北川县地震前后生态用地的空间格局演变

何燕敏 林孝先 蔡小虎 杜忠

DOI：10.16246/j.issn.1673-5072.2024.04.006

收稿日期：2023-03-31  基金项目：四川省自然科学基金面上项目（2023NSFSC0193）；西华师范大学科研创新团队项目（CXTD2020-3）；若尔盖国家公园综合科学考察项目（510201202077920）

作者简介：何燕敏（1998—），女，硕士研究生，主要从事高寒湿地生态系统生物地球化学循环研究。

通信作者：杜忠（1980—），男，博士，副研究员，硕士生导师，主要从事高寒脆弱生态系统应对气候变化研究。E-mail：duzhong@cwnu.edu.cn

引文格式：何燕敏，林孝先，蔡小虎，等.北川县地震前后生态用地的空间格局演变［J］.西华师范大学学报（自然科学版），2024，45（4）：381-387.［HE Y M，LIN X X，CAI X H，et al.Spatial pattern evolution of ecological land use before and after the earthquake in Beichuan county［J］.Journal of China West Normal University （Natural Sciences），2024，45（4）：381-387.］

摘  要：针对区域规划中生态用地时空格局不能及时更新和获取的问题，通过转移矩阵、土地利用动态度和重心转移模型，从生态用地现状、变化、效应及政策启示等方面对北川县震前、震后生态用地空间格局的演变进行了全面分析。结果表明：2008—2018年北川县生态用地呈减少趋势，共计转出生态用地1215.69 hm2，生态用地主要流失方向为建设用地；10年间生态用地呈现“西多东少，中部集中”的空间格局，各类生态用地的重心集中在中部及西部，总体较稳定，但在东西方向有轻微波动。

关键词：生态用地；空间格局；转移矩阵；演变分析；地震

中图分类号：F301.2    文献标志码：A    文章编号：1673-5072（2024）04-0381-07

土地是人类生存和社会发展的物质基础，为人类提供了必要的生态服务空间［1-2］。然而，土地资源利用效率低下，环境污染日益严重［3-4］，农村老弱化、污损化［5-6］等一系列城镇化快速发展所带来的问题愈发严峻［7］，我国面临着生态系统退化、资源约束趋紧及环境污染加剧等难题［8-9］。面对发展困境，“十八大”提出要着眼于土地利用功能构建“三生用地”，即“生产、生活和生态用地”［10］。其中“生态用地”是以调节、维护和保障生态安全功能为主的土地类型，是生产、生活用地实现自身生态功能的基础［11］，是协调区域人地关系和实现可持续发展的枢纽。

在我国，“生态用地”一词最早在董雅文等［12］的研究中出现，目前学术界关于生态用地的识别、分类及其功能的界定还尚未统一［13］。国内学者从土地覆盖［14］、用地类型［15］、服务功能［16］、核心用途［17］等方面开展研究，构建了诸多分类方案以完善生态用地分类体系。总体来说，目前生态用地功能构成有两种观点：一是生态系统服务功能论，指出生态用地是具有生态服务功能且对生态系统有维持作用的用地类型［1-2］；二是土地主体功能论，指出生态用地的划分应重点从其主体功能出发，以具有生态系统服务功能的地类作为生态用地，而以经济产出为目的的地类则不包括在内［18-19］。近年来，受自然和人为因素影响，森林、草地等许多具有生态价值的自然资源逐渐失去其生态功能［19］，对区域生态安全和可持续发展构成严重威胁，并极大地改变了生态用地的空间格局［20］。因此，生态用地已成为建立生态安全模式、促进生态保护和恢复的工具［21］。合理规划发展空间，提升环境意识，制止地球环境价值遭受重大损失的趋势迫在眉睫［22］。国内土地利用相关规划已明确“三生用地需并行发展”，并强调了生态用地比例在城镇发展中的重要性［11］。因此，研究生态用地的格局演变尤为重要。

四川省绵阳市北川羌族自治县（以下简称“北川县”）作为川西北崛起战略的桥头堡，是四川省国土开发格局与国土安全格局的双重建设高地。2008年的“5·12”汶川地震使北川县森林生态系统遭受严重损坏［23］，耕地大量流失，山体大面积崩塌，区域生态条件严重恶化。灾后政府大力投入重建，当地经济和生活水平逐步恢复和发展［24］。近年来当地又紧紧抓住“绿色机遇”，努力提升“绿色效力”［25］，大力推进环境保护和生态文明建设，力争建设“大美羌城”“生态强县”“小康北川”等，有效地推动了北川县经济的高质量、高水平发展［25］。此外，政府将北川县的生态建设摆在第一位，还开展了“聚焦矿山整治 守护绿水青山”“污染防治攻坚暨生态环境问题”等专题研究，建立了上百个专业种植基地。如今北川县生态环境有所改善，居民环保意识有所增强，生态产业不断发展。在这样的生态环境背景下，生态用地的研究有利于北川县政府对当地的生态环境进行科学引导、适时控制，合理规划用地空间，同时对增强当地居民的生态环境保护意识具有重大参考意义。

基于以上研究背景，本文以北川县为研究区，对震前（2008年4月）、震后（2013年8月、2018年5月）3期遥感影像数据进行相关处理，利用得到的目标地物信息，对地震前后生态用地的空间格局演变进行综合性分析，从而揭示北川县生态用地的时空差异性，为北川县土地规划提供科学依据，为制定土地管理措施、保障国土生态安全和建设生态文明的推进提供参考。研究以期从根本上为当地的发展提出一种绿色的、生态的、可持续的发展模式［26］，为“5·12”大地震后相似的地震受损乡镇发展提供借鉴和示范。

1  研究区概况

北川县位于四川省西北部，是我国唯一的羌族自治县［27］，幅员面积3 084 km2。北川县地处龙门山的山麓地带，地势由西北向东南递降；地质构造复杂，地质灾害频繁［28］；位于亚热带季风湿润气候的西部边缘与高原气候的交汇地带［29］，雨量充沛，雨热同期，水文网丰富。北川县动植物种类多样，植被呈带状分布且山地垂直地域分异明显［30］。

2  数据来源与研究方法

2.1  生态用地分类

国内土地利用分类体系对“三生用地”中生活和生产用地的界定相对清晰，但对生态用地分类还未明确［11］。因此，亟须将生态用地纳入土地利用分类体系，按照区域差异构建以土地的多功能性和主体功能为主导的分类体系，突出生态服务功能的地位，强调从国家层面反映土地的生态功能，统筹“三生用地”空间［11］。本文依据上述分类原则，在已有的土地分类体系基础上，融合北川县的生态属性、区位特点、土地类型和土地现实利用情况以及当地政策等，考虑到遥感影像资料和统计数据资料的可获得性、研究可行性及研究的价值，按照既能提供生态服务价值（保护生态系统、保护生物、稳定提供生态产品等），又能维护绿色环境（维持生态系统平衡和维护可持续发展）来定义生态用地，并将北川县生态用地划分为林地、草地、耕地、水域、和其他生态用地5个一级地类，14个二级地类（表1）。

2.2  数据来源

本文的基础数据包括土地利用数据和统计数据。通过在地理空间数据云平台获取北川县2008年4月的空间分辨率为30 m×30 m的Landsat 7 TM遥感影像数据和2013、2018年空间分辨率为30 m×30 m的Landsat 8遥感影像数据。利用91卫图获取北川县行政边界和高清图层。统计数据包括在中国科学院资源环境科学与数据中心下载的1980—2018年全国多时期土地利用遥感监测数据集。

2.3  研究方法

运用ENVI 5.3对遥感影像进行监督分类等相关处理，再利用ArcGIS 10.2获取3个时期遥感图像上特定目标地物信息，制作生态用地现状图。

首先，在ArcMap中将2008、2013和2018年的图层进行两两数据融合、叠置分析后，计算每个生态用地类型的转移量，按照2008—2018年的时间顺序构建土地利用转移矩阵，用来分析各种生态用地类型之间相互转移的关系及转移特点［31］，再结合实地考察和统计数据，对生态用地转移矩阵的结果进行验证和评估。其次，计算出单一土地利用动态度和综合土地利用动态度［32-33］，以分析各生态用地面积的动态变化过程。最后，在ArcMap中计算2008—2018年各生态用地类型的平均中心，得到各生态用地类型的重心及其转移方向，进行重心转移模型分析［34-35］，展示北川在发展过程中生态用地的的空间集聚、转移规律及其演变特征。

3  结果与分析

3.1  生态用地结构变化

3.1.1  生态用地面积变化

2008—2018年北川县生态用地变化较为明显（图1），总量由288 441 hm2减少至287 225.31 hm2，10年间生态用地总面积共计减少1 215.69 hm2，减少0.42%。总体而言，只有林地出现损失加剧且补充不足的局面，主要是由于“5·12”汶川大地震中北川县受灾严重，导致林地损失、森林破坏后，大量无林地出现［36］。而灾后重建占用大量林地，灾后诱发的崩塌滑坡泥石流等多种次级自然灾害也是一部分原因［37］。震后建设用地的需求增加用于震后居民点安置、城镇开发等［38］，这些建设占据了很大一部分耕地，耕地流失又使森林和草原等生态用地成为耕地的补充；再加上围湖造田等现象层出不穷，这就导致了郊区及开发区周边地区的生态用地空间迅速减少，生态系统的稳定结构和自治功能发生了变化，造成生态用地大量流失，引发生态环境急速退化。各地类土地利用转移详见表2。

2008—2018年，耕地变化较为剧烈。耕地面积净增加381.08 hm2，总面积占比由17.90%增加到18.11%，主要是林地、草地和建设用地转换为耕地，耕地增加主要发生在中西部地区。耕地转化为其他地类的比例较小，主要向建设用地转移。耕地增加可能是因地震破坏、土地整理、土地复垦和农业结构调整［37］，在追求经济效益的影响下，北川政府建立的经济作物园地增多，如果园、专业种植基地、种苗繁育基地等［23，25，29］。

林地出现大面积持续减少，且出现补充不足的局面。2018年林地占生态用地总量的63.28%，但10年间林地总面积净减少3 346.88 hm2，减少1.81%。这种损耗可能是因为灾后大量森林被破坏，生态系统更为脆弱，次级灾害频繁发生以及在震后为满足居民建设消耗、耕地开发为果园等经济利益［29］原因，部分转化为建设用地，部分补充为耕地［37］。

草地总面积净增加1 297.78 hm2，至2018年草地占北川县生态用地总量的17.85%。草地的转化可能是因为政府实行了土地开垦政策和建设用地扩张。在生态恢复初期及土地复垦初期，生态用地类型主要以草地为主，导致草地面积在短时间内增多［39］；灾后重建、工业化、城镇化建设占用草地是导致草地面积减少的主要原因［40］。

水域与其他生态用地面积逐渐增加。水域面积在生态用地中占比较小但年际变化幅度较大。水域面积净增加137.16 hm2，主要由耕地转化而来，可能是由于人工养殖水面的增加，少部分由建设用地和林地转化而来。其他生态用地主要由建设用地和林地转化而来且变化幅度较为剧烈，可能是由于地震破坏等原因，致使其他生态用地净增加315.17 hm2。

3.1.2  用地动态度

2008—2018年北川县生态用地动态度显示（表3）：综合土地利用动态度为0.04%，其中2008—2013年生态用地综合土地动态度为0.19%，2013—2018年生态用地综合土地利用动态度为0.08%。综合土地利用动态度在2008—2013年较大，可能是自2008年灾后重建，北川县城市化和工业化高速发展，各种公共基础建设、居民点建设和工业用地建设的需求增加，迫使各生态用地类型的流转速度加快［41］。

各地类单一生态用地动态度差别悬殊。其他生态用地动态度最高，达0.39%；水域的动态度较低，面积变化较小。耕地的动态度呈上升趋势，2008—2013年较小，2013—2018年较大，表明在2008—2018耕地面积增多，其中2008—2013年耕地增幅较小，2013—2018年增幅较大；林地的动态度为负，表明10年间林地面积有所减少；草地动态度呈递增趋势，在2013—2018年动态度较高，可能是因为震后生态恢复使草地面积有所增加。

3.2  生态用地重心偏移

2008—2018年，川县生态用地呈现持续减少的趋势，且出现明显的地域差异性。东南部是生态用地减少的核心关键区，中西部是生态用地重心所在，10年间重心迁移有增长趋势但距离不大，并呈现出东南—西北的迁移趋势。具体如图2所示。

减少的耕地主要是转化为建设用地，耕地减少区域集中分布在擂鼓、曲山等乡镇；耕地增加主要在贯岭、都坝和禹里等乡镇。10年间耕地重心转移呈现出由东部—中西部迁移趋势。

林地几乎分布在北川县全域，青片、开坪、桂溪等乡镇占比较高。林地主要转化为耕地，且林地减少主要集中在贯岭、都坝、禹里等乡镇；林地增加主要集中于青片、片口等乡镇，主要是由耕地转化而来。林地重心变化较小但仍有向南迁移趋势。

草地增加体现在永昌、小坝等乡镇，主要由耕地转化而来，几乎没有乡镇草地集中减少。10年间，草地重心迁移变化小且呈现出由东南—西部迁移趋势。

水域面积缓慢增长，其中墩上、禹里、旋坪、曲山等乡镇最为显著，同时擂鼓镇等乡镇存在一定的缩减，水域主要向耕地转化。10年间水域重心呈东南—西北的迁移之势，但变化幅度不大。

其他生态用地增加主要集中在擂鼓、曲山等乡镇，主要由林地转化而来。其他生态用地重心迁移变化较小，迁移距离较短，总体向东南方向迁移。

4  结  论

本文基于县域维度对北川县震前、震后生态用地的空间格局演变特征进行综合分析，揭示了北川县生态用地的时空差异性，但本文没有对北川县生态用地演变驱动因素进行具体分析，生态用地的演变特征及驱动机制存在区域差异性［34，42-43］，对生态用地的管理需制定因地适宜的政策机制，严格控制生态用地的用途转变。本文总结并借鉴相关分类原则划分北川县生态用地类别，但是生态用地的分类还存在争议［11，15，31］。未来，生态用地分类体系需与现行土地分类系统协调，增加分类体系的实用性，实现从宏观层面构建一个具有可操作性的生态用地分类体系。

随着北川县经济发展和城镇化进程逐渐加快，生态用地受城镇扩张的影响日益加深，生态用地空间与城乡经济建设空间博弈失衡。要扭转经济盲目发展和土地生态价值流失的现状，亟待解决的问题之一是生态用地安全格局的构建，从而实现土地高效管理以加强重点地区的生态恢复和建设，为城镇生态用地规划提供科学参考［44］。其中，合理调整生态用地的数量结构和空间布局至关重要。如何发挥土地资源的生态效益和经济效益，进而优化土地空间发展格局非常关键。如何正确管理人与自然、生产与生态、生态与人民福祉的关系，维护生态环境，为人类的生存与发展提供空间，也有待进一步的研究。未来可以在发展的框架内，透彻研究北川县土地生态演变的规律、决定北川县生态用地格局演变的机制、评价环境承载力和评价国家空间发展的充分性的基础上，对北川县震后的生态用地进行全面的、可持续的规划与保护。

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Spatial Pattern Evolution of Ecological Land Use

Before and After the Earthquake in Beichuan County

HE Yan-min1，LIN Xiao-xian2，CAI Xiao-hu3，DU Zhong1

（1.School of Geographical Sciences，China West Normal University，Nanchong Sichuan 637009，China；

2.College of Resources and Environmental Engineering，Mianyang Teachers College，Mianyang Sichuan 621016，China；

3.Sichuan Academy of Forestry，Chengdu Sichuan 610081，China）

Abstract：In order to solve the problem that the temporal and spatial pattern of ecological land use cannot be updated and obtained in time in regional planning，the spatial pattern evolution of ecological land use before and after the earthquake in Beichuan county is comprehensively analyzed from the aspects of present situation，changes，effects and policy enlightenment through transfer matrix，land use dynamics and gravity center transfer model.The results show that the ecological land in Beichuan county was on a decreasing trend from 2008 to 2018，with a total loss of 1215.69 hm2，mainly transferred to construction land；in the past 10 years，the ecological land has presented a spatial pattern of “more in the west but less in the east，and concentrated in the central area”；the gravity centers of all kinds of ecological lands are concentrated in the middle and west parts，which is generally stable，but there are slight fluctuations in the east-west direction.

Keywords：ecological land；spatial pattern；transfer matrix；evolution analysis；earthquake