高原傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)土地利用功能演變及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)

丁慧敏, 楊朝現(xiàn), 李 鑫, 呂兆群, 左鈺瑤

(西南大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 重慶 北碚 400715)

土地是人類賴以生存和活動(dòng)的重要場(chǎng)所和物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類生存發(fā)展和生態(tài)環(huán)境之間的重要紐帶[1-2]，而土地利用功能演變是人類活動(dòng)和自然環(huán)境對(duì)區(qū)域景觀產(chǎn)生影響的直接體現(xiàn)[3]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快，人類社會(huì)活動(dòng)會(huì)導(dǎo)致土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)和功能(生產(chǎn)、生活、生態(tài)功能)發(fā)生變化，從而對(duì)生態(tài)環(huán)境造成影響。不合理的土地利用方式會(huì)導(dǎo)致水土流失、人居環(huán)境質(zhì)量下降和土地資源過(guò)度消耗等系列環(huán)境問(wèn)題加劇，而這一系列的環(huán)境問(wèn)題反過(guò)來(lái)又會(huì)限制人類社會(huì)的生存與發(fā)展[4-6]。因此如何實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，減少生態(tài)環(huán)境在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中的消極影響[7]，成為當(dāng)下亟需重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。厘清土地利用功能演變對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的規(guī)律，尋求區(qū)域土地利用差別化調(diào)控策略，引導(dǎo)土地科學(xué)利用，促進(jìn)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

對(duì)于土地利用功能演變的研究，在土地利用功能演變特征[8-9]及其驅(qū)動(dòng)因素分析[10-12]、土地利用功能演變與城鄉(xiāng)發(fā)展間的關(guān)系[13]、土地利用功能演變對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響等[14-15]方面，不少學(xué)者已有關(guān)注。尤其在區(qū)域土地利用功能演變對(duì)生物生境[16]和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響方面的研究[17]，以及土地利用功能演變與土壤、水源、大氣等單一自然要素間關(guān)系的研究[18-19]更是眾多學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)。在平原、流域、熱點(diǎn)城市等[20-22]區(qū)域，學(xué)者們采用構(gòu)建模型、建立生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[23]、計(jì)算生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)等[24]方法來(lái)揭示土地利用變化對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化帶來(lái)的影響程度。

梳理土地利用功能演變對(duì)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的相關(guān)研究成果發(fā)現(xiàn)，多數(shù)學(xué)者將研究重點(diǎn)放在土地利用功能演變對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的途徑和演變規(guī)律上，對(duì)于區(qū)域內(nèi)部土地利用功能演變及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的差異性關(guān)注較少。特別是對(duì)地貌分異性較強(qiáng)、土地利用功能格局多樣、生態(tài)環(huán)境脆弱的高原傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)開(kāi)展相關(guān)研究更是鮮有。基于此，本研究選取西南地區(qū)云貴高原的云南省保山市昌寧縣為案例，基于地形梯度效應(yīng)的視角，探究垂直梯度上不同地貌區(qū)域土地利用功能演變特征及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的分異性，以期為尋求差別化的土地利用調(diào)控策略，實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境良好保護(hù)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)處理

1.1 研究區(qū)概況

云南省昌寧縣地處滇西高原西南部，位于北緯24°14′—25°12′，東經(jīng)99°16′—100°02′，幅員面積3 768.62 km2。境內(nèi)喀斯特地貌發(fā)育，地質(zhì)條件脆弱，地形起伏較大(海拔在583～2 881 m)，地貌類型多樣，山區(qū)溝深坡陡，地勢(shì)自西北向東南由高漸低，形成山壩南北縱列、高山壩谷相間的地貌形態(tài)。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，有低熱、溫?zé)帷貨?、高?個(gè)氣候帶。年平均氣溫14.9℃，極端最高氣溫40.4℃，極端最低氣溫-6℃，年平均降雨1 259 mm，無(wú)霜期253 d，具有四季分明、雨量充沛的特點(diǎn)。昌寧縣是一個(gè)多民族聚居的高原山區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)縣，獨(dú)特的水熱條件和土壤資源，適宜多種農(nóng)作物種植和動(dòng)植物生長(zhǎng)，區(qū)內(nèi)茶葉、蔬菜、養(yǎng)殖等特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展突出。2020年，研究區(qū)共轄13個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))，總?cè)丝?5.56萬(wàn)人(其中農(nóng)業(yè)人口24.95萬(wàn)人)，全年人均地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)為4.59萬(wàn)元，茶葉年綜合產(chǎn)值35.93億元，蔬菜年產(chǎn)值4.86億元，養(yǎng)殖業(yè)年產(chǎn)值34.67億元。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本研究選取2000年、2010年、2020年3期分辨率為30 m×30 m的Landsat遙感影像作為主信息源，對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行波段合成、輻射校正、幾何校正以及拼接、裁剪等預(yù)處理，然后通過(guò)監(jiān)督分類、人機(jī)交互目視解譯完成。DEM數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)，分辨率為30 m×30 m。

為客觀刻畫研究區(qū)土地利用功能演變特征，基于土地的生產(chǎn)、生活、生態(tài)主導(dǎo)功能差異，參考相關(guān)研究[17-19]，對(duì)研究區(qū)的土地利用類型進(jìn)行了功能分類(表1)。同時(shí)，為揭示土地利用功能演變對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響，本文在參考楊清可[15]、高星[22]、羅剛[24]等對(duì)土地利用功能生態(tài)環(huán)境質(zhì)量值測(cè)算研究成果的基礎(chǔ)上，采用面積加權(quán)取平均測(cè)算的方法確定了不同土地利用類型的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(表1)。

表1 土地利用功能分類及其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

2 研究方法

2.1 土地利用轉(zhuǎn)型

2.1.1 地貌類型劃分 參考徐漢明[25]、高玄彧[26]等的地貌類型劃分方案，本文結(jié)合研究區(qū)地類分布實(shí)際情況，根據(jù)海拔高度和地勢(shì)起伏度〔公式(1)〕，將海拔<1 500 m、地勢(shì)起伏度<200 m的區(qū)域劃分為高原地勢(shì)低起伏地貌類型區(qū)(下簡(jiǎn)稱“低起伏地貌區(qū)”)、將1 500≤海拔<2 000 m，200 m≤地勢(shì)起伏度<500 m的區(qū)域劃分為高原地勢(shì)中起伏地貌類型區(qū)(下簡(jiǎn)稱“中起伏地貌區(qū)”)，將海拔≥2 000 m、地勢(shì)起伏度≥500 m的區(qū)域劃分為高原地勢(shì)高起伏地貌類型區(qū)(下簡(jiǎn)稱“高起伏地貌區(qū)”)。劃分結(jié)果表明(圖1)，低起伏地貌區(qū)主要分布在研究區(qū)中部及南部邊緣地區(qū)，中起伏地貌區(qū)主要沿低起伏地貌區(qū)周圍分布，高起伏地貌區(qū)主要分布在研究區(qū)北部。低起伏地貌區(qū)、中起伏地貌區(qū)、高起伏地貌區(qū)占研究區(qū)幅員面積的比重分別為43.46%，33.35%，23.19%。

ΔH=Hmax-Hmin

(1)

式中:ΔH為地勢(shì)起伏度；Hmax為最大高程值；Hmin為最小高程值。

2.1.2 土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣 土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣可客觀揭示不同類型土地的流向和結(jié)構(gòu)變化，是分析土地利用轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)[27]。其表達(dá)式為：

(2)

2.2 生態(tài)環(huán)境效應(yīng)

2.2.1 土地利用功能演變的生態(tài)貢獻(xiàn)率 土地利用功能演變的生態(tài)貢獻(xiàn)率是指土地利用功能類型轉(zhuǎn)換引起的區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化率[28]。用公式(3)能清晰分離出導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的主要用地轉(zhuǎn)換類型。

LEI=(LE1-LE0)LA/TA

(3)

式中:LEI為土地利用功能演變的生態(tài)貢獻(xiàn)率;LE0，LE1分別為某種土地利用變化類型反映的變化初期和變化末期所賦予的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù);LA為該變化類型的面積;TA為區(qū)域總面積。

2.2.2 生態(tài)單元環(huán)境質(zhì)量指數(shù) 地理空間數(shù)據(jù)具有很大的尺度依賴性，選取的研究尺度不同，得到的結(jié)論會(huì)有所差異。本文將各用地斑塊(圖斑)視為采樣點(diǎn)，2000年、2010年與2020年3個(gè)節(jié)點(diǎn)年份數(shù)據(jù)均7萬(wàn)個(gè)左右，為獲得最優(yōu)尺寸，經(jīng)多次試驗(yàn)，選取1 km×1 km的格網(wǎng)，生成4 008個(gè)樣區(qū)。綜合考慮各生態(tài)單元內(nèi)“三生”功能用地具有的生態(tài)質(zhì)量及面積比例，用公式(4)定量表征區(qū)域內(nèi)生態(tài)單元環(huán)境質(zhì)量狀況。

(4)

式中:Ek為研究區(qū)k時(shí)期生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù);n為區(qū)域土地利用類型數(shù)量;Ski和Sk分別為該區(qū)域第k時(shí)期第i種土地利用類型的面積和區(qū)域總面積;Mi為第i種土地利用類型的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用演變特征

3.1.1 土地利用功能結(jié)構(gòu)變化特征 根據(jù)研究區(qū)3期土地利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表2，圖2)顯示，研究區(qū)用地面積中，生態(tài)用地面積最大，生產(chǎn)用地次之，生活用地面積最小。2000—2020年期間，“三生”用地結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生根本性改變，但從各地類結(jié)構(gòu)變化看，總體表現(xiàn)出生活用地面積持續(xù)增加、生態(tài)用地面積緩慢增長(zhǎng)、生產(chǎn)用地不斷減少的特征。

表2 2000-2020年不同地貌類型區(qū)土地利用功能結(jié)構(gòu)變化

圖2 2000-2020年昌寧縣土地利用功能變化

區(qū)域土地利用類型分布與地勢(shì)起伏程度關(guān)系密切。在低起伏地貌區(qū)，以耕地和園地為主導(dǎo)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地集中分布，占到了地類比重的19.31%，從2000年的74 941.88 hm2到2020年的70 300.22 hm2，減少了4 641.66 hm2，減少百分比為1.23%；受城鎮(zhèn)化影響，代表生活用地的城鎮(zhèn)農(nóng)村生活用地持續(xù)增加2 296.46 hm2，20 a間增加了0.62 %；林地、草地等生態(tài)用地規(guī)模共減少1 384.80 hm2。在中起伏地貌區(qū)，林地生態(tài)用地為該區(qū)土地利用主體類型，占到地類比重的18.52%，共增長(zhǎng)416.48 hm2，增長(zhǎng)百分比為0.11%；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地次之，20 a間減少了189.63 hm2，減少百分比為0.05%，下降幅度小于低起伏地貌區(qū)，林地、濕地等生態(tài)用地總體增加了2 610.54 hm2，但變化幅度也減少。在高起伏地貌區(qū)，受地勢(shì)起伏度影響，其他用地類型適宜性較低，而林地生態(tài)用地廣泛分布，占比保持在17.74%左右。整個(gè)研究區(qū)內(nèi)，生態(tài)用地在各地貌類型區(qū)均有分布，草地生態(tài)用地分布范圍從低起伏到高起伏地貌區(qū)逐漸縮小，以河流為主的濕地生態(tài)用地以及裸地等其他生態(tài)用地則主要集中在低起伏地貌區(qū)。生活用地與生產(chǎn)用地相鄰分布，主要集中在研究區(qū)中部及南部邊緣的低起伏地貌區(qū)，該區(qū)域地勢(shì)起伏度較小，海拔較低，人類擾動(dòng)劇烈，城鎮(zhèn)農(nóng)村生活用地(尤其是城鎮(zhèn)居民點(diǎn)用地)在該區(qū)呈持續(xù)擴(kuò)張趨勢(shì)。

3.1.2 土地利用功能結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移特征 為更好地厘清研究區(qū)土地利用功能結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型特征，本研究采用ArcGIS疊加分析工具，以多期土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，與地貌類型區(qū)相結(jié)合，構(gòu)建了2000—2010年和2010—2020年兩期土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，結(jié)果見(jiàn)表3—4。

表3 2000-2010年昌寧縣不同地貌類型區(qū)土地利用功能結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

表4 2010-2020年昌寧縣不同地貌類型區(qū)土地利用功能結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

各研究時(shí)段內(nèi)各土地利用功能類型均有不同程度的轉(zhuǎn)移，表3—4分別從兩個(gè)時(shí)段具體展現(xiàn)了不同地貌類型區(qū)各地類的轉(zhuǎn)移結(jié)果。表3結(jié)果顯示，在2000—2010年期間，在低起伏地貌區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)出規(guī)模最大，轉(zhuǎn)出面積為4 903.16 hm2，占總轉(zhuǎn)出面積的56.11%，主要轉(zhuǎn)移流向?yàn)榱值厣鷳B(tài)用地、城鎮(zhèn)農(nóng)村生活用地和草地生態(tài)用地，且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)出規(guī)模從低起伏地貌區(qū)到高起伏地貌區(qū)逐漸縮小。受城鎮(zhèn)化進(jìn)程影響，城鎮(zhèn)農(nóng)村生活用地轉(zhuǎn)出面積最少，僅為83.61 hm2，占總轉(zhuǎn)出面積的0.96%。林地生態(tài)用地和草地生態(tài)用地轉(zhuǎn)出規(guī)模分別為2 247.25 hm2，932.28 hm2，分別占總轉(zhuǎn)出面積的25.72%，10.67%，主要向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)移，這是由于昌寧縣內(nèi)發(fā)展茶園等經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的需要，以園地為代表的生產(chǎn)用地規(guī)模迅速增加，侵占原有灌木林地、草地等生態(tài)用地。根據(jù)轉(zhuǎn)出流向分析，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地、林地生態(tài)用地、城鎮(zhèn)農(nóng)村生活用地和草地生態(tài)用地轉(zhuǎn)入規(guī)模均較大，其中城鎮(zhèn)農(nóng)村生活用地轉(zhuǎn)入面積占總轉(zhuǎn)入面積的19.68%，主要是由相鄰的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)移而來(lái)，轉(zhuǎn)入規(guī)模遠(yuǎn)超過(guò)其他地貌區(qū)。在中起伏地貌區(qū)和高起伏地貌區(qū)，受退耕還林還草政策影響，部分坡耕地、低效園地等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地主要轉(zhuǎn)出流向仍然為林地生態(tài)用地、草地生態(tài)用地，但轉(zhuǎn)移規(guī)模遠(yuǎn)小于低起伏地貌區(qū)，其中流向林地生態(tài)用地的規(guī)模分別為1 901.73，826.70 hm2。林地生態(tài)用地和草地生態(tài)用地轉(zhuǎn)出流向與低起伏地貌區(qū)一致，但轉(zhuǎn)出規(guī)模也是呈穩(wěn)定下降趨勢(shì)。受地貌特征影響，在海拔較高、地勢(shì)起伏度較大的中起伏和高起伏地貌區(qū)，人類擾動(dòng)較弱，土地利用功能類型轉(zhuǎn)移規(guī)模要少于人類活動(dòng)集中的低起伏地貌區(qū)，特別表現(xiàn)在城鎮(zhèn)農(nóng)村生活用地上，其轉(zhuǎn)入規(guī)模逐漸縮減，占總轉(zhuǎn)入面積的比例從19.68%下降到5.04%，變化顯著。

2010—2020年期間，在各地貌類型區(qū)內(nèi)，土地利用功能類型主要轉(zhuǎn)移流向與前期保持一致，但轉(zhuǎn)移規(guī)模則呈倍數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，與該地城鎮(zhèn)化建設(shè)加速發(fā)展同步。在低起伏地貌區(qū)，由于茶園等產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，致使耕地、林地、草地等用地大量轉(zhuǎn)出，而城鎮(zhèn)農(nóng)村生活用地大量轉(zhuǎn)入。在中起伏和高起伏地貌區(qū)，部分農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地向林地、草地等生態(tài)用地轉(zhuǎn)移，且轉(zhuǎn)移規(guī)模隨海拔增高和地勢(shì)起伏度增大而逐漸減少，其他用地轉(zhuǎn)移規(guī)模也逐漸減少。由于林地生態(tài)用地和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地本身基數(shù)較大，兩者呈相互轉(zhuǎn)換趨勢(shì)。通過(guò)轉(zhuǎn)出轉(zhuǎn)入對(duì)比分析，生活用地占用生產(chǎn)用地，生產(chǎn)用地占用生態(tài)用地現(xiàn)象頻發(fā)，且主要活躍于低起伏地貌區(qū)；而在中起伏和高起伏地貌區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地、林地生態(tài)用地和草地生態(tài)用地相互轉(zhuǎn)換，但轉(zhuǎn)換規(guī)模較小，各功能地類保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 生態(tài)環(huán)境效應(yīng)

3.2.1 土地利用功能演變對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響 從研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(2000年為0.597 4，2010年為0.597 6，2020年為0.599 8)變化分析，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量雖然總體維持在較為穩(wěn)定的狀態(tài)，但各功能地類的轉(zhuǎn)移對(duì)研究區(qū)內(nèi)部不同區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成了不同程度的影響(表5)。

表5 不同地貌類型區(qū)主要功能地類轉(zhuǎn)移及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)為林地、草地等生態(tài)用地是研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量得以提升的主導(dǎo)因素。具體表現(xiàn)為：在不同時(shí)期各地貌類型區(qū)內(nèi)，受退耕還林政策和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整影響，以耕地為代表的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)化為林地生態(tài)用地對(duì)該地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量上升的貢獻(xiàn)率最大。在2000—2010年期間，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)為林地生態(tài)用地對(duì)生態(tài)環(huán)境的貢獻(xiàn)率從低起伏地貌區(qū)的66.61%持續(xù)上升至高起伏地貌區(qū)的83.34%，其次為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)為草地生態(tài)用地，貢獻(xiàn)率從低起伏地貌區(qū)的26.62%持續(xù)下降至高起伏地貌區(qū)的12.42%，其他地類轉(zhuǎn)換貢獻(xiàn)率基本保持穩(wěn)定；在2010—2020年期間，在低起伏和中起伏地貌區(qū)內(nèi)，地類轉(zhuǎn)換規(guī)模增大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)為林地生態(tài)用地對(duì)生態(tài)環(huán)境的貢獻(xiàn)率分別增至71.21%，83.38%，而在高起伏地貌區(qū)，由于地類間轉(zhuǎn)化頻率和規(guī)模相對(duì)較低，貢獻(xiàn)率也基本保持穩(wěn)定。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城鎮(zhèn)農(nóng)村生活用地對(duì)林地、草地等生態(tài)用地的占用是造成研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量降低的主要原因。在低起伏地貌區(qū)，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降的主要因素為林地、草地生態(tài)用地轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地，貢獻(xiàn)率由88.06%緩慢降至84.94%，受城鎮(zhèn)化進(jìn)程的影響，城鎮(zhèn)農(nóng)村生活用地對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地和草地生態(tài)用地的占用也是該區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降的重要原因，貢獻(xiàn)率達(dá)6.15%，后增至10.56%；在中起伏地貌區(qū)，林地、草地生態(tài)用地轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地的貢獻(xiàn)率保持在94.98%左右，仍為該區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降的主導(dǎo)因素，城鎮(zhèn)農(nóng)村生活用地占用草地生態(tài)用地的貢獻(xiàn)率也基本穩(wěn)定在0.97%；在高起伏地貌區(qū)，導(dǎo)致該區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降的主要功能用地轉(zhuǎn)化類型與其他地貌區(qū)基本一致，但比較可知，受地勢(shì)起伏度和海拔影響，在中起伏和高起伏地貌區(qū)，人類擾動(dòng)較少，城鎮(zhèn)化建設(shè)擴(kuò)張緩慢，對(duì)生態(tài)環(huán)境影響較小，生態(tài)功能可能增強(qiáng)或保持相對(duì)穩(wěn)定；而在低起伏地貌區(qū)，受人類活動(dòng)影響，城鎮(zhèn)農(nóng)村生活用地迅速擴(kuò)張，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降，因此在內(nèi)部不同區(qū)域正負(fù)影響相互抵消的情況下，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在整體上會(huì)保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)[24,29]。

3.2.2 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化特征 為清晰了解生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的演變狀況，根據(jù)公式(4)計(jì)算各年份不同地貌區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(表6)，同時(shí)利用ArcGIS軟件，基于1 km×1 km網(wǎng)格，運(yùn)用克里金插值法分別表達(dá)2000年、2010年、2020年研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的空間差異，根據(jù)自然斷點(diǎn)法分為低質(zhì)量區(qū)、較低質(zhì)量區(qū)、中質(zhì)量區(qū)、較高質(zhì)量區(qū)和高質(zhì)量區(qū)5個(gè)質(zhì)量等級(jí)(圖3)。

表6 不同地貌類型區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

圖3 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量空間分布

不同地貌區(qū)各年份生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)表明，高起伏地貌區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量?jī)?yōu)于中起伏地貌區(qū)，中起伏地貌區(qū)優(yōu)于低起伏地貌區(qū)。在低起伏地貌區(qū)，主要為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地和城鎮(zhèn)農(nóng)村生活用地等生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)較低的功能地類，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量相較最低，從2000年的0.538 3到2010年的0.539 1再到2020年的0.534 5，呈波動(dòng)變化狀態(tài)，但總體上下降。在中起伏地貌區(qū)，由于各地類轉(zhuǎn)化頻率和規(guī)模都較低，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)從2000年的0.594 8緩慢降至2020年的0.594 0，變化幅度小。在高起伏地貌區(qū)，主要以林地生態(tài)用地為主且受人類活動(dòng)影響小，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)從2000年的0.708 8增至2020年的0.711 2，共增長(zhǎng)0.002 4。在整個(gè)研究區(qū)內(nèi)，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體保持穩(wěn)定，但在低起伏地貌區(qū)和中起伏地貌區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈下降，在高起伏地貌區(qū)呈上升的趨勢(shì)，這與該區(qū)不同地貌區(qū)城鎮(zhèn)化工業(yè)化建設(shè)差異性發(fā)展有關(guān)。

空間特性上，土地利用生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體上呈現(xiàn)“南北高中部低”的空間分布特征(圖3)，與研究區(qū)地勢(shì)態(tài)勢(shì)相一致，研究期間生態(tài)環(huán)境質(zhì)量空間分布總體維持穩(wěn)定，但在低起伏地貌區(qū)變化顯著。高質(zhì)量區(qū)和較高質(zhì)量區(qū)主要位于研究區(qū)北部以及南部海拔較高、地勢(shì)起伏度較大的高起伏地貌區(qū)，該區(qū)土地類型主要為林地和草地等生態(tài)用地，受地貌影響，人類活動(dòng)擾動(dòng)較小，城鎮(zhèn)化工業(yè)化發(fā)展受限，因此生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較高且保持相對(duì)平穩(wěn)的狀態(tài)。低質(zhì)量區(qū)和較低質(zhì)量區(qū)主要集中在海拔較低、地勢(shì)起伏度較小的低起伏地貌區(qū)，該區(qū)主要為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地和城鎮(zhèn)農(nóng)村生活用地，由于該區(qū)人類活動(dòng)密集，土地類型轉(zhuǎn)換最為活躍，園地和城鎮(zhèn)居民點(diǎn)用地?cái)U(kuò)張占用林地、草地等生態(tài)用地，且隨著時(shí)間推移，該區(qū)生態(tài)功能逐漸下降，低質(zhì)量區(qū)的擴(kuò)張趨勢(shì)持續(xù)增強(qiáng)，從2000年零星分布到2020年范圍顯著擴(kuò)張，使得高質(zhì)量區(qū)規(guī)模也緩慢變小。中質(zhì)量區(qū)主要沿高質(zhì)量區(qū)周圍分布，主要位于中起伏地貌區(qū)，功能用地類型主要為濕地、草地等生態(tài)功能相對(duì)較弱的地類。

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

(1) 高原傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)有獨(dú)特的地貌特征和土地利用方式。與平原地區(qū)土地利用功能演變及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，高原地區(qū)不同垂直梯度內(nèi)，人類活動(dòng)程度的強(qiáng)弱對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響存在差異，因此分區(qū)研究可以更清晰地解釋高原地區(qū)土地利用功能演變對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的差異規(guī)律。本研究考慮海拔、地勢(shì)起伏度兩種因素來(lái)劃分地貌類型區(qū)，以此為基礎(chǔ)分析不同地貌區(qū)域內(nèi)土地利用功能演變特征及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的分異性，為研究高原傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)土地利用變化及其環(huán)境效應(yīng)提供了地貌分類參照。不過(guò)，本文主要利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的方法來(lái)分析該區(qū)土地利用功能演變對(duì)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的影響，還需進(jìn)一步探索新的科學(xué)測(cè)算方法，以開(kāi)展更為客觀精準(zhǔn)的研究工作。

(2) 基于不同地貌類型區(qū)的土地利用功能演變趨勢(shì)及對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，提出差異化的調(diào)控策略，可為實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供決策參考。在人類擾動(dòng)較為強(qiáng)烈的低起伏地貌區(qū)，生態(tài)環(huán)境指數(shù)呈下降趨勢(shì)，應(yīng)適當(dāng)控制城鎮(zhèn)農(nóng)村生活用地的無(wú)序擴(kuò)張，加強(qiáng)耕地保護(hù)，嚴(yán)格實(shí)施占補(bǔ)平衡制度，大力發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)、循環(huán)農(nóng)業(yè)，提高土地利用效率；而在人類活動(dòng)較少的中起伏和高起伏地貌區(qū)，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量基本保持穩(wěn)定狀態(tài)，該區(qū)生態(tài)環(huán)境更為脆弱，宜發(fā)展生態(tài)旅游，堅(jiān)持退耕還林還草政策的執(zhí)行，繼續(xù)加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境建設(shè)，促進(jìn)地區(qū)的高效可持續(xù)發(fā)展。

4.2 結(jié) 論

(1) 伴隨人口壓力的轉(zhuǎn)移和利用程度的減弱，高原傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)土地利用整體格局趨于優(yōu)化。近20 a來(lái)，研究區(qū)土地利用功能演變表現(xiàn)為生活用地、生態(tài)用地緩慢增加、生產(chǎn)用地持續(xù)減少的特征。其中，在數(shù)量變化上，生活用地、生態(tài)用地分別增加了2 784.18，2 561.29 hm2，生產(chǎn)用地減少5 345.47 hm2，且各地類變化規(guī)模表現(xiàn)為低起伏地貌區(qū)大于中起伏地貌區(qū)，中起伏地貌區(qū)大于高起伏地貌區(qū)的特征；在空間分布上，生態(tài)用地主要集中在北部和中部海拔較高、地勢(shì)起伏度較大的中起伏和高起伏地貌區(qū)，生產(chǎn)、生活用地則主要集中在研究區(qū)中南部的低起伏地貌區(qū)。

(2) 由于高原傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)土地空間的多功能變化及其可持續(xù)性增強(qiáng)，區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量得以向好發(fā)展。近20 a來(lái)，研究區(qū)土地利用功能演變對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響總體平穩(wěn)，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)總體維持在0.598 2的良好水平，尤其在中起伏地貌區(qū)，坡耕地、低效園地等部分生態(tài)質(zhì)量指數(shù)較低的生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)入草地、林地等生態(tài)用地，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量基本保持穩(wěn)定；在高起伏地貌區(qū)，人類擾動(dòng)較弱，地類間轉(zhuǎn)移規(guī)模較小，部分農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)為林地生態(tài)用地，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量保持穩(wěn)定提升的狀態(tài)。然而，由于人口集聚、土地承載和利用過(guò)度，在中南部低起伏地貌區(qū)，隨著農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整以及城鎮(zhèn)化，園地占用林地、草地等生態(tài)用地，城鎮(zhèn)農(nóng)村生活用地占用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地現(xiàn)象多發(fā)，致使局部生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈退化趨勢(shì)。