脫貧期間詔安縣土地生態安全時空演化

柳建玲, 李勝鵬, 范勝龍

脫貧期間詔安縣土地生態安全時空演化

柳建玲, 李勝鵬, 范勝龍*

福建農林大學公共管理學院, 福州 350002

區域脫貧攻堅期間土地利用結構、方式等變化對土地生態安全具有重要影響。選取福建省詔安縣為研究區域, 借助空間主成分分析法對詔安縣2014和2017年的土地生態安全狀態進行評價, 利用空間自相關分析、地理探測器識別詔安縣土地生態安全時空演化特征和驅動因素。結果表明: (1)2014—2017年詔安縣土地生態安全等級較高(Ⅳ級、Ⅴ級)的土地面積呈減少趨勢, 減少了約33.41%; (2)2014與2017年詔安縣土地生態安全空間均表現為正向相關性、集聚分布狀態, 并呈現由南向北遞增、由中向東西部遞減的趨勢; (3)人為因素是詔安縣脫貧攻堅期間土地生態安全狀態變化的主導因素。研究認為, 詔安縣土地總體為生態安全狀態, 但仍有部分土地生態安全等級降低, 區域不安全土地聚集效應顯著。建議加強區域土地生態安全協調治理, 堅持扶貧開發與生態保護并重, 做好脫貧攻堅與鄉村振興相銜接的生態保護修復。

脫貧期間; 土地生態安全評價; 空間自相關; 地理探測器; 轉移矩陣

0 前言

國土是生態文明建設的空間載體, 土地生態安全是生態文明建設重要組成部分, 也是土地資源可持續利用、社會經濟可持續發展的必要保障。土地生態安全廣受國內外學者關注, 國外相關研究有: 一是Aldo Leopold提出的土地健康等診斷框架[1-2], 為土地生態安全評價研究奠定基礎[3]; 二是基于PSR模型[4]、DPSIR模型[5]等構建指標體系作土地生態相關評價。國內相關評價研究主要有: 一是生態環境安全對土地利用變化的響應分析[6-8]; 二是評價生態安全—社會經濟發展的相互影響, 即基于PSR、NES等衍生模型構建指標, 利用AHP、熵權法等確定權重后結合數學模型、生態模型或3S技術進行評價, 并運用回歸方法分析驅動因素[9-13]。但研究存在以下不足: 一是模型框架下構建指標與確權過程中因子相關性較強且相互干擾, 對評價結果干擾較大; 二是多用Logistic模型等數學模型進行回歸分析確定驅動因素, 較難體現土地生態安全變化的非線性過程; 三是目前較少關注土地生態安全在脫貧攻堅等時期的時空動態演變過程。

習近平總書記曾指出“絕不以犧牲環境換取一時的經濟增長”, 因此, 要堅持扶貧開發與生態保護并重, 保障土地生態安全與可持續利用。福建省漳州市詔安縣在2013年被列為福建省23個扶貧開發工作重點縣之一, 在脫貧攻堅期間積極推動青梅等“特色產業扶貧”等工程發展, 成效顯著, 于2018 年被評為“中國十佳脫貧攻堅與精準扶貧示范縣”。但詔安縣土地利用結構、植被覆蓋度等生態要素特征在此過程中發生變化, 存在土地生態系統單一化發展等問題, 不利于區域社會經濟的高質量可持續發展。因此, 研究分析詔安縣在脫貧攻堅過程中土地生態安全的時空演變特征及驅動因素, 對實現區域脫貧攻堅與土地生態安全有機結合、推動詔安縣社會經濟可持續發展具有重要意義。

基于此, 利用空間主成分分析法對詔安縣2014與2017年的土地生態安全狀況進行評價, 借助空間自相關分析、地理探測器探討詔安縣脫貧攻堅過程中土地生態安全時空格局及其驅動因素的演變, 以期為土地生態保護、國土空間生態修復提供參考, 并為鄉村振興生態宜居建設提供風險防范預警。

圖1 研究區域

Figure 1 Research area

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

詔安縣地處福建省最南端, 整體地勢由西北向東南傾斜。該區為亞熱帶季風氣候, 適合發展亞熱帶的農、林、牧、副、漁等產業, 是福建省農業大縣之一。2014年啟動以青梅、八仙茶、富硒等產業為主導的脫貧攻堅工作, 2013年末至2017年末, 詔安縣新增茶樹種植面積20648畝, 新增青梅種植面積4145畝。

1.2 數據來源及預處理

(1)土地利用結構: 參照《土地利用現狀分類標準(GB/T 21010—2007)》[14], 利用ENVI5.3對遙感影像預處理后進行監督分類, 提取詔安縣的土地利用結構數據。影像數據來源于地理空間數據云(http://www. gscloud.cn/), 具體為2014年12月與2017年10月兩幅空間分辨率為30m的Landsat-8影像。土地利用類型包括耕地、林地、草地、水域、建設用地、未利用地六類, 數據處理、分類后兩個年度總體土地利用分類精度均超過87%、Kappa系數均超過0.85, 達到分類精度要求, 基本滿足縣域尺度土地利用研究。

(2)土地生態數據: 利用2015和2018年《詔安縣統計年鑒》整理計算2014與2017年詔安縣各鄉鎮農藥使用量、化肥使用量與造林面積等。

(3)其他數據: 道路交通與居民點布局數據來源于詔安縣原國土資源局。

1.3 研究方法

1.3.1 評價指標的確定與量化

基于詔安縣生態環境的獨特性及其在脫貧攻堅過程中主導產業所表征的土地生態系統中存在的自身潛在風險、人為干擾風險、土地利用強度風險等, 構建詔安縣土地生態安全評價指標體系, 各指標及量化計算如表1, 用極差標準化公式[15]對各指標進行初處理, 公式如下。

(1)正向標準化公式:

(1)逆向標準化公式:

式中:N與N均為指標的標準化值,X與X為指標的初始值,max是指標的最大值,min是指標的最小值。

1.3.2 空間主成分分析法

采用空間主成分分析法計算各指標的方差貢獻率, 以方差貢獻率為指標權重, 避免評價趨于主觀性, 計算公式如式3[20]。

式中,為第個評價單元的生態安全指數;為主成分因子個數;P為第個單元的第個指標;W為各指標的權重。

1.3.3 土地生態安全評價等級

根據研究區域實際情況, 參考相關文獻的研究結果[21-23], 將研究區域土地生態安全分成五級, 具體劃分等級及標準如表2。

1.3.4 空間自相關分析

空間自相關分析是空間數據常用的分析方法之一[24], 本文運用其探究研究區土地生態安全空間分布、變化特征。

表1 土地生態安全評價指標體系

表2 詔安縣土地生態安全評價分級

(1)全局空間自相關分析

全局空間自相關能夠統計和評價空間數據的相關性[25], 用Global Moran’s衡量全局空間集聚特征, 計算公示如式4。

(2)局部空間自相關

通過局部自相關分析土地生態安全的局部空間相關性與異質性, 用Local Moran’s指數衡量, 計算公式如式5。

通過閱讀相關文獻[23], 可將研究區域內的土地生態安全的分布類型分為以下4種（表3）。

1.3.5 地理探測器

地理探測器能夠實現空間分層性(SSH)和進行空間歸因[27], 也可探測因子間的相互交叉作用。若某個指標與土地生態安全呈現空間布局一致性, 則說明該指標對于土地生態安全具有較強的因果關系,具體模型[26]如下。

2 結果與分析

2.1 詔安縣土地生態安全評價結果

根據主成分分析法計算結果(表4), 2014與2017年均選取前5個主成分, 累計貢獻率分別為90.51%、91.68%, 能夠確切表征研究區域土地生態安全格局的構成。

表3 土地生態安全空間分布類型

表4 2014與2017年詔安縣土地生態安全主成分特征值與貢獻率

利用表4中各因子的方差貢獻率作為各主成分影響因子對土地生態安全影響權重, 基于式3計算詔安縣各單元生態安全綜合指數, 依據劃分標準(表2), 結合Arcgis10.4自然斷點法劃分詔安縣各單元土地生態安評價等級。

如表5, 2014年詔安縣土地生態安全等級為Ⅲ—Ⅴ級的土地面積占總面積88.74%, 即土地生態安全總體為安全狀態。其中: 全縣Ⅰ、Ⅱ級土地面積僅占11.2%, 且在各鄉鎮分布較為平均; 秀篆鎮、太平鎮和官陂鎮的Ⅲ—Ⅴ級面積比例較大, 在11%左右; Ⅳ和Ⅴ級土地生態安全比例分別為21.8%和55.2%。由土地生態安全等級空間分布圖可知, 沿海灘涂、流域周邊土地、城鎮建設用地的生態安全等級較低。詔安縣整體土地生態安全布局特征為中西部、東部、南部地區土地生態安全等級較低, 余下地區土地生態安全狀況良好。

如表6, 2017年詔安縣土地生態安全較2014年相比發生明顯變化。生態不安全土地(Ⅰ、Ⅱ級)占總面積21.03%, 增加15.01%, 除西潭鎮外, 各個鄉鎮的生態不安全土地(Ⅰ、Ⅱ級)均在增加。橋東鎮、西潭鎮及四都鎮等明顯增加, 西潭鎮的生態不安全土地(Ⅰ、Ⅱ級)面積減少比例約為2%。Ⅲ級生態較安全土地增加了305.37 km2, Ⅳ級與Ⅴ級生態安全土地共減少431.3 km2, 但詔安縣土地生態安全土地面積(Ⅲ—Ⅴ級)占總面積78.97%, 相較于2014年, Ⅲ—V級土地生態安全的面積比例下降了約10%。由圖2右可見土地生態安全布局總體呈南北分異, 沿海灘涂、水域水系沿岸、建設用地仍為生態不安全區域, 果園、沿海灘涂、采礦用地、裸地等生態安全狀況同樣較差。

利用Arcgis10.4作評價等級轉移矩陣[27](表7), 分析2014—2017年土地生態安全變化情況。據表7可知, 2014—2017年土地生態安全等級由低等級向高等級轉變的面積共70.9011km2, 其中轉向Ⅲ級(較安全)以上級別的面積有63.5607km2; 土地生態安全等級由高等級向低等級轉變的面積共有738.5841km2, 其中轉向Ⅲ級(較安全)以上級別的面積有559.4976km2。詔安縣的大部分土地仍處于Ⅲ級(較安全)以上級別, 在2014—2017年間土地生態安全并未發生較大程度的損害。

2.2 詔安縣土地生態安全空間集聚特征

2.2.1 全局自相關

選擇30 m的空間尺度分析詔安縣土地生態安全指數的空間自相關效應, 計算得出2014年Global Moran’s指數為0.84, 正態分布檢驗Z值為1141.9, 2017年Global Moran’s指數為0.83, 正態分布檢驗Z值為1001.54。兩個年份的生態安全指數在空間整體上具有較強的正相關性, 且土地生態安全的空間集聚性基本穩定。

表5 2014年不同土地生態安全等級面積統計

圖2 2014與2017年詔安縣土地生態安全等級分布圖

Figure 2 Map of land ecological security level in Zhao'an in 2014 and 2017

表6 2017年不同土地生態安全等級面積統計

表7 2014—2017土地生態安全等級轉移矩陣(km2)

2.2.2 局部自相關

表8統計顯示, 2014—2017年詔安縣土地生態安全區HH型面積呈增加趨勢, LH型面積呈縮減趨勢; 土地生態風險區LL型與HL型的土地面積占比呈微小幅度減少趨勢, 但基本沒有變化。從LISA圖(圖3)可見, 2014年詔安縣土地生態安全空間格局中面積占比較高的聚類是HH型, 比例為22.31%, 主要分布在縣域北部與中東部, 西南部有零星高HH型聚類; 其次為LL型占14.08%, 主要分布在東南沿海、南部沿海與西南部等土地生態安全較低地區, 受經濟活動影響較大。2017年LISA圖顯示詔安縣土地生態安全空間分布格局中HH型聚類相較2014年更加集中, 仍集中于北部山區與中東部亞湖水庫周邊與紅星鄉山區等植被覆蓋度較高區域; 西南部LL型聚類由2014年聚集演化成2017年聚集程度不顯著。綜上, 2014—2017年詔安縣土地生態安全連片聚集特征較明顯, 主要集聚連片區分布在北部的秀篆鎮、霞葛鎮和官陂鎮、中部的九侯山和湖內林場地區以及南部的沿海地區。

2.3 土地生態安全空間分異性探究結果

根據詔安縣實際情況和地理探測器法的使用規范, 本文建立500 m的格網, 提取出每個格網中對應的生態安全指數和影響因子, 利用地理探測器探測結果如下。

2014年單因子探測結果如表9, 根據值判斷2014年土地生態安全主導影響因素為植被覆蓋度(4)、單位農藥量(2)、土地利用程度(5), 解釋力分別為53.9%、30.74%和20.27%, 其中植被覆蓋度(4)是2014年土地生態安全空間分異的主導因素。通過比較交互因子作用, 發現單位化肥量(3)∩單位農藥量(2)、植被覆蓋度(4)∩單位化肥量(3)以及植被覆蓋度(4)∩單位化肥量(3)的交互作用的程度比較強,值均在75%以上, 交互因子之間的協調增強作用較為顯著。

2017年因子探測結果如表10, 主導影響因素為單位化肥量(3)、單位農藥量(2)、植被覆蓋度(4), 解釋力分別為78.87%、70.19%以及64.84%。2017年土地生態安全空間分異主導因素是單位化肥量和單位農藥量, 解釋力均超過了70%, 從交互作用看, 單位化肥量(3)∩造林面積(6)、土地利用程度(5)∩單位化肥量(3)以及單位農藥量(2)∩造林面積(6)的值均超過了90%, 表明以上交互因子的協調增強作用顯著。

表8 生態安全的Local Moran’s I聚類統計(%)

圖3 2014與2017年詔安縣土地生態安全的LISA分類圖

Figure 3 LISA classification map of land ecological security in Zhao'an in 2014 and 2017

表9 2014年地理探測器因子探測結果

表10 2017年地理探測器因子探測結果

結果表明, 2014—2017年土地生態安全的空間分異的驅動因素由植被覆蓋度主導變化為單位農藥量和單位化肥量主導, 因子的交互作用有所改變, 由單位化肥量與單位農藥量、植被覆蓋度的交互協調增強為主向由單位化肥量與單位農藥量、造林面積、土地利用強度交互協調增強為主變化。以上變化表明詔安縣土地生態安全的空間分異現象由自然因素主導趨向人為影響因素主導。在生態風險管控中應控制人為干預, 做出合理的土地開發利用行為, 在農業生產項目中避免過多的農藥和化肥的使用。

3 討論與結論

時間上, 詔安縣在脫貧攻堅過程中土地生態總體為安全狀態。相較2014年, 2017年土地生態風險區(Ⅰ級)與敏感區(Ⅱ級)面積增加126.14 km2; 土地生態安全區(Ⅳ級)與生態良好區(Ⅴ級)面積減少431.30 km2, 減幅明顯。空間上, 詔安縣土地生態安全在空間上呈正向相關性, 局部存在空間集聚性。2014年與2017年HH型顯著面積分別占22.31%、30.98%, LL型面積分別占14.15%、14.08%。詔安縣2014年土地生態安全Ⅲ級以下的區域主要位于東南部、南部沿海灘涂、流域兩岸、城鎮建設用地、部分耕地與果園等區域, 北部秀篆鎮等山區生態安全等級較高。2017年縣域內土地生態風險區(I級)與敏感區(Ⅱ級)土地面積相較2014年在空間分布上呈擴張趨勢, 在2014年原不安全的基礎上向外擴張, 其中以橋東鎮、四都鎮、梅嶺鄉、深橋鎮、西潭鎮等縣域中南部與中西部區域擴張最為明顯, 部分茶園、果園、耕地同樣出現土地生態安全等級較低情況, 北部與中西部山區土地生態安全等級較高。

根據地理探測器結果, 2014年影響詔安縣土地生態安全的主要因素是植被覆蓋度; 2017年影響詔安縣土地生態安全等級的主要因素是單位化肥量、單位農藥量、植被覆蓋度。由于區域發展條件不一致導致詔安縣內不同地區土地生態安全等級的明顯差異, 平原區與沿海區在脫貧攻堅過程中經濟發展速度加快, 土地利用強度較大, 城市化水平較高, 土地生態安全等級較低; 山區耕地、果園等隨著投入水平的增大, 土地生態安全等級隨之降低。人類開發與經濟活動、土地開發利用強度的提升致使土地生態系統失衡, 對土地生態系統的安全干擾與破壞明顯, 土地生態安全影響因素中逐漸突出人為因素的影響。

綜上, 從“貧困縣”發展為“十佳縣”, 詔安縣土地生態安全等級發生了變化, 人為因素對土地生態影響程度逐步加大。且縣域內土地生態安全為全局自相關, 各區域土地生態安全相互影響與反饋, 跨區域協調發展與跨區域協同加大環境保護力度勢在必行。在脫貧攻堅工作中實現區域土地生態環境的治理與保護、維持土地生態安全與穩定、繼續保持詔安縣良好的生態優勢等成為未來生態文明建設工作的重要內容。由于部分扶貧開發項目短時期內無法顯現出對生態環境的影響, 需要長時間的生態環境的監測, 以探究具體項目對土地生態安全等級變化的更深層次驅動因素, 未來可對此進行深入探究。同時, 為了促進生態文明建設與社會經濟的可持續發展相協調, 未來可依據扶貧開發與生態保護并重、脫貧攻堅與鄉村振興相銜接的原則, 對區域的“五個一批”扶貧開發具體工程與區域整體土地生態安全間的耦合協調作用作深入研究。

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Spatiotemporal evolution of land ecological security in Zhao'an County during poverty alleviation

LIU Jianling, LI Shengpeng, FAN Shenglong*

College of Public Administration, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China

Changes in land use structure and methods during regional poverty alleviation have significant influence on land ecological security. Zhao'an County, Fujian Province was selected as the study area. The land ecological security status of Zhao'an County in 2014 and 2017 was evaluated by means of spatial principal component analysis. The spatial and temporal evolution characteristics and drivers of land ecological security in Zhao'an County were identified through the methods of using spatial autocorrelation analysis and geographic detectors factor. The results showed are as follows. (1)The land area of higher ecological security (IV andⅤ) in Zhao'an County presented a decreasing trend from 2014 to 2017 with a decrease of about 33.41%. (2) The spaces of ecological safety of land demonstrated a positive correlation, agglomeration and distribution, and showed a trend of increasing from south to north and decreasing from middle to east and west in Zhao'an County in 2014 and 2017. (3) Human factors were the main factors that changed the state of land ecological security during the poverty alleviation period in Zhao'an County. According to the research, the land was generally in an ecologically safe state in Zhao'an County, but the ecological safety level of some land was reduced, and the regional unsafe land accumulation effect was significant. It is recommended to strengthen the coordinated governance of regional land ecological security, adhere to the equal emphasis on poverty alleviation and development and ecological protection, and make a great effort to achieve ecological protection and restoration in related to poverty alleviation and rural rejuvenation.

the period of poverty alleviation; land ecological security assessment; spatial autocorrelation; geo-detector; transfer matrix

柳建玲, 李勝鵬, 范勝龍. 脫貧期間詔安縣土地生態安全時空演化[J]. 生態科學, 2021, 40(4): 130–138.

LIU Jianling, LI Shengpeng, FAN Shenglong. Spatiotemporal evolution of land ecological security in Zhao'an County during poverty alleviation[J]. Ecological Science, 2021, 40(4): 130–138.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.04.015

X826, F301.24

A

1008-8873(2021)04-130-09

2020-02-14;

2020-03-19

國家自然科學基金項目(41671173, 41271191)

柳建玲(1994—), 女, 碩士研究生, 研究方向為土地資源可持續利用, E-mail: ljlyilia@qq.com

范勝龍(1976—), 男, 博士, 教授, 研究方向為土地資源可持續利用, E-mail: fsl@fafu.edu.cn