贵州省种植地坝区土地利用转型及其生态环境效应

王晓颖 唐天君 韩敏 周华 张宇涛 龙剑峰 张莉娟 李儒童

摘 要：为更好研究贵州省种植地坝区土地利用转型及其生态环境效应，综合运用土地利用转型、生态环境质量相关分析方法，研究贵州省种植地坝区土地利用变化趋势、土地利用转型与其生态环境效应关系及整体生态环境变化态势，试图寻找种植地坝区土地利用转型中对生态价值影响较大的地类，以探索人类生产、生活、生态空间的有机协调机制，为贵州协同推进发展与生态保护提供科学参考。

关键词：土地利用转型   生态环境效应   种植地坝区   贵州省

中图分类号：F301.2                  文献标识码：  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

土地利用转型由GRAINGER提出，后被龙花楼引入中国。目前，土地利用转型在“三生空间”方面探索较多，长江经济带、雄安新区等经济繁华区域或省级区域研究较为丰富，对于贵州这样多山且经济相对落后地区研究较少，坝区土地利用转型及其生态环境效应的研究需要进一步深入。

贵州是全国唯一无平原省份，全省92.5%国土为山地，山间盆地（俗称坝子），因其地势平坦，易于开发利用，是各种人类活动核心區域[1]。本研究为更好探索坝区土地利用转型及其生态环境效应，特将坡度在6°以下、耕地、园地等种植土地间距小于50 m作为集中连片条件，面积大于500亩的土地定义为500亩以上种植地坝区（以下简称种植地坝区）并作为研究区域，以2009—2019年为研究期开展土地利用转型及其生态环境效应研究，以期揭示贵州独特地理单元土地利用转型规律，掌握生态环境协同变化情况，为贵州牢牢守好发展与生态保护底线提供支撑。

1  研究区域

贵州处于云贵高原向湘西丘陵过渡的斜坡地带，山谷纵横、地形切割剧烈，土地利用受地形影响显著。受独特的地形地貌影响，农业与非农产业大多集中在易于开发的坝区，由此导致各类发展与保护冲突明显。

2  数据来源与研究方法

2.1 数据来源与处理

种植地坝区范围通过DEM数据叠加土地利用数据获取，全省共有1 451块符合定义的种植地坝区。30 m×30 m DEM数据通过中国科学院资源环境科学数据中心获取，提取6°以下坡度范围，生成数据a；30 m×30 m土地利用数据由2009年和2019年高清影像解译形成，生成数据b；通过叠加数据a、b，提取耕地与园地总面积大于500亩的种植地坝区范围，考虑地形连通性与完整性，将与坝区相连的建设用地、水域、林地等一并划入，最终形成研究区。种植地坝区在全省均有分布，形态多样、面积差异大，主要集中于遵义－贵阳－安顺－黔西南一线（见图1）。

2.2 研究方法

本文综合运用土地利用动态度、土地利用转移矩阵、生态环境质量指数、生态贡献率等方法开展研究。

2.2.1 土地利用动态度

土地利用动态度可以反映研究区域2009—2019年各地类面积变化快慢，包括单一动态度和综合动态度[3-6]。单一动态度表达式为：

式（1）中，K为研究期内某类土地的单一变化动态度，U2019为该类土地2019年的面积，U2009为该类土地2009年的面积，T为研究的时间长度。

由于研究区基期年存在部分地类面积为0的情况，因此基于公式（1）对动态度公式进行完善，将分母修改为每块种植地坝区的总面积，通过各地类比重的变化反应动态度。公式如下：

式（2）中，KDi为研究期内某块种植地坝区第i种地类的单一动态度；UD2019为i地类在该种植地坝区2019年的面积；UD2009为i地类在该种植地坝区2009年的面积；TD为该种植地坝区总面积。

综合动态度表达式为：

式（3）中，LC为研究期内土地利用综合动态度；n为土地利用类型数；ΔLUi-j为研究期内第i类土地转化为第j类土地的面积；LUi为研究期初期第i类土地利用面积。

2.2.2 土地利用转移矩阵

土地利用转移矩阵可以展现研究区域研究期内不同土地利用类型之间的相互转化情况，表征用地方式变化的剧烈程度[7-8]，数学表达式为：

式（4）中，P为种植地坝区各类土地类型之间相互转化的可能性；i为土地利用类型数量。

2.2.3 生态环境质量指数

生态环境效应的改善与恶化用生态环境质量指数来表征[9]，表达式为：

式（5）中，EVt为种植地坝区t时期生态环境质量指数；n为土地利用类型数量；Si、SA分别为t时期第i种土地利用类型的面积和区域总面积；Ci为第i种土地利用类型的生态环境质量指数。

2.2.4 生态贡献率

生态贡献率可以量化地类转变对研究区生态环境带来的影响，有利于分清改善环境或是恶化环境的主导因素[10-11]，其表达式为：

式（6）中，LEI为生态环境贡献率；LEt+1、LEt分别为某类土地利用变化类型的末期和初期生态环境质量指数；LA为该地类的变化面积；TA为区域总面积。

3  结果与分析

3.1  土地利用转型与生态环境效应的相关性分析

对1 451块研究区的综合动态度变化值和生态环境质量指数变化值进行相关性分析可知，种植地坝区土地利用转型及其生态环境效应总体呈现复杂的非线性关系（见图2）。分析各地类单一动态度变化值与生态环境质量指数变化值的关系可知，林地与耕地的土地利用转型与生态环境效应存在明显线性关系，其中林地线性关系高达0.92，表明林地和耕地对于生态环境效应的影响最为突出；其余地类转型则呈现弱相关性（见图3）。在生态环境效应恶化的种植地坝区中半数以上区域建设用地呈减少态势，而在生态环境效应改善的种植地坝区中28.04%的区域建设用地呈增加态势，这表明单一地类变化对生态环境效应变化的相关性较弱，需进行系统性分析。

3.2  生态环境效应空间差异分析

2009—2019年，种植地坝区的整体生态环境质量指数从0.358降为0.316，降幅达11.52%，生态环境效应表现为下降趋势大于提升趋势。从研究区生态环境效应变化来看，1451块种植地坝区中，生态环境质量下降区域占92.63%，仅7.37%的区域生态环境质量得到提升，生态环境质量下降的区域远多于提升的部分。从空间分布上看，生态环境质量下降区域集中分布在黔南州北部及东南部、毕节市东西部以及遵义市东南部，生态环境质量提升区域集中分布于贵阳市中部和黔西南州西南部，土地利用转型导致的生态环境效应变化空间异质性明显（见图4）。

当生态环境质量下降时，耕地变化总体表现为增加，除贵阳、遵义和铜仁市减少突出外，其余市（州）皆呈明显增长态势；园地变化同样表现为增加，增长幅度最明显的区域是遵义市东南部；林地的变化与耕地相比则呈相反态势，面积减少区域分布与耕地增多区域重叠性高，主要集中在黔南州、毕节市和遵义市；建设用地变化主要表现为增长多于减少，增长部分主要在黔南州东南部、毕节市西部及南部（见图5）。当生态环境质量提升时，耕地变化以减少为主，主要分布在贵阳市中部和毕节市中部；园地变化以增加为主，大多分布于贵阳市中部和遵义市南部；林地变化同样以增加为主，分布于黔西南州西南部、铜仁市东南部和貴阳市中部；建设用地变化以减少为主，主要呈遵义、贵阳和黔西南州的带状分布（见图6）。

3.3  影响生态环境效应的土地利用转型分析

2009—2019年，提升生态环境质量的重要因素是耕地向林地转型、建设用地向耕地转型、耕地向水域转型，三者占生态环境正效应贡献率的69.43%，其中，耕地向林地转型是关键因素（36.19%）。导致生态环境质量下降的主要因素是林地向耕地转型、耕地向建设用地转型、林地向建设用地转型，三者占生态环境负效应贡献率的76.94%，其中林地向耕地转型是主导因素（61.10%）。

通过对土地利用转型的正、负效应生态贡献率分析可知，土地利用转型所导致的生态环境正、负效应变化并不完全呈正相关关系，而是表现出复杂的非线性关系（见图7）。从贡献率变化来看，耕地与林地相互转型、建设用地与耕地相互转型是影响生态环境效应的重要因素，且呈正相关关系。其余地类相互转型所引起生态环境正、负效应变化则表现出复杂的非线性关系，由此可知，退耕还林和建设用地复垦为耕地可较大幅度提升生态环境质量。

4  结论与讨论

种植地坝区作为贵州独特地理单元，在保障发展、保护粮食及生态安全方面意义重大。本文对贵州1 451块500亩以上种植地坝区的土地利用转型与生态环境效应相关性、生态环境效应空间差异、影响生态环境效应的土地利用转型方式进行定量分析，主要结论如下。

4.1 加强对种植地坝区林地、耕地的保护力度

土地利用转型及其生态环境效应呈现复杂的非线性关系，但分析结果表明，2009—2019年间，林地、耕地对生态环境效应的影响尤为显著。由于贵州独特地貌特征，种植地坝区空间尤为珍贵，土地利用矛盾较大，为保证种植地坝区的低碳可持续利用，应在优化种植地坝区土地利用格局时统筹考虑生产、生态、生活空间有机协调，增强对林地、耕地等生态效益价值较高用地的保护意识，加大对其保护力度。

4.2  适度调整不宜耕种区域“还林”，合理统筹用地“空间置换”

当种植地坝区生态环境质量下降时，林地面积急剧降低，耕地和园地面积明显上升；林地减少区域与耕地、园地增加区域重合度较高。应遵循自然规律，对于不适宜耕种区域，适度调整“退耕还林”，以粮食安全为前提，尽力做到既保证贵州粮食生产安全，又保障生态格局持续向好。同时，协同推进种植地坝区土地利用与周边山坡、山地优化调整，综合考虑耕地与周边园地、林地“空间置换”，实现耕地的“进出平衡”，真正做到因地制宜，宜耕则耕、宜林则林、宜草则草。

4.3  严格控制种植地坝区耕地“非农化”

种植地坝区整体生态环境质量指数下降，生态环境质量下降趋势大于提升趋势，其中，降低生态环境质量的主导因素包括耕地向建设用地转型。种植地坝区中因为城乡建设、基础设施发展等占用耕地，虽然通过增减挂钩、土地整治等实现了耕地总量的动态平衡，但整体生态环境质量仍然受到较大影响。应严格控制耕地转型为建设用地，考虑种植地坝区省际差异化管理，让建设用地集聚在更有规模、更有效能的大城市，适当发展中心城镇，约束小城镇发展，用政策约束无序发展，用规划引导科学布局，通过土地利用转型调控，让农业和非农产业空间布局有序，合理发展。

参考文献

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