基于生態安全的青龍滿族自治縣土地利用沖突識別

蔡天雨,徐 磊,陳亞恒,馬立軍,郭鳳玉,陳召亞

(1.河北農業大學 國土資源學院,河北 保定 071000;2.河北農業大學 資源與環境學院,河北 保定 071000;3.河北農業大學 城鄉建設學院,河北 保定 071000)

在快速城市化發展背景下，土地資源超強度開發、空間資源分配不均、土地利用方式與結構不盡合理等問題日益嚴峻，土地利用沖突矛盾突出[1]。隨著十九大報告中“堅持人與自然和諧共生”理念的提出，生態安全問題逐漸引起各界的高度重視[2]。土地利用沖突是國內外學者的研究熱點，研究內容集中于概念辨析、產生機制、分類、診斷與管理等方面。國內相關研究仍處于探索階段，基于不同視角，阮松濤[3]、周德[4]等對土地利用沖突概念進行了闡述;陳威[5]、賀艷華[6]等分別針對土地利用沖突發生領域、研究內容的差異對其類型進行了劃定;土地利用沖突是眾多因素綜合作用的結果，李永清[7]，劉嘉[8]等認為社會政策、權益爭奪是引發沖突的主要原因;土地利用沖突診斷主要有定性與定量分析兩類方法，常用定性分析方法有參與式調查法[9]、邏輯框架法[10]、博弈論分析法[11]，常用定量分析方法有PSR模型[12]、統計回歸分析[13]、適宜性評價[14]，通過對沖突的診斷評價以提出相應的管理對策。縱觀相關研究，雖已取得一定的研究成果，但僅有少量研究針對土地利用沖突識別體系展開，基于生態安全視角構建整個區域土地利用沖突識別體系的研究更是少之又少，因此開展相關研究十分必要。

本研究以京津冀生態屏障區——青龍滿族自治縣為研究區，基于生態系統服務功能重要性評價結果選取生態源地，利用生態敏感性評價結果與土地利用類型等因子構建綜合阻力面，利用最小累積阻力(MCR)模型及原理識別生態廊道與緩沖區，在考慮廊道200 m范圍內區域保護重要性的基礎上，構建生態安全格局。通過分析耕地、建設用地對不同等級生態安全用地的占用，識別2016年青龍縣土地利用沖突空間分布特征，有效提出預防對策，以促進土地資源的可持續利用以及生態保護與城鎮經濟的協調發展，為研究區土地利用規劃與管理提供參考依據。

1 研究區概況

青龍滿族自治縣(以下簡稱青龍縣)隸屬河北省秦皇島市，地處東經118°33′31″—119°36′30″，北緯40°04′40″—40°36′52″。全縣設11個鎮、14個鄉，縣域總面積約3 506.10 km2。縣域內土壤類型豐富，地形地貌特征鮮明，地貌類型以山地、丘陵為主，地形整體呈現東部、南部偏低，西部、北部偏高的特點。

青龍縣資源豐富，2016年被納入國家重點生態功能區。縣域內物種繁多，是國家野生動物資源研究開發和保護基地，設有都山、老嶺自然保護區;水資源豐富，水庫眾多，是青龍縣及周邊地區的重要水源地;森林覆蓋率高，青龍縣于90年代后先后實施多項造林工程，是京津冀地區的重要生態屏障。但是青龍縣地處北方土石山區，且屬于河北省暴雨中心地區之一，晝夜溫差大，降水多，年降雨量高達914.6 mm，產生水土流失、地質災害等自然災害的潛在威脅較大，生態敏感性較高。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源與處理

研究所用數據主要包括:DEM數據，來源于地理空間數據云平臺的GDEM產品，空間分辨率為30 m，通過GIS空間分析工具提取坡度、地形起伏度等信息;NDVI數據，來源于美國NASA網站16 d合成的MODIS數據，空間分辨率為250 m，通過最大合值合成法(MVC)計算NDVI值與植被覆蓋度;氣象數據，來源于中國氣象數據網的中國地面氣候標準值數據集，選取2016年1—12月逐日觀測數據，利用GIS空間插值工具得到降雨侵蝕力因子空間分布數據;土壤數據、地質災害數據，分別來源于1∶10萬青龍縣土壤類型圖、《青龍滿族自治縣地質災害防治規劃》，經配準后矢量化，得到研究區土壤類型、地質災害點與地質災害易發等級空間分布數據;土地利用數據，來源于青龍縣2016年土地利用變更數據庫，參考《土地利用現狀分類標準(GB/T 21010—2017)》，將地類重新歸并分為耕地、園地、林地、建設用地、水域、未利用地六大地類。本研究中所有數據均采用統一的地理坐標和投影坐標，空間分辨率為30 m×30 m。

2.2 研究方法

2.2.1 生態系統服務功能重要性評價與生態敏感性評價 生態系統服務功能重要性與生態敏感性評價是生態安全格局成功構建的基礎。生態系統服務功能指生態系統為滿足人類生存所提供生態空間的能力，本研究從水源涵養、生物多樣性、水土保持三方面展開研究;生態敏感性指生態系統因人類活動所引發生態變化的敏感性大小，本研究從水土流失與地質災害兩方面展開研究[15]。

(1) 生態系統服務功能重要性評價。水源涵養功能指生態系統用于協調區域水資源平衡的重要生態系統服務功能，本研究選取植被覆蓋度、土地利用類型、坡度三項指標展開水源涵養功能重要性評價。首先，將三項指標參考白楊、初東等[16]研究的分類標準進行五級賦值;其次，利用幾何平均數模型計算水源涵養重要性指數，利用自然斷點法將評價結果分為5個等級，具體分級標準見表1。

表1 生態系統服務功能重要性評價指標體系及分級標準

生物多樣性保護功能指生態系統為物種生存與繁衍所提供場所與保護作用的能力。生物多樣性與生境質量存在顯著的正相關性[17]，因此本研究以Invest模型計算的生境質量大小代表生物多樣性保護功能的重要性，模型的相關參數參照Invest模型(3.2.0)使用說明書[18]與相關研究[19-20]綜合確定，具體參數見表2—3。

表2 威脅因子及其最大影響距離、權重及衰退類型

根據公式(1)計算得出研究區生境質量大小，其范圍在0～1之間，將其等間隔分為5個等級。計算公式如下[12]:

(1)

式中:Qxj為生境類型j中柵格單元x的生境質量;Hj表示生境類型j的生境適宜度;Dxj表示生境類型j中x柵格單元的生境退化度;z為歸一化指數，默認設置2.5;k為半飽和常數，通常為生境最大退化值的一半，取值0.5。

紹興城投在高速發展的同時，挑戰和困難也一直隨行.就目前的發展現狀來看，紹興城投在發展過程中面臨的最主要困難有以下幾點：第一，工程任務重，但缺少相應的資金平衡方案，建設資金很大程度上需要城投融資解決.第二，資產規模較小，缺少優質資產，融資成本較高.第三，自身造血功能偏弱，經營能力、盈利水平不高.第四，城市資源相對分散.城投承擔城市基礎設施的主要建設任務，應該同時享有市區各類城市經營性資源.而這也是國內相當一部分城投公司或多或少存在的通病.

表3 生境適宜度及其對不同威脅因子的相對敏感程度

水土保持功能指生態系統保持區域水土平衡、減少因水蝕導致土壤侵蝕的重要生態系統服務功能。本研究利用修正通用土壤流失方程(RUSLE)計算土壤保持量的大小，根據土壤保持量的大小判斷水土保持功能的強弱，按照表1中的規則將水土保持量分為5個等級。計算公式如下:

Ac=R×K×LS×(1-C×P)

(2)

式中:Ac為土壤保持量[t/(hm2·a)];R為降雨侵蝕力因子[MJ·mm/(hm2·h·a)]，采用查良松等[21]計算巢湖流域降雨侵蝕力因子的經驗公式計算;K為土壤可蝕性因子[t·hm2·h/(MJ·mm·hm2)]，根據研究區土壤類型圖與門明新等[22]學者的研究結果，進行對比賦值；R,K兩個因子需在其計算結果的基礎上分別乘以17.02，0.131 7以轉為國際制單位;LS為坡度坡長因子(無量綱)，坡度因子采用劉寶元[23]的坡度公式計算，坡長因子采用Wischmeier[24]提出的公式計算;C為植被與經營管理因子(無量綱)，采用蔡崇法等[25]學者建立的模型計算;P為水土保持措施因子(無量綱)，根據相關研究結果[26]與研究區實際情況對六大地類進行賦值，未利用地:1，林地:0.8，園地:0.8，耕地:0.5，建設用地:0，水域:0。

(2) 生態敏感性評價。水土流失敏感性評價可以有效評估因人類活動引發水土流失的可能性大小，本研究以RUSLE模型為基礎，展開水土流失敏感性評價(各指標含義同上);通過評價地質災害敏感性以識別地質災害易發區，達到加強預防的目的，本研究選取距災害點距離、災害易發程度、地形起伏度、人類活動強度四項指標對青龍縣地質災害敏感性展開評價。首先，將各指標參照周銳、王新軍等[27]學者的研究及《生態保護紅線劃定指南》[28]進行分級賦值，評價因子及其分級標準見表4;其次，利用幾何平均數模型計算水土流失、地質災害敏感性指數，依據自然斷點法將敏感性指數分為5個等級。

表4 生態敏感性評價指標體系及分級標準

(3) 幾何平均數模型。針對單項生態系統服務功能重要性與生態敏感性，本研究將評價指標進行五級賦值，參照楊遠琴等[29]研究，利用幾何平均數模型通過計算其單項重要性與敏感性指數來判斷其生態安全水平，計算公式如下:

(3)

式中:Sj為評價單元生態重要性/敏感性指數;j=1,2,3，即分別對應上文中水源涵養、水土流失、地質災害三項評價因子;Cij為第j項評價因子第i項指標的生態重要性/敏感性分值;n為第j類評價因子對應的評價指標個數。

2.2.2 生態安全格局構建

(1) 生態源地的識別。生態源地是生態過程向外擴散的起點，利于維護區域生態安全[30]。本研究選取水源涵養、生物多樣性保護、水土保持三項生態系統服務功能均屬于極重要等級的地區作為研究區生態源地。具體利用GIS空間分析工具，依據“木桶原理”提取三項生態系統服務功能極重要區，通過合并臨近斑塊、刪除零星碎小斑塊等處理，取并集得到研究區生態源地。

(2) 綜合阻力面的構建。生態系統中物質和能量的流動以及物種的遷徙都需要通過克服阻力來實現[17]。結合研究區生態基底，本研究利用綜合生態敏感性評價結果構建綜合阻力面，同時考慮自然與社會因素，最終選取7個阻力因子，通過加權求和的方法構建綜合阻力面。其中，各阻力因子的權重依據特爾斐法確定，綜合生態敏感性通過對單項敏感性結果取最大值鑲嵌的方法得到。各阻力因子及其分級標準與權重見表5。

表5 生態阻力評價指標體系及分級標準、權重

(4)

式中:MCR為最小累積阻力值;Dij為從生態源點j到空間單元i的距離;Ri為空間單元i的阻力系數。

根據公式(4)，將綜合阻力面作為MCR模型的成本數據，利用GIS空間分析模塊中的費用距離工具，計算每個像元到成本面上最近源地的最小累積阻力成本距離。接著利用成本路徑工具生成潛在生態廊道，由于該工具生成的成本路徑是雙向的，為了去除冗余，需將各廊道的累積阻力值量化，即以數值的形式將各廊道的累積阻力值提取出來，去除相同、相似廊道，并保留低阻力廊道，最終得到研究區優化后的生態廊道。

(4) 緩沖區的識別。緩沖區是生態源地外圍為物種生存提供保護與恢復功能的生態潛力區。依據最小累積阻力面，利用自然斷點法劃定除去生態源地的4個不同等級生態安全水平的緩沖區。緩沖區作為物種修復的調節地帶，需要執行嚴格的保護政策。隨著源地向外擴散，最小累積阻力值逐漸增加，代表生態保護用地擴張的阻力值越來越大，生態敏感性逐漸變弱，可進行合理的開發建設。

(5) 綜合生態安全格局構建。本研究構建的生態安全格局組分包括:源地、廊道、緩沖區。緩沖區的等級代表了生態安全格局水平的高低情況，因此依據緩沖區的劃定結果綜合劃定研究區不同安全水平的生態安全格局。同時，考慮到土地利用沖突識別體系中生態廊道與生態源地的同等重要性，在構建綜合生態安全格局時，創新性的將生態廊道一定寬度內的區域納入保護范圍。參考相關研究成果[31-32]，并考慮青龍縣生態廊道的生物多樣性保護、大型生物遷移通道、隔離、綠帶等功能，最終選取200 m作為生態廊道的保護寬度，將生態廊道保護區列為低生態安全水平行列。綜合考慮緩沖區與生態廊道劃定結果的基礎上，最終劃定青龍縣低、較低、中等、較高、高5個安全水平的生態安全格局。

2.2.3 土地利用沖突識別與分類 本研究分析生態安全視角下土地利用沖突的空間分布特征。基于以上研究，定義生態安全視角下土地利用沖突為:多利益主體因農業耕作、城鎮擴張等經濟建設活動對生態安全空間的不合理占用，由此引發的土地資源競爭結果。具體體現為耕地、建設用地對生態安全用地的占用。構建土地利用沖突識別體系:首先，根據引發土地利用沖突的人類經濟活動主導用地類型，將土地利用沖突定義為耕地、建設用地、綜合土地利用沖突三大類型，耕地、建設用地沖突分別指農業耕作、開發建設活動對生態安全用地的占用，綜合土地利用沖突是耕地與建設用地沖突疊加效應的綜合體現;其次，確定土地利用沖突類型，即利用GIS的空間分析功能，根據耕地、建設用地分別對低、較低、中等、較高、高安全水平空間格局的占用依次將土地利用沖突劃定為極嚴重、嚴重、較嚴重、一般、不沖突5個類型，具體劃分標準見表6。生態安全水平的等級越低，其生態重要性越高，越應執行嚴格的保護政策，禁止人類建設開發活動，因此產生土地利用沖突時造成的后果越嚴重。

表6 土地利用沖突分類體系

3 結果與分析

3.1 生態系統服務功能重要性評價與生態敏感性評價

研究區單項生態系統服務功能重要性、生態敏感性評價結果空間差異較大。由附圖4可知，研究區水源涵養、生物多樣性、水土保持功能極重要區占比分別為28.34%,18.49%,3.14%。三項生態系統服務功能極重要等級區都分布于植被覆蓋度高值區，由于植物的保水固土能力強，生境質量較高。由附圖5可知，研究區生態敏感性較高，其中水土流失、地質災害敏感性中極敏感與高度敏感區總和占比依次為20.56%,12.91%。生態敏感性高值區多分布在河流水系附近與生態環境脆弱的丘陵地區。

3.2 生態安全格局構建

基于生態系統服務功能重要性評價結果提取生態源地，見附圖6，共得到生態源地16處，面積達698.92 km2，占研究區總面積的19.93%。綜合生態敏感性評價結果構建綜合阻力面，見圖1A，總體來看研究區整體阻力值偏高，高阻力值主要集中于人類活動強度大的經濟發展密集區。圖1B為最小累積阻力成本距離表面，隨著源地向外擴張受到的最小累積阻力值逐漸變大，代表生物進行遷徙所需克服的阻力越來越大，生態重要性逐漸降低。

圖1 綜合阻力面與最小累積阻力成本距離表面

圖2A,B分別為潛在與優化后生態廊道，由圖2A可知，兩兩源地間均存在遷徙廊道，過于繁雜。通過量化各廊道的累積阻力值，可以發現各源地間廊道的累積阻力值大小各異，值越大就說明該廊道連接的源地之間進行物種遷徙、能量流動等活動越困難。經處理，優化后的生態廊道總長度495.52 km，可以充分滿足物種在源地之間的遷徙與能量的流動，應避免人類經濟活動對生態廊道的占用。

圖2 潛在生態廊道與優化后生態廊道

如圖3所示，源地外圍為生態緩沖區，隨著源地向外擴張，最小累積阻力值逐漸增大，其生態敏感性逐漸降低，可以進行合理的開發建設。依據緩沖區的劃定結果與生態廊道200 m范圍內區域的保護重要性綜合劃定研究區生態安全格局。如圖4所示，低、較低、中等、較高、高生態安全水平區依次占研究區總面積22.46%,26.96%,22.20%,18.57%,9.81%。其中低生態安全水平區包括生態源地與生態廊道200 m范圍內的保護區，是需要進行重點保護的地區，該類地區生態敏感性較高，人類活動會對其造成較大的破壞，因此需要執行嚴格的保護政策;較低生態安全水平區即為生態緩沖區，可起到保護生態源地的作用;中等生態安全水平區作為源地向外擴張的低阻力區，是自然與社會系統的過渡帶，仍需控制人類的社會開發活動;較高生態安全水平區作為中阻力區，生態敏感性較低，可適當進行人類經濟活動;高生態安全水平區作為高阻力區，生態水平穩定，適宜開展人類經濟建設活動。

圖3 緩沖區

圖4 生態安全格局

3.3 土地利用沖突識別與分類

由圖5A可知，2016年青龍縣耕地沖突空間分布較為分散，主要由于青龍縣境內以山地、丘陵為主，耕地面積小且分布分散。不、一般、較嚴重、嚴重、極嚴重沖突類型的面積分別為38.35 km2,74.83 km2,90.65 km2,102.93 km2,23.34 km2。一般、不沖突區主要分布在研究區西部的肖營子鎮、婁丈子鎮、朱杖子鄉;較嚴重和嚴重沖突區主要分布在研究區東部的祖山鎮、龍王廟鄉、木頭凳鎮;極嚴重沖突區主要分布在研究區中東部的祖山鎮、龍王廟鄉、青龍鎮，主要由于該類地區為人口密集區，隨著城鎮的快速擴張，加大了對農產品的需求，引發耕地對生態安全用地的侵占，但是因該類地區生態環境現狀更適于發展生態安全用地，所以耕地沖突矛盾突出。

由圖5B可知，2016年青龍縣建設用地沖突相對集中。不、一般、較嚴重、嚴重、極嚴重沖突類型的面積分別為16.03 km2,37.18 km2,39.07 km2,31.81 km2,4.65 km2。一般、不沖突區主要分布在研究區西部的青龍鎮、肖營子鎮、八道河鎮;較嚴重與嚴重區沖突主要分布在研究區北部與東南部的青龍鎮、祖山鎮、馬圈子鎮;極嚴重沖突區分布相對分散，主要分布在研究區北部和東部的青龍鎮、祖山鎮、大巫嵐鎮。由以上格局分布特征可以發現，建設用地沖突高等級與低等級沖突格局在諸如青龍鎮、祖山鎮等經濟發達區出現了同時分布的特征。經分析可知，出現以上特征的原因為該類地區以經濟發展為主，建設用地需求高，生態敏感性小，適宜開展人類經濟活動，因此建設用地沖突矛盾不突出。但是，隨著人口的增長與城鎮擴張速度的加快，建設用地對生態安全用地的不合理占用問題突出，人類經濟建設活動超出了土地資源的正常負荷，生態安全用地與建設用地間的土地利用沖突矛盾日益嚴重。

由圖5C可知，2016年青龍縣綜合土地利用沖突問題較為嚴重，且耕地沖突問題更為突出。極嚴重、嚴重、較嚴重綜合土地利用沖突面積達292.45 km2，占研究區總面積的8.34%。其中，一般、不沖突區主要分布在研究區西部的肖營子鎮、婁杖子鎮、八道河鎮。嚴重與較嚴重沖突區主要分布在研究區北部與東南部的祖山鎮、木頭凳鎮、青龍鎮;極嚴重沖突區主要分布在研究區東部與西北部的祖山鎮、龍王廟鄉、青龍鎮。綜合來看，青龍縣土地利用沖突高等級發生區主要分布于土地利用類型復雜、經濟與人口發展密集的東、北部生態脆弱區;土地利用沖突低等級發生區主要分布于土地利用類型簡單、經濟欠發達的西部偏遠地區。

圖5 土地利用沖突類型

4 結論與討論

(1) 青龍縣作為京津冀生態屏障區生態地位十分重要。水源涵養功能與生物多樣性保護功能優勢明顯，水土保持功能相對較弱，三項生態系統服務功能極重要區都分布于植被覆蓋度高值區，該類地區物種豐富，生境質量高，需重點保護;生態敏感性整體偏高，水土流失、地質災害敏感性高敏區多分布于河流水系附近與生態環境脆弱的丘陵地區，需執行嚴格的保護政策。

(2) 本研究識別青龍縣生態安全格局組分有:源地、廊道、緩沖區，并依據識別結果綜合劃定研究區生態安全格局。生態源地分布廣泛，占研究區總面積的19.93%;緩沖區作為生態源地的保護屏障，對維持區域生態穩定有重要作用;優化后生態廊道總長495.52 km，應避免人類活動對其占用;青龍縣大部分區域屬于低、較低生態安全水平，二者占比高達49.42%，屬于重要生態保護區;較高、高生態安全水平占比28.38%，生態水平穩定，可以進行合理的建設活動。

(3) 青龍縣土地利用沖突分布廣泛。耕地沖突矛盾相對突出，且分布比較分散，極嚴重沖突區主要分布于研究區中東部，針對耕地沖突高發區，應通過推進土地整治、復墾、退耕還林還草等工程的實施提升耕地質量，逐步形成合理的耕地空間布局;建設用地沖突分布相對集中，極嚴重沖突區主要分布在研究區北部和東部，針對建設用地沖突高發區，應通過提高土地節約集約利用程度緩解用地矛盾;面對青龍縣土地利用沖突現狀，可以從調整土地利用結構、促進產業結構優化升級、控制人口數量等方面入手展開防治措施的實施，降低土地利用沖突發生等級，以加快青龍縣生態城鎮的建設。

本研究基于生態安全視角識別青龍縣土地利用沖突空間分布特征，識別體系不僅考慮了常規生態安全格局的劃定，同時創新性的考慮了生態廊道的重要性，拓寬了土地利用沖突識別方法。研究中生態安全格局的構建方法國內外學者均廣泛使用，具有科學性。但是，本研究基于生態安全視角分析土地利用沖突分布情況，未考慮非生態安全用地之間的土地利用沖突情況。在今后的研究中，應逐步完善生態安全視角下的土地利用沖突識別體系。