陜西黃土臺塬區(qū)土地生態(tài)風險時空差異性評價

馬彩虹

(陜西理工學院 歷史文化與旅游學院, 陜西 漢中 723001)

陜西黃土臺塬區(qū)土地生態(tài)風險時空差異性評價

馬彩虹

(陜西理工學院 歷史文化與旅游學院, 陜西 漢中 723001)

基于RS和GIS支持，采用土地轉移流和土地生態(tài)風險強度指數(shù)，對陜西黃土臺塬區(qū)的土地利用變化動態(tài)及其結構性風險進行了評價。結果表明：(1) 1990—2010年陜西各臺塬區(qū)的建設用地均有所增長、耕地除寶雞臺塬區(qū)和西安臺塬區(qū)增長外，其他臺塬區(qū)均減少，生態(tài)用地則剛性減少。(2) 研究時段內土地利用的生態(tài)風險指數(shù)表現(xiàn)出“高—低—高”的發(fā)展過程，1995年是一個拐點。(3) 市域尺度上，寶雞臺塬區(qū)和西安臺塬區(qū)土地利用的結構性風險自1995年以來有較大幅度的攀升，2005年后臨近“高等”生態(tài)風險。(4) 縣域尺度上，除了白水縣和永壽縣的生態(tài)風險降低外，其他區(qū)縣均有所增大，各區(qū)縣生態(tài)風險的差異性也進一步擴大。1990年、2000年、2010年土地結構風險的變異系數(shù)分別為10.43%，10.57%，10.79%。

土地利用; 土地轉移流; 土地生態(tài)風險; 陜西黃土臺塬區(qū)

土地生態(tài)風險問題作為國家生態(tài)安全的重要組成部分，已成為經濟社會進一步發(fā)展的制約因素[1]。土地生態(tài)風險主要來源于質量風險、結構風險和承載力風險三方面[2]，其中，土地利用類型的比例和空間配置是各種生態(tài)過程在不同尺度上作用的結果，是土地生態(tài)系統(tǒng)自身安全性的風向標[3-4]。土地生態(tài)風險評價(Ecological Risk Assessment，簡稱ERA)是土地資源可持續(xù)利用必須要了解與控制的重要指標。加強土地生態(tài)風險評價對于科學把握區(qū)域土地利用動態(tài)變化，為土地進行整治與管理以及提高土地資源開發(fā)利用效益具有重要的指導意義[5]。盡管土地生態(tài)風險評價僅僅是近三十年來逐漸興起的領域，卻是一個快速發(fā)展的研究領域。然而，目前國內沒有統(tǒng)一的生態(tài)風險評價指標體系。由于不同區(qū)域、不同時段土地生態(tài)風險類型的不同、風險強度的差異，對于生態(tài)風險評價指標的選擇，需要根據(jù)研究區(qū)域的具體情況確定。陜西黃土臺塬區(qū)是西北黃土臺塬區(qū)的主體，該區(qū)域既承受本區(qū)內人口與社會經濟發(fā)展對其高強度開發(fā)的要求，又潛在承接生態(tài)脆弱區(qū)和河谷盆地經濟高密區(qū)轉移而來的壓力，潛在一定的生態(tài)風險。本研究從對土地利用轉移流的分析入手，分析研究區(qū)土地利用變化動態(tài)特征，并選取土地利用結構風險指標探究區(qū)域土地利用變化的生態(tài)風險效應，以期為區(qū)域土地生態(tài)友好型土地利用與管理提供基本依據(jù)。

1 方法與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

陜西黃土臺塬區(qū)位于34°08′—35°52′N，106°20′—110°36′E，呈帶狀展布于渭河谷地南北兩側，總面積1 263 773 hm2。按行政隸屬關系分為寶雞臺塬區(qū)、咸陽臺塬區(qū)、西安臺塬區(qū)、銅川臺塬區(qū)和渭南臺塬區(qū)[6]。2010年總人口1 011.63萬人，人口密度845.84人/km2，其中非農人口250.87萬人，占24.8%；GDP為182.711億元，其中，第一產業(yè)占12.52%，第二產業(yè)占50.46%，第三產業(yè)占37.01%。耕地是構成陜西黃土臺塬區(qū)景觀的基質類型；建設用地中，城鎮(zhèn)用地團塊狀分布，農村居民點散布于陜西黃土臺塬區(qū)；林地和草地主要沿黃土臺塬上溝壑地帶展布，稀疏河流和水庫散布于耕地基質[6]。草地和林地主要分布于秦嶺北麓二級臺塬區(qū)和渭北三級臺塬區(qū)。黃土臺塬區(qū)耕地利用類型面積最大，充分體現(xiàn)了臺塬區(qū)糧食主產區(qū)土地利用類型的獨特性；草地、林地、水域等生態(tài)用地的比例太低，潛在生態(tài)風險。2010年，耕地面積98.43萬hm2，占77.89%；生態(tài)用地17.33萬hm2，占13.72%；建設用地10.59萬hm2，占8.38%。

1.2 研究方法

1.2.1 土地轉移流 傳統(tǒng)的土地利用變化測度指標，多采用土地利用動態(tài)度[6-9]。該指標對于認識土地利用動態(tài)變化具有重要價值，但是缺乏對土地利用變化方向性特征的考慮。為了反映土地利用變化具有方向性和數(shù)量大小兩種屬性，引入動態(tài)物質變化中“流”的概念，把土地利用變化中由一種土地利用類型轉為另外一種土地利用類型的情況定義為“土地利用轉移流”[10](以下簡稱“土地轉移流”)，用來表達土地利用變化的過程、方向性及其轉移量的大小。對任何土地利用類型而言，由該類型轉為其它類型的變化量稱為“土地轉出流”，由其它類型轉為該類型的變化量稱為“土地轉入流”。轉入流和轉出流的合計為該土地類型在特定時間段的“土地轉移流”，本質上是該土地利用類型中所有參與土地利用變化的總量。轉入流與轉出流之差為土地凈轉移量。當其值為正時，表示凈流入；反之，當其值為負時，表示凈流出。公式如下：

Lf=Lout+Lin

(1)

Lnf=Lin-Lout

(2)

式中：Lf——土地轉移流；Lout——土地轉出流；Lin——土地轉入流；Lnf——土地轉移流凈值。

1.2.2 生態(tài)風險強度 生態(tài)風險強度即是對土地利用空間結構中所蘊含的生態(tài)風險的度量。本研究中采用的土地利用結構生態(tài)風險模型如下：

(3)

式中：ERI——土地生態(tài)風險強度；Ai——i種土地利用類型面積；A——總面積；Wi——第i種土地利用類型所反映的生態(tài)風險強度權重，取值見表1[11]，生態(tài)風險指數(shù)的等級劃分標準見表2。

表1 不同土地利用類型的生態(tài)風險權重

表2 生態(tài)風險指數(shù)的等級劃分標準

1.3 數(shù)據(jù)來源與處理

以1990年、2000年、2010年陸地資源衛(wèi)星Landsat遙感圖像作為主要信息數(shù)據(jù)源，利用ERDAS 9.2進行遙感影像校正、最佳波段組合、投影轉換、圖像增強處理[8]；利用ArcGIS 9.3進行分類后處理以及柵格轉矢量、投影設置與變換、疊加分析、鄰斑同碼融合，完成土地利用圖和土地利用變化圖可視化處理。采用計算機隨機采樣的方式，在影像上隨即采樣300個點左右，并根據(jù)野外采樣的GPS采樣點信息，對臺塬區(qū)的影像進行精度評價?？傮w分類精度達到81.56%，Kappa系數(shù)達到0.786 1，解譯精度符合研究的需要。

2 土地利用變化動態(tài)分析

2.1 土地利用數(shù)量變化分析

由圖1看出，1990—2010年，陜西黃土臺塬區(qū)耕地、草地、林地、水域依次減少20 866.61，11 065.22，1 186.44，748.96 hm2，分別占1985年各自面積的2.08%，7.18%，4.60%，11.64%；建設用地增加33 902.8 hm2，占1985年的47.11%。但各市域臺塬區(qū)土地利用變化差異較大。其中，寶雞臺塬區(qū)建設用地增長4 336.2 hm2，耕地增長1 779.6 hm2，生態(tài)用地降低5 063.1 hm2；西安臺塬區(qū)耕地增長2 662.9 hm2，建設用地增長1 952.7 hm2，生態(tài)用地減少4 824.2 hm2；建設用地增加9 047.1 hm2，咸陽臺塬區(qū)耕地減少8 747.7 hm2，生態(tài)用地減少1 637.0 hm2；渭南臺塬區(qū)耕地減少7 972.0 hm2，建設用地增加9 722.1 hm2，生態(tài)用地減少2 156.3 hm2；銅川臺塬區(qū)建設用地增加830.7 hm2，耕地減少572.9 hm2，生態(tài)用地減少1 019.4 hm2?？傮w特征表現(xiàn)為所有臺塬區(qū)均表現(xiàn)為建設用地的剛性增長，耕地除寶雞臺塬區(qū)和西安臺塬區(qū)增長外，其他臺塬區(qū)均減少；生態(tài)用地剛性減少。

圖1 1990-2010年陜西各臺塬區(qū)土地利用數(shù)量變化

2.2土地利用轉移流時空差異分析

陜西黃臺塬區(qū)土地利用以耕地、草地、建設用地之間的轉移起主導作用(圖2)。其中，寶雞臺塬區(qū)和西安臺塬區(qū)的主要轉移流為耕地轉建設用地流和草地轉耕地流，這兩種用地流占絕對優(yōu)勢，其中，草地轉耕地流量更大。銅川臺塬區(qū)耕地轉建設用地流最大，其次是草地轉建設用地流，耕地轉林地用地流也較大。耕地的補給則主要通過草地轉耕地的途徑實現(xiàn)。咸陽臺塬區(qū)和渭南臺塬區(qū)的土地利用轉移流特征相似，耕地轉建設用地流的量突出，而耕地的補給流均很小?？傊?，寶雞臺塬區(qū)和西安臺塬區(qū)耕地數(shù)量處于補給有余的情況，而其他臺塬區(qū)均表現(xiàn)出耕地的凈損失。

3 土地利用結構性風險評價

3.1 臺塬區(qū)尺度土地生態(tài)風險變化

1990—2010年，土地利用的生態(tài)風險指數(shù)在數(shù)值上表現(xiàn)高—低—高的發(fā)展過程(圖3)。1990年，生態(tài)風險強度指數(shù)為0.210 546，1995年降低為0.208 922，之后基本線性增高，到2010年增高到0.215 710。1995—2010年增長率為32.5‰，年均增長率為2‰。整體而言，黃土臺塬區(qū)土地利用的結構性風險等級屬于中等水平，自1995年以后，土地利用的結構風險為增加態(tài)勢。

3.2 市域臺塬尺度土地生態(tài)風險變化

不同市域的臺塬生態(tài)風險強度差異較大，變化趨勢也不相同(圖4)。1990年，土地利用結構生態(tài)風險強度指數(shù)由高到低依次為咸陽臺塬區(qū)>寶雞臺塬區(qū)>渭南臺塬區(qū)>西安臺塬區(qū)>銅川臺塬區(qū)；2010年，土地利用結構生態(tài)風險強度指數(shù)由高到低依次為寶雞臺塬區(qū)>咸陽臺塬區(qū)>西安臺塬區(qū)>渭南臺塬區(qū)>銅川臺塬區(qū)。1990—2010年，各臺塬區(qū)的生態(tài)風險強度指數(shù)均有所增大，其中，咸陽臺塬區(qū)和渭南臺塬區(qū)的變化比較平穩(wěn)，寶雞臺塬區(qū)、西安臺塬區(qū)與銅川臺塬區(qū)在1990—1995年生態(tài)風險強度指數(shù)明顯降低，2005—2010年，寶雞臺塬區(qū)土地利用結構生態(tài)風險強度指數(shù)顯著增大，銅川臺塬區(qū)則比較穩(wěn)定?？傮w而言，寶雞臺塬區(qū)和西安臺塬區(qū)土地利用的結構性風險自1995年以來有較大幅度的攀升，尤其寶雞臺塬區(qū)的土地結構性風險值已與2005年以后躍升為陜西各臺塬區(qū)的最大值，為0.240 2，臨近“高等”生態(tài)風險區(qū)。這主要與建設用地的大幅增加以及生態(tài)功能性用地林地、草地、水域等的減少有關。

圖2 1990-2010年臺塬區(qū)土地轉移流

圖3 土地利用生態(tài)風險強度指數(shù)變化

圖4 市域臺塬區(qū)土地利用生態(tài)風險強度指數(shù)變化

3.3縣域臺塬尺度土地生態(tài)風險變化

1990年、2010年、2010年黃土臺塬區(qū)各區(qū)縣土地利用生態(tài)風險強度指數(shù)空間差異明顯，由大到小排序居于前列的有金臺區(qū)、鳳翔縣、涇陽縣、興平市、秦都區(qū)、長安區(qū)、富平縣、武功縣等，白水縣、永壽縣、韓城市、臨渭區(qū)和周至縣較小(圖5)。按土地利用結構生態(tài)風險等級可以劃分為4個等級，其中，土地利用結構生態(tài)風險較低的是韓城市、白水縣、王益區(qū)、耀州區(qū)、永壽縣、渭濱區(qū)、陳倉區(qū)、周至縣、藍田縣、臨渭區(qū)、華縣；土地利用生態(tài)風險較低的有合陽縣、澄城縣、大荔縣、乾縣；金臺區(qū)土地利用結構生態(tài)風險最高；其他區(qū)縣較高。

從生態(tài)強度指數(shù)的變化方向分析，1990—2000年，除了藍田縣、蒲城縣、白水縣、雁塔區(qū)、臨渭區(qū)、渭濱區(qū)6個區(qū)縣生態(tài)風險降低外，其他區(qū)縣生態(tài)風險表現(xiàn)為增大；2000—2010年，白水縣、乾縣、合陽縣、楊凌區(qū)、永壽縣、王益區(qū)6個區(qū)縣生態(tài)風險強度降低，其他區(qū)縣表現(xiàn)為生態(tài)強度指數(shù)增大；1990—2010年，生態(tài)風險降低的區(qū)縣僅為白水縣和永壽縣2個區(qū)縣，其他區(qū)縣均表現(xiàn)為增大，其中增大程度最高前6個區(qū)縣由大到小依次為藍田縣、金臺區(qū)、秦都區(qū)、渭城區(qū)、長安區(qū)、陳倉區(qū)、興平市。從極差角度分析，1990年生態(tài)風險強度指數(shù)最高的金臺區(qū)(0.243 983)，是最低的周至縣(0.160 231)的1.52倍，2000年和2010年最高值仍然為金臺區(qū)，但最低值轉為渭濱區(qū)，分別達到1.55倍和1.56倍，可見，生態(tài)風險強度指數(shù)的極差略有增大。從變異系數(shù)角度分析，1990年、2000年、2010年分別為10.43%，10.57%，10.79%，表明黃土臺塬區(qū)各區(qū)縣間的生態(tài)風險強度指數(shù)在逐漸擴大。

圖5 區(qū)縣土地利用生態(tài)風險強度指數(shù)

4 結 論

(1) 陜西黃臺塬區(qū)土地利用以耕地、草地、建設用地之間的轉移起主導作用。1990—2010年，陜西各臺塬區(qū)的建設用地剛性增長；耕地除了寶雞臺塬區(qū)和西安臺塬區(qū)增長外，其他臺塬區(qū)均減少；生態(tài)用地剛性減少。

(2) 研究時段內土地利用的生態(tài)風險指數(shù)在數(shù)值上表現(xiàn)出高—低—高的發(fā)展過程，1995年是由高—低態(tài)勢向低—高態(tài)勢轉變的拐點。

(3) 市域尺度上，寶雞臺塬區(qū)和西安臺塬區(qū)土地利用的結構性風險自1995年以來有較大幅度的攀升，尤其寶雞臺塬區(qū)的土地結構性風險值已與2005年以后躍升為陜西各臺塬區(qū)的最大值，臨近“高等”生態(tài)風險區(qū)。

(4) 縣域尺度上，1990—2010年除了白水縣和永壽縣2個區(qū)縣生態(tài)風險降低外，其他區(qū)縣均表現(xiàn)為增大。從變異系數(shù)角度分析，1990年、2000年、2010年分別為10.43%，10.57%，10.79%，表明黃土臺塬區(qū)各區(qū)縣間的生態(tài)風險強度指數(shù)在逐漸擴大。

陜西黃土臺塬區(qū)土地生態(tài)風險日益增大，一方面與生態(tài)用地比例的降低有關，另一方面與單位面積生態(tài)用地生態(tài)服務功能降低有關。因此，確保研究區(qū)生態(tài)安全的重要途徑之一是要提高生態(tài)功能性用地的比例，途徑之二則是要加強生態(tài)用地的利用和管理。遙感數(shù)據(jù)資料顯示，陜西黃土高塬臺塬區(qū)林地生態(tài)服務功能尚可，但草地以天然草地、荒草地比例偏大，生態(tài)服務功能偏低，而水域和濕地因面積比例過小，所承擔的生態(tài)服務功能就更小了。針對研究區(qū)的實際情況，改善草地的生態(tài)服務功能，進一步增加林地和水域及濕地的面積比例是提高生態(tài)用地服務功能的重要措施。

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AssessmentonSpatiotemporalEcologicalRiskinLoessHighlandRegionofShaanxiProvince

MA Cai-hong

(SchoolofHistoryandTourism,ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong,Shaanxi723001,China)

Based on RS and GIS, this paper used the index of land transfer flow and land ecological risk to analyze the land use change dynamic and to assess land structure ecological risk during 1990—2010. The results are as the follows. The built-up land enlarged in each loess highland region at city scale, the cultivated land reduced except in loess highland region of Baoji and loess highland region of Xi′an. Land use ecological risk index presented the pattern of ‘high—low—high’ during the study period, and the year of 1995 was the turning point. At city scale, loess highland region of Baoji and loess highland region of Xi′an enlarged very much since 1995, the value was up to ‘high’ ecological risk grade since 2005. At county scale, the ecological risk grew except Baishui County and Yongshou County, and the difference among the counties enlarged during 1990—2010. The variation coefficients of land structure risk were 10.43%, 10.57% and 10.79% at 1990, 2000 and 2010, respectively.

land use; land use change flow; land ecological risk; loess highland region of Shaanxi

2013-12-04

：2013-12-30

國家社科基金項目“中國絲綢之路經濟帶生態(tài)文明建設評價與路徑研究”(14XKS019)

馬彩虹(1974—),女,寧夏西吉縣人,博士,副教授,主要從事資源環(huán)境評價及GIS/RS應用、生態(tài)經濟與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究。E-mail:mchyanni@aliyun.com

X826

：A

：1005-3409(2014)05-0216-05