苏南地区土地利用的生态敏感性分区

夏 敏, 张智超, 文 博, 邹 伟

(南京农业大学 公共管理学院, 江苏 南京 210095)



苏南地区土地利用的生态敏感性分区

夏 敏, 张智超, 文 博, 邹 伟

(南京农业大学 公共管理学院, 江苏 南京 210095)

[目的] 开展土地生态敏感性分区研究，剖析区域不同土地利用方式下土地生态环境状况，为区域土地利用规划等提供依据。 [方法] 以苏南地区典型城市宜兴市作为研究区，采用USLE与景观安全格局方法划分水土流失敏感区和生物多样性敏感区，进而得到宜兴市土地利用的生态敏感区。 [结果] 宜兴市土地利用生态敏感程度总体较低，一般敏感区与低敏感区面积接近区域总面积68.17%，极敏感区分布集中，敏感等级由南部山区向北部平原逐步降低。 [结论] USLE与景观安全格局相结合进行土地利用的生态敏感性分区研究，可以发挥两者的长处，综合和定量分析不同因素对区域生态环境的影响。

土地利用; 生态敏感区; USLE; 景观安全格局; 宜兴市

文献参数： 夏敏, 张智超, 文博, 等.苏南地区土地利用的生态敏感性分区[J].水土保持通报，2016,36(4)：112-117.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.04.020

生态环境敏感性指生态系统对人类活动反应的敏感程度，可以反映产生生态失衡与生态环境问题的可能性大小，土地利用的生态敏感性主要针对人类土地利用的生态环境问题而言[1]。随着人类经济技术水平的提升，对土地资源的利用方式和利用强度发生了巨大的变化，可能会导致生态系统结构和功能紊乱、景观破坏、水土流失、滑坡、泥石流等自然灾害，从而影响土地生态环境的安全与健康[2]。近年来，土地生态敏感性研究得到了国内外学者的广泛重视，在土地生态敏感性评价指标体系及评价方法的选择[3]，土地生态敏感分区与调控[4]，土地生态敏感性时空动态变化[5]等方面都做了有益探索。土地生态敏感性分区研究是对区域不同土地利用方式下土地生态环境状况的深入剖析，可以为区域功能区划、生态规划，识别利用与保护范围，开展生态环境建设、安排区域生态环境管控对策等提供依据。国内外学者通过选取水土流失、地质灾害、地形坡度、土壤条件等指标构建土地生态敏感性评价指标体系，探讨区域土地生态敏感性，进而进行分区研究[6]；在研究方法方面，综合评价法、主成分分析法、灰色关联度法等经典方法在土地生态敏感性评价与分区研究中均得到了应用[7-8]。随着研究的深入，也有学者借助土壤流失方程(简称USLE方程)研究流域、县域、生态脆弱区等区域的土地生态敏感性[9]；景观生态学的理论与方法也被应用于土地生态敏感性研究中，以解决生态敏感区域识别、分区与管控，面源污染控制，以及生物多样性保护等方面的问题[10-11]。虽然USLE方程在水土流失测算方面具有优势，能够较好地对区域范围内水土流失方面的生态敏感性进行测度，但该方法缺乏对区域生物多样性的考量；而景观安全格局理论与方法以其在反映生物多样性保护等景观过程方面的优势，可以弥补这一缺陷，因此，将USLE方程与景观安全格局结合可以有效研究人地关系复杂、生态环境保护与经济发展矛盾突出的特定地带的土地生态敏感性问题[12]，然而目前的研究大多从两个方面分别展开，未能实现USLE方程与景观安全格局的紧密结合。

苏南地区处于长江中下游太湖流域，水系发达，植被覆盖度高，生物资源丰富，作为我国经济最为发达的地区之一，该区人口密度高、人地关系紧张，长期城市化建设导致土地开发利用范围广、强度大，土地利用结构与空间布局的变化易产生水土流失及生物多样性破坏等生态敏感问题，对人类生存环境与社会经济可持续发展产生潜在不良影响[13]。本研究以苏南地区典型城市宜兴市为例，采用USLE模型和景观安全格局方法分别划分水土流失敏感区和生物多样性敏感区，进而得到宜兴市土地利用的生态敏感区，分析各敏感区特点并提出针对性的土地利用建议，以期为宜兴市制定可持续土地利用规划，缓解土地开发利用与生态保护间的矛盾提供参考，同时为丰富土地生态敏感性研究方法体系做出一定的贡献。

1　研究区概况与数据来源

1.1研究区概况

宜兴市地处北纬31°07′—31°37′，东经119°31′—120°03′，位于江苏省南部，江苏省西南端，东依太湖，南临长兴、广德，西接溧阳，北傍金坛、武进，全市总面积1 996.6 km2。2010年户籍总人口107.24万人，城市化率达58.2%，经济发展水平位居全国前列。同时，宜兴市属于太湖流域，雨水充沛，辖区内河网密布，南部山地丘陵地区属天目山余脉，地形起伏较大，自然环境优美，物种多样性高。

1.2数据来源

选用宜兴市2010年ETM遥感数据，空间分辨率为30 m。通过对遥感数据进行解译和分类，划分了草地、耕地、建设用地、林地、园地、水域、未利用地共6种土地利用类型，分类结果的精度为86.80%，其Kappa系数为0.85，满足精度要求；达到允许的最低判别精度0.7的要求；土壤类型和有机质含量数据来源于中科院南京土壤研究所；坡度坡长因子通过比例尺为1∶10万的DEM获得；降雨量数据则采用当地水利局提供的16个气象站点年均降雨量，采用Kriging插值得到其空间分布图。

2　研究方法

我国南方地区的土壤侵蚀大多属于水力侵蚀，USLE模型是目前较为成熟的土壤水力侵蚀模拟模型，应用USLE模型计算土壤侵蚀量并划分宜兴市水土流失敏感区。景观安全格局理论基于景观过程和格局的关系，通过景观过程的分析和模拟，来判别对这些过程的健康与安全具有关键意义的景观格局，在生物保护方面有着一定的理论和实践意义，本文应用景观安全格局理论构建宜兴市生物多样性安全格局，据此划分生物多样性敏感区。在此基础上叠加得到宜兴市土地利用的生态敏感区。

2.1USLE模型

USLE模型是美国学者通过对多年观测资料进行系统分析而得出的用于预测年均土壤流失量的经验模型，该模型考虑了影响水土流失的6个影响因素，在方程中6个因子用连乘形式表示，其表达式为[14]：

A=R·K·S·L·C·P

(1)式中：A——单位面积年平均土壤流失量〔t/(km2·a)〕；R——降雨侵蚀力因子〔mJ·mm/(hm2·h·a)〕；K——土壤可蚀性因子〔(t·hm2)/(mJ·mm)〕；L——坡长因子；S——坡度因子；C——植被覆盖因子；P——水土保持措施因子。

2.1.1降雨侵蚀力因子RR因子与降雨量、降雨强度、历时、雨滴大小以及雨滴下落速度有关，反映了降雨对土壤的潜在侵蚀能力。周伏建[15]提出的降雨侵蚀力因子值计算方法适用于我国南方地区。鉴于此，本研究采用此公式进行地处我国南方地区的宜兴市的降雨侵蚀力因子计算：

(2)

式中：Pi——月降雨量(mm)。

2.1.2土壤可蚀性因子KK因子反映降雨产生的径流量与径流速率的大小及土壤对侵蚀的敏感性。根据南京土壤所提供的研究区土壤类型和有机质含量，参考吕喜玺等[16]提出的南方易蚀土壤可蚀性因子计算方法，计算宜兴市土壤可蚀性因子K值。

2.1.3坡度与坡长因子SL坡度因子S与坡长因子L分别指在其他条件相同的情况下，任意坡度下单位面积土壤流失与标准坡度下单位面积土壤流失量之比以及任意坡长的单位面积土壤流失量与标准坡长单位面积土壤流失量之比。参考国内外相关研究[17]，采用国内外学者较为公认的坡度与坡长因子计算方法进行计算：

(3)

式中：SL——坡度坡长因子；L——坡长(m)；θ——坡度(°)。

2.1.4植被覆盖与管理因子CC因子指在相同的土壤、地形和降雨条件下，某一植被覆盖土地的土壤流失总量与相等条件下无管理措施的休闲地土壤流失总量的比值，反映了植被对地表的保护作用。C值介于0.001～1之间，在地表完全没有植被保护的情况下，C值定为1；地面完全被植被覆盖，则C值取为0。本文C因子通过遥感解译的植被覆盖度和土地利用类型相结合得到[18]。

2.1.5水土保持因子PP因子指采用水土保持措施后的土壤流失量与自然植被或顺坡种植时土壤流失量的比值，介于0～1之间。0值表示无侵蚀的地区、1值表示未采取保持措施的地区。参考已有研究成果，结合宜兴市的地理环境、地貌类型等自然条件，考虑研究区域的相似性，借鉴黄金良[19]在九江流域的研究经验，确定研究区不同土地利用类型所对应P值。

2.2生物多样性安全格局建立

景观安全格局理论认为，景观中的各点对某种生态的重要性存在差异，其中部分局部、点和空间关系对控制景观水平生态过程起着关键性的作用[20]。本研究采用最小累积模型来构建景观安全格局，其基本公式为：

(4)

式中：f——一个未知的正函数，反映空间中任一点的最小阻力与其到所有源的距离和景观基面特征的相关关系；Dij——某一质点从源j到空间某一点所穿越的某景观的基面i的空间距离(m)；Ri——景观i对该质点运动的阻力系数。虽然通常函数f是未知的，但(Dij×Ri)的累加值可以视为源到空间某一点的某一路经的相对易达性衡量指标，其中从所有源到该点阻力的最小值被用来衡量该点的易达性。

2.2.1源的确定经过对宜兴市的实地调查发现，宜兴市的动植物大都集中在南部丘陵山区，具体集中地包括铜官山、桃花山、龙池山、鸡笼山、蜀山、青龙山等丘陵山区，同时，滆湖、横山水库以及靠近城市的龙背山国家森林公园和城市内氿滨公园等处植被覆盖度较高、丰富度大，是众多生物的聚集地。故选择这些地区作为宜兴市生物多样性保护源。

2.2.2阻力面的建立人类活动对野生动物的生存和迁徙有着直接地影响，进而影响生物多样性水平，同时植被覆盖度越高，越适合动物活动，生物多样性水平就越高，因此本文选择植被覆盖度和土地利用类型两个因子建立阻力面。宜兴市不同植被覆盖度和土地利用类型的阻力系数赋值详见表1。考虑到建设用地包括城市绿地、绿道等具有一定生态服务价值要素，且宜兴市城市绿化率较高，因此建设用地阻力系数低于未利用地。根据专家意见及前人研究成果，土地利用类型和植被覆盖度对生物多样性保护影响的重要性一致，对这两个阻力面分别赋以0.5的权重进行栅格计算，得到生物多样性阻力面。

表1　生物多样性安全格局影响因素及其阻力系数

2.2.3生物多样性安全格局的建立根据源和相应的阻力面，运用ArcGIS 9.3的费用距离模型分别计算不同保护目标下的最小累积阻力面，得到生物多样性安全格局。

2.3水土流失与生物多样性敏感区划分

依据水利部2008年1月颁布的《土壤侵蚀分类分级标准SL190-2007》和宜兴市土壤流失量核算结果划分宜兴市水土流失敏感区；依据生物多样性安全格局的最小累积阻力值，采用自然断点法得到生物多样性敏感区。分级标准详见表2。

2.4生态敏感区划分

依据表2对水土流失敏感区和生物多样性敏感区各级别赋值后分别赋以0.5的权重进行空间叠加分析，采用自然断点法划分低敏感、一般敏感、高敏感和极敏感4个敏感级别，得到宜兴市土地利用的生态敏感区。需说明的是，水土流失敏感区和生物多样性敏感区的划分都涉及土地利用类型以及植被覆盖度，但这两个基础因子在水土保持和生物多样性保护中所起作用不同，土地利用的生态敏感区是对这些作用的综合，而非基础因子的单纯叠加。

表2　水土流失及生物多样性敏感区分级与赋值

注：本文研究区在水利侵蚀类型区中属于南方红壤丘陵区，容许土壤流失量500 t/(km2·a)。

3　结果与分析

3.1单因子敏感区

3.1.1水土流失敏感区宜兴市水土流失敏感性等级总体较低且分布较广，微度敏感区面积占总面积83.23%、轻度敏感区占12.79%、中度敏感区为3.08%，主要分布于宜兴北部、东部和东南部，包括新庄街道、屺亭街道、万石镇、周铁镇、新建镇和芳桥镇等，水土流失敏感区分级结果如图1所示。新庄街道、屺亭街道等地植被覆盖度较低、水系发达，但地势平坦、土地开发程度和土地集约利用程度高，城市基础设施完善，水土流失敏感等级较低；而东南部的湖父镇、丁蜀镇等地，则地处山区丘陵地带，地势起伏较大，但区域内植被覆盖度高、林地面积比重大，且森林生态系统结构、功能得到了较好的保护，因此这些区域抗侵蚀能力较强。水土流失敏感性强、极强与剧烈敏感区仅占研究区面积的0.90%，主要分布于宜兴中部、西部和西南部，这些区域地势较低、植被覆盖度明显低于周边，且水体、荒草地等生态脆弱斑块的外沿尚缺乏完善的生态基础设施作为缓冲区，易发生水土流失。

注：Ⅰ 微度; Ⅱ 轻度;Ⅲ:中度; Ⅳ 强度; Ⅴ 极强度; Ⅵ 剧烈

3.1.2生物多样性敏感区宜兴市生物多样性敏感程度较高，其中微度敏感区、轻度敏感区、中度敏感区、强敏感区、极强敏感区以及剧烈敏感区分别占研究区总面积的3.99%，12.58%，16.55%，18.63%，23.48%和24.77%，6种敏感强度区呈现由强至弱的圈层镶嵌结构，生物多样性敏感区分级结果如图2所示。

注：Ⅰ 微度; Ⅱ 轻度; Ⅲ 中度; Ⅳ 强度; Ⅴ 极强度; Ⅵ 剧烈

剧烈敏感区集中在南部龙池山、铜官山、鸡笼山等地，该区域植被覆盖程度高、植物以灌木林为主、生态环境优越、森林生态系统完整、生物资源量丰富；极强敏感区主要分布于剧烈敏感区的外部圈层，集中在张渚镇、太华镇、新街街道等地，土地利用覆被以园地、有林地、河流水面等类型为主；强敏感区主要分布于研究区中部以及北部的各个镇、街道，该区域内旱地、水田、坑塘水面分布广泛，属于受人为干扰较为明显的半人工生态系统；中度敏感区主要集中于徐舍镇中部、高塍镇南部、官林镇中部、和桥镇等地的强敏感区外部，土地利用覆被以农村建设用地、耕地为主，生物多样性程度较低；轻度敏感区、微度敏感区集中在研究区北部滆湖边缘区域，以及太湖边缘地带，主要分布于和桥镇、高塍镇的北部，新建镇、官林镇以及周铁镇也有少量分布，该两类敏感区以养殖水面、农田水利用地、耕地以及农村建设用地为主，由于非农建设用地所占的比例不同，造成了生物多样性程度的差异，从而生物多样性敏感程度分异。

3.2土地利用生态敏感区

总体来说，宜兴市土地利用的生态敏感性较低，低敏感区、一般敏感区分别占宜兴市总面积的32.46%和35.71%；高敏感区占总面积23.96%；极敏感区占7.87%。在空间上呈现南高北低、丘陵山区高于平原地区的状态，宜兴市土地利用的生态敏感性分区结果如图3所示。由图3可以看出： (1) 极敏感区占宜兴市总面积的7.87%，主要分布于张渚镇中部、丁蜀镇中南部、徐舍镇南部、宜兴国家森林公园东部以及西渚镇横山水库北部。该区集中于城镇与农村交错地带，土地开发强度较大、人口密度大但城市基础设施尚不完善，地表具有一定程度起伏，农用地类型以耕地、园地为主，植被覆盖度较低，土壤受侵蚀风险较大。基于该区域的特征，完善该区域内的城市基础设施，提高土地集约利用水平，对地质灾害易发区、生态环境控制关键土地斑块开展生态维护或通过土地利用工程技术进行修复，逐步降低土地利用生态风险。 (2) 高敏感区占宜兴市总面积的23.96%，主要分布于张渚镇东部、丁蜀镇西部、湖父镇、新街街道南部宜兴国家森林公园等地。该区普遍自然景观较为优越，地处南部山区的铜官山、桃花山、龙池山、鸡笼山、蜀山、青龙山等风景区，横山水库以及靠近城市的宜兴市国家森林公园和城市内的氿滨公园等地皆包括在内。由于植被覆盖度高、生物多样性丰富以及存在一定的水土流失风险，应根据宜兴市生态文明建设规划(2010—2020年)、宜兴市“十二五”环境保护和生态建设规划以及各风景区规划等内容，对该区域内的自然景观与人文景观开展有针对性的保护。 (3) 一般敏感区占宜兴市总面积的35.71%，主要分布于丁蜀镇中北部、徐舍镇的东部和中部、新街街道北部、张渚镇南部、太华镇北部、西部与南部等地，基本处于农村地区。该区土壤肥沃、地势较为平坦，土地利用斑块类型以相互镶嵌的农用地和农村居民点用地为主，是宜兴市的主要农业生产区域。通过合理引导土地利用规划，适度开展农用地整治以及农村居民点整治等措施，优化该区域的土地利用结构与空间布局，逐步改善农村生态环境。 (4) 低敏感区占宜兴市总面积的32.46%，主要分布于徐舍镇北部、高腾镇北部、和桥镇大部分区域、官林镇东部等地。该区域地势平坦，植被覆盖度较高，水土资源丰富，长期以来形成了稳定的地表水循环系统，抵御水土流失能力较强，土地利用方式和土地利用强度亦较为稳定，建议在不破坏现有稳定状态的前提下，完善基础设施建设、适度布局建设用地，引导宜兴市城乡建设均衡发展。

注：Ⅰ低敏感；Ⅱ一般敏感；Ⅲ 高敏感；Ⅳ 极敏感

4　讨论与结论

(1) 宜兴市土地利用的生态敏感区可分为极敏感区、高敏感区、一般敏感区与低敏感区四类；土地利用生态敏感程度总体较低，敏感等级由南部山区向北部平原逐步降低，极敏感区与高敏感区向外辐射扩散形成低敏感级别区域。

(2) 土地利用生态敏感区的级别受自然条件、土地利用方式与结构以及人类活动的共同影响，因此不同级别区域的土地利用对策各有不同，应当因地制宜地开展管制、保护、工程技术以及完善生态基础设施建设等措施以降低土地利用生态风险，实现宜兴市土地生态可持续发展。

(3) 本研究采用USLE模型与景观生态学方法进行土地利用的生态敏感区划分，成果与实地调查结果较为一致，可为研究区土地利用政策、环境保护决策的制定提供参考，对提高研究区土地资源集约利用水平有积极意义，对于解决快速城镇化背景下日益突出的生态安全问题具有重要参考价值。虽然如此，本研究仅从水土流失和生物多样性两方面探讨了宜兴市土地利用的生态敏感区划分，研究有待进一步深入。

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Ecological Sensitive Zoning of Land Use in Southern Jiangsu Province

XIA Min, ZHANG Zhichao, WEN Bo, ZOU Wei

(CollegeofPublicAdministration,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing,Jiangsu210095,China)

[Objective] Land ecological sensitive zoning was comprehensively analyzed under different land use type to provide reference for regional land use planning. [Methods] Yixing City, a typical city in Southern Jiangsu Province was taken as an example, its land use ecological sensitive zones were divided according to the zones of soil and water loss sensitivity and biodiversity preservation priority using USLE model and landscape security pattern. [Results] The ecological sensitivity in Yixing City was thought relatively low. The zones with extremely high sensitivity accounted only for 7.87% of the total area, the zones with high sensitivity, moderate sensitivity and low sensitivity covered 23.96%, 35.71% and 32.46%, respectively. The zones with extremely high sensitivity were clustered together in space. Sensitivity declined gradually from the southern hill district to the northern plain district. [Conclusion] The application of USLE model combined with landscape security pattern can comprehensively recognize the factors that influence ecological sensitivity, and quantitatively grade the land use ecological sensitive zones.

land use; ecological sensitive zones; USLE model; landscape security pattern; Yixing City

2015-09-23

2016-04-29

中国科学院流域地理学重点实验室开放基金项目“城乡统筹背景下基于多智能体的农村土地利用变化模拟研究”(WSGS2015008)； 江苏省国土资源厅科技项目(2015023)；中央高校基本科研业务费人文社科基金项目(SK2016024)； 教育部人文社会科学研究青年基金项目(14YJC760061)； 江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(KYZZ15_0161)

夏敏(1971—),女(汉族),江苏省南京市人,博士,副教授，主要从事土地评价和土地信息系统研究。E-mail:xm@njau.edu.cn。

B

1000-288X(2016)04-0112-06

F301.2