貴州省種植地壩區(qū)土地利用轉(zhuǎn)型及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)

王曉穎 唐天君 韓敏 周華 張宇濤 龍劍峰 張莉娟 李儒童

摘 要：為更好研究貴州省種植地壩區(qū)土地利用轉(zhuǎn)型及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，綜合運(yùn)用土地利用轉(zhuǎn)型、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量相關(guān)分析方法，研究貴州省種植地壩區(qū)土地利用變化趨勢(shì)、土地利用轉(zhuǎn)型與其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)關(guān)系及整體生態(tài)環(huán)境變化態(tài)勢(shì)，試圖尋找種植地壩區(qū)土地利用轉(zhuǎn)型中對(duì)生態(tài)價(jià)值影響較大的地類，以探索人類生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間的有機(jī)協(xié)調(diào)機(jī)制，為貴州協(xié)同推進(jìn)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)提供科學(xué)參考。

關(guān)鍵詞：土地利用轉(zhuǎn)型? ?生態(tài)環(huán)境效應(yīng)? ?種植地壩區(qū)? ?貴州省

中圖分類號(hào)：F301.2? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：? A

Land Use Transformation and Its Eco-Environmental Effect in Planting Site Dam Areas in Guizhou Province

WANG Xiaoying1，2? TANG Tianjun1*? ? HAN Min1，2? ? ZHOU Hua1，2? ZHANG Yutao1? ?LONG Jianfeng1，2

ZHANG Lijuan1? ?LI Rutong1，2

（1.Guizhou Natural Resources Survey and Planning Institute;2.Guizhou Scientific Research Base of the Key Laboratory of Land Use of the Ministry of Natural Resources， Guiyang， Guizhou Province，550004 China）

Abstract： In order to better study the land use transformation and its eco-environmental effect in planting site dam areas of Guizhou Province， this paper comprehensively uses the analysis methods related to land use transformation and the eco-environmental quality to study the trend of land use change， the relationship between land use transformation and its eco-environmental effect and the overall trend of eco-environmental change in planting site dam areas of Guizhou Province， and tries to find the land category that has a greater impact on the ecological value in land use transformation in planting sits dam areas， so as to explore the organic coordination mechanism of human's production， life and ecological space， and provide scientific reference for the coordinated promotion of development and ecological protection in Guizhou.

Key Words： Land use transformation; Eco-environmental effect; Planting site dam area; Guizhou Province

土地利用轉(zhuǎn)型由GRAINGER提出，后被龍花樓引入中國(guó)。目前，土地利用轉(zhuǎn)型在“三生空間”方面探索較多，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶、雄安新區(qū)等經(jīng)濟(jì)繁華區(qū)域或省級(jí)區(qū)域研究較為豐富，對(duì)于貴州這樣多山且經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后地區(qū)研究較少，壩區(qū)土地利用轉(zhuǎn)型及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的研究需要進(jìn)一步深入。

貴州是全國(guó)唯一無平原省份，全省92.5%國(guó)土為山地，山間盆地（俗稱壩子），因其地勢(shì)平坦，易于開發(fā)利用，是各種人類活動(dòng)核心區(qū)域[1]。本研究為更好探索壩區(qū)土地利用轉(zhuǎn)型及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，特將坡度在6°以下、耕地、園地等種植土地間距小于50 m作為集中連片條件，面積大于500畝的土地定義為500畝以上種植地壩區(qū)（以下簡(jiǎn)稱種植地壩區(qū)）并作為研究區(qū)域，以2009—2019年為研究期開展土地利用轉(zhuǎn)型及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究，以期揭示貴州獨(dú)特地理單元土地利用轉(zhuǎn)型規(guī)律，掌握生態(tài)環(huán)境協(xié)同變化情況，為貴州牢牢守好發(fā)展與生態(tài)保護(hù)底線提供支撐。

1? 研究區(qū)域

貴州處于云貴高原向湘西丘陵過渡的斜坡地帶，山谷縱橫、地形切割劇烈，土地利用受地形影響顯著。受獨(dú)特的地形地貌影響，農(nóng)業(yè)與非農(nóng)產(chǎn)業(yè)大多集中在易于開發(fā)的壩區(qū)，由此導(dǎo)致各類發(fā)展與保護(hù)沖突明顯。

2? 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

種植地壩區(qū)范圍通過DEM數(shù)據(jù)疊加土地利用數(shù)據(jù)獲取，全省共有1 451塊符合定義的種植地壩區(qū)。30 m×30 m DEM數(shù)據(jù)通過中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心獲取，提取6°以下坡度范圍，生成數(shù)據(jù)a；30 m×30 m土地利用數(shù)據(jù)由2009年和2019年高清影像解譯形成，生成數(shù)據(jù)b；通過疊加數(shù)據(jù)a、b，提取耕地與園地總面積大于500畝的種植地壩區(qū)范圍，考慮地形連通性與完整性，將與壩區(qū)相連的建設(shè)用地、水域、林地等一并劃入，最終形成研究區(qū)。種植地壩區(qū)在全省均有分布，形態(tài)多樣、面積差異大，主要集中于遵義－貴陽－安順－黔西南一線（見圖1）。

2.2 研究方法

本文綜合運(yùn)用土地利用動(dòng)態(tài)度、土地利用轉(zhuǎn)移矩陣、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)、生態(tài)貢獻(xiàn)率等方法開展研究。

2.2.1 土地利用動(dòng)態(tài)度

土地利用動(dòng)態(tài)度可以反映研究區(qū)域2009—2019年各地類面積變化快慢，包括單一動(dòng)態(tài)度和綜合動(dòng)態(tài)度[3-6]。單一動(dòng)態(tài)度表達(dá)式為：

式（1）中，K為研究期內(nèi)某類土地的單一變化動(dòng)態(tài)度，U2019為該類土地2019年的面積，U2009為該類土地2009年的面積，T為研究的時(shí)間長(zhǎng)度。

由于研究區(qū)基期年存在部分地類面積為0的情況，因此基于公式（1）對(duì)動(dòng)態(tài)度公式進(jìn)行完善，將分母修改為每塊種植地壩區(qū)的總面積，通過各地類比重的變化反應(yīng)動(dòng)態(tài)度。公式如下：

式（2）中，KDi為研究期內(nèi)某塊種植地壩區(qū)第i種地類的單一動(dòng)態(tài)度；UD2019為i地類在該種植地壩區(qū)2019年的面積；UD2009為i地類在該種植地壩區(qū)2009年的面積；TD為該種植地壩區(qū)總面積。

綜合動(dòng)態(tài)度表達(dá)式為：

式（3）中，LC為研究期內(nèi)土地利用綜合動(dòng)態(tài)度；n為土地利用類型數(shù)；ΔLUi-j為研究期內(nèi)第i類土地轉(zhuǎn)化為第j類土地的面積；LUi為研究期初期第i類土地利用面積。

2.2.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可以展現(xiàn)研究區(qū)域研究期內(nèi)不同土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)化情況，表征用地方式變化的劇烈程度[7-8]，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式（4）中，P為種植地壩區(qū)各類土地類型之間相互轉(zhuǎn)化的可能性；i為土地利用類型數(shù)量。

2.2.3 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的改善與惡化用生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)來表征[9]，表達(dá)式為：

式（5）中，EVt為種植地壩區(qū)t時(shí)期生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；n為土地利用類型數(shù)量；Si、SA分別為t時(shí)期第i種土地利用類型的面積和區(qū)域總面積；Ci為第i種土地利用類型的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)。

2.2.4 生態(tài)貢獻(xiàn)率

生態(tài)貢獻(xiàn)率可以量化地類轉(zhuǎn)變對(duì)研究區(qū)生態(tài)環(huán)境帶來的影響，有利于分清改善環(huán)境或是惡化環(huán)境的主導(dǎo)因素[10-11]，其表達(dá)式為：

式（6）中，LEI為生態(tài)環(huán)境貢獻(xiàn)率；LEt+1、LEt分別為某類土地利用變化類型的末期和初期生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；LA為該地類的變化面積；TA為區(qū)域總面積。

3? 結(jié)果與分析

3.1? 土地利用轉(zhuǎn)型與生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的相關(guān)性分析

對(duì)1 451塊研究區(qū)的綜合動(dòng)態(tài)度變化值和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)變化值進(jìn)行相關(guān)性分析可知，種植地壩區(qū)土地利用轉(zhuǎn)型及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)總體呈現(xiàn)復(fù)雜的非線性關(guān)系（見圖2）。分析各地類單一動(dòng)態(tài)度變化值與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)變化值的關(guān)系可知，林地與耕地的土地利用轉(zhuǎn)型與生態(tài)環(huán)境效應(yīng)存在明顯線性關(guān)系，其中林地線性關(guān)系高達(dá)0.92，表明林地和耕地對(duì)于生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的影響最為突出；其余地類轉(zhuǎn)型則呈現(xiàn)弱相關(guān)性（見圖3）。在生態(tài)環(huán)境效應(yīng)惡化的種植地壩區(qū)中半數(shù)以上區(qū)域建設(shè)用地呈減少態(tài)勢(shì)，而在生態(tài)環(huán)境效應(yīng)改善的種植地壩區(qū)中28.04%的區(qū)域建設(shè)用地呈增加態(tài)勢(shì)，這表明單一地類變化對(duì)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)變化的相關(guān)性較弱，需進(jìn)行系統(tǒng)性分析。

3.2? 生態(tài)環(huán)境效應(yīng)空間差異分析

2009—2019年，種植地壩區(qū)的整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)從0.358降為0.316，降幅達(dá)11.52%，生態(tài)環(huán)境效應(yīng)表現(xiàn)為下降趨勢(shì)大于提升趨勢(shì)。從研究區(qū)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)變化來看，1451塊種植地壩區(qū)中，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降區(qū)域占92.63%，僅7.37%的區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量得到提升，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降的區(qū)域遠(yuǎn)多于提升的部分。從空間分布上看，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降區(qū)域集中分布在黔南州北部及東南部、畢節(jié)市東西部以及遵義市東南部，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量提升區(qū)域集中分布于貴陽市中部和黔西南州西南部，土地利用轉(zhuǎn)型導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)變化空間異質(zhì)性明顯（見圖4）。

當(dāng)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降時(shí)，耕地變化總體表現(xiàn)為增加，除貴陽、遵義和銅仁市減少突出外，其余市（州）皆呈明顯增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)；園地變化同樣表現(xiàn)為增加，增長(zhǎng)幅度最明顯的區(qū)域是遵義市東南部；林地的變化與耕地相比則呈相反態(tài)勢(shì)，面積減少區(qū)域分布與耕地增多區(qū)域重疊性高，主要集中在黔南州、畢節(jié)市和遵義市；建設(shè)用地變化主要表現(xiàn)為增長(zhǎng)多于減少，增長(zhǎng)部分主要在黔南州東南部、畢節(jié)市西部及南部（見圖5）。當(dāng)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量提升時(shí)，耕地變化以減少為主，主要分布在貴陽市中部和畢節(jié)市中部；園地變化以增加為主，大多分布于貴陽市中部和遵義市南部；林地變化同樣以增加為主，分布于黔西南州西南部、銅仁市東南部和貴陽市中部；建設(shè)用地變化以減少為主，主要呈遵義、貴陽和黔西南州的帶狀分布（見圖6）。

3.3? 影響生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的土地利用轉(zhuǎn)型分析

2009—2019年，提升生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要因素是耕地向林地轉(zhuǎn)型、建設(shè)用地向耕地轉(zhuǎn)型、耕地向水域轉(zhuǎn)型，三者占生態(tài)環(huán)境正效應(yīng)貢獻(xiàn)率的69.43%，其中，耕地向林地轉(zhuǎn)型是關(guān)鍵因素（36.19%）。導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降的主要因素是林地向耕地轉(zhuǎn)型、耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)型、林地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)型，三者占生態(tài)環(huán)境負(fù)效應(yīng)貢獻(xiàn)率的76.94%，其中林地向耕地轉(zhuǎn)型是主導(dǎo)因素（61.10%）。

通過對(duì)土地利用轉(zhuǎn)型的正、負(fù)效應(yīng)生態(tài)貢獻(xiàn)率分析可知，土地利用轉(zhuǎn)型所導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境正、負(fù)效應(yīng)變化并不完全呈正相關(guān)關(guān)系，而是表現(xiàn)出復(fù)雜的非線性關(guān)系（見圖7）。從貢獻(xiàn)率變化來看，耕地與林地相互轉(zhuǎn)型、建設(shè)用地與耕地相互轉(zhuǎn)型是影響生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的重要因素，且呈正相關(guān)關(guān)系。其余地類相互轉(zhuǎn)型所引起生態(tài)環(huán)境正、負(fù)效應(yīng)變化則表現(xiàn)出復(fù)雜的非線性關(guān)系，由此可知，退耕還林和建設(shè)用地復(fù)墾為耕地可較大幅度提升生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

4? 結(jié)論與討論

種植地壩區(qū)作為貴州獨(dú)特地理單元，在保障發(fā)展、保護(hù)糧食及生態(tài)安全方面意義重大。本文對(duì)貴州1 451塊500畝以上種植地壩區(qū)的土地利用轉(zhuǎn)型與生態(tài)環(huán)境效應(yīng)相關(guān)性、生態(tài)環(huán)境效應(yīng)空間差異、影響生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的土地利用轉(zhuǎn)型方式進(jìn)行定量分析，主要結(jié)論如下。

4.1 加強(qiáng)對(duì)種植地壩區(qū)林地、耕地的保護(hù)力度

土地利用轉(zhuǎn)型及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)呈現(xiàn)復(fù)雜的非線性關(guān)系，但分析結(jié)果表明，2009—2019年間，林地、耕地對(duì)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的影響尤為顯著。由于貴州獨(dú)特地貌特征，種植地壩區(qū)空間尤為珍貴，土地利用矛盾較大，為保證種植地壩區(qū)的低碳可持續(xù)利用，應(yīng)在優(yōu)化種植地壩區(qū)土地利用格局時(shí)統(tǒng)籌考慮生產(chǎn)、生態(tài)、生活空間有機(jī)協(xié)調(diào)，增強(qiáng)對(duì)林地、耕地等生態(tài)效益價(jià)值較高用地的保護(hù)意識(shí)，加大對(duì)其保護(hù)力度。

4.2? 適度調(diào)整不宜耕種區(qū)域“還林”，合理統(tǒng)籌用地“空間置換”

當(dāng)種植地壩區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降時(shí)，林地面積急劇降低，耕地和園地面積明顯上升；林地減少區(qū)域與耕地、園地增加區(qū)域重合度較高。應(yīng)遵循自然規(guī)律，對(duì)于不適宜耕種區(qū)域，適度調(diào)整“退耕還林”，以糧食安全為前提，盡力做到既保證貴州糧食生產(chǎn)安全，又保障生態(tài)格局持續(xù)向好。同時(shí)，協(xié)同推進(jìn)種植地壩區(qū)土地利用與周邊山坡、山地優(yōu)化調(diào)整，綜合考慮耕地與周邊園地、林地“空間置換”，實(shí)現(xiàn)耕地的“進(jìn)出平衡”，真正做到因地制宜，宜耕則耕、宜林則林、宜草則草。

4.3? 嚴(yán)格控制種植地壩區(qū)耕地“非農(nóng)化”

種植地壩區(qū)整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)下降，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降趨勢(shì)大于提升趨勢(shì)，其中，降低生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主導(dǎo)因素包括耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)型。種植地壩區(qū)中因?yàn)槌青l(xiāng)建設(shè)、基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展等占用耕地，雖然通過增減掛鉤、土地整治等實(shí)現(xiàn)了耕地總量的動(dòng)態(tài)平衡，但整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量仍然受到較大影響。應(yīng)嚴(yán)格控制耕地轉(zhuǎn)型為建設(shè)用地，考慮種植地壩區(qū)省際差異化管理，讓建設(shè)用地集聚在更有規(guī)模、更有效能的大城市，適當(dāng)發(fā)展中心城鎮(zhèn)，約束小城鎮(zhèn)發(fā)展，用政策約束無序發(fā)展，用規(guī)劃引導(dǎo)科學(xué)布局，通過土地利用轉(zhuǎn)型調(diào)控，讓農(nóng)業(yè)和非農(nóng)產(chǎn)業(yè)空間布局有序，合理發(fā)展。

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