淮安市土地利用景观格局变化及生态效应

张飞,孔伟,王月香

摘要：以淮安市１９８８和２００５年的遥感解译数据为基础，从景观多样性指数、优势度指数和均匀度指数３个方面定量分析了淮安市土地利用景观格局变化特征，并对其引起的生态系统服务价值变化进行了计算。结果表明，１９８８-２００５年，淮安市土地利用景观多样性指数、均匀度指数总体呈现下降趋势，优势度指数总体呈现上升趋势，生态系统服务价值减少了４４．８７亿元，土地生态风险指数上升了０．０１３。

关键词：土地利用；景观格局；生态效应；淮安市

中图分类号：Ｐ９０１；Ｆ３０１．２４文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０12）05－0894-05

Analysis on the Change of Landscape Pattern of Land Use and Its Ecological Effect

in Huai′an City

ＺＨＡＮＧ Ｆｅｉ， ＫＯＮＧ Ｗｅｉ， ＷＡＮＧ Ｙｕｅ－ｘｉａｎｇ

（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｕｒｂａｎ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ， Ｈｕａｉｙｉｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｈｕａｉ′ａｎ ２２３３００， Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ ｄａｔａ ｏｆ １９８８ ａｎｄ ２００５， ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌａｎｄ－ｕｓｅ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｉｎ Ｈｕａｉ＇ａｎ ｃｉｔｙ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎｄｅｘ， ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｃｅ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｅｖｅｎｎｅｓｓ ｉｎｄｅｘ； ａｎｄ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｓｅｒｖｉｃｅｓ ｗｅｒｅ ｅｖａｌｕａｔｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｅｖｅｎｎｅｓｓ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｌａｎｄ－ｕｓｅ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｉｎ Ｈｕａｉａｎ ｃｉｔｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ； ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｃｅ ｉｎｄｅｘ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ； ｔｈｅ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｓｅｒｖｉｃｅ ｖａｌｕｅｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ４４．８７×１０８ ｙｕａｎ； ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｎｄ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｉｎｄｅｘ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ０．０１３ ｆｒｏｍ １９８８ ｔｏ ２００５．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｌａｎｄ ｕｓｅ； ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐａｔｔｅｒｎ； ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｆｆｅｃｔ； Ｈｕａｉ′ａｎ cｉｔｙ

土地利用景观格局变化是由于自然因素与人为因素相互作用所产生的一定区域生态环境体系的综合反映。研究土地利用景观格局特征并从生态系统服务价值角度评价土地利用景观生态效应，对于了解区域土地利用景观格局特征，实现土地资源的可持续利用，促进区域经济与环境的协调发展等都具有重要意义［１］。目前，越来越多的研究者开始注重从不同角度与尺度对土地利用景观格局及其生态效应进行综合研究［２］。以淮安市为研究区域，采用景观生态学的空间格局指数分析研究区域的土地利用景观格局变化特征，并参照谢高地等［3］的研究成果，定量评价研究区域土地的生态效应，为该区域土地利用结构的优化提供决策依据，以实现土地资源可持续利用和生态环境保护。

１研究区域概况

淮安市处于淮河流域下游，位于北纬３２°４３′００″－３４°０６′００″，东经１１８°１２′００″－１１９°３６′３０″，北接连云港市，东邻盐城市，南连扬州市和安徽省滁州市，西邻宿迁市，是江苏省省辖市。该市现下辖四区四县（清河区、清浦区、淮阴区、楚州区和金湖县、盱眙县、涟水县、洪泽县），面积１．０１万ｋｍ２。

淮安市属黄淮平原与江淮平原的结合部，全市境内无高山，地势西高东低，以平原为主。境内河湖交错，水网纵横，京杭大运河、淮河贯穿全境，洪泽湖、白马湖镶嵌其中，是国家历史文化名城。境内为温带季风气候，四季分明，年平均气温１４ ℃，年平均降水量９４０ ｍｍ，年日照时数２ １３０～２ ４３０ ｈ。

改革开放以来，特别是近年来，淮安的经济建设和各项社会事业取得了长足发展。２００５年，全市总人口为５２７．７７万人，全年实现地区生产总值５６１．８１亿元，农村居民人均纯收入达到４ ０２４元，在岗职工平均工资达到１４ １３６元。

２研究方法

２．１土地利用景观数据获取

以淮安市１９８８年的Ｌａｎｄｓａｔ-５ ＴＭ和２００５年的Ｌａｎｄｓａｔ-７ ETM+影像数据为基础，结合１∶１０0 000地形图以及其他辅助资料，通过人工目视解译与计算机遥感图像自动解译分类，得到２个时期的土地利用预分类图，提取了２个时期的土地利用／覆被信息。参考中国科学院“中国资源环境数据库”土地利用遥感分类体系，将研究区域土地利用类型分为耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用土地六类，统计出不同土地利用景观的面积。为了保证数据的可靠性，对分类结果进行精度评价。从土地利用分类图上各随机采样８５０块，Ｋａｐｐａ指数在０．７３以上，超过了最低允许判别精度Ｋａｐｐａ指数≥０．７０的要求［4］。

２．２土地利用景观格局分析模型［5］

１）土地利用景观多样性指数。土地利用景观多样性指数反映了土地利用景观类型的多少和各景观类型所占的比例。如果景观是由单一要素构成的，景观是均质的，其多样性指数是０；由两个以上的要素构成的景观，当各景观类型所占比例相等时，其景观的多样性最高；各景观类型所占比例差异增大，则景观的多样性下降。土地利用景观多样性指数计算公式为：

Ｈｉ＝-ＰｉｊlnＰｉｊ（１）

式中，Ｈｉ——第i年土地利用景观多样性指数；Ｐｉｊ——第ｉ年第ｊ种景观类型土地面积占土地总面积的比例；ｍ——土地利用景观类型的总数。

２）土地利用景观优势度指数。土地利用景观优势度指数用于测度区域土地利用景观类型中占支配地位的一种或几种景观类型的控制程度。其计算公式为：

Ｄｉ＝Ｈｍａｘ+ＰｉｊlnＰｉｊ （２）

Ｈｍａｘ＝ｌｎｍ （３）

式中，Ｄｉ——第ｉ年土地利用景观优势度指数；Ｈｍａｘ——研究区域各土地利用景观类型面积相等时的多样性指数；其他参数同上。

３）土地利用景观均匀度指数。土地利用景观均匀度指数是描述土地利用各景观类型分配的均匀程度。其计算公式为：

Ｅｉ=×100% （４）

Ｈ′＝-ln（Ｐｉｊ2）（５）

式中，Ｅｉ——第ｉ年土地利用景观均匀度指数；Ｈ′——修正后的Ｓｉｍｐｓｏｎ指数；其他参数同上。

２．３生态系统服务功能划分与生态系统服务价值计算

２．３．１生态系统服务功能划分生态系统服务功能是指区域生态系统与生态过程所形成的、维持人类生存的自然环境条件及其效用［6］，不同的学者对其划分方式不同。Ｃｏｓｔａｎｚａ等［7］将生态系统服务功能分为１７种，即气体调节、气候调节、干扰调节、水调节、水供应、防侵蚀、土壤形成、养分循环、废物处理、传粉、生物防治、避难所、食物生产、原材料、基因资料、休闲旅游和文化。而我国学者谢高地等［3］在此基础上，针对中国大陆陆地生态系统的特点，将陆地生态系统服务功能分为气体调节、气候调节、水源涵养、土壤形成与保护、废物处理、生物多样性维持、食物生产、原材料生产、休闲娱乐等９项。该研究采用谢高地等［3］的研究成果。

２．３．２单位面积生态系统服务价值的确定１９９７年Ｃｏｓｔａｎｚａ等［7］在《自然》杂志上发表的《全球生态系统服务价值和自然资本》一文，使生态系统服务价值评估的原理与方法从科学意义上得以明确，但该研究中某些数据存在较大偏差，如对耕地的估计过低，对湿地估计又偏高等。鉴于此，国内学者谢高地等［3］在Ｃｏｓｔａｎｚａ等［7］提出的评价模型基础上，对国内２００位生态学者进行了问卷调查，得出了中国陆地生态系统服务价值当量因子（表１）。该当量因子利用生态系统服务功能之间相互贡献的大小和农田食物生产服务经济价值评价区域生态系统服务价值，比以往评价方法更为全面，具有更强的针对性［８］。

表1是定义１个当量因子为１ ｈｍ２全国平均产量的农田每年自然粮食产量的经济价值，其经济价值等于全国平均粮食单产市场价值的１／７，其他生态系统服务价值当量因子是指生态系统的各项生态服务相对于农田食物生产服务贡献的大小，由此便可将权重因子转换成生态系统服务价值。参照谢高地等［3］的方法，根据淮安市实际情况，依据公式（６）可以计算得到淮安市单位面积农田生态系统提供食物生产服务的经济价值。

Ｅａ＝ （６）

式中，Ｅａ为单位面积农田生态系统年提供食物生产服务的经济价值；ｉ为粮食作物种类，淮安市粮食作物主要有稻谷、小麦；ｐｉ为ｉ种粮食作物的全国平均价格；ｑｉ为ｉ种粮食作物单产；ｍｉ为ｉ种粮食作物播种面积；Ｍ为粮食作物播种总面积。

２．３．３生态系统服务价值及其变化量估算计算生态系统服务价值时价值系数按以下原则操作：耕地对应农田；林地对应森林；草地对应草地；水域对应水体；未利用地对应荒漠；建设用地的生态系统服务价值为０。据此可测算出各类土地利用景观类型单位面积年度生态系统服务价值。生态系统服务价值的计算公式为：

ＥＳＶ＝（Aj·Cj） （７）

式中，ＥＳＶ——年生态系统服务价值（元／年）；Ａｊ——研究区域第ｊ种土地利用景观类型的土地面积（ｈｍ２）；Ｃｊ——第ｊ种土地利用景观类型的单位面积年生态系统服务价值［元／（ｈｍ２·年）］。２００５年，淮安市小麦播种面积２１．８６３万ｈｍ２，单产４ ８９０ ｋｇ／ｈｍ２，全国主产区收购价格为１ ３８０元／ｔ，稻谷播种面积２６．９４８万ｈｍ２，单产７ ５００ ｋｇ/ｈｍ２，全国主产区收购价格为１ ５５３元／ｔ，由此得出淮安市农田自然粮食产量的经济价值为１ ３５０．４４元／ｈｍ２。比照中国陆地生态系统服务价值当量因子，得到淮安市２００５年不同土地利用景观类型单位面积的生态系统服务价值（表２）。

２．３．４土地生态风险指数为建立土地利用景观类型与区域综合生态风险之间的联系，利用各土地利用景观类型的面积，构造各土地利用景观类型的生态风险指数（ＥＲＩ）［９］，用于描述土地综合生态风险的相对大小，计算公式如下：

ＥＲＩ＝（８）

式中，Ａｊ为第ｊ种土地利用景观类型面积；Ａ为土地总面积；Ｗｊ为第ｊ种土地利用景观类型所反映的生态风险强度参数。

３结果与分析

３．１各类土地利用景观面积变化分析

淮安市１９８８和２００５年２个时段土地利用状况如图１。由图１、表3可知，１９８８-２００５年该区域土地利用景观发生了巨大变化，主要表现在建设用地和耕地有所增加，其他土地利用景观类型均呈减少趋势，其中水域由１９８８年的３ ５４９．４３ ｋｍ２减少到２００５年的２ ９４６．６０ ｋｍ２，减少１６．９８％；林地减少４７０．９６ ｋｍ２；未利用地减少了１９１．７１ ｋｍ２；草地减少了１７３．０２ ｋｍ２；耕地由１９８８年的３ ７８５．４５ ｋｍ２增加到２００５年的４ ６６９．６０ ｋｍ２，增长２３．３６％；建设用地增加５５４．３７ ｋｍ２。

３．２土地利用景观格局变化分析

利用公式（１）至公式（５）计算出淮安市１９８８和２００５年的土地利用景观多样性指数、优势度指数和均匀度指数（表４）。由表４可见，１９88－２００5年淮安市土地利用景观多样性指数、均匀度指数总体呈现下降趋势，分别从１９８８年的１．３８２ ５、６６．０９％下降到２００５年的１．２４４ ７、５９．０４％。随着土地利用景观多样性指数、均匀度指数的下降，土地利用景观优势度指数总体呈现上升的态势，从１９８８年的０．４０９ ３增加到２００５年的０．５４７ ０。这些指标的变化，一方面说明人类活动不断增强，人类对自然景观的影响逐渐增大，但另一方面反映研究区的景观多样性在下降，复杂度在降低，各土地利用景观类型在面积上分布的不均匀程度增大，土地利用向单一化和集约化方向发展，表现在研究期内耕地景观在研究区域占绝对优势，远远超过其他景观类型，且耕地景观面积占总面积的比例在研究期内呈上升趋势，即从１９８８年的３９．１３％增加到２００５年的４８．２７％；各种土地利用景观类型面积占总面积比例的差值增大，如１９８８年比例最大值与最小值之差为３６．６６个百分点（耕地为３９．１３％、未利用地为２．４７％），２００５年比例最大值与最小值之差为４７．７８个百分点（耕地为４８．２７％、未利用地为０．４９％）。

３．３生态系统服务价值变化分析

根据２．３．３中介绍的方法，利用公式（７）计算出淮安市１９８８和２００５年生态系统服务价值（表５）。由表５可见，构成淮安市ＥＳＶ的主要土地利用景观类型是水域和耕地。１９８８和２００５年，水域和耕地的ＥＳＶ之和占总ＥＳＶ的比例分别为８８．７５％和９３．１３％，表明研究期内这两者的生态服务功能在总体生态服务功能中的地位越来越突出。研究期内淮安市的ＥＳＶ总体呈减少趋势，从１９８８年的２８８．０７亿元减少到２００５年的２４３．２０亿元，减少了４４．８７亿元，减少１５．５８％。在土地利用景观类型中，除耕地的生态系统服务价值在研究期内有所增加外，其余土地利用景观类型的生态系统服务价值均有不同程度减少，其中，减少最多的是水域，减少３７．４３亿元；其次为林地，减少１３．９０亿元。

３．４土地生态风险指数动态变化

土地生态风险强度参数的确定采用层次分析的指数标度法。首先通过专家判断用半定量的赋值方法确定各土地利用景观类型的相对风险程度等级值，然后计算出各因素的相对重要性和各土地利用景观类型对某一因素的相对重要性顺序，最后得出各土地利用景观类型的风险强度参数。韦仕川等［１０］在研究东营市土地生态风险强度参数时，曾将耕地、草地、林地、水域、建设用地、未利用地的生态风险强度参数分别设定为０．１１２ ７、０．０７５ ７、０．０７１ ４、０．０７９ １、０．２５３ ８、０．０８４ ４。采用这一研究成果，利用公式（８）计算出淮安市１９８８和２００５年的土地生态风险指数分别为０．１０５和０．１１８。由此可见，淮安市在研究期内的土地生态风险指数呈增加趋势，增加了０．０１３，表明随着土地利用变化，淮安市的土地生态安全总体上呈现出恶化的趋势。

４结论

１９８８-２００５年淮安市土地利用景观多样性指数、均匀度指数总体呈现下降趋势，优势度指数总体呈现上升趋势，说明淮安市土地利用趋于集约化和单一化，一方面表现在研究期内耕地景观在研究区域中占绝对优势；另一方面表现在各种土地利用景观类型面积占土地总面积比例的差值增大。

土地利用的集约化和单一化引起区域生态系统服务价值下降。１９８８-２００５年淮安市生态系统服务价值减少了４４．８７亿元，减少１５．５８％，这主要是由于水域与林地的面积下降导致的。同时，土地生态风险指数也增加了０．０１３，表明淮安市的土地生态安全总体上呈现出恶化的趋势。因此，该地区今后应提高土地集约节约利用水平，通过土地整治来增加耕地和满足经济发展对土地的需求，控制耕地和建设用地占用林地、水域的行为，以促进土地资源的可持续利用。

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