基于ARCGIS方法的雙鴨山市土地利用生態功能分區

孫彬淳，丁兆連，王大慶，王宏燕*

（1.東北農業大學資源與環境學院，哈爾濱 150030；2.黑龍江省測繪局國家第二航測遙感院，哈爾濱 150086）

土地生態功能分區是根據地貌等環境要素的同一性、土地資源與土地利用的相似性、土地生態環境現狀與未來發展趨勢以及治理措施的相對一致性，將某區域內土地劃分為不同的生態功能區。GIS技術在空間數據采集、編輯和處理、空間查詢與空間分析、圖形處理和制圖以及輸出與轉化等方面具有技術優勢[1]，為生態功能區劃提供了可靠的技術手段和平臺。

雙鴨山市是以生產煤炭為主的新興工業城市，近年來，經濟增長速度不斷加快，但隨著工業的發展使得雙鴨山市生態環境連年惡化。因此，本文基于GIS平臺，結合雙鴨山市遙感影像圖，矢量數據庫，對雙鴨山市生態環境進行功能分區，以便調整土地利用方式和土地利用結構，為合理利用土地資源提供科學依據針對各個區域的不同特點進行因地制宜的環境保護。

1 研究方法與研究區

1.1 研究方法

本研究采用定性定量相結合的方法進行功能分區，主要是對區劃指標的選取和界限劃定。定性分區運用疊置法、主導因素法、景觀制圖法；定量分區運用多變量聚類法、模糊判別法和數字成像法等[2]。

1.1.1 用ARCGIS對遙感影像進行配準

影像配準后遙感影像“行政界線”、“公路”、“縣鄉界線”與雙鴨山土地利用數據庫中的雙鴨山行政界線、公路、縣鄉界線坐標系統一致[3]，且符合要求，基本上吻合。并且通過已知點坐標對影像坐標進行修正，精度控制為0.05 mm，使其達到所需要的標準。

1.1.2 專題影像圖分析

主要提取植被覆蓋、地形分析、土壤類型及分布、水資源分布數據:

①分析不同的植被覆蓋分布狀況；

②土壤分析按照土壤特定波段進行分析，得到主要土壤類型在各個區域的分布狀況；

③分析坡度、坡向、高程，得到平原緩坡、高山陡坡、低山丘陵區主要分布；

④提取研究區域面狀、線狀水體信息。得出地表水資源的分布狀況，劃分出水源豐富區、水源貧乏區[4]。

1.1.3 利用部分二調數據庫成果，建立專題圖數據庫

數據庫中主要圈定各類用地區權屬范圍、面積、劃定界線[5]。

1.1.4 按照多重屬性、應用聚類分析對矢量數據進行分類，并進行數據提取

在界面窗口中同時表達得到綠色植被覆蓋率相對較高的區域范圍，地形相對陡峭、平緩的區域，土壤有機質含量較高的區域范圍界線，河流分布密集，水流充沛和水流貧瘠的區域范圍界線。

1.1.5 基礎數據源

地形、地貌、河流、坡度坡向屬性數據見表1。

提取雙鴨山市及所轄縣區的土流失面積屬性數據、森林覆蓋率屬性數據、耕地面積屬性數據。

1.2 研究區概況

雙鴨山市雙鴨山市位于黑龍江省東北部、三江平原南端。其地理座標為:東經 130°39′30′～134°20′12′，北緯45°47′8′～47°34′24′。市域地貌屬半山區，西南高，東北低。市域土地中，山地面積有8632 km2，平原面積10791 km2，濕地面積2114 km2，水域面積946 km2。主要土壤類型為暗棕壤、白漿土、黑土、草甸土、沼澤土。其中，耕地土壤占土壤總面積的34.6%；非耕地土壤占65.4%。豐富的土壤資源為農林牧各業用地提供了有利條件。雙鴨山市是以生產煤炭為主的新興工業城市，生態景觀特色明顯，礦產、植被、耕地資源豐富，該區域生態環境復合多樣，研究生態功能分區可以將雙鴨山市劃分成多個生態功能區，針對各個區域進行生態保護，對雙鴨山市生態環境建設有著重要的意義。

表1 地形、地貌、河流、坡度坡向屬性數據Table1 Topography,landforms,rivers and attribute data

2 結果與分析

2.1 雙鴨山市生態功能分區結果

根據疊合運算結果提出了三大疊合程度較高的交匯區域:

①植被覆蓋率高地域與高程高、地勢高的區域疊合程度大；

②土壤有機質含量高、土質肥沃的區域和水資源豐富區域、地形相對平緩的區域疊合程度大；

③地勢處于丘陵地帶的區域水資源不充沛且植被資源貧瘠的區域疊合程度大。

根據上述方法中圈定的地理界線范圍結合模糊判別法確定出三大功能分區。即:完達山脈南部森林涵養水源生態功能區；三江平原中南部濕地生物多樣性保護與農田生態功能區；丘陵、山前漫崗森林水土保持生態功能區，如圖1所示。

圖1 ARCGIS矢量數據分析Fig.1 ARCGIS vector data analysis

2.2 功能區域特點及發展方向分析

2.2.1 完達山脈南部森林涵養水源生態功能區

位置范圍:市中心以南，由西至東，完達山脈至烏蘇里江沿岸四區四縣所轄的山區、半山區，總面積9400 km2。

生態環境特征及生態功能:該區域現有林業用地面積356243 hm2，有林地面積303338 hm2，人工林面積22824 hm2。本區屬完達山植物區，林分類型為闊葉林、針葉林、針混交林等，生物多樣性豐富，是典型溫帶森林生態系統。該區域為眾多河流發源地，是巨大的天然水庫，對涵養水源、控制水土流失、改善區域氣候、減少自然災害、提高生態環境質量具有重要作用。

建設重點和發展方向:加大對現有林地的保護，實施天保工程，重點為河流源頭和原始森林，積極營造人工林、用材林、速生林，提高森林資源質量，保護和恢復生物多樣性，合理開發利用林木資源[4]。

2.2.2 三江平原中南部濕地生物多樣性保護與農田生態功能區

位置范圍:該區位于市中心區北部，屬三江平原，總面積11919 km2。

生態環境特征和生態功能:該區屬沖擊平原，氣候溫和，土壤肥沃，水環境質量優良，有大小河流60余條、水庫40座，河流均為季節性老年河流，河床狹窄徑流小，堤岸防護能力弱，洪澇災害頻繁。該區為全市的糧收漁產區，是全國重要的糧食生產基地。該區域有全國最大的沼澤型濕地—三江濕地的重要組成部分，省級以上濕地自然保護區面積達2.34 hm2，生物多樣性極為豐富，是天然的基因庫。該區域內的河流、湖泊、水庫等水利設施，對調節本區的水資源、控制洪水，保證人民的生產生活具有重要作用。

建設重點及發展方向:加強河流堤防和水庫等控制性工程建設，特別是中俄界江烏蘇里江，要大力營造堤防防護林，提高水資源的調控能力。依托生態環境優勢，重點發展綠色有機和特色農產品，發展生態農業、設施農業、精細農業和優質高效農業。

2.2.3 丘陵、山前漫崗森林水土保持生態功能區

位置范圍:市域內完達山以北、三江平原以南山前高地和丘陵漫崗。

生態環境特征:該區域坡度陡而長、表土疏松、森林覆蓋率低，在降水集中時，易產生水土流失，耕地水土流失面積為135047 hm2，平均侵蝕模數為17.19 t·hm-2，近幾年水土流失面積有擴大趨勢。

建設重點及發展方向:本區生態功能恢復的重點是治理坡耕地，工程、耕作和生物措施相接合，進行綜合治理。大力營造生態公益林和生態經濟林，實現喬、灌、草相結合、林地網格化。建立科學的耕地培肥制、土壤耕作制和作物輪作制。逐步改善丘陵漫崗地的生態環境，發揮其保持水土，涵養水源的生態系統服務功能。加大濕地自然保護區管理力度，改善保護區基礎設施條件，擴大保護區面積，并打破各濕地自然保護區界限，盡快實施集中管理，減少人類活動的影響，保持其原始的狀態。

3 討論

a.土地生態系統是自然、社會、經濟的綜合復雜系統，其生態環境不僅包括自身的生態系統問題，而且包括社會經濟和社會壓力的諸多方面。因此，區域生態環境建設涉及到自然、經濟和社會等多方面，其綜合評價也相應的需要生態、社會、經濟等多方面的指標。本文只是從雙鴨山市實際生態問題的角度出發，針對目前的生態環境狀況進行研究，因此對本區域未來生態環境的預測是需要進一步深化探究的問題。本文根據土地利用類型的變化對區域生態環境的影響，簡單地進行空間布局和調整土地利用優化結構，得到了能夠保障區域生態安全的土地利用格局。但如何更合理地應用景觀生態學理論和手段，在空間上進行多目標規劃，也是需進一步探討的重要問題。

b.在土地利用生態功能分區時，對氣候因素考慮比較少，這主要是因為只有整個城市的氣候資料，但細化到鄉鎮的氣候資料缺乏，隨著我國統計資料的逐漸完善和詳細，功能分區的基礎數據會更加詳實。

c.應用ARCGIS空間數據分析功能時，如果能應用ArcScene分析模塊的3D分析將立體地形屬性數據與其他屬性相結合會有更好的表達效果，這種數據處理手段需要以DEM數據為支持，因此，在今后的研究中要著重進行這方面的探索。

d.現階段，國內外土地利用與生態環境建設研究中新的理論與方法層出不窮，如:戰略環境評價（SEA）、環境影響評價（EIA）等等，這些新方法主要從決策的源頭防止環境污染和生態破壞。應將這些研究深入下去，使其在實踐中豐富學科研究理論與方法，在滿足實際工作中發揮一些作用，切實將可持續發展理念落實到土地利用總體規劃。

4 結論

本文介紹了雙鴨山市區域生態功能區劃的程序，基于區域生態系統本身的復雜性、模糊性與不確定性，依據不同指標的數據來源及精度要求，界定了適宜的區劃單元。這種區劃方法完善了生態功能區劃的方法體系，可減少區劃中的主觀性和人為干擾，有利于提高生態功能區劃的精確度和可信度，使區劃結果更科學,更符合管理需求。文章結合雙鴨山生態地域特征，將雙鴨山市劃分為三個生態功能區，即:完達山脈南部森林涵養水源生態功能區、三江平原中南部濕地生物多樣性保護與農田生態功能區、丘陵、山前漫崗森林水土保持生態功能區。對各生態功能區的生態環境問題進行了全面的分析，提出了相應的生態保護與修復對策[6]，明確了雙鴨山市區域生態保護和建設的方向，為區域生態適應性管理提供科學依據。

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[3]湯國安,楊昕.ArcGIS地理信息系統空間分析試驗教程[M].北京:科學出版社,2006:43-51.

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[5]薛恒,安尚明.GIS在城市規劃設計應用中的理性分析[J].城市勘測,2004(1):6.

[6]王大慶,白濤,陳春鋒,等.黑龍江省2005年可持續發展狀況的生態足跡分析[J].東北農業大學學報,2008,39(8):47-52.