東北地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)型及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)

路 昌 張 傲

(1.山東建筑大學(xué) 管理工程學(xué)院，濟(jì)南 250101；2.東北大學(xué) 文法學(xué)院，沈陽 110169)

土地利用轉(zhuǎn)型研究作為土地利用/覆被變化(LUCC)研究的一個(gè)新視角[1]，指的是在經(jīng)濟(jì)社會(huì)變化和革新的驅(qū)動(dòng)下，一段時(shí)期內(nèi)區(qū)域土地利用形態(tài)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化的過程[2]。土地利用轉(zhuǎn)型最早由英國學(xué)者Grainger提出[3]，龍花樓等[4]將其引入中國，近10多年來逐漸成為研究熱點(diǎn)，土地利用轉(zhuǎn)型包括顯性形態(tài)轉(zhuǎn)型和隱性形態(tài)轉(zhuǎn)型，其中，顯性形態(tài)主要表現(xiàn)在數(shù)量結(jié)構(gòu)和空間分布等方面；而隱性形態(tài)主要通過權(quán)屬、投入產(chǎn)出和功能等屬性特征來反映[5]。目前，國內(nèi)研究主要集中在土地利用轉(zhuǎn)型的內(nèi)涵和理論[5]、土地利用轉(zhuǎn)型對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)[6-7]的影響，以及耕地[8]、建設(shè)用地[9]和農(nóng)村居民點(diǎn)[10]等單一土地類的轉(zhuǎn)型特征分析等方面。黨的“十八大”指出，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式應(yīng)從以生產(chǎn)為主轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)、生態(tài)和生活空間(即“三生空間”)的協(xié)調(diào)發(fā)展。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式加速轉(zhuǎn)型時(shí)期，土地利用轉(zhuǎn)型以及產(chǎn)生的空氣污染、濕地萎縮、水土流失和林地退化等生態(tài)環(huán)境問題大量出現(xiàn)。在此背景下，通過構(gòu)建土地利用主導(dǎo)功能分類體系，對(duì)區(qū)域“三生空間”的相互轉(zhuǎn)變過程進(jìn)行深入分析，成為研究土地利用轉(zhuǎn)型的重要切入點(diǎn)[11-12]。

此外，在區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型發(fā)展過程中，土地利用轉(zhuǎn)型對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響是重要研究內(nèi)容之一。近年來成為地理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)和環(huán)境科學(xué)等多學(xué)科的研究熱點(diǎn)[7,11]，目前國內(nèi)已有大量研究，研究區(qū)域多集中在長江流域[13]和東部沿海[14]等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和高度城市化的地區(qū)，研究尺度多以流域單元[15]、省域單元[7,14]為主，研究方法多以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)法[7]、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)法[13]為主，對(duì)糧食主產(chǎn)區(qū)來說，糧食安全與生態(tài)安全的矛盾較為突出，而經(jīng)濟(jì)發(fā)展則相對(duì)滯后，以區(qū)域尺度對(duì)其進(jìn)行整體定量分析的研究相對(duì)較少。

東北地區(qū)作為世界僅有的三大黑土區(qū)之一，其農(nóng)業(yè)資源十分豐富，同時(shí)其工業(yè)基礎(chǔ)也較為雄厚，逐漸成為我國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)和重工業(yè)基地；但自20世紀(jì)90年代以來，伴隨著城市的擴(kuò)張以及“以稻治澇”農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策的推行，在實(shí)際土地利用過程中對(duì)以生態(tài)功能為主導(dǎo)的土地利用類型重視嚴(yán)重不足，大量具有較高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的地類(如林地、水域等)轉(zhuǎn)變成了其他地類，嚴(yán)重制約著區(qū)域“三生空間”的協(xié)調(diào)發(fā)展[16]。因此，本研究基于1995、2005和2015年3期土地利用遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)，構(gòu)建土地利用主導(dǎo)功能分類體系，對(duì)1995—2015年東北地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)型特征及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行定量分析，以期為促進(jìn)糧食主產(chǎn)區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式轉(zhuǎn)變、實(shí)現(xiàn)“三生空間”協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學(xué)參考和決策支持。

1 研究區(qū)概況

本研究中的東北地區(qū)指的是傳統(tǒng)意義上的“東北三省”，包括黑龍江省、吉林省和遼寧省(不包括加格達(dá)奇和松嶺區(qū))，地理坐標(biāo)38°41′～53°33′N，118°05′～135°06′E。地貌類型以平原和臺(tái)地為主，地勢整體呈現(xiàn)“東高西低、北高南低”的態(tài)勢，區(qū)域差異較大，海拔高差可達(dá)2 700 m。東北地區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，夏季炎熱多雨，冬季寒冷漫長，年均日照時(shí)數(shù)2 411 h，年均降水量585 mm，降水季節(jié)分布不均。2015年末區(qū)域總?cè)丝?.09億，土地總面積78.85×104km2，糧食總產(chǎn)量占全國19.27%，GDP僅占全國8.43%，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以第二產(chǎn)業(yè)為主。20世紀(jì)90年代，東北地區(qū)城市擴(kuò)張顯著，墾荒高潮又一次出現(xiàn)，土地利用格局變化劇烈，生態(tài)環(huán)境問題突出；進(jìn)入21世紀(jì)，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整基本結(jié)束，生態(tài)環(huán)境保護(hù)相關(guān)政策開始實(shí)施，土地利用格局變化速度顯著下降。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

東北地區(qū)1995、2005和2015年3期土地利用遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)來自于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心的“全國陸地區(qū)域的多時(shí)相土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫”(http:∥www.resdc.cn)，分辨率為100 m，采用土地利用二級(jí)分類系統(tǒng)，包括6個(gè)一級(jí)類型和25個(gè)二級(jí)類型(表1)，其中一級(jí)類的綜合精度94.3%以上，二級(jí)類綜合精度91.2%以上[17]。

2.2 研究方法

2.2.1土地利用主導(dǎo)功能分類

對(duì)某一種利用類型的土地來說，本身兼具多種功能，但總是會(huì)有其主導(dǎo)功能，依據(jù)科學(xué)性、主導(dǎo)功能性及實(shí)用性的原則，基于行為主體的主觀用地意圖確定各地類的土地利用主導(dǎo)功能，如耕地既有糧食生產(chǎn)功能同時(shí)也有調(diào)節(jié)區(qū)域氣候和水土平衡等生態(tài)功能，但人類利用耕地的主觀意圖主要在于生產(chǎn)糧食，因此將其劃分為生產(chǎn)用地，最終確定基于“三生空間”的土地利用主導(dǎo)功能分類體系[14,18]。同時(shí)，借鑒相關(guān)學(xué)者[19-20]的研究成果，利用面積加權(quán)法得到東北地區(qū)各地類的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(表1)。

表1 東北地區(qū)土地利用主導(dǎo)功能分類及其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

2.2.2土地利用功能結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型模型

利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析土地利用功能結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，該方法是通過矩陣來反映一定時(shí)期內(nèi)土地利用格局的變化情況，數(shù)學(xué)表達(dá)式為[13]：

(1)

式中：S為土地面積；n為地類的個(gè)數(shù)；i為研究初期地類；j為研究末期地類。

2.2.3土地利用功能空間轉(zhuǎn)型模型

土地利用功能空間轉(zhuǎn)型分析主要利用重心模型來實(shí)現(xiàn)。重心模型通過對(duì)一定時(shí)期內(nèi)不同功能類型重心的轉(zhuǎn)移方向、路徑和距離的具體分析，直觀反映土地利用功能空間轉(zhuǎn)型的時(shí)空變化特征，數(shù)學(xué)表達(dá)式為[14]：

(2)

(3)

2.2.4土地利用轉(zhuǎn)型的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)模型

1)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)。區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(EV)是通過計(jì)算各區(qū)域(單元)內(nèi)生產(chǎn)用地、生態(tài)用地和生活用地不同的生態(tài)質(zhì)量水平和面積比例，定量描述各區(qū)域(單元)整體的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況。EV的計(jì)算基礎(chǔ)是不同時(shí)期東北地區(qū)三生用地的面積變化數(shù)據(jù)，并不是對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)的直接觀測[19]，利用土地利用網(wǎng)格采樣的方法對(duì)EV進(jìn)行空間化處理，通過計(jì)算每個(gè)生態(tài)單元的EV，以此作為樣點(diǎn)中心的區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

(4)

式中：EVi為東北地區(qū)第i個(gè)生態(tài)單元的區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(i=1,2…,n)；Aij為第i個(gè)生態(tài)單元內(nèi)第j種地類的面積；Rj為第j種地類的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(表1)，n為研究區(qū)土地利用類型數(shù)量；TAi為第i個(gè)生態(tài)單元的土地總面積。

2)地統(tǒng)計(jì)分析法。利用地統(tǒng)計(jì)分析方法實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的空間分析，采用半方差分析法對(duì)樣點(diǎn)中心的區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行空間插值，得到東北地區(qū)1995、2005和2015年3期生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分布圖[13]，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

(5)

式中：r(h)為變異函數(shù)；N(h)是樣本對(duì)總數(shù)；Z(xi)和Z(xi+h)分別為生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)在xi和xi+h處的數(shù)值；h是樣本的空間距離。

3)區(qū)域土地利用變化類型生態(tài)貢獻(xiàn)率。區(qū)域土地利用變化類型生態(tài)貢獻(xiàn)率可以用來表征由于土地利用類型的轉(zhuǎn)變所導(dǎo)致的區(qū)域生態(tài)質(zhì)量的變化情況[13]，可以用來分析影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化的主導(dǎo)因素，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

LEI=(LEt+1-LEt)LA/TA

(6)

式中：LEI是區(qū)域土地利用變化類型的生態(tài)貢獻(xiàn)率；LEt、LEt+1分別為研究初期和末期某地類的區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；LA為該地類的面積；TA為區(qū)域土地總面積。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用基本情況

20年間，東北地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)以生態(tài)用地和生產(chǎn)用地為主，生活用地面積較小，占土地總面積比例均值分別為58.75%、38.76%和2.49%。按照“三生用地”分類體系的一級(jí)分類來看，生態(tài)用地的變化最為劇烈，由1995年的46.90×104km2減少至2015年的45.85×104km2；其次是生產(chǎn)用地，增長了9 749.12 km2；生活用地持續(xù)小幅增加；表明隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的逐步推進(jìn)，東北地區(qū)糧食安全與生態(tài)安全之間的沖突進(jìn)一步加劇。按照二級(jí)分類來看，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地和林業(yè)生態(tài)用地面積最大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地主要集中在東北平原地區(qū)，林業(yè)生態(tài)用地集中分布在大小興安嶺、長白山脈和努魯爾虎山地區(qū)，其他生態(tài)用地面積較小，零星分布于東北平原，占土地總面積比例均值僅為5.00%，表明東北地區(qū)土地開發(fā)程度處于較高水平，未來可供開發(fā)利用的后備土地資源較為缺乏(表2和圖1)。

表2 1995—2015年東北地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)變化情況

圖1 1995—2015年東北地區(qū)土地利用空間格局

3.2 土地利用轉(zhuǎn)型分析

3.2.1土地利用功能結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型

為進(jìn)一步分析各功能類型內(nèi)部轉(zhuǎn)移情況，利用土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣模型，得到表3和表4，可以發(fā)現(xiàn)，東北地區(qū)1995—2015年土地利用功能結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的基本特性如下：

1)1995—2005年，主要轉(zhuǎn)型特征為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地增加，林業(yè)和牧業(yè)生態(tài)用地減少。生產(chǎn)用地中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地的主要轉(zhuǎn)入功能地類為林業(yè)生態(tài)用地，轉(zhuǎn)移比例是10.79%；工礦生產(chǎn)用地主要轉(zhuǎn)出方向是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地、林業(yè)生態(tài)用地和水域生態(tài)用地，比例分別為17.59%、10.61%和10.28%。生態(tài)用地中，林業(yè)和牧業(yè)生態(tài)用地減少的主要去向均是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地，轉(zhuǎn)移面積分別為32 978.32和11 861.05 km2；水域和其他生態(tài)用地主要轉(zhuǎn)入來源均是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地，轉(zhuǎn)移比例分別為17.57%和16.42%。生活用地中，城鎮(zhèn)生活用地主要轉(zhuǎn)入來源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地，比例為22.62%；農(nóng)村生活用地主要轉(zhuǎn)出方向是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地，比例為68.98%。

2)2005—2015年，主要轉(zhuǎn)型特征為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地增加，林業(yè)生態(tài)用地和其他生態(tài)用地減少，各地類相互轉(zhuǎn)移趨勢逐步放緩，整體土地利用功能結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。生產(chǎn)用地中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地主要轉(zhuǎn)入來源是林業(yè)生態(tài)用地；工礦生產(chǎn)用地主要轉(zhuǎn)入來源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地，轉(zhuǎn)移面積為382.90 km2。生態(tài)用地中，林業(yè)生態(tài)用地、牧業(yè)生態(tài)用地、其他生態(tài)用地主要轉(zhuǎn)出方向均是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地，比例分別為0.85%、2.16%和4.61%；水域生態(tài)用地主要轉(zhuǎn)入來源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地，比例為1.11%。生活用地中，城鎮(zhèn)生活用地主要轉(zhuǎn)入來源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地，比例為13.70%；農(nóng)村生活用地主要轉(zhuǎn)出方向是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地和城鎮(zhèn)生活用地，比例分別為2.47%和0.51%。

3.2.2土地利用功能空間轉(zhuǎn)型

利用ArcGIS 10.2“空間格局統(tǒng)計(jì)”工具得到1995—2015年東北地區(qū)各功能用地重心變化圖(圖2)，深入分析土地利用功能轉(zhuǎn)型的空間特征。

生產(chǎn)用地中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地和工礦生產(chǎn)用地的重心均位于東北地區(qū)幾何重心的南部，研究期間分別持續(xù)朝西北方向和東北方向偏移，空間分布不均衡性均有所緩和。1995—2015年遼寧省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地減少了767.29 km2，吉林省和黑龍江省分別增加了2 686.00和7 443.90 km2，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地的重心持續(xù)向北偏移。1995—2015年遼寧、吉林和黑龍江省工礦生產(chǎn)用地分別增加了216.68、116.91和114.69 km2，省域之間差距縮小，工礦生產(chǎn)用地的重心由鐵嶺市逐漸向北偏移到四平市。

生態(tài)用地中，林業(yè)生態(tài)用地和水域生態(tài)用地重心位于東北地區(qū)幾何重心的西南方向，牧業(yè)生態(tài)用地和其他生態(tài)用地重心位于幾何重心的西北方向。其中，1995—2015年林業(yè)生態(tài)用地重心持續(xù)向東北方向偏移5.32 和4.94 km，空間分布不均衡性有所緩和。1995—2005年牧業(yè)生態(tài)用地重心向西北方向偏移17.30 km，2005—2015年向東偏移1.49 km，省域之間面積差距逐漸擴(kuò)大，空間分布不均衡性進(jìn)一步加劇。研究期間水域生態(tài)用地重心向東南方向偏移24.00 km，向東北方向偏移0.79 km，空間分布不均衡性進(jìn)一步加劇。其他生態(tài)用地重心先是向西南方向偏移18.93 km，然后向東南方向偏移2.71 km，三江平原和松嫩平原眾多濕地因人類的土地開發(fā)利用而大量減少，遼河平原的沙地和裸地等地類持續(xù)增加，省域之間面積差距縮小，空間分布不均衡性有所緩和。

表3 1995—2005年東北地區(qū)土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣

表4 2005—2015年東北地區(qū)土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣

圖2 1995—2015年東北地區(qū)各功能用地重心動(dòng)態(tài)變化

生活用地中，城鎮(zhèn)生活用地和農(nóng)村生活用地均位于東北地區(qū)幾何重心的西南方向，空間分布不均衡性均有所緩和。1995—2005年城鎮(zhèn)生活用地重心向東北方向偏移14.76 km，2005—2015年向東南方向偏移10.58 km，遼寧省作為東北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中心，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、城市化進(jìn)程和人口等方面均領(lǐng)先于黑龍江省和吉林省，但東北地區(qū)區(qū)域整體經(jīng)濟(jì)活力欠缺，發(fā)展速度緩慢，城鎮(zhèn)生活用地增加幅度較小。1995—2005年農(nóng)村生活用地重心向西北方向偏移5.92 km，2005—2015年向西南偏移1.94 km，研究期間黑龍江、吉林和遼寧省農(nóng)村生活用地分別減少了258.73、102.88 和268.34 km2。

3.3 土地利用轉(zhuǎn)型的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)

利用ArcGIS 10.2中的Geostatistics Analyst工具對(duì)東北地區(qū)1995、2005和2015年EV數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行常規(guī)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明三期EV數(shù)據(jù)均接近于正態(tài)分布，具有空間相關(guān)性，適用于普通克里金法進(jìn)行空間插值[17]。在球面、三角、指數(shù)、高斯和K-Bessel 5種半變異函數(shù)模型中，采用指數(shù)函數(shù)得到三期EV空間插值方案的檢驗(yàn)參數(shù)均為最優(yōu)。因此，本研究的空間插值方法為普通克里金法，指數(shù)函數(shù)為半變異模型。依據(jù)自然斷點(diǎn)法并根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況進(jìn)行小數(shù)取整等細(xì)微調(diào)整之后，將東北地區(qū)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量劃分為低質(zhì)量區(qū)(EV<0.30)、中低質(zhì)量區(qū)(0.30≤EV<0.45)、中質(zhì)量區(qū)(0.45≤EV<0.60)、中高質(zhì)量區(qū)(0.60≤EV<0.75)、和高質(zhì)量區(qū)(EV≥0.75)共5級(jí)。

3.3.1生態(tài)環(huán)境質(zhì)量結(jié)構(gòu)變化分析

東北地區(qū)1995、2005和2015年區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)分別為0.581、0.577和0.575，研究期間東北地區(qū)整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量持續(xù)惡化。1995—2015年，低質(zhì)量區(qū)是面積變化最為劇烈的類型區(qū)，其面積持續(xù)增加，占土地總面積的比例由15.99%增長至17.99%，年均增長788.25 km2，近10年增長趨勢有所放緩；中低質(zhì)量區(qū)前期減少后期增加，比例基本維持在21%左右，整體上小幅減少；中質(zhì)量區(qū)和中高質(zhì)量區(qū)均是持續(xù)減少的變化趨勢，前期變化劇烈后期變化較為平緩；高質(zhì)量區(qū)占土地總面積的比例均在35%以上，占據(jù)東北地區(qū)生態(tài)環(huán)境的主體地位，前期增加后期減少，整體上小幅增加，近10年減少趨勢明顯(表5)。

3.3.2生態(tài)環(huán)境質(zhì)量空間差異分析

1995—2015年，東北地區(qū)土地利用區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量基本上表現(xiàn)出“東高西低、北高南低”的空間分布特征，區(qū)域差異明顯，整體空間格局變化較小(圖3)。

2015年，東北地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的低質(zhì)量區(qū)和中低質(zhì)量區(qū)主要分布在三江平原、松嫩平原、遼河平原和遼東半島地區(qū)，主要為平原和丘陵，地類主要為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地和其他生態(tài)用地。中質(zhì)量區(qū)廣泛分布于東北地區(qū)境內(nèi)，是分布最為廣泛的類型區(qū)，主要分布的是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地和林業(yè)生態(tài)用地，空間分布范圍的持續(xù)減少。中高、高質(zhì)量區(qū)主要分布在大小興安嶺、長白山、千山和努魯爾虎山地區(qū)，在三江平原也有部分分布，地貌類型主要為山地和丘陵。其中，中高質(zhì)量區(qū)主要為林業(yè)生態(tài)用地和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地，而高質(zhì)量區(qū)的林業(yè)生態(tài)用地面積占比高達(dá)91.30%(圖3)。

表5 1995—2015年東北地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)面積變化

圖3 2015年東北地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量空間分布

結(jié)果表明，東北地區(qū)不同生態(tài)環(huán)境質(zhì)量類型區(qū)的時(shí)空變化特征與區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、城市化進(jìn)程和農(nóng)業(yè)開發(fā)進(jìn)程基本保持一致。1995—2005年，隨著市場經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及當(dāng)?shù)卣菩小耙缘局螡场狈N植模式，農(nóng)戶為追求更高的經(jīng)濟(jì)效益，墾荒高潮又一次出現(xiàn)，大量生態(tài)用地轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地，低質(zhì)量區(qū)面積大幅增加，中等質(zhì)量等級(jí)(0.30≤EV<0.75)地區(qū)大幅減少。2005—2015年，東北地區(qū)農(nóng)業(yè)開發(fā)進(jìn)程逐漸放緩，隨著相關(guān)生態(tài)保護(hù)政策的推行和濕地保護(hù)修復(fù)工程的建設(shè)，生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作全面展開，一定程度上影響了區(qū)域土地利用格局變化方向，研究后期低質(zhì)量區(qū)面積增加趨勢、中質(zhì)量區(qū)面積減少趨勢均明顯放緩。

3.3.3影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主要用地轉(zhuǎn)型分析

利用區(qū)域土地利用變化類型生態(tài)貢獻(xiàn)率對(duì)東北地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改變的主要用地轉(zhuǎn)型類型進(jìn)行分析，得到表6。

由表6可知，1995—2015年，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)變?yōu)榱謽I(yè)、牧業(yè)和其他生態(tài)用地，牧業(yè)和其他生態(tài)用地轉(zhuǎn)變?yōu)榱謽I(yè)生態(tài)用地，是導(dǎo)致東北地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善的主要用地轉(zhuǎn)型類型，5種類型占貢獻(xiàn)率比重達(dá)到86.29%；林業(yè)、牧業(yè)和其他生態(tài)用地被開發(fā)利用為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地，以及林業(yè)生態(tài)用地轉(zhuǎn)變成牧業(yè)和其他生態(tài)用地，則是生態(tài)環(huán)境惡化的主要類型，5種類型占貢獻(xiàn)率比重達(dá)到86.44%。2005—2015年，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)變?yōu)榱謽I(yè)、牧業(yè)、水域和其他生態(tài)用地，牧業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榱謽I(yè)生態(tài)用地，是改善東北地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主要用地轉(zhuǎn)型類型，貢獻(xiàn)率比重達(dá)到92.06%；林業(yè)、其他、牧業(yè)和水域生態(tài)用地被開發(fā)利用為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地則是生態(tài)環(huán)境惡化的最主要類型，貢獻(xiàn)率比重達(dá)到88.92%。總體而言，東北地區(qū)影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的用地轉(zhuǎn)型類型前期后期整體趨勢基本相同，且均基本集中于前五種類型。東北地區(qū)同時(shí)存在著生態(tài)改善和生態(tài)惡化的2種變化，但是生態(tài)環(huán)境惡化大于生態(tài)環(huán)境改善，總體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量持續(xù)惡化。

表6 東北地區(qū)影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主要用地轉(zhuǎn)型及貢獻(xiàn)率

4 結(jié)論與討論

本研究基于土地利用遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)，從土地利用主導(dǎo)功能的角度出發(fā)，構(gòu)建基于“三生空間”的土地利用主導(dǎo)功能分類體系，采用土地利用轉(zhuǎn)型分析模型和生態(tài)環(huán)境效應(yīng)分析模型，對(duì)東北地區(qū)1995—2015年土地轉(zhuǎn)型特征及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行了分析，主要結(jié)論如下：

1)1995—2015年，東北地區(qū)土地利用功能結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型主要表現(xiàn)為：按照一級(jí)分類來看，生產(chǎn)用地持續(xù)增加、生態(tài)用地持續(xù)減少和生活用地小幅增加，前期劇烈后期趨緩；按照二級(jí)分類來看，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地和城鎮(zhèn)生活用地持續(xù)增加，林業(yè)、牧業(yè)和其他生態(tài)用地大量減少，工礦生產(chǎn)用地、水域生態(tài)用地和農(nóng)村生活用地較為穩(wěn)定。

2)1995—2015年，東北地區(qū)土地利用功能空間轉(zhuǎn)型主要表現(xiàn)為：各類功能用地的空間分布表現(xiàn)出較為明顯的地域差異性和不均衡性，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地、牧業(yè)生態(tài)用地和水域生態(tài)用地的空間分布不均衡性進(jìn)一步加劇，其他地類的空間分布不均衡性有所緩和。水域生態(tài)用地和其他生態(tài)用地重心向南偏移，其他地類重心均向北偏移，其中城鎮(zhèn)生活用地的重心先向東北偏移后向東南方向偏移。

3)東北地區(qū)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)從1995年的0.581持續(xù)下降至2015年的0.575，東北地區(qū)整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量持續(xù)惡化。研究期間高質(zhì)量區(qū)始終占據(jù)主體地位，但中高質(zhì)量區(qū)和中質(zhì)量區(qū)面積大量減少，低質(zhì)量區(qū)面積大量增加，則是區(qū)域整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降的主要原因。

4)1995—2015年，東北地區(qū)同時(shí)存在著生態(tài)改善和生態(tài)惡化的2種變化趨勢，生態(tài)環(huán)境惡化大于生態(tài)環(huán)境改善，總體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量持續(xù)惡化，研究前期與研究后期整體變化趨勢基本相同。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)變?yōu)榱謽I(yè)生態(tài)用地是影響生態(tài)環(huán)境改善的主要因素，林業(yè)生態(tài)用地轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地是影響生態(tài)環(huán)境惡化的主要因素。

通過分析發(fā)現(xiàn)，東北地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)型及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的時(shí)空變化特征與區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、城市化進(jìn)程、農(nóng)業(yè)開發(fā)進(jìn)程基本保持一致。有研究表明長江流域、東部沿海等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和高度城市化地區(qū)近20年間土地利用轉(zhuǎn)型特征主要表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地大量減少和生活用地大量增加，區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化的主要影響因素是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)變?yōu)樯钣玫豙13-14]，而東北地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)型特征主要表現(xiàn)為生態(tài)用地大量減少和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地的大量增加，區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化的主要因素是生態(tài)用地轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地。由此可看出，近20年間，東北糧食主產(chǎn)區(qū)土地利用轉(zhuǎn)型及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)特征具有一定的獨(dú)特性。東北地區(qū)作為我國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)之一，對(duì)其土地利用轉(zhuǎn)型及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)特征的分析，具有一定的代表性，另一方面，考慮到我國不同糧食主產(chǎn)區(qū)在種植制度、自然環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等條件均存在著較為明顯的差異，受此影響，土地利用轉(zhuǎn)型進(jìn)程和生態(tài)環(huán)境效應(yīng)特征均不盡相同，未來需要選取多個(gè)糧食主產(chǎn)區(qū)進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而更為準(zhǔn)確揭示我國糧食主產(chǎn)區(qū)土地利用轉(zhuǎn)型及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的特征。