費(fèi)建波 夏建國(guó) 胡 佳 馬黛玉 趙 濤 吳 璽
(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院, 成都 611130; 2.廣元市利州區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局, 廣元 628000;3.四川省國(guó)土整治中心, 成都 610041)
生態(tài)空間是國(guó)土空間的重要組成部分,是發(fā)揮生態(tài)服務(wù)功能、提供生態(tài)產(chǎn)品的核心載體。生態(tài)空間相關(guān)研究因工業(yè)化發(fā)展帶來諸多城市問題而興起[1],因此,城市地區(qū)是生態(tài)空間研究的熱點(diǎn)區(qū)域[2-3]。在國(guó)外,霍華德的著名田園城市理論描繪了城鄉(xiāng)空間中理想的生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)[4],開啟了生態(tài)空間研究與探索熱潮,生態(tài)思想成為解決所有與生命現(xiàn)象有關(guān)問題具有普遍意義的指導(dǎo)思想,美國(guó)學(xué)者提出了“生態(tài)導(dǎo)向”這一概念,迅速在全球范圍內(nèi)得到積極響應(yīng)[5]。此后,生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施、區(qū)域綠地、生態(tài)廊道、生境網(wǎng)絡(luò)和環(huán)境廊道等概念相繼出現(xiàn)[6]。在國(guó)內(nèi),生態(tài)空間研究同樣集中在城市地區(qū),鄉(xiāng)村生態(tài)空間研究未受到足夠重視。由于鄉(xiāng)村地區(qū)的人口、土地和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度等都與城市地區(qū)存在很大區(qū)別,甚至分屬兩個(gè)極端,因此,鄉(xiāng)村生態(tài)空間在規(guī)模數(shù)量、組成結(jié)構(gòu)、空間格局和功能目標(biāo)等方面都有所不同。姚娜等[7]對(duì)北京市平原地區(qū)的生態(tài)空間研究表明,自中心城區(qū)向郊區(qū),生態(tài)空間比例逐漸升高,斑塊更加聚集;王甫園等[1]在對(duì)國(guó)內(nèi)外城市生態(tài)空間研究進(jìn)展進(jìn)行梳理后指出,城市生態(tài)空間的總體目標(biāo)應(yīng)注重可持續(xù)多元化利用,改善人居環(huán)境,增進(jìn)人類福祉,加強(qiáng)社會(huì)-生態(tài)空間的交互關(guān)系與機(jī)理研究。
近年來,隨著生態(tài)文明建設(shè)和鄉(xiāng)村振興等戰(zhàn)略的實(shí)施,鄉(xiāng)村生態(tài)空間研究逐漸受到學(xué)術(shù)界的關(guān)注。目前,鄉(xiāng)村生態(tài)空間的研究可以歸納為兩類:①與城市地區(qū)一起作為整體對(duì)象[8-9],從多種尺度開展研究??琢顦虻萚10]以長(zhǎng)江流域?yàn)閷?duì)象,探討了面向流域生態(tài)空間規(guī)劃的方法與管理對(duì)策;陳永林等[11]以長(zhǎng)株潭城市群為例,對(duì)城市群生態(tài)空間進(jìn)行了預(yù)測(cè)模擬研究;謝花林等[12]以鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)為例,從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)和生態(tài)系統(tǒng)敏感性辨識(shí)了鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)關(guān)鍵性生態(tài)空間;李國(guó)煜等[13]以平潭島為例,探討了自然生態(tài)空間用途管制分區(qū)劃定的邏輯框架和技術(shù)方法。②與生產(chǎn)生活空間一起作為整體對(duì)象開展研究。王娜等[14]從“三生空間”的概念解析入手,分析了城市邊緣區(qū)綠色生態(tài)空間的保護(hù)困境和原因,并提出創(chuàng)新規(guī)劃理念、轉(zhuǎn)變發(fā)展思路和注重規(guī)劃實(shí)施3方面的規(guī)劃對(duì)策;鄧春等[15]基于農(nóng)戶間共生界面的分析,研究了村落生產(chǎn)生活生態(tài)空間重構(gòu)的共生路徑。
綜上,當(dāng)前大多數(shù)研究沒有將鄉(xiāng)村與城市生態(tài)空間嚴(yán)格區(qū)分開來,而是作為一個(gè)整體開展研究,這不利于真正理解鄉(xiāng)村生態(tài)空間的本質(zhì)內(nèi)涵、空間分布特征和演變規(guī)律。鄉(xiāng)村生態(tài)空間是指直接或間接提供生態(tài)產(chǎn)品和服務(wù),承擔(dān)著維護(hù)鄉(xiāng)村地區(qū)生命安全、保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)正常進(jìn)行的國(guó)土空間,不僅要為鄉(xiāng)村地區(qū)提供生態(tài)產(chǎn)品和服務(wù),而且還是構(gòu)建區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)、消納城市污染的重要生態(tài)源地??茖W(xué)地分析鄉(xiāng)村生態(tài)空間演變規(guī)律是開展鄉(xiāng)村生態(tài)空間評(píng)價(jià)、規(guī)劃、利用和保護(hù)的研究基礎(chǔ)。
本研究以長(zhǎng)江上中游典型傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)——川中丘陵區(qū)為例,在生態(tài)空間分類基礎(chǔ)上,開展鄉(xiāng)村生態(tài)空間時(shí)空格局演變及其生境質(zhì)量響應(yīng)的實(shí)證分析。傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)往往是在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度低、生產(chǎn)組織方式相對(duì)陳舊的情況下,為了獲得充足的農(nóng)產(chǎn)品,不斷開墾土地,原生生態(tài)空間不斷被擠占,從而導(dǎo)致產(chǎn)生區(qū)域水土流失、土壤板結(jié)、腐殖質(zhì)減少、地力退化等生態(tài)問題,使生態(tài)環(huán)境不斷惡化。傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)的生態(tài)問題代表著廣大農(nóng)村地區(qū)的生態(tài)現(xiàn)狀,對(duì)其開展鄉(xiāng)村生態(tài)空間演變規(guī)律分析,可為鄉(xiāng)村地區(qū)生態(tài)安全格局構(gòu)建、土地利用方式優(yōu)化提供參考和借鑒。
川中丘陵區(qū)(103°15′~108°30′E,27°35′~32°52′N)介于龍泉山和華鎣山之間,是長(zhǎng)江上游重要生態(tài)屏障和水源涵養(yǎng)區(qū),包括69個(gè)縣級(jí)行政區(qū),面積約8.96×104km2,海拔250~600 m,地勢(shì)自西南向東北逐漸變高。出露的地層主要為中生代紫色紅砂巖和泥巖,質(zhì)地松軟,極易遭受侵蝕和風(fēng)化,中度及中度以上侵蝕面積占總面積的34.55%[16];氣候?qū)賮啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候,年降雨量900~1 000 mm,人口密度達(dá)616人/km2,土地墾殖率高達(dá)55%,農(nóng)用地以坡耕地為主,作物主要有水稻、玉米、小麥、甘蔗、油菜等[17],植被以榿木、柏木和松樹為主,平均森林覆蓋率不到7%。由于研究區(qū)降雨量大、墾殖率高、植被覆蓋率低等,該區(qū)域水、土、肥流失嚴(yán)重,土地大多坡大土薄,土層厚度多在50 cm以下。川中丘陵區(qū)是四川省糧食、經(jīng)濟(jì)作物的主產(chǎn)區(qū),屬傳統(tǒng)農(nóng)區(qū),也是長(zhǎng)江上游水土流失最嚴(yán)重的區(qū)域,在嘉陵江、涪江和沱江流域,每年沖走的泥沙多達(dá)2.5×109t,大多數(shù)縣市土壤侵蝕的平均流失量為土壤允許流失量的4~10倍[18]。
采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包含2000年、2010年和2018年3個(gè)不同時(shí)期的遙感影像解譯結(jié)果數(shù)據(jù),空間分辨率為30 m×30 m,來源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥www.resdc.cn)和四川省自然資源主管部門,基于遙感影像的土地類型劃分參照劉紀(jì)遠(yuǎn)等研究結(jié)果,具體為耕地、林地、草地、水域、居民地和未利用土地6個(gè)一級(jí)類型以及25個(gè)二級(jí)類型[19]。人口數(shù)據(jù)、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)主要來源于四川省2001、2011、2019年統(tǒng)計(jì)年鑒。在對(duì)比分析已有研究成果,界定鄉(xiāng)村生態(tài)空間內(nèi)涵基礎(chǔ)上,采用歸納比較法構(gòu)建鄉(xiāng)村生態(tài)空間分類體系,將遙感影像解譯結(jié)果按照分類體系進(jìn)行傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)生態(tài)空間的分類[20],快速提取出不同時(shí)期生態(tài)空間的現(xiàn)狀信息;然后分別采用轉(zhuǎn)移速率、動(dòng)態(tài)度、轉(zhuǎn)移矩陣和洛倫茲曲線分析近20年傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)生態(tài)空間在數(shù)量、組成結(jié)構(gòu)及其空間分布等方面的時(shí)空演變規(guī)律,并分析生境質(zhì)量對(duì)生態(tài)空間變化的響應(yīng)結(jié)果。
1.2.1生態(tài)空間分類
當(dāng)前,國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于生態(tài)空間的內(nèi)涵還未形成共識(shí),因此在生態(tài)空間分類上還沒有形成統(tǒng)一的分類體系。生態(tài)空間分類大致可分為歸納比較法[21]、適宜性評(píng)價(jià)法[19]、綜合評(píng)價(jià)法[12,22-24]和直接定義法[11,13-14,25-26]4種。其中歸納比較法和直接定義法都是根據(jù)土地利用方式/地表覆蓋類型是否具有生態(tài)服務(wù)功能來判定其是否屬于生態(tài)空間的范疇;適宜性評(píng)價(jià)法和綜合評(píng)價(jià)法則是通過構(gòu)建生態(tài)空間識(shí)別指標(biāo)體系,基于評(píng)價(jià)單元的地形地貌、氣候水文、土壤植被等條件來判定其是否屬于生態(tài)空間的范疇。兩類方法在范圍界定上存在較大差異,主要表現(xiàn)為農(nóng)用地和養(yǎng)殖水面是否作為生態(tài)空間存有較大的爭(zhēng)議[2]。傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)的土地利用方式主要以耕地為主,也正是由于大量的開墾性農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成諸如水土流失、土壤質(zhì)量下降和耕地地力退化等生態(tài)環(huán)境問題。將耕地、坑塘等地類納入生態(tài)空間的范疇進(jìn)行科學(xué)管理和利用,對(duì)于協(xié)調(diào)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)保護(hù)之間的矛盾、提升區(qū)域生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值和促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展具有重要作用。本文采用現(xiàn)狀分類法,綜合考慮基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可獲取性、研究尺度、分類結(jié)果應(yīng)用和自然資源管理的需要,將鄉(xiāng)村生態(tài)空間劃分為基礎(chǔ)生態(tài)空間和生產(chǎn)生態(tài)空間2類。其中基礎(chǔ)生態(tài)空間是指以發(fā)揮土地生態(tài)功能為目標(biāo)的用地空間,是人類與大自然長(zhǎng)期以來和諧共處,自然衍生出來的空間范圍,是構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局和穩(wěn)定持續(xù)供給生態(tài)服務(wù)功能和生態(tài)產(chǎn)品的底線型空間,包括林地、草地、水域和未利用地;生產(chǎn)生態(tài)空間是指以發(fā)揮土地生產(chǎn)功能為主,兼具生態(tài)功能的用地空間,該類生態(tài)空間是將自然資源轉(zhuǎn)換為人類生活所需物質(zhì)的重要場(chǎng)所,是持續(xù)穩(wěn)定供給人類所需物質(zhì)的空間載體,主要包括耕地。
1.2.2生態(tài)空間轉(zhuǎn)移速率和動(dòng)態(tài)度
生態(tài)空間轉(zhuǎn)移速率和動(dòng)態(tài)度用以定量分析一段時(shí)期內(nèi)生態(tài)空間數(shù)量變化關(guān)系。生態(tài)空間轉(zhuǎn)移速率是指某種生態(tài)空間類型在一定時(shí)期內(nèi)的轉(zhuǎn)移量,計(jì)算式為
(1)
式中Ti——第i種生態(tài)空間類型的轉(zhuǎn)移速率
Aia——研究基期第i種生態(tài)空間類型的總面積
Aib——研究末期第i種生態(tài)空間類型的總面積
t——研究時(shí)段
轉(zhuǎn)移效率為正值時(shí),表明生態(tài)空間數(shù)量處于減少態(tài)勢(shì),反之表明生態(tài)空間數(shù)量處于增加態(tài)勢(shì),值越大表明變化趨勢(shì)越明顯[27]。
生態(tài)空間動(dòng)態(tài)度表征研究區(qū)生態(tài)空間變化的綜合活躍程度[19],計(jì)算式為
(2)
式中DD——生態(tài)空間綜合動(dòng)態(tài)度
Ai——研究基期第i類生態(tài)空間類型的面積
ΔAi-j——基期到末期第i類生態(tài)空間類型轉(zhuǎn)換為j類型的數(shù)量
n——生態(tài)空間類型數(shù)量
1.2.3生態(tài)空間轉(zhuǎn)移矩陣
生態(tài)空間轉(zhuǎn)移矩陣是指在一定時(shí)期內(nèi),一種生態(tài)空間轉(zhuǎn)換為另一種生態(tài)空間類型的過程,用以表征生態(tài)空間組成結(jié)構(gòu)的變化關(guān)系。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為
(3)
式中Aij——研究初期與研究末期的生態(tài)空間狀態(tài)
1.2.4生態(tài)空間分布洛倫茲曲線與基尼系數(shù)
洛倫茲曲線與基尼系數(shù)被廣泛應(yīng)用于收入、消費(fèi)、財(cái)富等分配的均衡程度[28]。本文通過繪制生態(tài)用地分布洛倫茲曲線,求算生態(tài)用地分布基尼系數(shù),研究區(qū)域內(nèi)生態(tài)用地空間分布及演變規(guī)律。具體方法如下:
求出各村各類生態(tài)空間的區(qū)位熵。計(jì)算式為
(4)
式中L——區(qū)位熵
Aie——研究區(qū)內(nèi)i類生態(tài)空間的總面積
Al——某縣土地總面積
Atl——研究區(qū)土地總面積
將計(jì)算得到的區(qū)位熵從小到大排序,計(jì)算累積百分比,以研究區(qū)土地總面積累積百分比為橫坐標(biāo),以某類生態(tài)空間的面積累積百分比為縱坐標(biāo),生成空間洛倫茲曲線。
進(jìn)一步引入基尼系數(shù)對(duì)各類生態(tài)空間分布的均勻程度進(jìn)行定量分析,參考以往土地利用結(jié)構(gòu)基尼系數(shù)的計(jì)算方法[29],得到生態(tài)空間結(jié)構(gòu)基尼系數(shù)計(jì)算式為
(5)
式中G——生態(tài)空間結(jié)構(gòu)基尼系數(shù)
Mc——第c縣某類生態(tài)空間的面積累積百分比
Nc——第c縣土地面積占研究區(qū)土地面積的累積百分比
Mc+1——第c+1縣某類生態(tài)空間的面積累積百分比
Nc+1——第c+1縣土地面積占研究區(qū)土地面積的累積百分比
本研究選擇的區(qū)域包括行政區(qū)縣個(gè)數(shù),c的取值范圍為0 1.2.5生境質(zhì)量評(píng)估 由斯坦福大學(xué)研究開發(fā)的InVEST模型Habitat模塊是評(píng)估生境質(zhì)量的重要模型[30],該模塊可以計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)能供給物種生存繁衍的潛力,評(píng)估結(jié)果指數(shù)越大,生境質(zhì)量越高,計(jì)算式為 (6) (7) (8) 式中j——生境類型 Qxj——土地利用/覆被j中柵格x的生境質(zhì)量 Dxj——土地利用/覆被j中柵格x所受的脅迫程度 k——半飽和常數(shù),通常取Dxj最大值的一半 Hj——土地利用/覆被j的生境適宜性 z——常量,通常取2.5[31] R——威脅因子 y——威脅因子r柵格圖層的柵格數(shù) Yr——威脅因子所占柵格數(shù) Wr——威脅因子權(quán)重 ry——柵格的威脅因子(0或1) irxy——柵格y的威脅因子ry對(duì)生境柵格x的威脅水平 βx——柵格x的可達(dá)性水平值(0~1),1表示極易達(dá)到 Sjr——生境類型j對(duì)威脅因子r的敏感程度 dxy——柵格x和柵格y之間的直線距離 drmax——威脅因子r的最大影響距離[32] 生境質(zhì)量以土地利用/覆被數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),將城鎮(zhèn)、工礦用地、農(nóng)村居民點(diǎn)和交通運(yùn)輸?shù)燃內(nèi)斯きh(huán)境作為威脅因子,設(shè)定生境質(zhì)量為0,參考鐘莉娜等[33]的研究,分別對(duì)各威脅因子的最大影響距離、權(quán)重、衰退類型及土地利用類型對(duì)威脅因子的敏感度進(jìn)行賦值,借助ArcGIS軟件獲取相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)圖層。 2.1.1生態(tài)空間面積變化特征分析 由表1可知, 2000—2018年間,川中丘陵區(qū)生態(tài)空間總量由88 298.72 km2降至87 322.22 km2,年均縮減54.25 km2,其中2000—2010年,年均縮減26.64 km2,2010—2018年,年均縮減88.76 km2。從總體變化趨勢(shì)來看,川中丘陵區(qū)生態(tài)空間的總量在不斷下降,特別是近年來下降趨勢(shì)更為顯著,主要原因可能是受到快速城鎮(zhèn)化和工業(yè)化發(fā)展,大量建設(shè)占用擠壓了生態(tài)空間。從生態(tài)空間的類型來看,基礎(chǔ)生態(tài)空間從2000年的18 399.54 km2增長(zhǎng)到2018年的18 528.27 km2,年均增長(zhǎng)7.15 km2,主要得益于研究區(qū)多年的退耕還林、還草活動(dòng),使得植被迅速恢復(fù),加之鄉(xiāng)村地區(qū)人類活動(dòng)對(duì)基礎(chǔ)類生態(tài)空間本身的干擾并不強(qiáng)烈,因此基礎(chǔ)性生態(tài)空間得到較好改善;生產(chǎn)生態(tài)空間從2000年69 899.18 km2降低到2018年68 793.95 km2,年均縮減達(dá)到61.40 km2,其主要原因是粗放式的城鎮(zhèn)化建設(shè)導(dǎo)致大量農(nóng)田被占用;此外,農(nóng)村大量勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移到城市,導(dǎo)致農(nóng)村地區(qū)的耕地處于撂荒狀態(tài),從影像上解譯出來為濕地、荒草地等地類,因此在數(shù)量上表現(xiàn)為生產(chǎn)生態(tài)空間減少,基礎(chǔ)生態(tài)空間增加的特征。分析表明,傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)基礎(chǔ)生態(tài)空間的面積處于不斷增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì),生產(chǎn)生態(tài)空間處于逐年降低的態(tài)勢(shì),生產(chǎn)生態(tài)空間數(shù)量變化是造成研究區(qū)生態(tài)空間總量下降的原因。 表1 2000、2010、2018年川中丘陵區(qū)生態(tài)空間面積 從人均生態(tài)空間數(shù)量來看,傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)人均生態(tài)空間面積達(dá)到1 640.68 m2,人均基礎(chǔ)生態(tài)空間和生產(chǎn)生態(tài)空間分別為340.46、1 300.22 m2。2000—2018年,平均每年人均基礎(chǔ)生態(tài)空間下降0.81 m2、平均每年人均生態(tài)空間面積下降7.98 m2。結(jié)果表明,傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)人均生態(tài)空間數(shù)量雖大,但下降的趨勢(shì)明顯,不僅對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)提出了挑戰(zhàn),也對(duì)區(qū)域糧食安全造成了影響。 2.1.2生態(tài)空間動(dòng)態(tài)度分析 川中丘陵區(qū)2000—2018年間生態(tài)空間變化率見表2,綜合動(dòng)態(tài)度為0.41%,其中2000—2010年比2010—2018年綜合動(dòng)態(tài)度更高,表明研究區(qū)生態(tài)空間轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出在不斷趨于穩(wěn)定。從生態(tài)空間轉(zhuǎn)移速率來看,3個(gè)時(shí)間段的轉(zhuǎn)移速率均為正值,分別為0.03%、0.07%和0.20%,表明近20年研究區(qū)生態(tài)空間數(shù)量處于不斷減少的態(tài)勢(shì);而2010—2018年比2000—2010年減少速率更大,說明近年來生態(tài)空間減少的趨勢(shì)更加明顯。具體來看,研究區(qū)基礎(chǔ)生態(tài)空間呈先轉(zhuǎn)入后轉(zhuǎn)出的特征,2000—2010年,基礎(chǔ)生態(tài)空間以年均0.1%的速率轉(zhuǎn)入,2010—2018年,基礎(chǔ)生態(tài)空間以年均0.02%的速率轉(zhuǎn)出;轉(zhuǎn)出的生態(tài)空間類型主要為濕地和其他特殊生態(tài)系統(tǒng),轉(zhuǎn)出速率分別為1.1%和0.79%;其次是草地生態(tài)系統(tǒng),轉(zhuǎn)出速率為0.27%;轉(zhuǎn)入生態(tài)空間類型主要為森林和水域生態(tài)系統(tǒng),轉(zhuǎn)入速率分別為0.16%和0.53%。研究區(qū)生產(chǎn)生態(tài)空間主要為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng),2000—2010年和2010—2018年的轉(zhuǎn)移速率分別為0.06%和0.08%,兩者均為正值,表明生態(tài)空間處于不斷轉(zhuǎn)出的狀態(tài),且隨著時(shí)間推移,轉(zhuǎn)出的速率還在增加,主要是由于大量的人類建設(shè)活動(dòng)導(dǎo)致非生態(tài)空間擴(kuò)張迅猛,擠占了生態(tài)空間。綜合來看,2000—2010年,基礎(chǔ)生態(tài)空間以轉(zhuǎn)入為主、生產(chǎn)生態(tài)空間以轉(zhuǎn)出為主。2010—2018年,基礎(chǔ)生態(tài)空間以轉(zhuǎn)出為主、生產(chǎn)生態(tài)空間轉(zhuǎn)出速率加快,這是造成兩個(gè)時(shí)間段的生態(tài)空間總量轉(zhuǎn)移速率與綜合動(dòng)態(tài)度不呈正相關(guān)關(guān)系的原因。 表2 川中丘陵區(qū)2000—2018年生態(tài)空間變化率 綜上,在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不斷壓縮生態(tài)空間和國(guó)家近年來不斷加大生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度等多方因素的綜合影響下,傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)生態(tài)空間呈現(xiàn)出總體數(shù)量減少、局部生態(tài)改善的局面。其中對(duì)于區(qū)域生態(tài)安全格局具有極重要作用的基礎(chǔ)性生態(tài)空間受到人類活動(dòng)的干擾越來越弱,其數(shù)量有所增加;對(duì)于改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和保障區(qū)域糧食安全具有極重要作用的生產(chǎn)生態(tài)空間的數(shù)量呈不斷減少態(tài)勢(shì),且減少的趨勢(shì)還在增強(qiáng)。 傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)生態(tài)空間占據(jù)著國(guó)土空間的主導(dǎo)地位,總面積約占到研究區(qū)國(guó)土空間的98%,生產(chǎn)生態(tài)空間和基礎(chǔ)生態(tài)空間各占77%和21%左右。其中農(nóng)田和森林生態(tài)系統(tǒng)是研究區(qū)最主要的生態(tài)空間組成部分,其次是草地和水域生態(tài)系統(tǒng),濕地和其他類生態(tài)空間僅占研究區(qū)很小比例。本文通過計(jì)算各類型生態(tài)空間在保持自身面積不變的保留率來表征該類生態(tài)空間的穩(wěn)定性,保留率越大,表明穩(wěn)定性越高。從表3可以看出,研究區(qū)在2000—2018年間農(nóng)田保留率最高, 達(dá)到96.11%, 其次是濕地和森林生態(tài)系統(tǒng),保留率分別為93.92%和91.52%,草地和其他生態(tài)系統(tǒng)保留率相對(duì)較低,分別為85.60%和81.90%,但所有生態(tài)系統(tǒng)類型的保留率都高于80%,說明川中丘陵區(qū)生態(tài)空間的組成結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。從轉(zhuǎn)移規(guī)模來看,農(nóng)田系統(tǒng)轉(zhuǎn)移規(guī)模最大,轉(zhuǎn)移去向主要為森林、建設(shè)用地和草地,體現(xiàn)了近20年西南地區(qū)退耕還林還草活動(dòng)與城市擴(kuò)張活動(dòng)兩方面的綜合影響結(jié)果。此外,森林、草地、水域和建設(shè)用地主要轉(zhuǎn)移為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng),說明自2000年以來,開展的農(nóng)用地整治和建設(shè)用地整治活動(dòng)取得了一定成效。分析表明,川中丘陵區(qū)生態(tài)空間數(shù)量在不斷減少的同時(shí),其組成結(jié)構(gòu)也在發(fā)生著劇烈變化。 表3 川中丘陵區(qū)2000—2018年生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)移面積和保留率 圖1 2000、2010、2018年川中丘陵區(qū)生態(tài)空間分布 2.3.1生態(tài)空間分布特征分析 由圖1可知,生態(tài)空間幾乎覆蓋了整個(gè)研究區(qū)。生產(chǎn)生態(tài)空間是川中丘陵區(qū)最主要的生態(tài)空間類型,主要分布在研究區(qū)中心的淺丘地帶,呈現(xiàn)出一定的水平差異性,分布最廣的區(qū)域是介于長(zhǎng)江以北和涪江以南的區(qū)域,以沱江流域兩側(cè)最為集中;其次在嘉陵江流域兩側(cè)分布著大量生產(chǎn)生態(tài)空間。基礎(chǔ)生態(tài)空間主要分布在研究區(qū)周邊的低山深丘區(qū),分布最為集中的是渠江流域的平行山一帶,包括巴州區(qū)、平昌縣、宣漢縣、大竹縣、前鋒區(qū)和華鎣市等區(qū)縣,其次是川南地區(qū)的宜賓縣、高縣、長(zhǎng)寧縣、納溪區(qū)、瀘縣;此外,龍泉山脈南部的井研縣、仁壽縣、榮縣、威遠(yuǎn)縣等地也是基礎(chǔ)生態(tài)空間的主要分布區(qū)域。近20年來,川中丘陵區(qū)非生態(tài)空間的區(qū)域擴(kuò)張非常明顯,特別是位于丘區(qū)中部的城市擴(kuò)張更為顯著。 2.3.2生態(tài)空間分布演變特征分析 選擇洛倫茲曲線和基尼系數(shù)分析近20年來川中丘陵區(qū)生態(tài)空間分布格局演變規(guī)律,根據(jù)空間洛倫茲曲線的下凹程度判定生態(tài)空間在研究區(qū)內(nèi)的分布差異性。若基尼系數(shù)小于0.2表示分布絕對(duì)平均,0.2~0.3表示比較平均,0.3~0.4表示相對(duì)合理,0.4~0.5表示差距較大,0.5以上表示差距懸殊[24]。從圖2可知,研究區(qū)3個(gè)典型年份的生產(chǎn)生態(tài)空間分布洛倫茲曲線非常接近絕對(duì)平均線,基尼系數(shù)始終保持在0.08左右,屬于絕對(duì)平均的分布狀態(tài)。基礎(chǔ)生態(tài)空間分布的洛倫茲曲線下凹程度較大,說明其空間分布均衡性相對(duì)較差,3個(gè)典型年份的基尼系數(shù)均在0.34左右,屬于相對(duì)合理的分布狀態(tài)。對(duì)比分析不同時(shí)期空間分布洛倫茲曲線和基尼系數(shù)說明,近20年研究區(qū)生態(tài)空間分布特征無明顯變化。從生產(chǎn)生態(tài)空間洛倫茲曲線來看,69個(gè)縣級(jí)行政區(qū)在生產(chǎn)生態(tài)空間曲線上分布比較均勻,說明各縣之間的生產(chǎn)生態(tài)空間面積占比相對(duì)均衡;從基礎(chǔ)生態(tài)空間洛倫茲曲線來看,69個(gè)縣級(jí)行政區(qū)在曲線上的分布呈現(xiàn)出從密集到稀疏的規(guī)律,這說明各縣基礎(chǔ)生態(tài)空間占比呈現(xiàn)出兩極分化的特征。分析表明,在傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)生態(tài)空間分布格局總體上比較均衡,特別是生產(chǎn)生態(tài)空間分布形態(tài)屬于絕對(duì)平均,且隨著時(shí)間的推移,其研究區(qū)生態(tài)空間分布形態(tài)并無明顯變化。但是,不同類生態(tài)空間之間的分布均衡性具有差異性,生產(chǎn)生態(tài)空間比基礎(chǔ)生態(tài)空間分布更為均衡。 圖2 2000、2010和2018年川中丘陵區(qū)生態(tài)空間分布洛倫茲曲線 基于InVEST模型的Habitat模塊得到研究區(qū)2000、2010、2018年的生境質(zhì)量空間分布,在ArcGIS軟件輔助下,進(jìn)行重分類處理結(jié)果見表4和圖3。川中丘陵區(qū)生境質(zhì)量指數(shù)介于0~0.9之間,本文將生境質(zhì)量指數(shù)均分為5個(gè)等級(jí)。總體來看,生境質(zhì)量主要為中低等級(jí),指數(shù)介于0.18~0.36之間,土地面積比例達(dá)到67%左右,其次是中高和高等級(jí),生境質(zhì)量指數(shù)介于0.54~0.90之間,土地面積比例分別達(dá)到11%和9%左右,說明川中丘陵區(qū)生境質(zhì)量整體不高,且呈現(xiàn)出兩極分化的態(tài)勢(shì)。生境質(zhì)量高值區(qū)占比與基礎(chǔ)生態(tài)空間面積占比相當(dāng),生境質(zhì)量低值區(qū)占比與生產(chǎn)生態(tài)空間面積占比相當(dāng),是因?yàn)榛A(chǔ)生態(tài)空間主要由高生境質(zhì)量的林地、草地和水域構(gòu)成,生產(chǎn)生態(tài)空間主要由生境質(zhì)量一般的耕地構(gòu)成。從生境質(zhì)量變化趨勢(shì)來看,生境質(zhì)量低值區(qū)(0~0.18)面積不斷增加,主要是由于近年城市和工業(yè)園區(qū)的大量建設(shè),導(dǎo)致城鎮(zhèn)周邊生態(tài)空間不斷受到擠占,生境質(zhì)量不斷下降,另外,基礎(chǔ)設(shè)施的興建也使得在鄉(xiāng)村地區(qū)出現(xiàn)大量非透水地面,是導(dǎo)致生境質(zhì)量下降的另一個(gè)原因。生境質(zhì)量中值區(qū)(0.18~0.54)面積占比從2000年的78.17%下降到2018年的76.94%,由于生境質(zhì)量中值區(qū)主要由耕地構(gòu)成,近年大量良田沃土被城市建設(shè)占用,生產(chǎn)生態(tài)空間數(shù)量的不斷下降是導(dǎo)致中值區(qū)生境質(zhì)量面積下降的主要原因。生境質(zhì)量高值區(qū)(0.54~0.90)面積先增加后減少,是由于生境質(zhì)量高值區(qū)主要由林地、草地等基礎(chǔ)性生態(tài)空間用地類型組成,受益于多年以來的退耕還林和地質(zhì)災(zāi)害治理工程的實(shí)施,川中丘陵區(qū)基礎(chǔ)生態(tài)空間范圍的內(nèi)的生境質(zhì)量有所提高,同時(shí),在2010—2018年川中丘陵區(qū)城鎮(zhèn)化率平均增速達(dá)到1.5%,高于2000—2010年1.3%的增速,因此在近年,研究區(qū)生境質(zhì)量高值區(qū)面積有所減少。 表4 不同等級(jí)生境質(zhì)量土地面積及比例 圖3 2000、2010、2018年川中丘陵區(qū)生境質(zhì)量空間分布 川中丘陵區(qū)生境質(zhì)量整體較差,主要是由于生境質(zhì)量較低耕地面積較大且分散,其次是研究區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)模大,作為主要威脅因子對(duì)周邊生態(tài)空間的生境質(zhì)量產(chǎn)生較大的負(fù)面影響。對(duì)比圖1和圖3可知,川中丘陵區(qū)生境質(zhì)量高值區(qū)分布與基礎(chǔ)生態(tài)空間的分布比較吻合,都是集中分布在研究區(qū)東北角和西南角的低山丘陵區(qū)。通過對(duì)3個(gè)典型年份生境質(zhì)量的柵格平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可知,2000、2010、2018年生境質(zhì)量指數(shù)分別為0.310、0.311和0.309,生境質(zhì)量呈先上升后下降的趨勢(shì),其變化趨勢(shì)與基礎(chǔ)生態(tài)空間數(shù)量變化規(guī)律一致,說明鄉(xiāng)村生境質(zhì)量變化與鄉(xiāng)村基礎(chǔ)生態(tài)空間的數(shù)量改變呈正相關(guān)關(guān)系。 (1)研究對(duì)象限定在鄉(xiāng)村地區(qū)生態(tài)空間,未將城市生態(tài)空間納入研究范圍,主要是考慮到城市生態(tài)空間范圍小、受到人類活動(dòng)的影響比較深刻,變化特點(diǎn)十分明顯,而鄉(xiāng)村地區(qū)生態(tài)空間的特點(diǎn)是范圍廣、人口密度相對(duì)較小,其時(shí)空變化特點(diǎn)不明顯,城市與鄉(xiāng)村生態(tài)空間呈現(xiàn)出完全相反的特征,若將兩者看作一個(gè)整體進(jìn)行研究,可能會(huì)有較大的誤差。 (2)將耕地和坑塘水面納入鄉(xiāng)村生態(tài)空間范疇開展研究,主要是基于兩個(gè)方面的考慮。一方面,學(xué)者們對(duì)于耕地和養(yǎng)殖水域等用地類型是否可以歸類為生態(tài)空間有不同的觀點(diǎn),但對(duì)于它們具有生態(tài)價(jià)值的看法則較為一致。另一方面,在傳統(tǒng)農(nóng)區(qū),耕地和坑塘水面往往是最主要的用地類型,將其納入生態(tài)空間識(shí)別的范圍,不僅可以科學(xué)管護(hù)和利用生態(tài)空間,同時(shí)也可以為區(qū)域糧食生產(chǎn)格局的優(yōu)化,協(xié)調(diào)區(qū)域生產(chǎn)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)之間的矛盾提供幫助。 (3)選擇川中丘陵為研究區(qū),從生態(tài)空間的數(shù)量、組成結(jié)構(gòu)和空間格局變化等方面對(duì)鄉(xiāng)村生態(tài)空間進(jìn)行詳細(xì)解析,在了解傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)生態(tài)空間分布特征和時(shí)空演變規(guī)律等方面取得了一定成果,但對(duì)其變化的深層次原因分析還很欠缺,下一步將繼續(xù)在此基礎(chǔ)上開展傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)生態(tài)空間布局影響因素、變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)和空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面深入研究。更多地揭示傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)生態(tài)空間的客觀規(guī)律,以便更科學(xué)地為鄉(xiāng)村生態(tài)空間保護(hù)和合理利用提供參考。 (1)傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)生態(tài)空間數(shù)量雖不斷減少,但總體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。川中丘陵區(qū)生態(tài)空間數(shù)量在近20年減少了976.50 km2,年縮減量達(dá)54.25 km2,綜合動(dòng)態(tài)度為0.41%;2000—2010年、2010—2018年和2000—2018年3個(gè)時(shí)間段的轉(zhuǎn)移速率分別為0.03%、0.07%和0.20%,這說明傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)生態(tài)空間數(shù)量在減少,特別是近年下降趨勢(shì)更為顯著。川中丘陵區(qū)生態(tài)空間組成結(jié)構(gòu)以農(nóng)田和森林生態(tài)系統(tǒng)為主,近20年,農(nóng)田、濕地和森林生態(tài)系統(tǒng)保留率均超過90%,說明生態(tài)空間的組成結(jié)構(gòu)總體穩(wěn)定;從轉(zhuǎn)移的規(guī)模和去向來看,農(nóng)田系統(tǒng)轉(zhuǎn)移規(guī)模最大,轉(zhuǎn)移去向主要為森林、草地生態(tài)系統(tǒng)和建設(shè)用地,森林、草地、水域和建設(shè)用地主要轉(zhuǎn)移去向均是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。 (2)傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)生態(tài)空間分布格局總體上比較均衡且穩(wěn)定,但不同類型生態(tài)空間之間的分布差異性明顯。生產(chǎn)生態(tài)空間主要分布在川中丘陵區(qū)中心的淺丘地帶,基礎(chǔ)生態(tài)空間主要分布在川中丘陵周邊的低山深丘區(qū),生產(chǎn)生態(tài)空間和基礎(chǔ)生態(tài)空間基尼系數(shù)分別在0.08和0.34左右,表現(xiàn)為絕對(duì)平均和相對(duì)合理的空間分布形態(tài),生產(chǎn)生態(tài)空間比基礎(chǔ)生態(tài)空間分布更為均衡;從2000年到2018年,傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)各類生態(tài)空間的洛倫茲曲線和基尼系數(shù)變化不大,表明生態(tài)空間的分布格局總體穩(wěn)定。 (3)川中丘陵區(qū)生境質(zhì)量整體不高,中低等級(jí)生境質(zhì)量的土地面積比例達(dá)到67%左右,中高和高等級(jí)生境質(zhì)量土地面積比例僅分別為11%和9%左右;研究區(qū)2000年、2010年和2018年的生境質(zhì)量指數(shù)分別為0.310、0.311和0.309,生境質(zhì)量呈先上升、后下降的趨勢(shì),其變化趨勢(shì)與研究區(qū)基礎(chǔ)生態(tài)空間數(shù)量變化規(guī)律一致,說明鄉(xiāng)村生境質(zhì)量變化與鄉(xiāng)村基礎(chǔ)生態(tài)空間的數(shù)量改變呈正相關(guān)關(guān)系。2 結(jié)果與分析
2.1 傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)生態(tài)空間數(shù)量特征
2.2 生態(tài)空間組成結(jié)構(gòu)及變化特征
2.3 生態(tài)空間分布格局及演變特征
2.4 生境質(zhì)量時(shí)空演變特征
3 討論
4 結(jié)論