生態(tài)脆弱城市三峽庫區(qū)重慶市萬州區(qū)土地資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)

張珂，葉妍君*，李新鋒

（1.河北工程大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038；2.山東正元數(shù)字城市建設(shè)有限公司，山東 煙臺(tái) 264670；3.煙臺(tái)市智慧城市及物聯(lián)設(shè)施工程技術(shù)研究中心，山東 煙臺(tái) 264670）

《全國(guó)生態(tài)脆弱區(qū)保護(hù)規(guī)劃綱要》指出，我國(guó)是世界上生態(tài)脆弱區(qū)分布面積最大、脆弱生態(tài)類型最多、生態(tài)脆弱性表現(xiàn)最明顯的國(guó)家之一[1，2]。土地是人類生存和發(fā)展的重要載體，提升區(qū)域內(nèi)土地良性循環(huán)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[3～6]。區(qū)域生態(tài)脆弱情況、土地資源可持續(xù)利用水平是判斷土地資源可持續(xù)利用的重要指標(biāo)。學(xué)者們對(duì)我國(guó)生態(tài)脆弱區(qū)進(jìn)行了深入研究，如丘壑縱橫的黃土高原區(qū)[7]、經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速的沿海地區(qū)、海陸交界帶[8，9]、干旱少雨的西北內(nèi)陸地區(qū)[10，11]；并且采用“經(jīng)濟(jì)―社會(huì)―生態(tài)”評(píng)價(jià)體系構(gòu)建評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如經(jīng)濟(jì)因素中包括區(qū)域人均GDP，社會(huì)因素中包括區(qū)域人口，生態(tài)因素中包括的降水、水土流失情況[12]、區(qū)域氣候[9]、土壤土質(zhì)[13]等；根據(jù)研究?jī)?nèi)容選取層次分析法[14，15]、熵值法[16]、綜合指數(shù)法[17]、模糊層次法[13]等方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中綜合指數(shù)法被廣泛應(yīng)用，而該方法注重對(duì)整體評(píng)價(jià)土地可持續(xù)利用程度，并沒有關(guān)注各指標(biāo)對(duì)土地資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)結(jié)果的影響[18]。我國(guó)西南山區(qū)自然要素相互交錯(cuò)，氣候復(fù)雜多變，地質(zhì)災(zāi)害和自然災(zāi)害頻發(fā)，容易形成水土流失型生態(tài)脆弱區(qū)[19～21]，以西南三峽庫區(qū)城市重慶市萬州區(qū)為研究對(duì)象，采用綜合指數(shù)與單指標(biāo)多角度分析相結(jié)合的方法，對(duì)研究區(qū)域的生態(tài)脆弱區(qū)土地資源可持續(xù)利用進(jìn)行評(píng)價(jià)，為生態(tài)脆弱區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

選取國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、重慶市統(tǒng)計(jì)局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，涉及指標(biāo)包括空氣污染指數(shù)、人均綠地面積、土地侵蝕量、森林覆蓋率、人均年收入、國(guó)民生產(chǎn)總值、非農(nóng)人口比重、城市化率、人均住房面積等。通過國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心（https：//www.webmap.cn/main.do?method=index）下載萬州區(qū)行政邊界和各區(qū)縣邊界的矢量文件。

1.2 研究方法

1.2.1 繪制遙感影像圖 根據(jù)2020 年萬州區(qū)土地利用數(shù)據(jù)，參照GB/T 21010―2017[22]，并結(jié)合萬州區(qū)土地利用規(guī)劃（2006-2020 年）對(duì)研究區(qū)域的土地利用類型進(jìn)行劃分。以sentinel-2 精度10 m 的遙感影像圖為基礎(chǔ)，運(yùn)用ArcGIS 10.2 軟件疊置，繪制萬州區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖。

1.2.2 土地資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)方法

1.2.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建。根據(jù)研究區(qū)域的實(shí)際情況，采用“經(jīng)濟(jì)―社會(huì)―生態(tài)”模型框架[23，24]，選取4個(gè)準(zhǔn)則層和19 個(gè)指標(biāo)層因子，構(gòu)建萬州區(qū)土地資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（表1）。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建Table 1 Construction of evaluation index system

1.2.2.2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)指標(biāo)的正向與負(fù)向作用，對(duì)匯總的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化處理。計(jì)算公式如下所示：

其中，A+為正向指標(biāo)量化值；A-為負(fù)向指標(biāo)量化值；Xi為i指標(biāo)的實(shí)際統(tǒng)計(jì)值；Yi為i 指標(biāo)的目標(biāo)值。

1.2.2.3 確定指標(biāo)權(quán)重及一致性檢驗(yàn)。采用AHP 方法確定指標(biāo)權(quán)重[25，26]。萬州區(qū)土地可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系由目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層構(gòu)成，對(duì)各元素的相對(duì)重要性進(jìn)行判斷，按AHP 方法設(shè)計(jì)的范圍標(biāo)度，對(duì)生成的判斷矩陣進(jìn)行賦值。然后對(duì)矩陣中的每一列進(jìn)行歸一化處理，計(jì)算準(zhǔn)則層、指標(biāo)層權(quán)重，計(jì)算公式如下所示：

其中，Bij為準(zhǔn)則層指標(biāo)權(quán)重；Cij為矩陣中i 行j列的指標(biāo)層權(quán)重。

計(jì)算矩陣的特征向量。對(duì)新矩陣各行求和，得到矩陣的特征向量。對(duì)特征向量歸一化處理，得到排序權(quán)重。計(jì)算公式如下所示：

其中，W 為排序權(quán)重；Wi為矩陣的特征向量。

計(jì)算最大特征根，公式如下所示：

其中，λmax為矩陣最大特征根；n 為矩陣階數(shù)。

最后進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。計(jì)算公式如下所示：

其中，λmax為矩陣最大特征根；n 為矩陣階數(shù)；CI為一致性指標(biāo)。

其中，CR 為一致性比率；RI 為平均隨機(jī)一致性，當(dāng)CR＜0.1 時(shí)，評(píng)價(jià)滿足一致性要求。

1.3 綜合指數(shù)法及評(píng)價(jià)等級(jí)確定

1.3.1 綜合指標(biāo)法。綜合指數(shù)法就是通過消除量綱的影響，不同的指標(biāo)都從不同的側(cè)面反映土地資源可持續(xù)利用的狀況，因此可通過多目標(biāo)加權(quán)求和計(jì)算綜合評(píng)價(jià)指數(shù)[27]，計(jì)算公式如下所示：

式中，ESI 為綜合評(píng)價(jià)指數(shù)；fi為第i 個(gè)指標(biāo)的分值；ai為第i 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

1.3.2 評(píng)價(jià)的等級(jí)確定。土地資源可持續(xù)利用的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可用來衡量土地資源可持續(xù)發(fā)展水平。根據(jù)文獻(xiàn)[28]，將土地利用劃分為4 個(gè)等級(jí)（表2）。

表2 土地可持續(xù)利用等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Evaluation standard for sustainable land use levle

1.4 單指標(biāo)多角度評(píng)價(jià)

根據(jù)指標(biāo)的重要性，構(gòu)建土地資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣，采用最大特征根進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。然后按照要素的相對(duì)重要性進(jìn)行層次總排序，同樣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，得到評(píng)價(jià)體系的最終權(quán)重值（表3）。

表3 萬州區(qū)土地資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重Table 3 Weights of evaluation indicators for sustainable utilization of land resources in Wanzhou District

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)域概況

2.1.1 研究區(qū)概括 重慶市萬州區(qū)位于長(zhǎng)江中上游，地處三峽庫區(qū)的核心地段，轄52 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，區(qū)域面積3 456 km2，地貌類型復(fù)雜，多山川丘陵，地形起伏較大（圖1）；境內(nèi)河流大多呈枝狀分布，地表水以河流、湖泊為主，水量補(bǔ)給主要依靠大氣降水。地表植被被破壞，水土流失嚴(yán)重。全區(qū)山多地少，石灰?guī)r廣泛分布，加劇了土地的脆弱程度[22]。

圖1 萬州區(qū)地形Fig.1 Landform of Wanzhou District

2.1.2 萬州區(qū)土地資源利用現(xiàn)狀分析 萬州區(qū)土地面積3 456 km2，林地面積1 600.80 km2，耕地面積1 080.18 km2，占比分別為46.31%和31.25%，林地面積最大，耕地面積次之，森林覆蓋率較高。該地區(qū)以農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)為主（表4）。結(jié)合萬州區(qū)2020 年土地利用現(xiàn)狀遙感影像圖（圖2），結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)萬州區(qū)土地資源利用存在以下4 個(gè)問題：

圖2 2020 年萬州區(qū)土地利用現(xiàn)狀遙感影像圖Fig.2 Remote sensing image map of land use status in Wanzhou District in 2020

表4 2020 年萬州區(qū)土地利用現(xiàn)狀Table 4 Land use status of Wanzhou District in 2020

2.1.2.1 耕地存在撂荒現(xiàn)象。2020 年萬州區(qū)的糧食播種面積為10 萬hm2，比2019 年下降了0.7%，農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)到到非農(nóng)市場(chǎng)，是造成耕地撂荒的主要原因。

2.1.2.2 水土流失有所好轉(zhuǎn)。2020 年萬州區(qū)土壤輕度侵蝕面積867.43 km2，中度侵蝕面積257.95 km2，強(qiáng)烈侵蝕面積251.32 km2，極強(qiáng)烈侵蝕面積35.46 km2，水土流失面積共計(jì)1 413.94 km2，占區(qū)域總面積的40.95%。水土流失面積大，水土流失嚴(yán)重，表土層土壤流失，導(dǎo)致生態(tài)脆弱程度加劇。

2.1.2.3 土地集約利用程度較低。宅基地分布分散，進(jìn)一步加劇了土地碎片化，是影響土地資源可持續(xù)利用的主要因素。

2.1.2.4 水體污染嚴(yán)重。境內(nèi)有長(zhǎng)江橫貫，小支流和坑塘眾多，坑塘水面水生浮游生物覆蓋率較高，水體富營(yíng)養(yǎng)化和污染較嚴(yán)重。

2.2 萬州區(qū)土地可持續(xù)利用評(píng)價(jià)結(jié)果

綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果（表5）顯示，土地資源可持續(xù)利用綜合指數(shù)為0.603 2，處于基本可持續(xù)的階段。土地資源穩(wěn)定性和生態(tài)環(huán)境保護(hù)性都處于弱可持續(xù)階段。因此，萬州區(qū)土地資源處于弱可持續(xù)階段。

表5 2020 年萬州區(qū)土地資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)結(jié)果Table 5 Evaluation results of sustainable utilization of land resources in Wanzhou District in 2020

3 主要結(jié)論與建議

基于4 個(gè)準(zhǔn)則層和19 個(gè)指標(biāo)層因子評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用綜合指數(shù)、單指標(biāo)多因素相結(jié)合的方法，對(duì)三峽庫區(qū)重慶市萬州區(qū)的土地資源可持續(xù)利用進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示，該地區(qū)土地資源可持續(xù)利用綜合指數(shù)0.603 2，處于基本可持續(xù)的階段；而土地資源穩(wěn)定性和生態(tài)環(huán)境保護(hù)性都處于弱可持續(xù)階段。因此，萬州區(qū)土地資源處于弱可持續(xù)階段。提出增加綠化防治水土流失、提高有效灌溉率、整合土地以提高土地利用率的對(duì)策建議。