城乡融合发展中土地利用景观动态及生态环境质量响应

摘 要：为深入研究河南省平顶山市城乡融合过程中生态环境质量的变化特性，以2000、2010和2020年三期卫星遥感资料为支撑，研究平顶山市区不同区域的土地利用与土地覆盖变化特征，将风景生态学与土地使用变化对生态环境的影响模式相融合，揭示从2000—2020年平顶山市土地利用景观的空间布局和演变趋势，同时探讨平顶山市生态环境质量的变化及其背后的驱动因素。

关键词：平顶山市；生态环境；土地利用；城乡融合

中图分类号：F301.2 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）11–0-03

土地利用与土地覆盖变化（Land Use and Land Cover Change，以下简称LUCC）是人类活动对自然环境影响的直观表现，深刻反映了人类行为对地球陆地生态系统结构的影响[1]。在我国城乡融合发展的背景下，城市对于土地资源的需求激增，致使部分农业用地、草地、林地等被侵占，对生态环境造成深远影响。因此，以河南省平顶山市为例，探究LUCC的动态情况及其对区域生态环境质量的不同影响，强化生态环境的质量监控，对进一步协调人地关系及维护区域生态安全具有重要的现实意义[2]。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

平顶山市位于河南省中部，是国家能源原材料工业基地和中原经济区的主要煤炭与盐矿资源产区。研究区的地形主要包括山地、平原和丘陵，整体地势西高东低，尧山是该区最高峰，海拔2 153.1 m，位于鲁山县西部边界，而东部主要是平原地带。北部地区以山地和丘陵为主，耕地主要集中在新华区西部和湛河区[3]。

1.2 数据来源

以美国LADSAT-MSS、LADSAT4-5 TM影像为数

据源，统一采用北京1945坐标系，运用地信软件进行影像处理，并依据中国科学院遥感数据中心提供的土地利用动态监测分类体系及其编码，将研究区域的土地覆盖类型划分为五种：林地、草地、水体、耕地和人工表面。根据土地的主要功能（包括生产、生态和生活三大方面的土地利用主要功能），将平顶山地区的土地利用数据进行一级类别的划分。同时，参考相关研究文献，为二级土地类别分配生态环境质量指数值，再对指数进行归一化，具体分类与各地类生态环境质量指数见表1。

1.3 研究模型

1.3.1 土地利用生态环境质量指数模型

LUCC是评估区域生态环境质量的基础数据。土地利用生态环境质量指数模型基于LUCC，运用面积加权法构建土地覆盖类型与生态环境质量之间的定量关系，从而全面分析研究区的生态环境质量总体状况。其数学表达式如下：

（1）

式（1）中，设Ex为某一地区在某一时间段内的生态环境状况指标。其中，n表示本地区各类用地总量。Ut、Ct表示第x期间第t种用地的面积及其相应的生态环境指标，而T代表了这个地区的全部地域。

1.3.2 土地利用类型转化的生态贡献率指数模型

土地利用类型的转变直接影响生态环境质量的升降变化，该指数不仅确立了土地利用类型变化与生态环境质量变化之间的定量关系，还具体量化了不同土地利用类型间的转化对区域生态环境质量变化的贡献率。其数学表达式如下：

（2）

式（2）中，I表示一个地区的用地变化对该地区生态环境的影响程度；Ey+1代表了不同时期不同用地方式下的生态环境指标；Ey为此种用地方式发生变化时的生态环境指标；A是在这个区域中出现转型的一种用地。

2 数据分析

2.1 平顶山市土地利用结构变化总体特征

图1展示了2000、2010、2020年平顶山市土地利用结构的变化趋势。通过综合分析这三个年份的土地利用数据，发现平顶山市的土地利用景观结构呈现以下显著特征。第一，耕地是该区域的主要土地利用与地覆盖类型，其面积占比在三个不同年份中均超过50%。从空间分布来看，耕地多呈集群式分布，部分耕地与林地相互嵌套，对整个区域的土地利用类型具有较大的控制力，构成了区域土地利用的基底。第二，林地是第二大土地利用类型，其面积占比稳定在26%左右，空间分布上具有较好的连通性特点。第三，人工表面的面积占比近年来逐渐上升，达到约13%，并在空间上呈团聚式分布，多嵌套在耕地中。第四，其他土地利用类型如草地等，在整体土地面积中占比小于10%，多以斑块形式分散分布；水体主要是北汝河、沙河及其支流和白龟山水库、昭平台水库等，呈条带状和块状分布[4]。

在整个研究时段内，土地利用的景观要素在数量结构上发生明显的变化。人工地面面积持续并显著增长。耕地面积呈现减少趋势，这一减少过程从快速减少逐渐过渡到缓慢减少（图1a），草地面积的减少过程（图1b）与之类似。2000—2010年，水体面积减少；但在2010—2020年显著增加。林地面积在2000—2010年略有增加，但在2010—2020年减少，整体上看其面积变化不大。

2.2 平顶山市各土地利用类型间转化对区域生态环境质量影响的贡献度

区域生态环境的演变由“促进”与“恶化”这两种矛盾但共存的因素所决定，这两种因素之间存在某种程度的互馈关系，而生态贡献值则为研究二者之间的关系提供了一种量化的手段。在此基础上，以平顶山市为研究对象，采用式（2）方法，测算出各时间尺度上各地区建设用地结构的演变规律，以及各阶段对各地区生态环境的贡献程度。表2列出了平顶山市2000—2020年平顶山市各地区不同用地的不同状况及其对区域内不同用地的影响程度。

从表2可以看出，平顶山市在2000—2010年，其生态环境质量明显提高，其原因有人为地表向耕地转化、耕地向林地转化和耕地向水域转化。三者的综合作用对区域生态环境的整体提升作用最大，达到97.481 6%。在这些变化中，人为地表转化为耕地和耕地转化为森林的作用尤其明显，分别达到61.391 5%和21.760 3%。然而，生态环境质量的变化主要由以下三种土地利用变化类型造成：耕地到人工地表的转变，林地到耕地的转变，以及水域的转化。三种变化相结合导致生态系统恶化程度达到99.791 4%。在这些变化中，耕地转化成人工地表的作用最为突出，达到93.079 0%。

在2010—2020年，平顶山市生态环境质量的改善主要归功于人工表面转化为耕地、耕地转化为水体、耕地转化为林地/草地转化为林地这四种变化类型，它们合计对生态环境质量改善的贡献率达到99.870 0%。

人工表面转为耕地的贡献最为显著，达到了62.465 8%。

生态环境质量的变化主要由耕地转化为人工表面、林地转化为耕地和林地转化为草地所造成，这三者的贡献占比达到98.779 9%，其中耕地转为人工表面的作用最为突出，达到了78.921 8%。

3 结论与建议

在平顶山市生态环境质量演变的综合分析中，主要是社会因素中的经济、政策与文化等因素在较短时间内对生态环境质量变化起到更为明显的作用，直接影响人们在土地利用上的决策，最终导致生态环境质量发生变化。

（1）2000—2020年，平顶山市区域土地利用结构的总体特征是，耕地为土地利用的优势景观，是构成土地利用的基底，林地在空间上呈片状分布且主要集中在研究区东南、西南和北部区域，以沙河、白龟湖等为代表的主体水域是该地区重要的天然走廊，其草原及人造水面均为零星分布。从整体上看，城区的耕地和草地面积呈缩小趋势，森林面积的变化相对平稳，而水域面积和植被覆盖面积则呈扩大趋势。

（2）2000—2020年，平顶山市区域内同时存在生态环境质量的提高与降低两个过程。在第一阶段，生态环境质量的提高主要得益于三个因素：人工表面转变为耕地、耕地转变为林地、耕地转变为水体。而生态环境质量的降低主要由以下三个因素造成：耕地转变为人工表面、林地被转化为耕地、水体转变为耕地。在第二阶段，人工表面再次转化为耕地、耕地转变为林地、草地转变为林地。然而，生态环境质量的退化主要由以下两个主要因素造成：耕地继续转变为人工表面、林地或草地被转化为耕地。

（3）平顶山市区域中耕地加林地的面积占比高达80%以上。为保护耕地资源，应坚决遏制耕地“非农化”、防止耕地“非粮化”，治理被污染的耕地，修复耕地土壤环境，完善农田水利等基础设施，积极推动高标准农田建设。保护林地资源，加大对平顶山西部山区生态涵养区森林资源的保护力度，从而提高森林和自然生境质量，优化森林结构，增强森林生态系统功能。

（4）注重对水体生态环境的保护与修复，推进水资源、水生态、水环境、水安全等流域要素协同治理、统筹推进。针对植被破坏、水土流失加剧、人居环境恶化等问题进行修复和治理，并对平顶山市内水土流失敏感区采取针对性修复措施，针对片区内植被覆盖率较低、水土保持能力较弱等问题开展生态修复工程[5]。

参考文献

[1] 刘纪远，匡文慧，张增祥，等.20世纪80年代末以来中国土地利用变化的基本特征与空间格局[J].地理学报，2014，69 （1）：3-14.

[2] 焦利民，刘耀林.可持续城市化与国土空间优化[J].武汉大学学报（信息科学版），2021，46（1）：1-11.

[3] 楚纯洁，安春华.平顶山市土地利用景观格局及其稳定性分析[J].水土保持研究，2011，18（1）：224-227，235，275.

[4] 张合兵，陈宁丽，孙江锋，等.基于GIS的土地生态质量评价及影响因素分析：以平顶山市为例[J].河南农业科学，2015，44（1）：62-69.

[5] 袁悦，井立蛟，杨鸿雁，等.昌黎县土地利用转型对生态环境效应的影响[J].水土保持研究，2019，26（2）：194-201.