城鄉(xiāng)融合發(fā)展中土地利用景觀動(dòng)態(tài)及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量響應(yīng)

摘 要：為深入研究河南省平頂山市城鄉(xiāng)融合過(guò)程中生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化特性，以2000、2010和2020年三期衛(wèi)星遙感資料為支撐，研究平頂山市區(qū)不同區(qū)域的土地利用與土地覆蓋變化特征，將風(fēng)景生態(tài)學(xué)與土地使用變化對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響模式相融合，揭示從2000—2020年平頂山市土地利用景觀的空間布局和演變趨勢(shì)，同時(shí)探討平頂山市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化及其背后的驅(qū)動(dòng)因素。

關(guān)鍵詞：平頂山市；生態(tài)環(huán)境；土地利用；城鄉(xiāng)融合

中圖分類號(hào)：F301.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）11–0-03

土地利用與土地覆蓋變化（Land Use and Land Cover Change，以下簡(jiǎn)稱LUCC）是人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境影響的直觀表現(xiàn)，深刻反映了人類行為對(duì)地球陸地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響[1]。在我國(guó)城鄉(xiāng)融合發(fā)展的背景下，城市對(duì)于土地資源的需求激增，致使部分農(nóng)業(yè)用地、草地、林地等被侵占，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成深遠(yuǎn)影響。因此，以河南省平頂山市為例，探究LUCC的動(dòng)態(tài)情況及其對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的不同影響，強(qiáng)化生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量監(jiān)控，對(duì)進(jìn)一步協(xié)調(diào)人地關(guān)系及維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[2]。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

平頂山市位于河南省中部，是國(guó)家能源原材料工業(yè)基地和中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的主要煤炭與鹽礦資源產(chǎn)區(qū)。研究區(qū)的地形主要包括山地、平原和丘陵，整體地勢(shì)西高東低，堯山是該區(qū)最高峰，海拔2 153.1 m，位于魯山縣西部邊界，而東部主要是平原地帶。北部地區(qū)以山地和丘陵為主，耕地主要集中在新華區(qū)西部和湛河區(qū)[3]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

以美國(guó)LADSAT-MSS、LADSAT4-5 TM影像為數(shù)

據(jù)源，統(tǒng)一采用北京1945坐標(biāo)系，運(yùn)用地信軟件進(jìn)行影像處理，并依據(jù)中國(guó)科學(xué)院遙感數(shù)據(jù)中心提供的土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分類體系及其編碼，將研究區(qū)域的土地覆蓋類型劃分為五種：林地、草地、水體、耕地和人工表面。根據(jù)土地的主要功能（包括生產(chǎn)、生態(tài)和生活三大方面的土地利用主要功能），將平頂山地區(qū)的土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行一級(jí)類別的劃分。同時(shí)，參考相關(guān)研究文獻(xiàn)，為二級(jí)土地類別分配生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)值，再對(duì)指數(shù)進(jìn)行歸一化，具體分類與各地類生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)見(jiàn)表1。

1.3 研究模型

1.3.1 土地利用生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)模型

LUCC是評(píng)估區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。土地利用生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)模型基于LUCC，運(yùn)用面積加權(quán)法構(gòu)建土地覆蓋類型與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量之間的定量關(guān)系，從而全面分析研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體狀況。其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

（1）

式（1）中，設(shè)Ex為某一地區(qū)在某一時(shí)間段內(nèi)的生態(tài)環(huán)境狀況指標(biāo)。其中，n表示本地區(qū)各類用地總量。Ut、Ct表示第x期間第t種用地的面積及其相應(yīng)的生態(tài)環(huán)境指標(biāo)，而T代表了這個(gè)地區(qū)的全部地域。

1.3.2 土地利用類型轉(zhuǎn)化的生態(tài)貢獻(xiàn)率指數(shù)模型

土地利用類型的轉(zhuǎn)變直接影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的升降變化，該指數(shù)不僅確立了土地利用類型變化與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化之間的定量關(guān)系，還具體量化了不同土地利用類型間的轉(zhuǎn)化對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的貢獻(xiàn)率。其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

（2）

式（2）中，I表示一個(gè)地區(qū)的用地變化對(duì)該地區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響程度；Ey+1代表了不同時(shí)期不同用地方式下的生態(tài)環(huán)境指標(biāo)；Ey為此種用地方式發(fā)生變化時(shí)的生態(tài)環(huán)境指標(biāo)；A是在這個(gè)區(qū)域中出現(xiàn)轉(zhuǎn)型的一種用地。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 平頂山市土地利用結(jié)構(gòu)變化總體特征

圖1展示了2000、2010、2020年平頂山市土地利用結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)。通過(guò)綜合分析這三個(gè)年份的土地利用數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)平頂山市的土地利用景觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)以下顯著特征。第一，耕地是該區(qū)域的主要土地利用與地覆蓋類型，其面積占比在三個(gè)不同年份中均超過(guò)50%。從空間分布來(lái)看，耕地多呈集群式分布，部分耕地與林地相互嵌套，對(duì)整個(gè)區(qū)域的土地利用類型具有較大的控制力，構(gòu)成了區(qū)域土地利用的基底。第二，林地是第二大土地利用類型，其面積占比穩(wěn)定在26%左右，空間分布上具有較好的連通性特點(diǎn)。第三，人工表面的面積占比近年來(lái)逐漸上升，達(dá)到約13%，并在空間上呈團(tuán)聚式分布，多嵌套在耕地中。第四，其他土地利用類型如草地等，在整體土地面積中占比小于10%，多以斑塊形式分散分布；水體主要是北汝河、沙河及其支流和白龜山水庫(kù)、昭平臺(tái)水庫(kù)等，呈條帶狀和塊狀分布[4]。

在整個(gè)研究時(shí)段內(nèi)，土地利用的景觀要素在數(shù)量結(jié)構(gòu)上發(fā)生明顯的變化。人工地面面積持續(xù)并顯著增長(zhǎng)。耕地面積呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，這一減少過(guò)程從快速減少逐漸過(guò)渡到緩慢減少（圖1a），草地面積的減少過(guò)程（圖1b）與之類似。2000—2010年，水體面積減少；但在2010—2020年顯著增加。林地面積在2000—2010年略有增加，但在2010—2020年減少，整體上看其面積變化不大。

2.2 平頂山市各土地利用類型間轉(zhuǎn)化對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量影響的貢獻(xiàn)度

區(qū)域生態(tài)環(huán)境的演變由“促進(jìn)”與“惡化”這兩種矛盾但共存的因素所決定，這兩種因素之間存在某種程度的互饋關(guān)系，而生態(tài)貢獻(xiàn)值則為研究二者之間的關(guān)系提供了一種量化的手段。在此基礎(chǔ)上，以平頂山市為研究對(duì)象，采用式（2）方法，測(cè)算出各時(shí)間尺度上各地區(qū)建設(shè)用地結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律，以及各階段對(duì)各地區(qū)生態(tài)環(huán)境的貢獻(xiàn)程度。表2列出了平頂山市2000—2020年平頂山市各地區(qū)不同用地的不同狀況及其對(duì)區(qū)域內(nèi)不同用地的影響程度。

從表2可以看出，平頂山市在2000—2010年，其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量明顯提高，其原因有人為地表向耕地轉(zhuǎn)化、耕地向林地轉(zhuǎn)化和耕地向水域轉(zhuǎn)化。三者的綜合作用對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的整體提升作用最大，達(dá)到97.481 6%。在這些變化中，人為地表轉(zhuǎn)化為耕地和耕地轉(zhuǎn)化為森林的作用尤其明顯，分別達(dá)到61.391 5%和21.760 3%。然而，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化主要由以下三種土地利用變化類型造成：耕地到人工地表的轉(zhuǎn)變，林地到耕地的轉(zhuǎn)變，以及水域的轉(zhuǎn)化。三種變化相結(jié)合導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)惡化程度達(dá)到99.791 4%。在這些變化中，耕地轉(zhuǎn)化成人工地表的作用最為突出，達(dá)到93.079 0%。

在2010—2020年，平頂山市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的改善主要?dú)w功于人工表面轉(zhuǎn)化為耕地、耕地轉(zhuǎn)化為水體、耕地轉(zhuǎn)化為林地/草地轉(zhuǎn)化為林地這四種變化類型，它們合計(jì)對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善的貢獻(xiàn)率達(dá)到99.870 0%。

人工表面轉(zhuǎn)為耕地的貢獻(xiàn)最為顯著，達(dá)到了62.465 8%。

生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化主要由耕地轉(zhuǎn)化為人工表面、林地轉(zhuǎn)化為耕地和林地轉(zhuǎn)化為草地所造成，這三者的貢獻(xiàn)占比達(dá)到98.779 9%，其中耕地轉(zhuǎn)為人工表面的作用最為突出，達(dá)到了78.921 8%。

3 結(jié)論與建議

在平頂山市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量演變的綜合分析中，主要是社會(huì)因素中的經(jīng)濟(jì)、政策與文化等因素在較短時(shí)間內(nèi)對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化起到更為明顯的作用，直接影響人們?cè)谕恋乩蒙系臎Q策，最終導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量發(fā)生變化。

（1）2000—2020年，平頂山市區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的總體特征是，耕地為土地利用的優(yōu)勢(shì)景觀，是構(gòu)成土地利用的基底，林地在空間上呈片狀分布且主要集中在研究區(qū)東南、西南和北部區(qū)域，以沙河、白龜湖等為代表的主體水域是該地區(qū)重要的天然走廊，其草原及人造水面均為零星分布。從整體上看，城區(qū)的耕地和草地面積呈縮小趨勢(shì)，森林面積的變化相對(duì)平穩(wěn)，而水域面積和植被覆蓋面積則呈擴(kuò)大趨勢(shì)。

（2）2000—2020年，平頂山市區(qū)域內(nèi)同時(shí)存在生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的提高與降低兩個(gè)過(guò)程。在第一階段，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的提高主要得益于三個(gè)因素：人工表面轉(zhuǎn)變?yōu)楦亍⒏剞D(zhuǎn)變?yōu)榱值?、耕地轉(zhuǎn)變?yōu)樗w。而生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的降低主要由以下三個(gè)因素造成：耕地轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯け砻妗⒘值乇晦D(zhuǎn)化為耕地、水體轉(zhuǎn)變?yōu)楦?。在第二階段，人工表面再次轉(zhuǎn)化為耕地、耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值?、草地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值?。然而，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的退化主要由以下兩個(gè)主要因素造成：耕地繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯け砻妗⒘值鼗虿莸乇晦D(zhuǎn)化為耕地。

（3）平頂山市區(qū)域中耕地加林地的面積占比高達(dá)80%以上。為保護(hù)耕地資源，應(yīng)堅(jiān)決遏制耕地“非農(nóng)化”、防止耕地“非糧化”，治理被污染的耕地，修復(fù)耕地土壤環(huán)境，完善農(nóng)田水利等基礎(chǔ)設(shè)施，積極推動(dòng)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)。保護(hù)林地資源，加大對(duì)平頂山西部山區(qū)生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)森林資源的保護(hù)力度，從而提高森林和自然生境質(zhì)量，優(yōu)化森林結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)森林生態(tài)系統(tǒng)功能。

（4）注重對(duì)水體生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與修復(fù)，推進(jìn)水資源、水生態(tài)、水環(huán)境、水安全等流域要素協(xié)同治理、統(tǒng)籌推進(jìn)。針對(duì)植被破壞、水土流失加劇、人居環(huán)境惡化等問(wèn)題進(jìn)行修復(fù)和治理，并對(duì)平頂山市內(nèi)水土流失敏感區(qū)采取針對(duì)性修復(fù)措施，針對(duì)片區(qū)內(nèi)植被覆蓋率較低、水土保持能力較弱等問(wèn)題開(kāi)展生態(tài)修復(fù)工程[5]。

參考文獻(xiàn)

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