洞庭湖平原生態安全評價及優化對策

中圖分類號：K921 文獻標志碼：ADOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2025.13.029

文章編號：1674-7909（2025）13-145-5

0 引言

隨著經濟的快速發展和城市化進程的持續推進，生態環境問題日益嚴峻，多地已出現環境惡化現象，這些現象嚴重影響生產生活秩序和經濟的可持續發展[1]。20世紀50年代以來，我國北方沙塵暴災害頻發，黃河出現多次斷流情況，其中斷流最長距離達 704km ，生態安全問題日益凸顯[2-3]。在此背景下，研究區域生態安全并提出優化對策成為多學科的熱點話題。

生態安全是指有潛在風險的生態環境在自然和人類活動影響下保持可持續發展、不損害人類生存空間的能力4。國外對生態安全的研究起步較早，主要將生態安全比作環境安全，重點考慮人類生活環境的安全。國內研究雖起步較晚，但發展迅速，已經成為研究的一個熱門話題。查閱有關研究資料，學者主要對洞庭湖平原的農業和土地利用類型耕地的生態安全展開研究[5-6]。洞庭湖平原作為湖南省農業中心和全國重要商品糧基地，面臨洪澇災害頻發、環境污染加劇、生物多樣性減少等嚴峻問題，亟須進行生態安全評估與優化。

筆者以洞庭湖平原為研究區，基于“活力一組織力一恢復力一生態服務能力\"框架，從生態服務能力、生態敏感性和生態組織結構等3個層面構建評價指標體系。利用ArcGIS10.8和Fragststs4.2軟件進行空間分析和景觀指數計算，從而科學、準確地評價試驗區域的生態安全性，并提出合理的對策和建議，以促進洞庭湖平原經濟與生態的協調發展。

1研究區與研究方法

1.1 研究區概況

洞庭湖平原位于湖南省東北部[。該區域地勢低而平，呈盤狀盆地形態[8]，內部有圈狀、帶狀的垂直景觀結構。洞庭湖平原區域面積約4.5萬 km² ，地勢平坦，水資源豐富，多條河流流經此地，最終匯入長江。研究區光照充足，雨水充沛，土壤肥沃，適宜農業發展，是華中地區重要的農業生產基地[9]。

1.2 數據來源

土地利用數據來源于武漢大學楊杰、黃昕教授共同撰寫的30mannuallandcoveranditsdynamicsinChinafrom1990to2019研究論文[1o；建設用地數據通過ArcGIS10.8進行提取；道路數據從OpenStreetMap獲取;景觀指數通過Fragstats4.2移動窗口分析工具計算。研究區范圍基于公開版地圖數據omap;NPP值（植被初級凈生產力）NDVI值（歸一化植被指數）數據來源于資源環境科學與數據中心；DEM（數字高程模型）數據源自地理空間數據云平臺；降水量數據來自國家地球系統科學數據中心。

1.3 研究方法

在梳理區域生態安全研究的過程中，構建了基于建立綜合評價指標體系的生態安全指數研究框架（見表1）。 ① 構建綜合評價指標體系。參考生態學中的“活力一組織力一恢復力一生態服務能力”邏輯框架[]，科學、均衡地選取一系列指標。 ② 突變模型選取。筆者通過不同類型的突變模型對應的柵格計算器運算語句，計算出生態安全指數，從而為改善區域生態問題提供對策和建議。

2 結果與分析

2.1生態安全指數分析

對比2015年和2020年的生態安全指數圖（見圖1）可知，生態安全指數的最高值從0.9795升至0.9849，最低值從0.7638降至0.7174，這一變化表明研究區的生態安全狀況并不穩定。在2個時期中，生態安全指數的中低值均分布于中部平原地區，最低值集中出現在研究區內的幾個中心城市。這些區域的城市建設持續擴展，人為因素干擾較多，所以生態安全指數較低；而研究區的西南和東北山區，由于植被覆蓋率高，且道路、不透水面建設等人為干擾較少，因此生態安全指數的最高值主要分布在這一區域。

從時間維度分析，2020年研究區中部平原的生態安全指數呈下降趨勢，其中大城市附近的下降幅度最大。城市擴張、建設用地增加、植被覆蓋率降低及人為干擾加劇等因素，共同導致城市生態安全指數降低。不過，隨著愛護生態、保護環境的觀念深入人心，2020年研究區西南和東北林地區域的植被覆蓋率有所提高，生態安全指數也得到了一定改善。總體而言，生態安全指數的高值區逐漸升高，低值區進一步降低，高低值區之間的差值越來越大。

2.2生態服務能力分析

2.2.1 土地利用變化分析

根據 30m 精度的土地利用數據，結合洞庭湖平原實際土地利用分布情況，將土地類型劃分為耕地、林地、草地、水域用地、荒地、不透水面用地等6類。洞庭湖平原土地利用類型面積由大到小依次為耕地 gt; 林地 gt; 水域用地 gt; 不透水面用地 gt; 草地 gt; 荒地。2015年和2020年的耕地占比均在 62% 以上，林地占比 25% 以上，水域用地和不透水面用地分別從2015年的 9% 和 2% 變為2020年的 8% 和 3% ，草地和荒地占比均低于 0.02% 。

2015年耕地面積為 19374.9478km²，2020 年增至 19633.3250km² ，增加 258.3772km² 。耕地擴大的主要方式是毀林造田和圍湖造田，轉入面積分別為 466.281 5km² 和 494.286 0km² ；耕地縮減的主要方式是退耕還林和城市建設，轉出面積分別為484.309 6km² 和 133.125 5km² 。林地面積增加14.041 0km² ，主要分布在平原東西兩側邊緣地區。水域用地面積減少 422.042 3km² ，水域用地與耕地互相轉換，水域用地轉為耕地的面積大于耕地轉為水域用地的面積。不透水面用地的面積從2015年的 865.4177km² 增至2020年的 1015.8700km² ，增加 150.4523km² ，主要占用耕地和水域用地，轉移面積分別為 133.1255km² 和 14.9812km² ，城市化使耕地和水域用地持續減少。

表1洞庭湖平原綜合評價指標

圖12015、2020年洞庭湖平原生態安全指數

2.2.2 生態活力分析

NDVI值是反映區域植物生長情況和植被空間分布密度的指標； NPP 值是指單位時間、單位面積上植物進行光合作用的生產能力。從空間層面看，洞庭湖平原NDVI值普遍較高，最高值分布于其西南和東北林地區域，較高值分布于中部耕地區，低值分布于水域附近，且離河岸距離越近，NDVI值越小。研究區人類活動頻繁，天然植被較少，因此NPP值相對較低。從時間層面看，2020年生態活力的最高值和最低值均較2015年有所下降，主要是水域用地面積減少和不透水面用地面積增加，導致植被覆蓋減少及活性降低。2020年整個研究區生態活力比2015年更足，生態活力高值區分布于洞庭湖流域周圍，中部和中上部地區生態活力呈下降趨勢，主要歸因于不透水面和建筑用地擴張導致的植被覆蓋減少。

2.3生態敏感性分析

2.3.1 社會經濟壓力分析

城市路網是城市交通和發展的骨架，其距城市和道路的距離能夠反映居民交通的便利程度和區域經濟發展水平。2020年，洞庭湖平原社會經濟壓力指數最高值從2015年的0.9854降至0.8722；社會經濟壓力低、中低和中值區域范圍擴大，表明城市建設廣度和深度擴展。從空間分布看，2015年社會經濟壓力指數表現為東低西高、中部高四周低，低值區主要分布在洞庭湖東部及主要城市周邊。2020年，隨著整體經濟形勢上升，經濟發展呈現西移態勢，中部地區經濟受到帶動，社會經濟壓力指數普遍降低，西部山區逐步得到開發，區域社會經濟壓力進一步降低。

2.3.2 自然生態分析

植被覆蓋情況能夠反映植物的生長狀態，而降雨和坡度對生態環境的演變有著重要影響。2015—2020年，研究區的自然生態指數最高值從0.9958降至0.9932，最低值從0.5191升至0.5357，這說明整體自然生態更加協調。

2015年，東部地區的自然生態指數不容樂觀，數值偏向于中低值；2020年研究區降水量普遍增加，自然生態指數升高，中值區占據主導地位，高值區范圍擴大。2015年，西北部自然生態指數表現較好，但由于城市和道路建設，林地和耕地轉變為不透水面，植被覆蓋率降低，自然生態指數也隨之降低。

2.4生態組織結構分析

2.4.1 景觀破碎度分析

景觀破碎度是指因建筑、道路等外力作用將景觀劃分成不同大小地塊的情況，能夠反映出生態景觀受自然因素和人類活動影響的程度。2015—2020年，研究區內的景觀破碎度最高值和最低值保持一致，其中最高值大部分分布于研究區的中、北部地區，小部分集中于西南坡度起伏較大的山區；中低值則分布于東部經濟發達地區及西、南部的城市道路聚集區域。2020年，東、南部的景觀破碎度相較于2015年呈下降趨勢。而隨著西、北部和洞庭湖地區經濟逐步發展，城市不斷擴張，人為因素干擾加劇，這些區域的景觀破碎度呈上升趨勢。

2.4.2 景觀連通度分析

景觀連通度是對景觀空間結構單元連續性進行度量的一項指標。2015—2020年，研究區的景觀連通度最低值從0.2706降至0.2547。高值區位于中部和北部的平原地區，該區域耕地集中連片，連通度較高；低值區則集中在東、西、南部，這是由于交通網絡快速發展，道路、建筑物等將生態景觀隔斷。從時間維度來看，2020年，東、南、西部地區的景觀連通度相較于2015年呈下降趨勢，城市建設用地占據了較大面積的土地，導致景觀空間結構單元出現多處斷開現象；相反，洞庭湖水體附近和西部地勢較高的邊緣山區景觀連通度呈升高趨勢，這些地區位于生態保護區，且人類活動相對較少，使得景觀連通度升高。

3結論與對策

3.1結論

該研究基于“活力一組織力一恢復力一生態服務能力\"框架選取14個指標，采用空間分析及突變模型方法，計算洞庭湖平原生態安全指數，具體結論如下。

① 2015一2020年，洞庭湖平原土地以耕地為主，占比均超 62% ；林地次之，占比超 25% ；水域用地和不透水面用地的占比分別從2015年的 9% 和 2% 變為2020年的 8% 和 3% ；草地和荒地的占比不足0.02% 。這一時期，耕地與不透水面用地擴張明顯，主要侵占了水域用地；優質耕地與林地之間存在相互轉換的現象；水域用地大量轉化為耕地和不透水面用地，圍湖造田問題較為突出，因此保護水域成為重點。

② 2015一2020年，生態活力、社會經濟壓力和自然生態指標最高值均下降，分別從2015年的1.000 0.0.985 4 和0.9958降至2020年的0.9945、0.8722和0.9932；生態活力和景觀連通度最低值從0.1821和0.2706降至0.0626和0.2547，自然生態最低值從0.5191升至0.5357。由此可見，除了社會經濟壓力呈現向好發展的趨勢外，其他指標都有待提高和改善。

③ 2015一2020年，研究區生態安全指數變化顯著，穩定性不足。其最高值由2015年的0.9795提升到2020年的0.9849，最低值從0.7638降至0.7174。在這2個年份中，生態安全指數低值均分布于中部平原地區，最低值集中于中心城市及其周邊用地。

3.2 對策建議

總結前面的各項指數變化，洞庭湖平原生態安全指數降低的主要原因是快速工業化和城市化導致生態活力、社會經濟壓力和景觀連通度等因子指數降低。為優化生態安全狀況，應平衡城市化與生態保護，具體措施如下。

3.2.1遵循可持續發展理念，優化城市規劃布局

城市規劃應注重與自然協調發展，合理提高建筑與綠化用地比例，努力打造生態型城市，這有利于改善生態環境。高大建筑物對太陽光照的遮擋作用明顯，在城市建設中應科學規劃建筑物高度和位置，減少高層建筑物對光照的遮擋，采用新技術解決城市植被光照不足的問題。

3.2.2加強水資源和植被保護，提升區域生態活力

2015一2020年，水域用地面積大幅減少，主要轉為耕地和不透水面用地，因此退田還湖等措施應盡快實施。保護湖泊水資源有利于保障區域生態環境建設，使生態安全指數得到提升。在城市建設中，盡可能地開發荒地和未利用土地，保護城市中林地、耕地等植被覆蓋率高的土地和能調節生態氣候的湖泊水體，使城市處于人與自然生態協調的過程中。

3.2.3強化耕地保護，提升農業生產力水平

洞庭湖平原以農業為主，農業為該區域的重要經濟形式。近年來，耕地面積雖有所增加，但動態變化較大。由林地和水域用地轉化而成的生產力較低的耕地越來越多，而多數優質農田轉化為了林地和不透水面用地，這在一定程度上降低了生態安全指數。為此，政府應加大對耕地的監管力度，嚴格保護優質耕地資源，加強對耕地的整治和修復，以提高整個區域的生態安全指數。

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Evaluation of Ecological Security of DongtingLake Plain and Optimization Countermeasures

CHENHuiqin LIHaibo ZHANGWei

Schoolof Architecture，Changsha Universityof Science and Technology，Changsha 41Oooo，China

Abstract： Evaluating the ecological security of a region and proposing optimization countermeasures can effectively improve the ecological environment.Taking the Dongting Lake Plain（including 21 counties and districts such as Yueyang County，Huarong County and Heshan District）as the study area，we selected 14 indicators to establish an ecological security evaluation index system and calculated the ecological security index. The results of the study show that： The land use types of Dongting Lake Plain are primarilyarable land，followed by forest land and waterbodies，while impervious surfaces，grassand，and wasteland account for asmaller proportion;From 2O15 to 2020，the highest values of ecological vitality，socio-economic pressure，and natural ecology indices showed a decreasing trend，while the lowest values of ecological vitality and landscape connectivity declined.Incontrast， the lowest value of natural ecology exhibited an upward trend; The ecological security index shows low values distributed across the central plains，with the lowest values concentrated in several urban areas，while the highest values are found in the mountainous regions of the southwest and northeast， where terrain elevation is higher;From 2O15 to 2O20，the general trend of the ecological security index in the Dongting Lake Plain was that high-value areas increased further，low-value areas decreased further，and regional disparities widened.This phenomenon is primarily attributed to rapid industrialization and urbanization，which led to urban and road construction encroaching on ecological land， thereby reducing the ecological security index.

Key words： Dongting Lake Plain; ecological security index; mutation model; spatial analysis（欄目編輯：李菡）