烏魯木齊市土地利用/覆被變化及生態(tài)安全評(píng)價(jià)

朱亞楠,閆志明,蒲春玲,3,劉志有,4

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院,烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) MPA教育中心,烏魯木齊 830052；3.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展研究中心,烏魯木齊 830052；4.中國(guó)科學(xué)院 干旱區(qū)環(huán)境與工程研究所冰凍圈科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蘭州 730000)

黨的十九大報(bào)告指出,要加快生態(tài)文明體制改革,著力解決突出的環(huán)境問(wèn)題。土地是人類賴以生存和發(fā)展的最基本的物質(zhì)保障,為人類從事一切社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)提供基礎(chǔ)場(chǎng)所[1-2]。隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn),土地利用/土地覆被變化(Land Use/Land Cover Change,LUCC)的相關(guān)問(wèn)題成為了國(guó)際社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn),所研究的成果對(duì)未來(lái)區(qū)域土地可持續(xù)利用起著十分重要的作用。綠洲是指位于干旱、半干旱地區(qū)擁有一定水資源,可供人類居住及生產(chǎn)生活的具有獨(dú)特代表性的地理景觀[3-4]。在經(jīng)濟(jì)和城市化進(jìn)程快速發(fā)展的背景下,土地在不斷開(kāi)發(fā)和建設(shè)中容易導(dǎo)致土地荒漠化、綠洲退化等問(wèn)題,尤其是綠洲城市土地生態(tài)脆弱的特性與城市土地大量開(kāi)采和利用之間存在較大的矛盾,因此,土地生態(tài)安全問(wèn)題也是當(dāng)前社會(huì)亟待探索和研究的主題。對(duì)此,我國(guó)學(xué)者針對(duì)土地利用/覆被變化問(wèn)題進(jìn)行了大量研究,如,郭碧云等[5]運(yùn)用RS和GIS技術(shù)對(duì)內(nèi)蒙古農(nóng)牧交錯(cuò)帶近30年的土地利用/覆被變化及土地景觀空間格局變化進(jìn)行了分析,得出草地和農(nóng)業(yè)用地占主導(dǎo)地位,人為干擾對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)起主導(dǎo)因素,并通過(guò)Markov模型預(yù)測(cè)該地區(qū)未來(lái)20年土地利用變化；孫曉月[6]運(yùn)用“自然—經(jīng)濟(jì)—社會(huì)”模型選取20個(gè)指標(biāo),對(duì)黃河三角洲的土地生態(tài)安全建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,采用綜合指數(shù)法對(duì)研究區(qū)域2005—2015年土地生態(tài)安全進(jìn)行時(shí)間序列上的評(píng)價(jià)研究,通過(guò)RS和GIS相結(jié)合的技術(shù)分析,研究區(qū)土地生態(tài)安全空間格局演變情況；阿娜古麗·麥麥提依明等[7]基于移動(dòng)窗口的方法對(duì)烏魯木齊市1990—2014年建成區(qū)域景觀格局變化進(jìn)行分析,得出城市景觀破碎化程度加劇,景觀優(yōu)勢(shì)度逐漸減小。這些研究在一定程度上解釋了城市土地利用/覆被變化規(guī)律,對(duì)城市生態(tài)安全作出了評(píng)價(jià),但是對(duì)于綠洲城市土地利用/覆被變化規(guī)律與生態(tài)安全評(píng)價(jià)相結(jié)合的分析還存在不足。通過(guò)利用Erdas、ArcGIS等軟件對(duì)綠洲區(qū)域的土地利用/覆被變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),以及對(duì)其土地生態(tài)安全進(jìn)行科學(xué)合理的評(píng)價(jià),對(duì)未來(lái)綠洲土地合理、可持續(xù)發(fā)展及了解其土地生態(tài)健康情況具有重要意義,可為未來(lái)土地利用規(guī)劃及生態(tài)安全預(yù)警提供科學(xué)的參考依據(jù)。

烏魯木齊市是坐落在綠洲上的城市,城市的生態(tài)環(huán)境較為脆弱。烏魯木齊2017年入選為“城市雙修”的第三批試點(diǎn)城市,通過(guò)對(duì)烏魯木齊市的土地利用/覆被變化及利用熵權(quán)物元模型對(duì)烏魯木齊市土地生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià),揭示烏魯木齊市1990—2017年間土地利用/覆被變化的規(guī)律、生態(tài)安全變化趨勢(shì),對(duì)解決未來(lái)城市發(fā)展過(guò)程中所帶來(lái)的諸多土地生態(tài)環(huán)境問(wèn)題具有重要意義。

1 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

烏魯木齊地處北緯42°54′16″～44°58′16″,東經(jīng)86°46′10″～88°59′48″,土地總面積為14 192.78hm2[8],是新疆維吾爾自治區(qū)的首府,是新疆的政治、經(jīng)濟(jì)、文化、科教和交通中心,是亞歐大陸的“橋頭堡”。烏魯木齊市位于中國(guó)西北、新疆中部、亞歐大陸腹地,地處北天山北麓、準(zhǔn)噶爾盆地南緣,東、西、南三面環(huán)山,北部為廣闊的沖積平原,地勢(shì)由南向西北方向逐漸降低。烏魯木齊市由于深居內(nèi)陸,遠(yuǎn)離海洋,屬于典型的溫帶半干旱大陸性氣候,常年干燥少雨,晝夜溫差較大。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

通過(guò)分析烏魯木齊市1990,2000,2010年和2017年云量低于0.5的遙感影像信息(表1),利用Erdas 9.2軟件對(duì)4期遙感影像圖解譯分析等處理,從中提取研究所需的遙感數(shù)據(jù)。

依據(jù)國(guó)家于2007年公布的《土地利用現(xiàn)狀分類》分類標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合烏魯木齊市的實(shí)際情況,將烏魯木齊市土地利用類型劃分為以下7類:耕地、園地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地,如圖1、圖2所示。為了保證分類結(jié)果的精確性,對(duì)4期遙感影像分類結(jié)果進(jìn)行了精度檢驗(yàn),其Kappa系數(shù)均達(dá)到0.84以上,說(shuō)明解譯結(jié)果具備可靠性,可以滿足本次研究的需求。

2 研究方法

2.1 土地利用/覆被變化分析

2.1.1土地利用/覆被時(shí)空變化分析

通過(guò)在ArcGIS 10.2中完成4期土地利用類型圖的疊加分析,結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析功能,獲取1990—2017年烏魯木齊市土地利用/覆被變化圖(圖1、圖2)以及土地利用/覆被變化轉(zhuǎn)移矩陣(具體內(nèi)容在本文第3章節(jié)中展開(kāi))?；诖?對(duì)烏魯木齊市不同時(shí)期的土地利用/覆被變化進(jìn)行分析。

表1 烏魯木齊市影像資料特征Tab.1 Urumqi image data features

圖1 烏魯木齊市1990—2000年土地利用/覆被變化圖Fig.1 Land use/cover change map of Urumqi city from 1990 to 2000

圖2 烏魯木齊市2010—2017年土地利用/覆被變化圖Fig.2 Land use/cover change map of Urumqi city from 2010 to 2017

2.1.2土地利用/覆被動(dòng)態(tài)變化分析

土地利用/覆被動(dòng)態(tài)變化可用定量模型相關(guān)要素和指標(biāo)來(lái)表示,如總變化、凈變化以及變化趨勢(shì)、方向及狀態(tài)等。計(jì)算公式如下[9]:

(1)

(2)

(3)

(ΔUin+ΔUout≠0,-1≤Ps<1)

(4)

式中:1)Nc表示為某一土地利用類型的凈變化,其總變化用Tc表示；Ua為土地利用類型研究初期的面積,研究末期某種土地利用類型的面積用Ub表示。2)ΔUin指某一土地利用類型的轉(zhuǎn)入面積,ΔUout指某一土地利用類型的轉(zhuǎn)出面積,土地利用類型的變化趨勢(shì)和狀態(tài)以Ps表示。其中,如若0

對(duì)于土地利用/覆被整體變化來(lái)說(shuō)。趨勢(shì)指數(shù)Pt公式定義如下:

(5)

式中:ΔUin-i表示其他類型土地轉(zhuǎn)為i類型土地的面積,ΔUout-i表示某土地類型轉(zhuǎn)為i土地類型的面積。其中,若0

2.1.3土地利用/覆被變化程度分析

根據(jù)劉紀(jì)遠(yuǎn)等[10]所提出的綜合分析法,結(jié)合烏魯木齊市實(shí)際情況,分別將烏魯木齊市土地利用程度劃分為4個(gè)級(jí)別,第1等級(jí)為園地和水域,第2等級(jí)為耕地、林地和草地,第3等級(jí)為未利用地,第4等級(jí)為建設(shè)用地。計(jì)算公式如下:

(6)

式中:L表示為土地利用程度綜合指數(shù),Ai表示為第i級(jí)土地利用程度分級(jí)指數(shù),Ci表示為第i級(jí)土地利用類型面積的比例。

土地利用程度變化模型計(jì)算公式如下:

(7)

式中:ΔLb-a表示為土地利用程度變化量,La與Lb表示為研究初期和研究末期的土地利用綜合程度指數(shù),R表示為土地利用程度的變化率。如果,式中的Δb-a>0或者R>0,則表示該區(qū)域土地利用正處在發(fā)展期;如果ΔLb-a<0或者R<0,則表示該區(qū)域土地利用正處于衰退期或者調(diào)整期。

2.2 土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的物元模型

2.2.1數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

文章運(yùn)用“最小—最大標(biāo)準(zhǔn)化”的方法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,計(jì)算公式如下[11-12]:

當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)趨向性為正時(shí):

(8)

當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)趨向性為負(fù)時(shí):

(9)

2.2.2熵權(quán)法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

熵最初是熱力學(xué)名詞,后又出現(xiàn)信息熵,用以反映不確定性的量度。熵權(quán)法確定權(quán)重的原理就是依照各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的變化水平,運(yùn)用熵得出各項(xiàng)指標(biāo)的熵權(quán),然后運(yùn)用熵權(quán)來(lái)修正各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)值,用以獲得更為客觀準(zhǔn)確的權(quán)重?cái)?shù)值[13-14]。

熵權(quán)法計(jì)算過(guò)程為:xij(i=1,2,…,m,j=1,2,…,n)

假設(shè)研究對(duì)象有m個(gè)評(píng)價(jià)樣本,n項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo),原始數(shù)據(jù)矩陣可表示為R=(rij)m×n:

(10)

求取指標(biāo)比重pij:

(11)

計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)的熵值ej:

(12)

計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)wj:

(13)

2.2.3熵權(quán)物元模型

物元模型是我國(guó)學(xué)者蔡文于20世紀(jì)80年代初所創(chuàng)立[15],物元模型對(duì)生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)的基本步驟為:首先是要確定待評(píng)價(jià)的物元,其次是要對(duì)物元模型的經(jīng)典域以及節(jié)域進(jìn)行確定,再者是要確定其關(guān)聯(lián)函數(shù)的關(guān)聯(lián)度,最后是要對(duì)物元模型的等級(jí)進(jìn)行確定。

1) 確定土地生態(tài)安全物元模型

土地生態(tài)安全物元模型表示如下:

(14)

式中:N表示為土地生態(tài)安全水平,C和V分別表現(xiàn)為模型的特征和特征量值。

2) 確定土地生態(tài)安全經(jīng)典域和節(jié)域

構(gòu)建土地生態(tài)安全物元模型經(jīng)典域表示如下:

(15)

土地生態(tài)安全物元的節(jié)域矩陣表示如下:

(16)

式中:物元的經(jīng)典域和節(jié)域分別為Roj和Rp,Noj表示為劃分的第j個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí),(aoj1,boj1)和(apn,bpn)分別表示經(jīng)典域和節(jié)域值的范圍,p表示為物元評(píng)價(jià)的所有等級(jí)。

3) 確定土地生態(tài)安全關(guān)聯(lián)函數(shù)和關(guān)聯(lián)度

土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)函數(shù)K(x)表示如下:

其中|Xo|=|bo-ao|

(17)

(18)

(19)

式中:p(X,X0)為點(diǎn)X與其所對(duì)應(yīng)的特征向量區(qū)間的距離；p(X,Xp)為點(diǎn)X與其特征向量節(jié)域的距離；X,Xo,Xp分別為待評(píng)價(jià)物元、經(jīng)典域和節(jié)域的量值范圍。

4) 計(jì)算出土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)

待評(píng)價(jià)對(duì)象Nx第j等級(jí)的綜合關(guān)聯(lián)度公式如下:

(20)

Kjx=maxKj(Nx)

(21)

式中：評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重表示wi,kj(xi)表示待評(píng)價(jià)對(duì)象的關(guān)聯(lián)度,Kjx表示待評(píng)價(jià)對(duì)象Nx生態(tài)安全最終屬于第j等級(jí)。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用/覆被變化分析

3.1.1土地利用/覆被面積變化分析

通過(guò)對(duì)烏魯木齊市4期遙感影像的分析,1990—2017年烏魯木齊市各類土地利用面積變化情況如表2所示。通過(guò)分析得出,烏魯木齊市土地利用占比較大的是草地和未利用地,占比分別為56.22%和28.84%。1990—2017年耕地、林地和草地的面積有所減少,分別減少了30 870.9,9 669.24 hm2和58 065.84 hm2,其中草地面積減少的比例尤為明顯。同時(shí),園地、水域、建設(shè)用地和未利用地的面積有所增加,分別增加了455.13,1 790.46,2 7151.47 hm2和69 208.92 hm2。隨著城市化進(jìn)程以及經(jīng)濟(jì)水平不斷快速發(fā)展,烏魯木齊市的建設(shè)用地有了一定的增漲,米東區(qū)荒漠面積較大,受土地荒漠化的影響,導(dǎo)致未利用地面積有所增加。

3.1.2土地利用/覆被結(jié)構(gòu)變化分析

對(duì)研究區(qū)土地利用/覆被面積變化分析不僅體現(xiàn)在不同時(shí)段土地利用/覆被面積的變化上,還體現(xiàn)在不同土地利用類型面積的相互轉(zhuǎn)化中。通過(guò)ArcGIS軟件將不同時(shí)期土地利用類型圖進(jìn)行疊加分析,獲得如表3所示的烏魯木齊市土地利用/覆被時(shí)空變化轉(zhuǎn)移矩陣,以此分析烏魯木齊市土地利用/覆被結(jié)構(gòu)變化情況。

通過(guò)分析得出,1990—2017年烏魯木齊市整體土地利用/覆被結(jié)構(gòu)變化主要是以耕地、林地、草地類型的轉(zhuǎn)出和建設(shè)用地、未利用地類型的轉(zhuǎn)入為主。1990—2000年,烏魯木齊市耕地、林地和牧草地類型的轉(zhuǎn)出面積分別為11 140.2,1 402.56 hm2和12 339 hm2；建設(shè)用地和未利用地轉(zhuǎn)入面積分別為8 945.46 hm2和13 027.59 hm2。2000—2010年,烏魯木齊市耕地、林地和牧草地的轉(zhuǎn)出面積分別為19 160.82,7 573.32 hm2和52 363.26 hm2；建設(shè)用地和未利用地轉(zhuǎn)入面積分別為15 753.06hm2和48 164.22 hm2。2010—2017年,烏魯木齊市耕地、林地和牧草地的轉(zhuǎn)出面積分別為14 167.44,7 824.96公頃和36 567.81 hm2；建設(shè)用地和未利用地轉(zhuǎn)入面積分別為11 483.19 hm2和29 382.39hm2。烏魯木齊市土地利用類型轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在耕地與草地、建設(shè)用地與未利用地、林地與草地、草地與建設(shè)用地和未利用地、建設(shè)用地與未利用地之間相互轉(zhuǎn)化,1990—2017年,耕地、林地與草地轉(zhuǎn)出面積最大,轉(zhuǎn)出面積分別為40 060.8,13 227.57 hm2和81 921.24 hm2。建設(shè)用地與未利用地轉(zhuǎn)入面積最多,轉(zhuǎn)入面積分別為30 786.84 hm2和75 324.69 hm2。

表2 1990—2017年烏魯木齊市土地利用/覆被面積變化Tab.2 Land use/cover area change in Urumqi city from 1990 to 2017

表3 1990—2017年烏魯木齊市土地利用/覆被結(jié)構(gòu)變化轉(zhuǎn)移矩陣Tab.3 Land use/cover structure change transfer matrix in Urumqi city from 1990 to 2017 hm2

烏魯木齊市建設(shè)用地面積處于逐年增加的狀態(tài),主要是以耕地、草地和未利用地的轉(zhuǎn)入為主。其中,未利用地轉(zhuǎn)入面積相對(duì)較少,主要是由于烏魯木齊市是綠洲上的城市,未利用地大多是沙漠,可利用面積相對(duì)較少。同時(shí),未利用地面積有明顯的增加,絕大部分是由耕地和草地轉(zhuǎn)為未利用地。在城市快速發(fā)展的背景下,人口大量向城市流動(dòng),烏魯木齊市對(duì)耕地和草地過(guò)度開(kāi)發(fā)利用,城市生態(tài)環(huán)境較為脆弱,耕地撂荒嚴(yán)重,過(guò)度放牧加劇了草地的荒漠化,從而致使未利用地面積增加。總體來(lái)說(shuō),烏魯木齊土地利用/覆被變化是以建設(shè)用地和未利用地面積增加,耕地、林地和草地面積減少為主。

3.1.3土地利用/覆被動(dòng)態(tài)變化分析

由表4可知,通過(guò)對(duì)烏魯木齊市土地利用/覆被變化趨勢(shì)相關(guān)指數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析,可以看出,1990—2017年間烏魯木齊市土地利用/覆被變化中,耕地、林地和草地呈萎縮型的變化趨勢(shì),變化趨勢(shì)值分別是-0.63,-0.58和-0.55,說(shuō)明其土地利用類型以單向轉(zhuǎn)換為主,處于一種不平衡的狀態(tài)；園地、水域、建設(shè)用地和未利用地呈擴(kuò)張型的變化趨勢(shì),尤其是園地和建設(shè)用地呈單方向極不平衡的擴(kuò)張態(tài)勢(shì),同時(shí)其總體變化趨勢(shì)值為0.85。不難看出,烏魯木齊市整體變化趨勢(shì)處于一個(gè)極度不平衡狀態(tài)。但將其分為3個(gè)不同時(shí)段,各時(shí)段總體的土地利用/覆被變化都逐漸向平衡的雙向轉(zhuǎn)換的趨勢(shì)變化,說(shuō)明近年來(lái),烏魯木齊市土地利用/覆被變化趨勢(shì)呈良性發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

表4 烏魯木齊市土地利用/覆被變化趨勢(shì)指數(shù)Tab.4 Urumqi land use/cover change trend index

注:Nc,Tc分別表示為單一土地利用類型的凈變化和總變化量;Pt,Ps表示為土地利用類型的總體和單一變化趨勢(shì)和狀態(tài)指數(shù)。

3.1.4土地利用程度分析

由表5可知,烏魯木齊市1990—2017年土地利用程度由226.53上升至235.08,說(shuō)明隨著城市的發(fā)展需求,對(duì)城市土地開(kāi)發(fā)和利用程度逐漸增加,人類活動(dòng)對(duì)土地生態(tài)系統(tǒng)影響也逐漸加深。同時(shí),1990—2017年烏魯木齊市土地利用程度變化量和土地利用程度變化率均大于0,說(shuō)明烏魯木齊市土地利用正處于發(fā)展期。

表5 烏魯木齊市1990—2017年土地利用程度變化Tab.5 Land use change in Urumqi from 1990 to 2017

3.2 土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)

3.2.1指標(biāo)選擇及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

運(yùn)用“PSR”模型構(gòu)建烏魯木齊市的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,其數(shù)據(jù)源自《烏魯木齊市統(tǒng)計(jì)年鑒》[16 ]、《烏魯木齊市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》[16 ],同時(shí)結(jié)合《生態(tài)文明建設(shè)考核目標(biāo)體系》[ 17]和《生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo)》[ 18]所規(guī)定的評(píng)價(jià)土地生態(tài)安全的指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合烏魯木齊市的情況歸納了22項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,具體情況如表6所示。

3.2.2確定烏魯木齊市土地生態(tài)安全的經(jīng)典域和節(jié)域

根據(jù)已有的數(shù)據(jù)資料和土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的可拓性,參考《生態(tài)文明建設(shè)考核目標(biāo)體系》[17 ]和《生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo)》[ 18]中的標(biāo)準(zhǔn)值,以及在大量相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合烏魯木齊市實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r,將烏魯木齊市劃分為4個(gè)等級(jí),綜合確定了烏魯木齊市土地生態(tài)安全經(jīng)典域矩陣,分別為R1(安全)、R2(較安全)、R3(臨界安全)、R4(不安全)和節(jié)域矩陣Rp:

3.2.3確定烏魯木齊市土地生態(tài)安全關(guān)聯(lián)函數(shù)和關(guān)聯(lián)度

將待評(píng)價(jià)物元輸入模型公式中,即可得到相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果,根據(jù)已確定的4個(gè)年份的指標(biāo),代入到公式(17)—(19)中,可以得出各個(gè)年份相對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度。以1990年C1指標(biāo)(人口密度)為例,通過(guò)數(shù)據(jù)整理得到1990年的人口密度指標(biāo)值為113.19,將1990年C1(人口密度)指標(biāo)值113.19代入公式,可以得出:N1=0.3404、N2=-0.3404、N3=-0.6702、N4=-0.7801,所以1990年的人口密度屬于N1,安全。照此計(jì)算,可以得出各個(gè)年份各個(gè)指標(biāo)的安全度,如表7所示。

表6 烏魯木齊市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重Tab.6 Urumqi city land ecological security evaluation index system and weight

R1=N1C1(100,120)C2(-3,0)C3(345,360)C4(1500,2000)C5(90,100)C6(130,260)C7(0,1)C8(0,2)C9(0,0.4)C10(2850,3800)C11(60,70)C12(1.5,2)C13(4.5,6)C14(40,50)C15(15,20)C16(975000,130000)C17(65,70)C18(13500,18000)C19(75,100)C20(75,100)C21(75,100)C22(0.4,0.5)

R2=N2C1(120,140)C2(0,3)C3(330,345)C4(1000,1500)C5(80,90)C6(260,390)C7(1,2)C8(2,4)C9(0.4,0.8)C10(1900,2850)C11(50,60)C12(1,1.5)C13(3,4.5)C14(30,40)C15(10,15)C16(65000,975000)C17(60,65)C18(9000,13500)C19(50,75)C20(50,75)C21(50,75)C22(0.3,0.4)

R3=N3C1(140,160)C2(3,6)C3(315,330)C4(500,1000)C5(70,80)C6(390,520)C7(2,3)C8(4,6)C9(0.8,1.2)C10(950,1900)C11(40,50)C12(0.5,1)C13(1.5,3)C14(20,30)C15(5,10)C16(32500,65000)C17(55,60)C18(4500,9000)C19(25,50)C20(25,50)C21(25,50)C22(0.2,0.3)

R4=N4C1(160,180)C2(6,9)C3(300,315)C4(0,500)C5(60,70)C6(520,650)C7(3,4)C8(6,8)C9(1.2,1.6)C10(0,950)C11(30,40)C12(0,0.5)C13(0,1.5)C14(10,20)C15(0,5)C16(0,32500)C17(50,55)C18(0,4500)C19(0,25)C20(0,25)C21(0,25)C22(0.1,0.2)

Rp=NpC1(100,180)C2(-3,9)C3(300,360)C4(0,2000)C5(60,100)C6(130,650)C7(0,4)C8(0,8)C9(0,1.6)C10(0,3800)C11(30,70)C12(0,2)C13(0,6)C14(10,50)C15(0,20)C16(0,130000)C17(50,70)C18(0,18000)C19(0,100)C20(0,100)C21(0,100)C22(0.1,0.5)

由表7可以看出,大部分評(píng)價(jià)指標(biāo)生態(tài)安全程度均隨時(shí)間序列有所提升,僅有K1(人口密度)、K6(單位耕地面積化肥施用量)、K7(單位耕地面積農(nóng)藥施用量)、K9(單位土地面積污水排放量)、K10(糧食單產(chǎn))和K12(水土協(xié)調(diào)度)生態(tài)安全程度下降明顯?？梢?jiàn),隨著烏魯木齊市近30年的城市發(fā)展過(guò)程中,城市化進(jìn)程不斷加快,人口不斷增加,對(duì)糧食需求量增加,加大了農(nóng)用化肥和農(nóng)藥的施用量,加上工業(yè)廢水排放量的增加,對(duì)土地生態(tài)造成很大程度的影響。

3.2.4計(jì)算烏魯木齊市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)

將表6各個(gè)指標(biāo)值的權(quán)重和各個(gè)年份的關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果,代入公式(20),可以求出烏魯木齊市所有指標(biāo)的綜合關(guān)聯(lián)度。用公式(21)判斷關(guān)聯(lián)度屬于的生態(tài)安全等級(jí),結(jié)果如表8所示。

由表8可知,烏魯木齊市整體土地生態(tài)安全程度由1990年的-0.194 7不安全程度增長(zhǎng)到2017年的-0.113 5較安全程度,說(shuō)明烏魯木齊在城市發(fā)展的進(jìn)程中,在政策大力支持下,城市生態(tài)安全程度有了一定的提升,也促進(jìn)未來(lái)城市的可持續(xù)發(fā)展。

表7 1990—2017年烏魯木齊市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度Tab.7 Correlation degree of land ecological security evaluation index in Urumqi

(續(xù)表)

關(guān)聯(lián)度1990年N1N2N3N4等級(jí)2000年等級(jí)2010年等級(jí)2017年等級(jí)K13-0.20180.3385-0.3308-0.5538較安全較安全較安全安全K14-0.6147-0.42200.1560-0.1189臨界安全臨界安全較安全安全K15-0.8045-0.7068-0.41360.4136不安全不安全臨界安全安全K16-0.8813-0.8219-0.64380.3562不安全不安全臨界安全安全K17-0.4093-0.11400.1477-0.3035臨界安全較安全不安全安全K18-0.5746-0.36190.2762-0.1779臨界安全臨界安全臨界安全安全K19-0.3337-0.00060.0012-0.3332臨界安全安全不安全較安全K20-0.5944-0.39160.2168-0.1512臨界安全較安全較安全安全K21-0.6484-0.47260.0548-0.0494臨界安全較安全較安全安全K22-0.8333-0.7500-0.50000.5000不安全不安全安全較安全

表8 1990—2017年烏魯木齊市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)Tab.8 Urumqi city land ecological safety assessment grade

4 結(jié)論與討論

1) 1990—2017年間,烏魯木齊市土地利用/覆被變化較明顯,園地、水域、建設(shè)用地和未利用地的面積處于上升的趨勢(shì),耕地、林地和草地面積呈下降趨勢(shì),草地面積下降幅度較大,所占的比例下降4.09%。烏魯木齊市整體土地利用/覆被變化類型以耕地、林地和草地轉(zhuǎn)出和建設(shè)用地和未利用地的轉(zhuǎn)入為主。1990—2017年烏魯木齊市整體變化趨勢(shì)處于一個(gè)極度不平衡狀態(tài)。但將其分為3個(gè)不同時(shí)段,各時(shí)段總體的土地利用/覆被變化都逐漸向平衡的雙向轉(zhuǎn)換的趨勢(shì)變化,說(shuō)明近年來(lái),烏魯木齊市土地利用/覆被變化趨勢(shì)呈良性發(fā)展?fàn)顟B(tài),且烏魯木齊市土地利用正處于發(fā)展期。

2) 通過(guò)運(yùn)用物元模型對(duì)烏魯木齊市土地生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià),實(shí)證研究結(jié)果表明,烏魯木齊市1990年土地生態(tài)安全處于不安全的狀態(tài),2000年和2010年烏魯木齊市土地生態(tài)安全水平均處于臨界安全狀態(tài),但是2017年烏魯木齊市土地生態(tài)安全處于較安全水平。說(shuō)明,自烏魯木齊市成為“城市雙修”的試點(diǎn)城市后,烏魯木齊市在城市發(fā)展過(guò)程中更加注重城市環(huán)境保護(hù)和生態(tài)建設(shè),尤其是在城市綠化覆蓋率、人均公共綠地面積、污水處理率和環(huán)境保護(hù)投資方面都有顯著增加。

3) 本文通過(guò)1990—2017年4個(gè)時(shí)段對(duì)烏魯木齊市土地利用/覆被變化進(jìn)行分析,并利用物元模型對(duì)烏魯木齊市生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià),但考慮到數(shù)據(jù)的可獲取性,本文選擇4個(gè)時(shí)段進(jìn)行分析,并非持續(xù)性時(shí)間數(shù)據(jù),獲得的結(jié)果也具有一定的局限性。但通過(guò)4個(gè)時(shí)段對(duì)烏魯木齊市近30年土地利用/覆被變化及生態(tài)安全進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià),對(duì)烏魯木齊未來(lái)城市發(fā)展具有較大的參考價(jià)值。