基于綜合生態(tài)風(fēng)險的云貴高原土地利用優(yōu)化與持續(xù)利用對策

許開鵬, 王晶晶， 遲妍妍， 劉　敏， 魯海杰

環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院, 北京　100012

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基于綜合生態(tài)風(fēng)險的云貴高原土地利用優(yōu)化與持續(xù)利用對策

許開鵬*, 王晶晶， 遲妍妍， 劉敏， 魯海杰

環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院, 北京100012

摘要:以云貴高原地區(qū)為研究對象，綜合考慮區(qū)域自然特征、生態(tài)背景和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，建立了以自然災(zāi)害、人為活動、生態(tài)敏感性和生態(tài)服務(wù)功能重要性為主要風(fēng)險因子的綜合生態(tài)風(fēng)險評價指標(biāo)體系與模型，并計(jì)算出云貴高原地區(qū)土地開發(fā)利用綜合生態(tài)風(fēng)險指數(shù)。通過與DEM和土地利用類型數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊置分析，最終得到云貴高原地區(qū)實(shí)際可利用土地面積約為3586 km2，不足該地區(qū)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(qū)域土地資源的可持續(xù)利用，提出對策建議：(1)要轉(zhuǎn)變粗放、低效的用地方式，節(jié)約集約利用壩區(qū)可開發(fā)用地；(2)要及時轉(zhuǎn)變城鄉(xiāng)建設(shè)用地方式，因地制宜的推動工業(yè)項(xiàng)目、城鎮(zhèn)建設(shè)向山坡、丘陵發(fā)展；(3)要加強(qiáng)可開發(fā)利用地區(qū)生態(tài)保護(hù)與建設(shè)，在推進(jìn)低丘緩坡荒灘等未利用土地的開發(fā)利用過程中，將地質(zhì)災(zāi)害和水土流失防治、生態(tài)環(huán)境保護(hù)置于優(yōu)先地位，制定防治措施。通過云貴高原地區(qū)的案例研究，提出了綜合生態(tài)風(fēng)險評價的方法，為基于生態(tài)風(fēng)險的土地利用格局優(yōu)化提供了技術(shù)借鑒。

關(guān)鍵詞：綜合生態(tài)風(fēng)險; 土地利用; 云貴高原地區(qū); 空間疊置

土地利用格局優(yōu)化是科學(xué)合理利用土地資源，實(shí)現(xiàn)自然環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的必要步驟[1- 3]。隨著城鎮(zhèn)化與工業(yè)化造成的生態(tài)破壞和土地資源不合理開發(fā)現(xiàn)象日益嚴(yán)重，土地利用格局優(yōu)化的研究重點(diǎn)已經(jīng)從單純關(guān)注數(shù)量結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，轉(zhuǎn)向注重空間優(yōu)化配置的研究[4- 5]，并且更多考慮生態(tài)的約束條件[6- 8]。生態(tài)風(fēng)險的研究興起于20世紀(jì)70年代，國內(nèi)外學(xué)者在評價框架與指標(biāo)體系、評價方法、應(yīng)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(xué)污染物的生態(tài)風(fēng)險，隨著研究尺度的擴(kuò)大，傳統(tǒng)的研究框架已經(jīng)不能適應(yīng)區(qū)域尺度的需求[13]。國內(nèi)已有學(xué)者建立了基于景觀尺度的生態(tài)風(fēng)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(qū)以山地為主，可開發(fā)利用的土地資源短缺，同時區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境問題極其復(fù)雜，不合理的土地利用將造成一定的生態(tài)風(fēng)險。區(qū)域生態(tài)風(fēng)險是一個包括自然、經(jīng)濟(jì)、社會系統(tǒng)的典型多要素系統(tǒng)[16- 19]。本文在考慮區(qū)域自然特征、生態(tài)背景和經(jīng)濟(jì)社會活動的基礎(chǔ)上，試圖建立一套適用于區(qū)域尺度范圍內(nèi)生態(tài)風(fēng)險評價指標(biāo)體系及模型，用以評估區(qū)域土地開發(fā)利用布局的生態(tài)風(fēng)險，進(jìn)而進(jìn)行土地利用優(yōu)化配置。

1研究區(qū)域

本文的云貴高原地區(qū)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(shè)和耕作的土地資源相對不足，全省大部分地區(qū)水土流失嚴(yán)重和易遭受滑坡、泥石流等災(zāi)害威脅，限制了林牧業(yè)和城鎮(zhèn)、交通的建設(shè)與發(fā)展，加劇了人地矛盾。貴州省受喀斯特地區(qū)特殊地質(zhì)條件的影響，生態(tài)環(huán)境十分脆弱，水土流失、石漠化嚴(yán)重，省內(nèi)山高、陡坡、降雨頻繁且集中，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，是我國地質(zhì)災(zāi)害的多發(fā)區(qū)和易發(fā)區(qū)，也是我國地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的省份之一。

2研究方法

本研究首先通過選取生態(tài)風(fēng)險因子和評價指標(biāo)，建立綜合生態(tài)風(fēng)險指數(shù)模型，評估區(qū)域綜合生態(tài)風(fēng)險，然后與區(qū)域可利用土地圖層進(jìn)行疊置分析，識別土地開發(fā)利用的生態(tài)風(fēng)險程度，最終結(jié)合土地利用數(shù)據(jù)，得出基于綜合生態(tài)風(fēng)險的可利用土地格局。

2.1綜合生態(tài)風(fēng)險評價指標(biāo)體系構(gòu)建

依據(jù)云貴高原地區(qū)自然特征、生態(tài)背景和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r[20]，以自然災(zāi)害R1、人為活動R2、生態(tài)背景(生態(tài)敏感性R3和生態(tài)功能重要性R4)作為生態(tài)風(fēng)險因子，并選取相應(yīng)的評價指標(biāo)，各評價指標(biāo)選取理由如下：

云貴地區(qū)自然環(huán)境復(fù)雜，自然災(zāi)害種類多，居主導(dǎo)地位的自然災(zāi)害是干旱、地震、滑坡、泥石流，其次是暴雨洪災(zāi)，因此自然災(zāi)害因子主要選取干旱災(zāi)害、地震災(zāi)害、滑坡泥石流災(zāi)害、暴雨洪澇災(zāi)害4個評價指標(biāo)；隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，人類對自然環(huán)境的破壞和擾亂日益增強(qiáng)，結(jié)合區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略和主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，因此人為活動因子選取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、林業(yè)資源開發(fā)、礦產(chǎn)資源開發(fā)、工業(yè)發(fā)展、旅游發(fā)展、城鎮(zhèn)化6個評價指標(biāo)；該地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱、喀斯特地貌分布廣泛，是我國水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)之一，因此生態(tài)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(biāo)；該地區(qū)是全球生物多樣性重點(diǎn)保護(hù)熱點(diǎn)地區(qū)和我國生態(tài)多樣性保護(hù)優(yōu)先區(qū)域，同時也是長江流域、珠江流域的上游，是重要的水源涵養(yǎng)功能區(qū)，因此生態(tài)功能重要性因子選取生物多樣性維護(hù)重要性、水源涵養(yǎng)重要性2個評價指標(biāo)。

通過以上考慮，本文構(gòu)建了包括4個風(fēng)險因子和16個評價指標(biāo)的綜合生態(tài)風(fēng)險評價指標(biāo)體系(表1)。

表1　云貴高原地區(qū)生態(tài)風(fēng)險評價模型

2.2綜合生態(tài)風(fēng)險指數(shù)計(jì)算

綜合生態(tài)風(fēng)險指數(shù)(R)計(jì)算公式如下(表1)：

式中，βj表示風(fēng)險因子中j類風(fēng)險因子的權(quán)重，Rj表示j類風(fēng)險因子的指數(shù)，通過專家打分法，確定自然災(zāi)害、人為活動、生態(tài)敏感性、生態(tài)功能重要性的權(quán)重分別為0.25、0.45、0.15、0.15。

自然災(zāi)害和人為活動風(fēng)險因子指數(shù)采用加權(quán)法計(jì)算，考慮自然災(zāi)害發(fā)生對生態(tài)系統(tǒng)的影響，運(yùn)用專家打分法，對干旱災(zāi)害、地震災(zāi)害、滑坡泥石流災(zāi)害、暴雨洪澇災(zāi)害等自然災(zāi)害指標(biāo)分別賦權(quán)重值0.45、0.15、0.3、0.1，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、林業(yè)資源開發(fā)、礦產(chǎn)資源開發(fā)、工業(yè)發(fā)展、旅游發(fā)展、城鎮(zhèn)化等人為活動指標(biāo)分別賦權(quán)重值0.2、0.25、0.3、0.1、0.05、0.1。自然災(zāi)害各指標(biāo)的風(fēng)險值主要根據(jù)多年災(zāi)害發(fā)生的頻率及強(qiáng)度進(jìn)行量化，從高到低分為5個等級，其中一級區(qū)的自然災(zāi)害風(fēng)險最高。

生態(tài)敏感性和生態(tài)功能重要性風(fēng)險因子指數(shù)采用最大值法計(jì)算，考慮區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)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(tài)敏感性指標(biāo)的最大值和生物多樣性維護(hù)重要性、水源涵養(yǎng)重要性指標(biāo)的最大值，各指標(biāo)主要參考《生態(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》[21]的評價方法，按照敏感和重要性程度進(jìn)行量化，從高到低分為5個等級。

3結(jié)果與分析

3.1綜合生態(tài)風(fēng)險評價

根據(jù)綜合生態(tài)風(fēng)險指數(shù)模型，得到云貴高原地區(qū)各風(fēng)險因子評價圖(圖1)和綜合生態(tài)風(fēng)險分布圖(圖2)，依照綜合生態(tài)風(fēng)險值的自然分類法將云貴地區(qū)依次分為高風(fēng)險區(qū)(R≥2.3)、中等風(fēng)險區(qū)(0.5≤R<2.3)和低風(fēng)險區(qū)(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(fēng)險區(qū)包括黔中、滇中、黔北和黔西等經(jīng)濟(jì)區(qū)和黔南盆地、滇東南河谷和滇南西雙版納等林區(qū)和旅游開發(fā)區(qū)，對區(qū)內(nèi)生態(tài)風(fēng)險應(yīng)采取重點(diǎn)監(jiān)控；中等風(fēng)險區(qū)包括滇西北“三江并流”區(qū)、滇西盈江下游、滇東南喀斯特地區(qū)和云貴高原湖盆區(qū)，對該區(qū)生態(tài)風(fēng)險應(yīng)適度規(guī)避；低風(fēng)險區(qū)則主要包括黔東生態(tài)建設(shè)區(qū)和滇東產(chǎn)業(yè)稀疏區(qū)，對該區(qū)生態(tài)風(fēng)險采取一般管理措施。

圖1　研究區(qū)各類生態(tài)風(fēng)險因子評價圖Fig.1　Map of ecological risk factors evaluation in Yun-Gui plateau area

圖2　研究區(qū)綜合生態(tài)風(fēng)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(tài)風(fēng)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(fā)的成本和經(jīng)濟(jì)效率，地形坡度大的地區(qū)，開發(fā)成本高且危險隱患造成的后期防護(hù)和治理成本高；面積較小限制土地開發(fā)規(guī)模，降低經(jīng)濟(jì)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(fā)利用土地選取主要考慮坡度和地塊大小。根據(jù)云貴兩省實(shí)際情況，坡度主要選取8°以下的地區(qū)；地塊大小的選取主要依據(jù)不同大小地塊下可開發(fā)利用土地面積變化的情況，通過云貴地區(qū)綜合生態(tài)風(fēng)險評價圖與可開發(fā)利用區(qū)分布圖疊加得出云貴的壩區(qū)和緩坡區(qū)分布風(fēng)險指數(shù)分布圖(圖4)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，云貴可開發(fā)利用區(qū)總面積約為54435 km2，約占云貴兩省面積的10.1%，其中處于高風(fēng)險區(qū)(R≥2.3)、中等風(fēng)險區(qū)(0.5≤R<2.3)和低風(fēng)險區(qū)(0≤R<0.5)的壩區(qū)面積比例分別為：15.0%、63.5%和21.5%。在地域分布上，黔北地區(qū)的遵義市南部、畢節(jié)市東北部為高風(fēng)險壩區(qū)，黔南部分地區(qū)、滇南西雙版納和普洱市局部地區(qū)以及滇西部分河谷地段生態(tài)風(fēng)險指數(shù)較高，而黔東，黔西和滇東、滇中大部為低生態(tài)風(fēng)險壩區(qū)。

圖3　云貴壩區(qū)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(fā)利用土地面積在逐漸減少，本文選取面積斜率變化相對穩(wěn)定的8 km2作為云貴可開發(fā)利用區(qū)(圖3)，簡稱為“云貴壩區(qū)”。

圖4　云貴壩區(qū)綜合生態(tài)風(fēng)險指數(shù)分布圖Fig.4　Map of integrated ecological risk index in Yun-Gui flatland

結(jié)合土地利用數(shù)據(jù)(表2)，云貴壩區(qū)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(qū)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(tài)風(fēng)險地區(qū)的地類以灌木林、耕地和水域?yàn)橹??？紤]到對生態(tài)用地和優(yōu)質(zhì)耕地的保護(hù)，將稀疏灌木、草叢和裸地作為適宜開發(fā)利用的地類，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該地類面積為3586 km2，約占整個壩區(qū)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(qū)面積分別約為2575 km2和1011 km2，均不足各省面積的1%。這些區(qū)域?yàn)榫哂虚_發(fā)價值與后備土地生產(chǎn)潛力地區(qū)，既不存在地震、滑坡、泥石流等自然災(zāi)害高風(fēng)險，也不存在生態(tài)地位極其重要或極其脆弱的敏感區(qū)，同時當(dāng)前受人為生態(tài)風(fēng)險較小。

表2　云貴壩區(qū)可開發(fā)利用區(qū)不同地類所處風(fēng)險級別的面積比例

4結(jié)論與建議

本研究綜合考慮區(qū)域自然災(zāi)害和人為活動的生態(tài)風(fēng)險以及生態(tài)敏感性、生態(tài)服務(wù)功能重要性的生態(tài)背景，按照4個風(fēng)險因子確定了影響生態(tài)風(fēng)險的主要指標(biāo)，建立了綜合生態(tài)風(fēng)險的指標(biāo)體系和計(jì)算模型。結(jié)合DEM模型和GIS軟件，確定云貴壩區(qū)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(tài)風(fēng)險進(jìn)行空間疊置分析，基于生態(tài)風(fēng)險的云貴壩區(qū)適宜開發(fā)利用的土地面積為3586 km2，約占整個壩區(qū)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(qū)土地利用緊張問題。

首先，要轉(zhuǎn)變粗放、低效的用地方式，節(jié)約集約利用壩區(qū)可開發(fā)用地，控制建設(shè)用地總規(guī)模，提高土地的城鎮(zhèn)利用效率，合理安排產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)用地規(guī)模；其次，要及時轉(zhuǎn)變城鄉(xiāng)建設(shè)用地方式，嚴(yán)格保護(hù)好壩區(qū)內(nèi)的耕地，選擇地質(zhì)條件、生態(tài)約束條件、交通條件等比較優(yōu)越的區(qū)域，適當(dāng)推動工業(yè)項(xiàng)目、城鎮(zhèn)建設(shè)向山坡、丘陵發(fā)展；最后，要加強(qiáng)可開發(fā)利用地區(qū)生態(tài)保護(hù)與建設(shè)，在推進(jìn)低丘緩坡荒灘等未利用土地的開發(fā)利用過程中，做好地災(zāi)危險性評價、水土流失評價和環(huán)境質(zhì)量影響評價，制定防治措施，在開發(fā)過程中，預(yù)留生態(tài)服務(wù)用地，以維護(hù)當(dāng)?shù)赜蛏鷳B(tài)功能。

研究以云貴高原地區(qū)為例，從自然災(zāi)害、人為活動以及生態(tài)背景出發(fā)，建立了區(qū)域尺度的綜合生態(tài)風(fēng)險評價指標(biāo)體系與方法，并為土地利用優(yōu)化的提供指導(dǎo)。鑒于研究地區(qū)的特殊性，本研究所提綜合生態(tài)風(fēng)險評價模型在其它區(qū)域應(yīng)用時還需要結(jié)合實(shí)際進(jìn)行改善。另外，本研究對各風(fēng)險因子和指標(biāo)的量化主要采用專家打分法，未來可結(jié)合當(dāng)?shù)鼐用褚约肮芾聿块T的意見進(jìn)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(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 06- 11

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