吳瀅瀅, 吳紹華, 周生路, 林 晨, 臧玉珠, 彭 慧

(1.南京大學(xué) 地理與海洋科學(xué)學(xué)院, 南京 210023;2.中國科學(xué)院 南京地理與湖泊研究所, 南京210008; 3.江蘇省土地勘測規(guī)劃院, 南京 210024)

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昆山市土地生態(tài)質(zhì)量空間分異及其對土地利用程度的響應(yīng)

吳瀅瀅1, 吳紹華1, 周生路1, 林 晨2, 臧玉珠1, 彭 慧3

(1.南京大學(xué) 地理與海洋科學(xué)學(xué)院, 南京 210023;2.中國科學(xué)院 南京地理與湖泊研究所, 南京210008; 3.江蘇省土地勘測規(guī)劃院, 南京 210024)

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，土地生態(tài)質(zhì)量備受關(guān)注。選取位列中國百強縣之首的昆山市為研究區(qū)，基于2012年各類數(shù)據(jù)，建立土地生態(tài)質(zhì)量綜合評價體系，采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)、二元Moran指數(shù)等方法，以行政村為評價單元，對該市土地生態(tài)質(zhì)量的空間格局及其對土地利用程度的響應(yīng)進行了研究。結(jié)果表明：該市土地生態(tài)質(zhì)量整體較好，中心城區(qū)向外圍鄉(xiāng)鎮(zhèn)變好梯度格局明顯；土地生態(tài)質(zhì)量受到土地利用程度較為顯著的負面影響，其中生態(tài)結(jié)構(gòu)方面受到的影響最為明顯，南部旅游用地地區(qū)土地利用和生態(tài)質(zhì)量則協(xié)調(diào)較好；該市今后在土地開發(fā)利用的同時應(yīng)注意加強生態(tài)環(huán)境的保護與建設(shè)。

土地生態(tài)質(zhì)量; 土地利用程度; 空間分異; 響應(yīng); 昆山市

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人類對土地的改造利用不斷加劇。作為自然與人類活動構(gòu)成的綜合體，土地的生態(tài)質(zhì)量備受關(guān)注[1]。土地利用程度可體現(xiàn)人類對土地生態(tài)環(huán)境的改造水平[2]。目前，土地生態(tài)方面的研究已經(jīng)很多，主要從土地生態(tài)安全性[3-8]、土地生態(tài)脆弱敏感性[9-12]、土地生態(tài)適宜性[13-16]等方面開展。從自然基礎(chǔ)、污染退化、生態(tài)結(jié)構(gòu)、生態(tài)建設(shè)方面對土地生態(tài)質(zhì)量進行綜合評價的研究很少，而進一步定量化地分析其與土地利用程度關(guān)系及變化機制的研究則更少。昆山市位于江蘇省東南部，轄玉山、巴城、周市、陸家、張浦、周莊、錦溪、千燈、淀山湖九個鎮(zhèn)。其經(jīng)濟發(fā)展水平連續(xù)數(shù)年位列中國百強縣之首，2012年GDP達2 725.32億元，人均GDP達16.53萬元，土地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量正面臨巨大的挑戰(zhàn)。昆山市發(fā)展現(xiàn)狀可作為經(jīng)濟高度發(fā)展地區(qū)的縮影，為此，本研究擬對該市土地生態(tài)質(zhì)量進行綜合評價，并探究其對土地利用程度的響應(yīng)，以促進經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)土地生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

1　材料與方法

1.1研究技術(shù)路線

論文以行政村為單位，首先從土地自然基礎(chǔ)、污染退化、生態(tài)結(jié)構(gòu)、生態(tài)建設(shè)四個方面，構(gòu)建昆山市土地生態(tài)質(zhì)量評價體系，分析土地生態(tài)質(zhì)量的空間格局。其次，依照莊大方等[17]提出的規(guī)則，計算土地利用程度。最后，綜合所得結(jié)果，從整體和局部分別探究兩者的內(nèi)在關(guān)系。技術(shù)路線圖如圖1所示。

圖1　技術(shù)路線

1.2數(shù)據(jù)來源

研究以2012年為基期，其中：地形位指數(shù)、植被覆蓋度、生物量以國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)通過計算而得；年降水量通過收集氣象站點數(shù)據(jù)進行Krigging插值得到；土壤有機質(zhì)由多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查4 km網(wǎng)格采樣數(shù)據(jù)Krigging插值得到；有效土層厚度采用農(nóng)用地分等中的水稻耕作厚度數(shù)據(jù)；土壤污染綜合指數(shù)通過多目標(biāo)地球化學(xué)數(shù)據(jù)中土壤樣品實測的重金屬含量值計算得到；景觀多樣性指數(shù)、不同土地利用/覆蓋類型比例以昆山市土地利用數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)計算而得；生態(tài)效益指數(shù)則引用環(huán)境質(zhì)量質(zhì)量報告書數(shù)據(jù)及統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)。所有的數(shù)據(jù)以ArcGIS為平臺，構(gòu)建了基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)庫。

1.3評價方法

1.3.1土地生態(tài)質(zhì)量評估通過對昆山市土地質(zhì)量綜合調(diào)查與分析，基于“多指標(biāo)集合度量法”模型[18]，從土地自然基礎(chǔ)、污染退化、生態(tài)結(jié)構(gòu)、生態(tài)建設(shè)狀況四方面，構(gòu)建土地生態(tài)質(zhì)量調(diào)查指標(biāo)體系，其構(gòu)成包括準(zhǔn)則層、指標(biāo)層和元指標(biāo)層。

根據(jù)昆山市特點，綜合四大準(zhǔn)則層，共選取17個指標(biāo)對土地生態(tài)質(zhì)量進行綜合評價。土地自然基礎(chǔ)層反映該地區(qū)基礎(chǔ)性的地形、氣候、土壤狀況等自然特點，選擇具有代表性的地形位指數(shù)、年均降水量、土壤有機質(zhì)、有效土層厚度、植被覆蓋度、生物量6個指標(biāo)。土地污染退化狀況反映人為活動所帶來的土地污染、損毀、退化狀況，在一定程度上代表了該地區(qū)的人為活動的程度。

由于昆山市的特殊性，在調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)其壓占土地、廢棄撂荒土地、耕地、林地、草地、濕地比例均未發(fā)生變化，昆山市河網(wǎng)資源豐富，污染程度重點反映在水污染方面，因此選擇水域年均退化率指標(biāo)來進行評價，同時也考慮土壤污染綜合指數(shù)；土地生態(tài)結(jié)構(gòu)指標(biāo)反映基本的土地利用格局，昆山市林草地資源稀少，因此選擇土地利用多樣性指數(shù)、斑塊多樣性指數(shù)、無污染高等級耕地比例、無污染水面比例、生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施用地比例、城市非滲透地表[18]比例6個指標(biāo)來進行評價。土地生態(tài)建設(shè)狀況反映土地生態(tài)恢復(fù)與建設(shè)程度，主要從生態(tài)效益方面著手，選擇了生態(tài)保護地比例、區(qū)域環(huán)境質(zhì)量指數(shù)、人口密度3個指標(biāo)來進行評價。

本研究利用極差法對各指標(biāo)數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，適度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化參照江蘇省農(nóng)用地分等定級標(biāo)準(zhǔn)等[19-20]進行處理。根據(jù)各準(zhǔn)則層的評價指標(biāo)特點，選擇客觀方法中較成熟的熵權(quán)法對其指標(biāo)權(quán)值進行賦值[21-23](表1)。

1.3.2土地利用程度計算土地利用程度按照不同土地利用類型，基于其自然綜合狀況與社會影響因素進行分析，可定量化地表示人類對土地的改造水平。本研究參考莊大方等提出的規(guī)則[17]，按照行政村為單位進行計算。

表1　昆山市土地生態(tài)質(zhì)量調(diào)查與評估體系的建立

1.3.3土地生態(tài)質(zhì)量對利用程度的響應(yīng)本研究中土地生態(tài)質(zhì)量對土地利用程度的整體分析利用皮爾遜相關(guān)系數(shù)進行，在此不贅述；局部分析方面選擇二元局部Moran指數(shù)進行。

局部Moran指數(shù)是常用的空間自相關(guān)局部指標(biāo)，通過計算每一個空間單元與鄰近單元就某一屬性的相關(guān)程度，來探測空間中高值集聚和低值集聚的區(qū)域[24]。二元局部Moran指數(shù)被認為是地學(xué)空間的相關(guān)系數(shù)，它能表明同一位置兩組屬性值變化的關(guān)聯(lián)程度，在不同的位置嵌入此關(guān)聯(lián)，并將該關(guān)聯(lián)信息轉(zhuǎn)換為空間分布[25]，其結(jié)果可以很好地反映兩組屬性的空間集聚情況，計算公式為：

2　結(jié)果與分析

2.1土地生態(tài)質(zhì)量空間分布格局

通過昆山市土地生態(tài)質(zhì)量分值計算，可得其平均值為0.507 7，標(biāo)準(zhǔn)差為9.65%。利用自然斷點法，將昆山市土地生態(tài)質(zhì)量分成五個級別(圖2)，分別為優(yōu)質(zhì)(0.590 2～0.675 7)、良好(0.543 6～0.590 1)、一般(0.494 7～0.543 5)、較差(0.397 0～0.484 6)及差(0.244 6～0.396 9)。其中優(yōu)質(zhì)級別的行政村48個，占總數(shù)的20.50%；良好、一般級別均47個，占總數(shù)20.09%；較差級別54個，占總數(shù)的23.08%；差級別38個，占總數(shù)的16.24%。

圖2昆山市土地生態(tài)質(zhì)量空間分布

昆山市土地生態(tài)質(zhì)量土地生態(tài)質(zhì)量整體較好，空間分布上呈現(xiàn)出由中心城區(qū)向外圍鄉(xiāng)鎮(zhèn)變好的梯度，空間分異明顯。錦溪鎮(zhèn)整體得分最高，綜合分值平均值為0.604 5，該地區(qū)遠離市區(qū)，且水域較多，城市非滲透性地表比例高，無污染水面比例低，土地生態(tài)環(huán)境較好；開發(fā)區(qū)整體得分最低，其平均值為0.347 4，該地區(qū)為經(jīng)濟活動密集地區(qū)，人口集聚，土地開發(fā)劇烈，受到城市非滲透性地表比例與人口密度的影響，土地生態(tài)環(huán)境遭到破壞。綜上分析，城市非滲透性地表比例對土地生態(tài)質(zhì)量影響明顯，反映出人類城鎮(zhèn)化工業(yè)化用地行為對土地生態(tài)質(zhì)量作用強烈。

2.2土地生態(tài)質(zhì)量對土地利用程度的響應(yīng)

2.2.1整體相關(guān)分析經(jīng)過分析，得到土地生態(tài)質(zhì)量分值與土地利用程度分值總體均符合正態(tài)分布，其皮爾遜相關(guān)系數(shù)(R值)為-0.811 6(p<0.01)，呈現(xiàn)出顯著負相關(guān)(圖3)。

圖3昆山市土地生態(tài)質(zhì)量與土地利用程度相關(guān)性分布

根據(jù)不同準(zhǔn)則層的得分值，計算得到各準(zhǔn)則層與土地利用程度間的相關(guān)系數(shù)，可得到，土地生態(tài)結(jié)構(gòu)受到其顯著影響(R2=0.832 1)。土地結(jié)構(gòu)包括各土地利用類型比例，在一定程度上與土地利用程度的分布相符，表明昆山市土地生態(tài)質(zhì)量整體深受土地利用程度影響；在社會經(jīng)濟活動強烈的地方，人類的生產(chǎn)生活改變了土地利用方式，并促使其向利用程度高的方向發(fā)展；而受人類活動影響較小地區(qū)，土地保持原有的狀態(tài)，其生態(tài)質(zhì)量處于相對較高的穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2.2局部區(qū)域分析經(jīng)過空間二元局部Moran指數(shù)分析，可得到土地生態(tài)質(zhì)量綜合分值與土地利用程度分值二元局部Moran集聚分布圖(圖4)。

二元空間集聚分布圖分為四個類，分別是HH(土地生態(tài)質(zhì)量高—土地利用程度高)、LH(低—高)、LL(低—低)和HL(高—低)。由圖4可以看出，除去聚類不顯著地區(qū)，昆山市土地生態(tài)綜合分值與土地利用程度分值二元集聚主要集中在LH與HL類。LH類主要集中在昆山市中部區(qū)域，比例約為23.18%，主要包括玉山鎮(zhèn)、開發(fā)區(qū)、陸家鎮(zhèn)交界處。這些區(qū)域土地生態(tài)質(zhì)量分值低值集聚而土地利用程度分值高值集聚，是以人類活動為主導(dǎo)的經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)。HL類主要分布在巴城鎮(zhèn)西北部、張浦鎮(zhèn)南部、淀山湖鎮(zhèn)西部以及錦溪鎮(zhèn)與周莊鎮(zhèn)部分地區(qū)，比例約為16.74%，這些地區(qū)土地利用類型以水域為主。HH類有三處，為周莊鎮(zhèn)龍鳳村、錦溪鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)以及張浦鎮(zhèn)振蘇社區(qū)居委會。這些地區(qū)為旅游用地，作為特殊的建設(shè)用地，其土地利用程度較高，同時，為保證景區(qū)生態(tài)環(huán)境，對其土地生態(tài)環(huán)境有意識地保護，促使其土地生態(tài)質(zhì)量保持在高水平，因此，其土地生態(tài)質(zhì)量與利用程度均處于較高的水平，協(xié)調(diào)較好。LL類有兩處，為開發(fā)區(qū)的兵希漁業(yè)與玉山鎮(zhèn)的南漁村。該兩村依托當(dāng)?shù)刎S富的水資源，漁業(yè)發(fā)展水平較高，致使其土地利用程度較低，而該兩處位于經(jīng)濟發(fā)達區(qū)域，受到周邊村鎮(zhèn)影響，土地生態(tài)質(zhì)量也處于較低的水平?？傮w情況如表2所示。

圖4昆山市土地生態(tài)質(zhì)量綜合分值與土地利用程度分值二元局部Moran集聚分布

土地生態(tài)質(zhì)量差且土地利用程度高集聚地區(qū)地勢平坦、以城鎮(zhèn)建設(shè)用地為主，植被覆蓋度較差，這些地區(qū)在經(jīng)濟發(fā)展的同時，應(yīng)注意生態(tài)環(huán)境的保護，發(fā)展可持續(xù)性產(chǎn)業(yè)，適時開展土地生態(tài)環(huán)境保護與修復(fù)工作；土地生態(tài)質(zhì)量好且土地利用程度低集聚的地區(qū)坡度相對較大，水域較多，這些地區(qū)應(yīng)繼續(xù)推行有力的生態(tài)保護措施，同時可因地制宜，適當(dāng)發(fā)展輕污染、綠色型經(jīng)濟；昆山市南部周莊鎮(zhèn)與錦溪鎮(zhèn)境內(nèi)的旅游用地，良好的政策促使了經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境的共同發(fā)展，應(yīng)進一步協(xié)調(diào)人地關(guān)系，促進可持續(xù)發(fā)展；而針對緊靠市區(qū)內(nèi)的水域地區(qū)，應(yīng)逐步改善土地生態(tài)環(huán)境，推廣綠色安全食品的生產(chǎn)技術(shù)。

表2　土地生態(tài)質(zhì)量與土地利用程度二元局部Moran集聚分類結(jié)果

3　結(jié) 論

(1) 昆山市土地生態(tài)質(zhì)量整體較好，受城市非滲透性地表比例的主要影響，呈中心城區(qū)向外圍鄉(xiāng)鎮(zhèn)變好的梯度格局，空間分異明顯。

(2) 總體而言，昆山市土地生態(tài)質(zhì)量受到土地利用程度較為顯著的負面影響，其中生態(tài)結(jié)構(gòu)影響最為明顯。南部旅游用地區(qū)土地生態(tài)質(zhì)量和土地利用程度得分均較高，達到了雙贏。

(3) 今后該市土地開發(fā)利用的同時應(yīng)注重加強生態(tài)環(huán)境的保護與建設(shè)，實現(xiàn)兩者的協(xié)調(diào)發(fā)展。

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Distribution of Land Ecological Environment and Its Response to Landuse Intensity in Kunshan County

WU Yingying1, WU Shaohua1, ZHOU Shenglu1, LIN Chen2, ZANG Yuzhu1, PENG Hui3

(1.School of Geographic and Oceanographic Sciences, Nanjing University,Nanjing210023,China; 2.NanjingInstituteofGeography&Limnology,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,China; 3.JiangsuInstituteofLandSurveyingandPlanning,Nanjing210024,China)

With the continuous development of social economy, human alteration to ecosystems is becoming more and more obvious. What′s more, the growing contradiction between people and land highlights the importance of scientific management and regulation of land. Landuse is a special behavior led by human to alter and utilize the land in order to achieve particular purposes. Kunshan County is a highly developed area with a large population. In order to pursue sustainable development, the quality of its land ecological environment has become considerable challenges. In this paper, we provided the complete ecological assessment of land use in 2012. Then, we analyzed the distribution of land ecological environment in Kunshan County, and offered its distribution. Finally, we made a thorough inquiry between land ecological environment and landuse intensity. Supported by statistical analysis, we got a negative correlation trend between those two, revealing the ecological quality of the land affected by the intensity of landuse. However, as a special kind of construction land, tourism sites had a high level of landuse intensity, while the protection from the government also contributed to the high ecological status of the land. On the other hand, two scores of the concentrated water areas in the downtown both show the low level.

land ecological quality; intensity of landuse; spatial distribute; response; Kunshan County

2014-09-01

2014-09-15

長三角經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)土地生態(tài)狀況調(diào)查與評估項目(DCPJ121504-01)

吳瀅瀅(1991—),女,江蘇江陰人,碩士研究生,主要研究方向為土地利用與生態(tài)評價。E-mail:yingyingwu1991@163.com

周生路(1968—),男,江西大余人,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事土地資源與環(huán)境研究工作。E-mail:zhousl@nju.edu.cn

X826；F301.24

A

1005-3409(2015)04-0201-05