5]，并且更多考慮生態的約束條件[6- 8]。生態風險的研究興起于20世紀70年代，國內外學者在評價框架與指標體系、評價方法、應用及管理方面開展了大量研究[9- 12]，但大多是針對特定小場地下化學污染物的生態風險，隨著研究尺度的擴大，傳統的研究框架已經不能適應區域尺度的需求[13]。國內已有學者建立了基于景觀尺度的生態風險評價框架，但大多集中縣域、市域、小流域等中小尺度[14- 15]。

云貴高原地區以山地為主，可開發利用的土地資源短缺，同時區內生態環境問題極其復雜，不合理的土地利用將造成一定的生態風險。區域生態風險是一個包括自然、經濟、社會系統的典型多要素系統[16- 19]。本文在考慮區域自然特征、生態背景和經濟社會活動的基礎上，試圖建立一套適用于區域尺度范圍內生態風險評價指標體系及模型，用以評估區域土地開發利用布局的生態風險，進而進行土地利用優化配置。

1研究區域

本文的云貴高原地區指云南省和貴州省，土地總面積57.02萬km2，占全國國土面積的5.9%。云南省受山地地貌的影響，人均用地較低，25°以上的陡坡土地占全省土地總面積的近40%，可供建設和耕作的土地資源相對不足，全省大部分地區水土流失嚴重和易遭受滑坡、泥石流等災害威脅，限制了林牧業和城鎮、交通的建設與發展，加劇了人地矛盾。貴州省受喀斯特地區特殊地質條件的影響，生態環境十分脆弱，水土流失、石漠化嚴重，省內山高、陡坡、降雨頻繁且集中，地質災害頻發，是我國地質災害的多發區和易發區，也是我國地質災害最嚴重的省份之一。

2研究方法

本研究首先通過選取生態風險因子和評價指標，建立綜合生態風險指數模型，評估區域綜合生態風險，然后與區域可利用土地圖層進行疊置分析，識別土地開發利用的生態風險程度，最終結合土地利用數據，得出基于綜合生態風險的可利用土地格局。

2.1綜合生態風險評價指標體系構建

依據云貴高原地區自然特征、生態背景和社會經濟發展狀況[20]，以自然災害R1、人為活動R2、生態背景(生態敏感性R3和生態功能重要性R4)作為生態風險因子，并選取相應的評價指標，各評價指標選取理由如下：

云貴地區自然環境復雜，自然災害種類多，居主導地位的自然災害是干旱、地震、滑坡、泥石流，其次是暴雨洪災，因此自然災害因子主要選取干旱災害、地震災害、滑坡泥石流災害、暴雨洪澇災害4個評價指標；隨著經濟社會發展，人類對自然環境的破壞和擾亂日益增強，結合區域發展戰略和主導產業，因此人為活動因子選取農業生產、林業資源開發、礦產資源開發、工業發展、旅游發展、城鎮化6個評價指標；該地區生態環境脆弱、喀斯特地貌分布廣泛，是我國水土流失最嚴重的地區之一，因此生態敏感性因子選取石漠化敏感性、土壤侵蝕敏感性、酸雨敏感性、生境敏感性4個評價指標；該地區是全球生物多樣性重點保護熱點地區和我國生態多樣性保護優先區域，同時也是長江流域、珠江流域的上游，是重要的水源涵養功能區，因此生態功能重要性因子選取生物多樣性維護重要性、水源涵養重要性2個評價指標。

通過以上考慮，本文構建了包括4個風險因子和16個評價指標的綜合生態風險評價指標體系(表1)。

表1　云貴高原地區生態風險評價模型

2.2綜合生態風險指數計算

綜合生態風險指數(R)計算公式如下(表1)：

式中，βj表示風險因子中j類風險因子的權重，Rj表示j類風險因子的指數，通過專家打分法，確定自然災害、人為活動、生態敏感性、生態功能重要性的權重分別為0.25、0.45、0.15、0.15。

自然災害和人為活動風險因子指數采用加權法計算，考慮自然災害發生對生態系統的影響，運用專家打分法，對干旱災害、地震災害、滑坡泥石流災害、暴雨洪澇災害等自然災害指標分別賦權重值0.45、0.15、0.3、0.1，對農業生產、林業資源開發、礦產資源開發、工業發展、旅游發展、城鎮化等人為活動指標分別賦權重值0.2、0.25、0.3、0.1、0.05、0.1。自然災害各指標的風險值主要根據多年災害發生的頻率及強度進行量化，從高到低分為5個等級，其中一級區的自然災害風險最高。

生態敏感性和生態功能重要性風險因子指數采用最大值法計算，考慮區域生態系統特征的影響，分別取石漠化敏感性、土壤侵蝕敏感性、酸雨敏感性、生境敏感性等生態敏感性指標的最大值和生物多樣性維護重要性、水源涵養重要性指標的最大值，各指標主要參考《生態功能區劃暫行規程》[21]的評價方法，按照敏感和重要性程度進行量化，從高到低分為5個等級。

3結果與分析

3.1綜合生態風險評價

根據綜合生態風險指數模型，得到云貴高原地區各風險因子評價圖(圖1)和綜合生態風險分布圖(圖2)，依照綜合生態風險值的自然分類法將云貴地區依次分為高風險區(R≥2.3)、中等風險區(0.5≤R<2.3)和低風險區(0≤R<0.5)，三者的面積所占兩省總面積比依次為：20.2%、49.4%和30.4%。其中，高風險區包括黔中、滇中、黔北和黔西等經濟區和黔南盆地、滇東南河谷和滇南西雙版納等林區和旅游開發區，對區內生態風險應采取重點監控；中等風險區包括滇西北“三江并流”區、滇西盈江下游、滇東南喀斯特地區和云貴高原湖盆區，對該區生態風險應適度規避；低風險區則主要包括黔東生態建設區和滇東產業稀疏區，對該區生態風險采取一般管理措施。

圖1　研究區各類生態風險因子評價圖Fig.1　Map of ecological risk factors evaluation in Yun-Gui plateau area

圖2　研究區綜合生態風險評價圖Fig.2　Map of integrated ecological risk s evaluation in Yun-Gui plateau area

3.2基于綜合生態風險的土地利用格局

可利用土地選取同時需要兼顧土地開發的成本和經濟效率，地形坡度大的地區，開發成本高且危險隱患造成的后期防護和治理成本高；面積較小限制土地開發規模，降低經濟效益，同時造成空間布局分散，資源不能集中分配，加大管理難度。云貴可開發利用土地選取主要考慮坡度和地塊大小。根據云貴兩省實際情況，坡度主要選取8°以下的地區；地塊大小的選取主要依據不同大小地塊下可開發利用土地面積變化的情況，通過云貴地區綜合生態風險評價圖與可開發利用區分布圖疊加得出云貴的壩區和緩坡區分布風險指數分布圖(圖4)，根據統計，云貴可開發利用區總面積約為54435 km2，約占云貴兩省面積的10.1%，其中處于高風險區(R≥2.3)、中等風險區(0.5≤R<2.3)和低風險區(0≤R<0.5)的壩區面積比例分別為：15.0%、63.5%和21.5%。在地域分布上，黔北地區的遵義市南部、畢節市東北部為高風險壩區，黔南部分地區、滇南西雙版納和普洱市局部地區以及滇西部分河谷地段生態風險指數較高，而黔東，黔西和滇東、滇中大部為低生態風險壩區。

圖3　云貴壩區面積變化斜率　Fig.3　Changes of areas based on different plot sizes in Yun-Gui flatland

隨著地塊面積的增大，可開發利用土地面積在逐漸減少，本文選取面積斜率變化相對穩定的8 km2作為云貴可開發利用區(圖3)，簡稱為“云貴壩區”。

圖4　云貴壩區綜合生態風險指數分布圖Fig.4　Map of integrated ecological risk index in Yun-Gui flatland

結合土地利用數據(表2)，云貴壩區土地利用類型以耕地、林地、草地、人工表面、水域和裸地為主，各地類在壩區所占的面積比例分別為56.4%、30.7%、2.8%、6.0%、3.3%和0.8%，其中處于低生態風險地區的地類以灌木林、耕地和水域為主。考慮到對生態用地和優質耕地的保護，將稀疏灌木、草叢和裸地作為適宜開發利用的地類，經統計，該地類面積為3586 km2，約占整個壩區面積的6.9%，主要分布在楚雄、紅河、曲靖、昆明、黔南等地(圖5)，其中云南省和貴州省可利用的壩區面積分別約為2575 km2和1011 km2，均不足各省面積的1%。這些區域為具有開發價值與后備土地生產潛力地區，既不存在地震、滑坡、泥石流等自然災害高風險，也不存在生態地位極其重要或極其脆弱的敏感區，同時當前受人為生態風險較小。

表2　云貴壩區可開發利用區不同地類所處風險級別的面積比例

4結論與建議

本研究綜合考慮區域自然災害和人為活動的生態風險以及生態敏感性、生態服務功能重要性的生態背景，按照4個風險因子確定了影響生態風險的主要指標，建立了綜合生態風險的指標體系和計算模型。結合DEM模型和GIS軟件，確定云貴壩區總面積約為54435 km2，約占云貴兩省面積的10.1%，通過與綜合生態風險進行空間疊置分析，基于生態風險的云貴壩區適宜開發利用的土地面積為3586 km2，約占整個壩區面積的6.9%，其中云南省和貴州省可利用的土地面積分別約為2575 km2和1011 km2，均不足各省面積的1%。因此，必須采取一系列措施改善該區土地利用緊張問題。

首先，要轉變粗放、低效的用地方式，節約集約利用壩區可開發用地，控制建設用地總規模，提高土地的城鎮利用效率，合理安排產業集聚區用地規模；其次，要及時轉變城鄉建設用地方式，嚴格保護好壩區內的耕地，選擇地質條件、生態約束條件、交通條件等比較優越的區域，適當推動工業項目、城鎮建設向山坡、丘陵發展；最后，要加強可開發利用地區生態保護與建設，在推進低丘緩坡荒灘等未利用土地的開發利用過程中，做好地災危險性評價、水土流失評價和環境質量影響評價，制定防治措施，在開發過程中，預留生態服務用地，以維護當地域生態功能。

研究以云貴高原地區為例，從自然災害、人為活動以及生態背景出發，建立了區域尺度的綜合生態風險評價指標體系與方法，并為土地利用優化的提供指導。鑒于研究地區的特殊性，本研究所提綜合生態風險評價模型在其它區域應用時還需要結合實際進行改善。另外，本研究對各風險因子和指標的量化主要采用專家打分法，未來可結合當地居民以及管理部門的意見進一步修正。

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Spatial optimization and sustainable use of land based on an integrated ecological risk in the Yun-Gui plateau region

XU Kaipeng*, WANG Jingjing, CHI Yanyan, LIU Min, LU Haijie

ChineseAcademyforEnvironmentalPlanning,Beijing100012,China

Abstract:Spatial optimization of land use is essential to achieve systematic utilization of land resources and sustainable development of the environment and economy. Due to inappropriate land and resource development, and ecological damage resulting from urbanization and industrialization, spatial optimization of land use must take account of ecological constraints. Here, we present an analysis of the Yun-Gui plateau region, which is important because of a shortage of utilizable land and extremely complicated ecological and environmental problems. It illustrates that poorly considered land use decisions will lead to ecological problems. We examined the natural features, ecological background, and socioeconomic development of the Yun-Gui plateau region in order to create an integrated ecological risk evaluation system and model of the major risk factors, including natural disasters, human activity, ecological sensitivity, and critical ecological functions. Additionally, the evaluation system made it possible to perform a comprehensive ecological risk evaluation of land development in the Yun-Gui plateau region.Utilizable land was defined as that with an inclination less than 8°, that accounts to a total area of over 8 km2, which is termed the Yun-Gui flatland. A spatial overlay analysis indicated that 21.52% of the area was at high risk, 63.51% at medium risk, and 14.97% at low risk. The high-risk area was mainly in the south of Zhunyi and northeast of Bijie in Guizhou Province. The medium-risk area was concentrated in the south of Guizhou Province, Xishuangbanna, the local area in the south of Puer, and in the valley area of western Yunnan. By contrast, the low-risk area was distributed mostly in the east of west Guizhou and the central eastern region of Yunnan Province. This study focused on bare land with little vegetation, which was regarded as a suitable land for development according to ecological and agricultural criteria. The area of utilizable land was about 3,586 km2 of the Yun-Gui flatland, less than 1% of the region′s land area. This was mainly located in Chuxiong, Honghe, Qujing, Kunming, and southern Guizhou. In order to ensure the sustainable use of regional land resources, we propose the following recommendations:(1) change the extensive and inefficient use of land to promote the economical and intensive use of flatland; (2) promote industrial projects and urban construction on hillsides according to local conditions; and (3) strengthen ecological and environmental protection while promoting the development and utilization of gently sloping wasteland and avoiding geological disasters with erosion control. This case study on the Yun-Gui plateau region presents an integrated ecological risk assessment method and provides a technical reference for the optimization of land use.

Key Words:integrated ecological risk; land use; Yun-Gui plateau region; spatial overlay

DOI:10.5846/stxb201405140987

*通訊作者

Corresponding author.E-mail:xukp@caep.org.cn

收稿日期:2014- 05- 14; 網絡出版日期:2015- 06- 11

基金項目:國家環境保護公益性行業科研專項(2012467044, 201309063); 西部大開發重點區域和行業發展戰略環境評價

許開鵬, 王晶晶， 遲妍妍， 劉敏， 魯海杰.基于綜合生態風險的云貴高原土地利用優化與持續利用對策.生態學報,2016,36(3):821- 827.

Xu K P, Wang J J, Chi Y Y, Liu M, Lu H J.Spatial optimization and sustainable use of land based on an integrated ecological risk in the Yun-Gui plateau region.Acta Ecologica Sinica,2016,36(3):821- 827.