貴州省種植地壩區土地利用轉型及其生態環境效應

王曉穎 唐天君 韓敏 周華 張宇濤 龍劍峰 張莉娟 李儒童

摘 要：為更好研究貴州省種植地壩區土地利用轉型及其生態環境效應，綜合運用土地利用轉型、生態環境質量相關分析方法，研究貴州省種植地壩區土地利用變化趨勢、土地利用轉型與其生態環境效應關系及整體生態環境變化態勢，試圖尋找種植地壩區土地利用轉型中對生態價值影響較大的地類，以探索人類生產、生活、生態空間的有機協調機制，為貴州協同推進發展與生態保護提供科學參考。

關鍵詞：土地利用轉型? ?生態環境效應? ?種植地壩區? ?貴州省

中圖分類號：F301.2? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：? A

Land Use Transformation and Its Eco-Environmental Effect in Planting Site Dam Areas in Guizhou Province

WANG Xiaoying1，2? TANG Tianjun1*? ? HAN Min1，2? ? ZHOU Hua1，2? ZHANG Yutao1? ?LONG Jianfeng1，2

ZHANG Lijuan1? ?LI Rutong1，2

（1.Guizhou Natural Resources Survey and Planning Institute;2.Guizhou Scientific Research Base of the Key Laboratory of Land Use of the Ministry of Natural Resources， Guiyang， Guizhou Province，550004 China）

Abstract： In order to better study the land use transformation and its eco-environmental effect in planting site dam areas of Guizhou Province， this paper comprehensively uses the analysis methods related to land use transformation and the eco-environmental quality to study the trend of land use change， the relationship between land use transformation and its eco-environmental effect and the overall trend of eco-environmental change in planting site dam areas of Guizhou Province， and tries to find the land category that has a greater impact on the ecological value in land use transformation in planting sits dam areas， so as to explore the organic coordination mechanism of human's production， life and ecological space， and provide scientific reference for the coordinated promotion of development and ecological protection in Guizhou.

Key Words： Land use transformation; Eco-environmental effect; Planting site dam area; Guizhou Province

土地利用轉型由GRAINGER提出，后被龍花樓引入中國。目前，土地利用轉型在“三生空間”方面探索較多，長江經濟帶、雄安新區等經濟繁華區域或省級區域研究較為豐富，對于貴州這樣多山且經濟相對落后地區研究較少，壩區土地利用轉型及其生態環境效應的研究需要進一步深入。

貴州是全國唯一無平原省份，全省92.5%國土為山地，山間盆地（俗稱壩子），因其地勢平坦，易于開發利用，是各種人類活動核心區域[1]。本研究為更好探索壩區土地利用轉型及其生態環境效應，特將坡度在6°以下、耕地、園地等種植土地間距小于50 m作為集中連片條件，面積大于500畝的土地定義為500畝以上種植地壩區（以下簡稱種植地壩區）并作為研究區域，以2009—2019年為研究期開展土地利用轉型及其生態環境效應研究，以期揭示貴州獨特地理單元土地利用轉型規律，掌握生態環境協同變化情況，為貴州牢牢守好發展與生態保護底線提供支撐。

1? 研究區域

貴州處于云貴高原向湘西丘陵過渡的斜坡地帶，山谷縱橫、地形切割劇烈，土地利用受地形影響顯著。受獨特的地形地貌影響，農業與非農產業大多集中在易于開發的壩區，由此導致各類發展與保護沖突明顯。

2? 數據來源與研究方法

2.1 數據來源與處理

種植地壩區范圍通過DEM數據疊加土地利用數據獲取，全省共有1 451塊符合定義的種植地壩區。30 m×30 m DEM數據通過中國科學院資源環境科學數據中心獲取，提取6°以下坡度范圍，生成數據a；30 m×30 m土地利用數據由2009年和2019年高清影像解譯形成，生成數據b；通過疊加數據a、b，提取耕地與園地總面積大于500畝的種植地壩區范圍，考慮地形連通性與完整性，將與壩區相連的建設用地、水域、林地等一并劃入，最終形成研究區。種植地壩區在全省均有分布，形態多樣、面積差異大，主要集中于遵義－貴陽－安順－黔西南一線（見圖1）。

2.2 研究方法

本文綜合運用土地利用動態度、土地利用轉移矩陣、生態環境質量指數、生態貢獻率等方法開展研究。

2.2.1 土地利用動態度

土地利用動態度可以反映研究區域2009—2019年各地類面積變化快慢，包括單一動態度和綜合動態度[3-6]。單一動態度表達式為：

式（1）中，K為研究期內某類土地的單一變化動態度，U2019為該類土地2019年的面積，U2009為該類土地2009年的面積，T為研究的時間長度。

由于研究區基期年存在部分地類面積為0的情況，因此基于公式（1）對動態度公式進行完善，將分母修改為每塊種植地壩區的總面積，通過各地類比重的變化反應動態度。公式如下：

式（2）中，KDi為研究期內某塊種植地壩區第i種地類的單一動態度；UD2019為i地類在該種植地壩區2019年的面積；UD2009為i地類在該種植地壩區2009年的面積；TD為該種植地壩區總面積。

綜合動態度表達式為：

式（3）中，LC為研究期內土地利用綜合動態度；n為土地利用類型數；ΔLUi-j為研究期內第i類土地轉化為第j類土地的面積；LUi為研究期初期第i類土地利用面積。

2.2.2 土地利用轉移矩陣

土地利用轉移矩陣可以展現研究區域研究期內不同土地利用類型之間的相互轉化情況，表征用地方式變化的劇烈程度[7-8]，數學表達式為：

式（4）中，P為種植地壩區各類土地類型之間相互轉化的可能性；i為土地利用類型數量。

2.2.3 生態環境質量指數

生態環境效應的改善與惡化用生態環境質量指數來表征[9]，表達式為：

式（5）中，EVt為種植地壩區t時期生態環境質量指數；n為土地利用類型數量；Si、SA分別為t時期第i種土地利用類型的面積和區域總面積；Ci為第i種土地利用類型的生態環境質量指數。

2.2.4 生態貢獻率

生態貢獻率可以量化地類轉變對研究區生態環境帶來的影響，有利于分清改善環境或是惡化環境的主導因素[10-11]，其表達式為：

式（6）中，LEI為生態環境貢獻率；LEt+1、LEt分別為某類土地利用變化類型的末期和初期生態環境質量指數；LA為該地類的變化面積；TA為區域總面積。

3? 結果與分析

3.1? 土地利用轉型與生態環境效應的相關性分析

對1 451塊研究區的綜合動態度變化值和生態環境質量指數變化值進行相關性分析可知，種植地壩區土地利用轉型及其生態環境效應總體呈現復雜的非線性關系（見圖2）。分析各地類單一動態度變化值與生態環境質量指數變化值的關系可知，林地與耕地的土地利用轉型與生態環境效應存在明顯線性關系，其中林地線性關系高達0.92，表明林地和耕地對于生態環境效應的影響最為突出；其余地類轉型則呈現弱相關性（見圖3）。在生態環境效應惡化的種植地壩區中半數以上區域建設用地呈減少態勢，而在生態環境效應改善的種植地壩區中28.04%的區域建設用地呈增加態勢，這表明單一地類變化對生態環境效應變化的相關性較弱，需進行系統性分析。

3.2? 生態環境效應空間差異分析

2009—2019年，種植地壩區的整體生態環境質量指數從0.358降為0.316，降幅達11.52%，生態環境效應表現為下降趨勢大于提升趨勢。從研究區生態環境效應變化來看，1451塊種植地壩區中，生態環境質量下降區域占92.63%，僅7.37%的區域生態環境質量得到提升，生態環境質量下降的區域遠多于提升的部分。從空間分布上看，生態環境質量下降區域集中分布在黔南州北部及東南部、畢節市東西部以及遵義市東南部，生態環境質量提升區域集中分布于貴陽市中部和黔西南州西南部，土地利用轉型導致的生態環境效應變化空間異質性明顯（見圖4）。

當生態環境質量下降時，耕地變化總體表現為增加，除貴陽、遵義和銅仁市減少突出外，其余市（州）皆呈明顯增長態勢；園地變化同樣表現為增加，增長幅度最明顯的區域是遵義市東南部；林地的變化與耕地相比則呈相反態勢，面積減少區域分布與耕地增多區域重疊性高，主要集中在黔南州、畢節市和遵義市；建設用地變化主要表現為增長多于減少，增長部分主要在黔南州東南部、畢節市西部及南部（見圖5）。當生態環境質量提升時，耕地變化以減少為主，主要分布在貴陽市中部和畢節市中部；園地變化以增加為主，大多分布于貴陽市中部和遵義市南部；林地變化同樣以增加為主，分布于黔西南州西南部、銅仁市東南部和貴陽市中部；建設用地變化以減少為主，主要呈遵義、貴陽和黔西南州的帶狀分布（見圖6）。

3.3? 影響生態環境效應的土地利用轉型分析

2009—2019年，提升生態環境質量的重要因素是耕地向林地轉型、建設用地向耕地轉型、耕地向水域轉型，三者占生態環境正效應貢獻率的69.43%，其中，耕地向林地轉型是關鍵因素（36.19%）。導致生態環境質量下降的主要因素是林地向耕地轉型、耕地向建設用地轉型、林地向建設用地轉型，三者占生態環境負效應貢獻率的76.94%，其中林地向耕地轉型是主導因素（61.10%）。

通過對土地利用轉型的正、負效應生態貢獻率分析可知，土地利用轉型所導致的生態環境正、負效應變化并不完全呈正相關關系，而是表現出復雜的非線性關系（見圖7）。從貢獻率變化來看，耕地與林地相互轉型、建設用地與耕地相互轉型是影響生態環境效應的重要因素，且呈正相關關系。其余地類相互轉型所引起生態環境正、負效應變化則表現出復雜的非線性關系，由此可知，退耕還林和建設用地復墾為耕地可較大幅度提升生態環境質量。

4? 結論與討論

種植地壩區作為貴州獨特地理單元，在保障發展、保護糧食及生態安全方面意義重大。本文對貴州1 451塊500畝以上種植地壩區的土地利用轉型與生態環境效應相關性、生態環境效應空間差異、影響生態環境效應的土地利用轉型方式進行定量分析，主要結論如下。

4.1 加強對種植地壩區林地、耕地的保護力度

土地利用轉型及其生態環境效應呈現復雜的非線性關系，但分析結果表明，2009—2019年間，林地、耕地對生態環境效應的影響尤為顯著。由于貴州獨特地貌特征，種植地壩區空間尤為珍貴，土地利用矛盾較大，為保證種植地壩區的低碳可持續利用，應在優化種植地壩區土地利用格局時統籌考慮生產、生態、生活空間有機協調，增強對林地、耕地等生態效益價值較高用地的保護意識，加大對其保護力度。

4.2? 適度調整不宜耕種區域“還林”，合理統籌用地“空間置換”

當種植地壩區生態環境質量下降時，林地面積急劇降低，耕地和園地面積明顯上升；林地減少區域與耕地、園地增加區域重合度較高。應遵循自然規律，對于不適宜耕種區域，適度調整“退耕還林”，以糧食安全為前提，盡力做到既保證貴州糧食生產安全，又保障生態格局持續向好。同時，協同推進種植地壩區土地利用與周邊山坡、山地優化調整，綜合考慮耕地與周邊園地、林地“空間置換”，實現耕地的“進出平衡”，真正做到因地制宜，宜耕則耕、宜林則林、宜草則草。

4.3? 嚴格控制種植地壩區耕地“非農化”

種植地壩區整體生態環境質量指數下降，生態環境質量下降趨勢大于提升趨勢，其中，降低生態環境質量的主導因素包括耕地向建設用地轉型。種植地壩區中因為城鄉建設、基礎設施發展等占用耕地，雖然通過增減掛鉤、土地整治等實現了耕地總量的動態平衡，但整體生態環境質量仍然受到較大影響。應嚴格控制耕地轉型為建設用地，考慮種植地壩區省際差異化管理，讓建設用地集聚在更有規模、更有效能的大城市，適當發展中心城鎮，約束小城鎮發展，用政策約束無序發展，用規劃引導科學布局，通過土地利用轉型調控，讓農業和非農產業空間布局有序，合理發展。

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