李 剛,盧曉寧,邊金虎,李愛(ài)農(nóng),雷光斌,南 希,姜 琳
(1.成都信息工程學(xué)院,成都610225;2.中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所,成都610041)
土地作為人類財(cái)富之源,為人類提供了源源不斷的生產(chǎn)和生活資料。隨著人口激增和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,能源粗放利用、廢棄物污染加劇、土地資源不合理利用等一系列問(wèn)題相繼出現(xiàn),人地關(guān)系顯現(xiàn)出緊張化態(tài)勢(shì),由此引發(fā)了全球?qū)ν恋爻休d力研究的關(guān)注[1-7]。土地資源承載力是指在一定生產(chǎn)條件下土地資源的生產(chǎn)能力和生活水平下所承載的人口限度[2],它反映了一個(gè)國(guó)家和地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的程度和當(dāng)前的生態(tài)安全狀況,對(duì)土地、人口、環(huán)境與發(fā)展都有一定的提示和預(yù)警作用。
岷江上游是成都平原的水源“生命線”和長(zhǎng)江上游生態(tài)屏障的重要組成部分。然而,其特殊的地理位置與生態(tài)環(huán)境使本區(qū)域的土地資源承載力形勢(shì)嚴(yán)峻。表現(xiàn)為,區(qū)域高差懸殊的地形導(dǎo)致的嚴(yán)重水土流失[8],滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)[9]。人口持續(xù)增長(zhǎng)及土地質(zhì)量退化更使得本區(qū)人地矛盾尤為凸顯[10]。近年來(lái),國(guó)家實(shí)施了多項(xiàng)政策保護(hù)該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境,提高土地資源承載力,如1998年實(shí)施的“天然林保護(hù)工程”和2000年實(shí)施的“退耕還林還草”工程[11]。然而,2008年汶川地震對(duì)岷江上游生態(tài)環(huán)境造成巨大破壞,使得土地資源的脆弱性加劇。在如此復(fù)雜的地理環(huán)境以及多種因素的驅(qū)動(dòng)下,研究岷江上游土地資源承載力狀況,可為區(qū)域未來(lái)的土地資源規(guī)劃和調(diào)整提供思路。
目前,對(duì)土地資源承載力研究的方法主要有:資源 供 需 平 衡 法[12-13]、指 標(biāo) 體 系 法[14-15]、系 統(tǒng) 模 型法[16-17]等。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,影響某一區(qū)域土地資源承載力的因素越來(lái)越復(fù)雜多樣,應(yīng)用指標(biāo)體系法能盡可能充分考慮包括糧食供給、居住空間、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出等多方面影響因素,使得評(píng)價(jià)結(jié)果更綜合、更全面,評(píng)價(jià)結(jié)論更可靠。
基于岷江上游突出的人地關(guān)系矛盾,本文利用GIS技術(shù)和DPSIR模型的指標(biāo)體系法,重點(diǎn)開(kāi)展基于格網(wǎng)的2010年岷江上游地區(qū)土地資源相對(duì)承載力評(píng)價(jià),并對(duì)相對(duì)承載力分布格局從社會(huì)經(jīng)濟(jì)、自然環(huán)境等多個(gè)角度進(jìn)行分析,同時(shí)也從貢獻(xiàn)率的角度分析各準(zhǔn)則層對(duì)相對(duì)承載力的影響。本研究對(duì)掌握岷江上游土地資源相對(duì)承載力現(xiàn)狀,確定正確合理的土地利用模式以及當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有指導(dǎo)意義。
岷江是長(zhǎng)江上游的重要支流,位于四川省中部。發(fā)源于岷山弓杠嶺和郎架嶺,流經(jīng)松潘、汶川等縣到都江堰出峽,都江堰以上為上游。位于102°59′—104°14′E,31°26′—33°16′N,流域面積約為24 657km2。其范圍與四川省阿壩藏族羌族自治州的松潘、黑水、理縣、茂縣及汶川5縣的行政轄區(qū)基本重合[18-19]。區(qū)域地形復(fù)雜,峽谷相間,相對(duì)高差較大[20],人地矛盾問(wèn)題突出,土地資源,尤其是耕地資源成為本地區(qū)的稀缺資源。區(qū)域得天獨(dú)厚的森林和牧業(yè)資源,使其成為四川省,乃至全國(guó)主要材林生產(chǎn)基地和水源區(qū)。
主要數(shù)據(jù)源包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、土壤侵蝕數(shù)據(jù)、MODIS的月NDVI產(chǎn)品數(shù)據(jù)、90m分辨率DEM數(shù)據(jù)、1∶25萬(wàn)行政界線數(shù)據(jù)。其中,社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)主要來(lái)自2010年各縣統(tǒng)計(jì)年鑒及政府工作報(bào)告;土地利用數(shù)據(jù)基于國(guó)產(chǎn)環(huán)境衛(wèi)星、TM衛(wèi)星等多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)采用面向?qū)ο蠓诸愃惴ǐ@取,分類精度一級(jí)類高于95%,二級(jí)類高于85%,滿足研究需求;地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)來(lái)自遙感解譯和野外調(diào)查;土壤侵蝕數(shù)據(jù)來(lái)自已有研究成果[21];MODIS數(shù)據(jù)來(lái)自國(guó)家數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)網(wǎng)站(http:∥datamirror.csdb.cn)。
本 文 選 用 DPSIR[22-23](driving forces-pressurestate-impact-response)模型構(gòu)建岷江上游土地資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。其中,“D(驅(qū)動(dòng)力)”是指引起土地資源承載力變化的潛在誘因,主要是社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面的指標(biāo),“P(壓力)”是指引發(fā)土地資源承載力發(fā)生變化的直接原因,包括人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的壓力以及自然屬性產(chǎn)生的壓力,“S(狀態(tài))”是指土地資源承載力的現(xiàn)實(shí)表現(xiàn),“I(影響)”是指土地資源承載力的狀態(tài)在上述壓力作用下所產(chǎn)生的影響變化,“R(響應(yīng))”是指人類社會(huì)為提高土地資源承載力而采取的措施。
岷江上游地區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀具有如下表現(xiàn):① 森林大面積砍伐、過(guò)度放牧、陡坡開(kāi)墾等引起的土壤侵蝕嚴(yán)重[24];② 人口快速增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)落后等導(dǎo)致的環(huán)境壓力與糧食問(wèn)題突出[8];③ 氣候干旱、地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)等造成的生態(tài)環(huán)境脆弱[10,25-26];④ 環(huán)保投資、天然林保護(hù)工程等對(duì)生態(tài)環(huán)境的改善[11]。針對(duì)以上對(duì)生態(tài)環(huán)境正負(fù)反饋的各種現(xiàn)象,本研究從綜合的、動(dòng)態(tài)的、反饋的及可持續(xù)的角度,基于DPSIR模型框架,建立了岷江上游土地資源相對(duì)承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。針對(duì)土壤侵蝕加劇的指標(biāo)包括:林地覆蓋率、草地覆蓋率、25°以上坡耕地面積比、土壤侵蝕模數(shù)、實(shí)際載畜量;針對(duì)環(huán)境壓力以及糧食問(wèn)題加劇的指標(biāo)包括:城鎮(zhèn)化水平、人口密度、地均GDP、工業(yè)占GDP比重、人均耕地面積、耕地面積比、農(nóng)業(yè)綜合機(jī)械化水平、化肥集約度、人均糧食產(chǎn)量、糧食單產(chǎn)作為指標(biāo);針對(duì)生態(tài)環(huán)境脆弱現(xiàn)象的指標(biāo)包括:干旱指數(shù)、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)面積比;針對(duì)響應(yīng)對(duì)策的指標(biāo)包括:人工造林面積、環(huán)保投入占GDP比重。詳細(xì)指標(biāo)體系見(jiàn)表1。
表1 岷江上游土地資源相對(duì)承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
土地資源相對(duì)承載力評(píng)價(jià)是多指標(biāo)的綜合性評(píng)價(jià),不同評(píng)價(jià)指標(biāo)存在量綱不統(tǒng)一的情況,為避免量綱不同對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果產(chǎn)生影響,首先對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。本文采用的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化方法是極差變換法[27],對(duì)數(shù)值越大越優(yōu)型指標(biāo)(X1,X2,X3,X5,X6,X8,X11,X12,X13,X14,X16,X17,X18,X19)采 用 式(1)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理:
對(duì)數(shù)值越小越優(yōu)型指標(biāo)(X4,X7,X9,X10,X15)采用式(2)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理:
式中:xi——第i個(gè)指標(biāo)的原始數(shù)值;xmin——第i個(gè)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)最小值;xmax——第i個(gè)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)最大值;xi′——第i個(gè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值。
在GIS平臺(tái)支持下,將研究區(qū)用1km×1km的網(wǎng)格進(jìn)行劃分,作為評(píng)價(jià)單元,并將各類指標(biāo)數(shù)據(jù)分配到網(wǎng)格中,即格網(wǎng)化。人口密度格網(wǎng)化是通過(guò)建立居民地、耕地面積與人口之間的二元線性回歸模型[28]實(shí)現(xiàn)。地均GDP格網(wǎng)化是在人口密度格網(wǎng)化結(jié)果屬性表中將人口密度字段與人均GDP統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相乘求得。環(huán)保投入占GDP比重、人工造林面積兩指標(biāo)均對(duì)全縣范圍有影響,本文認(rèn)為縣內(nèi)影響相同,通過(guò)追加屬性的方式將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)添加到屬性表中。干旱指數(shù)指標(biāo)則是由研究區(qū)2001—2010年10a的NDVI數(shù)據(jù),依據(jù)公式[29]計(jì)算得到植被狀態(tài)指數(shù)(VCI)。地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)面積比、林地覆蓋率、草地覆蓋率、耕地面積比、25°以上坡耕地面積比和土壤侵蝕模數(shù)6個(gè)指標(biāo)都是通過(guò)將對(duì)應(yīng)要素矢量圖層與評(píng)價(jià)單元疊加,統(tǒng)計(jì)每一評(píng)價(jià)單元內(nèi)各要素的面積比例實(shí)現(xiàn)格網(wǎng)化。因?yàn)榛始s度、農(nóng)業(yè)綜合機(jī)械化水平、人均耕地面積、人均糧食產(chǎn)量和糧食單產(chǎn)類指標(biāo)(和耕地相關(guān)性最大),城鎮(zhèn)化水平和工業(yè)占GDP類指標(biāo)(和建設(shè)用地相關(guān)性最大),實(shí)際載畜量指標(biāo)(和草地相關(guān)性最大)都有與之關(guān)系最密切的土地利用類型,除該關(guān)系密切土地利用類型外,該類指標(biāo)在其它非密切土地利用類型上的值都設(shè)為0,故在對(duì)該類指標(biāo)格網(wǎng)化前,首先將土地利用矢量數(shù)據(jù)與評(píng)價(jià)單元進(jìn)行疊加,實(shí)現(xiàn)土地利用數(shù)據(jù)的格網(wǎng)化,進(jìn)一步在屬性表中將每一指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與評(píng)價(jià)單元中與其關(guān)系最密切的土地利用類型面積相乘實(shí)現(xiàn)這8個(gè)指標(biāo)的格網(wǎng)化。各指標(biāo)格網(wǎng)化結(jié)果見(jiàn)附圖3。
指標(biāo)權(quán)重的確定方法有多種,依據(jù)權(quán)重計(jì)算時(shí)原始數(shù)據(jù)的來(lái)源,可分為兩種:主觀賦權(quán)法(層次分析法(PHA)[30]、德?tīng)柗品ǎ―elphi)[31]等)與客觀賦權(quán)法(主成分分析法(PCA)[32]、熵值法[33]等)。本文選用客觀賦權(quán)法中的PCA法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán),該方法是基于數(shù)據(jù)分析建立指標(biāo)之間的內(nèi)在結(jié)構(gòu)關(guān)系確立指標(biāo)權(quán)重,避免主觀因素的影響,增強(qiáng)分析評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性和可信性[34]。在SPSS軟件平臺(tái)支持下,選用降維方法中的因子分析法確定主成分,以每個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的特征值占所提取主成分特征值之和的比例作為每個(gè)主成分的權(quán)重,再由主成分載荷矩陣計(jì)算出每個(gè)主成分中各指標(biāo)的特征向量,最后,兩者相乘求和作為每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重,結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 岷江上游土地資源承載力指標(biāo)權(quán)重
土地資源相對(duì)承載力評(píng)價(jià)體系是一個(gè)多層次、多因子的復(fù)雜系統(tǒng),各準(zhǔn)則層之間及各指標(biāo)層之間既相互制約又相互依存,且都具有不可替代的功能和作用,對(duì)整個(gè)評(píng)價(jià)都有重要貢獻(xiàn)。本文運(yùn)用線性加權(quán)求和函數(shù)法[35]來(lái)計(jì)算土地資源相對(duì)承載力(Y)。表達(dá)如下:
式中:Y——土地資源相對(duì)承載力評(píng)價(jià)值,wi——第i個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重值;xi——第i個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值;n——指標(biāo)個(gè)數(shù)。
用貢獻(xiàn)率(Z)來(lái)衡量指標(biāo)體系中各準(zhǔn)則層對(duì)土地資源相對(duì)承載力的影響,見(jiàn)式(4)。
式中:Z——各準(zhǔn)則層貢獻(xiàn)率;wi——第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重;xi——第i個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值;j——指標(biāo)體系中指標(biāo)的總數(shù);n——準(zhǔn)則層包含指標(biāo)的起始標(biāo)號(hào);m——準(zhǔn)則層包含指標(biāo)的結(jié)束標(biāo)號(hào)。
依據(jù)表2的各指標(biāo)權(quán)重,應(yīng)用式(3)計(jì)算出每個(gè)格網(wǎng)的土地資源相對(duì)承載力評(píng)價(jià)值,該值越高,則區(qū)域土地資源承載力越強(qiáng)。根據(jù)區(qū)域土地資源相對(duì)承載力值大小,采用等間隔的分級(jí)方法,將研究區(qū)土地資源承載力分為5種相對(duì)等級(jí)(相對(duì)低等級(jí)(Y<0.220)、相對(duì)較低等級(jí)(0.220<Y≤0.388)、相對(duì)中等級(jí)(0.388<Y≤0.556)、相對(duì)較高等級(jí)(0.556<Y≤0.724)和相對(duì)高等級(jí)(Y>0.724)),最終得到岷江上游土地資源承載力分級(jí)顯示圖(附圖3)。
從附圖3可以看出,岷江上游地區(qū)土地資源相對(duì)承載力總體呈東高西低的規(guī)律,與李愛(ài)農(nóng)等[36]關(guān)于該地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱度及郭兵等[37]關(guān)于該地區(qū)宜居性的規(guī)律吻合。其中:
(1)相對(duì)低承載力等級(jí)區(qū)。該等級(jí)承載力區(qū)的面積為1 693.5km2,占研究區(qū)總面積的6.8%,且在各縣內(nèi)均有分布,但在松潘縣面積最大,占到該等級(jí)區(qū)面積的41.9%(圖1)。該等級(jí)承載力區(qū)植被覆蓋類型以落葉灌木和稀疏草地為主,尤其是黑水、松潘兩縣,主要為稀疏草地,植被覆蓋度較低,年均NDVI為0.36左右;實(shí)際載畜量大,土壤侵蝕嚴(yán)重,平均侵蝕模數(shù)約為7 055.6t/(km2·a),屬于強(qiáng)度侵蝕區(qū);區(qū)域氣候干旱降水,受旱情脅迫嚴(yán)重;除此之外,該等級(jí)區(qū)的經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá),地均GDP的平均值只有0.005元/km2。以上這些方面嚴(yán)重影響了該等級(jí)區(qū)的土地資源承載力。
(2)相對(duì)較低承載力等級(jí)區(qū)。該等級(jí)承載力區(qū)面積為6 011.7km2,占研究區(qū)總面積的24.3%,且主要分布于松潘的東、西兩側(cè)及理縣的西側(cè)和北側(cè),該類型等級(jí)區(qū)在兩縣的面積占到該區(qū)總面積的68.1%(圖1),茂縣面積比例最少,僅占到6.1%。該等級(jí)區(qū)植被覆蓋仍以稀疏草地為主,但年均NDVI已經(jīng)較相對(duì)低等級(jí)區(qū)有所上升,平均值為0.40,但仍然很低;該區(qū)的平均侵蝕模數(shù)為5 110.6t/(km2·a),仍達(dá)到中等土壤侵蝕程度;加上經(jīng)濟(jì)亦仍欠發(fā)達(dá),地均GDP平均值僅為0.24元/km2。以上這些方面是導(dǎo)致該類型區(qū)土地資源承載力低的主要原因,也是未來(lái)提高該區(qū)域土地資源承載力應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。
(3)相對(duì)中等承載力等級(jí)區(qū)。該等級(jí)承載力區(qū)面積為8 228.9km2,占研究區(qū)總面積的33.2%,主要在松潘縣,占到該等級(jí)區(qū)面積的38.7%,其它4縣也有少量分布(圖1)。該等級(jí)區(qū)植被類型以灌木林為主,土壤侵蝕較小,平均侵蝕模數(shù)為3 234.3t/(km2·a),水土保持較好,退耕還林政策發(fā)揮了較大作用,年均NDVI達(dá)到0.522;但是該區(qū)耕地面積較少,糧食產(chǎn)出較小。雖然汶川地震區(qū)土壤侵蝕嚴(yán)重,但該區(qū)自身經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá),對(duì)災(zāi)害的承載力較強(qiáng),因此,屬于相對(duì)中等級(jí)區(qū)。
(4)相對(duì)較高承載力等級(jí)區(qū)。該等級(jí)承載力區(qū)面積為7 666.3km2,占研究區(qū)總面積的30.9%,在茂縣分布最為廣泛,占到該區(qū)總面積的25.6%(圖1)。耕地主要分布在該區(qū),該區(qū)耕地面積占總耕地面積的36.7%,主要沿著岷江干流、支流分布于干旱河谷之中,糧食產(chǎn)出較多,化肥集約度和農(nóng)業(yè)綜合機(jī)械化水平也較高,經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較強(qiáng),地均GDP達(dá)到24.5元/km2,從而導(dǎo)致該區(qū)域土地資源承載力較高。
(5)相對(duì)高承載力等級(jí)區(qū)。該等級(jí)承載力區(qū)的面積為1 183.9km2,僅占到研究區(qū)總面積的4.8%,主要沿河谷分布,茂縣分布最廣(圖1)。該區(qū)主要為建設(shè)用地以及農(nóng)業(yè)綜合機(jī)械化水平和化肥集約度高的耕地,該區(qū)的耕地和建設(shè)用地就占到研究區(qū)兩土地利用類型總面積的60.2%和93.2%。區(qū)域土壤侵蝕亦很輕,土壤侵蝕模數(shù)僅為2 812.5t/(km2·a),同時(shí)地均 GDP達(dá)到444.5元/km2。因此,該區(qū)特征就是土地肥沃和經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)。以上因素的綜合作用使得這些區(qū)域成為岷江上游土地資源承載力最高的區(qū)域。
圖1 五縣中各承載力等級(jí)面積占該承載力等級(jí)總面積比例
對(duì)各縣不同承載力等級(jí)區(qū)進(jìn)行面積比例統(tǒng)計(jì)(圖2),用于比對(duì)分析各縣內(nèi)部的相對(duì)承載力差異。由圖2可看出,松潘縣以相對(duì)中等級(jí)區(qū)面積比例最大,達(dá)38.2%,而相對(duì)高等級(jí)區(qū)所占比例最小,僅為2.5%;汶川縣則以相對(duì)較高等級(jí)區(qū)占有最大比例,達(dá)40.2%,亦以相對(duì)高等級(jí)區(qū)占最小比例,僅為6.4%;理縣相對(duì)中、較高和較低等級(jí)區(qū)所占比例分別為31.2%,31.5%和31.3%,相對(duì)低等級(jí)區(qū)占比例最小,僅為1.4%;茂縣以相對(duì)較高等級(jí)區(qū)占最大比例,達(dá)50.3%,相對(duì)低等級(jí)區(qū)占最小比例,僅為7.2%;黑水縣相對(duì)中、較高和較低等級(jí)區(qū)所占比例亦相近,分別為33.0%,29.1%和24.8%,相對(duì)高等級(jí)區(qū)占最小比例,僅為4.3%。因此,就區(qū)縣上看,汶川、茂縣的土地資源承載力水平較高,而理縣、黑水、松潘的土地資源承載力水平較低,依據(jù)各縣相對(duì)承載力平均值對(duì)五縣的土地承載力進(jìn)行排序,結(jié)果為茂縣(0.531)>汶川(0.510)>理縣(0.470)>黑水(0.456)>松潘(0.423)。茂縣最高的主要原因是該縣耕地面積較大,具有較大的糧食產(chǎn)出,“退耕還林”工程的實(shí)施使得該縣土壤侵蝕較輕,水土保持較好,同時(shí)經(jīng)濟(jì)也較為發(fā)達(dá);松潘最低,是因?yàn)樵摽h耕地面積較小,以稀疏草地覆蓋為主,糧食產(chǎn)量低,加上土壤侵蝕較嚴(yán)重,經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)欠發(fā)達(dá)。
圖2 五縣中各承載力等級(jí)面積占對(duì)應(yīng)縣行政區(qū)面積比例
利用式(4),分別計(jì)算岷江上游驅(qū)動(dòng)力、壓力、狀態(tài)、影響、響應(yīng)各準(zhǔn)則層對(duì)區(qū)域土地資源相對(duì)承載力的貢獻(xiàn)率,計(jì)算結(jié)果如圖3所示。與附圖3對(duì)比可以看出,驅(qū)動(dòng)力層在整個(gè)研究區(qū)的貢獻(xiàn)率均較小,大部分區(qū)域的貢獻(xiàn)率均小于7%,只有相對(duì)高等級(jí)區(qū)貢獻(xiàn)率相對(duì)較大,但最大值也僅達(dá)到37%。壓力層在相對(duì)低、較低等級(jí)區(qū)貢獻(xiàn)率較大(大于48%),是該兩等級(jí)區(qū)的主要作用層;在相對(duì)高等級(jí)區(qū)貢獻(xiàn)率小于36%,影響相對(duì)較小。狀態(tài)層在整個(gè)研究區(qū)的貢獻(xiàn)率均較大,絕大部分地區(qū)貢獻(xiàn)率大于51%,其中在相對(duì)中、較高等級(jí)區(qū)貢獻(xiàn)率大于71%,是該兩等級(jí)區(qū)的絕對(duì)作用層;在相對(duì)高等級(jí)區(qū)貢獻(xiàn)率相對(duì)較?。ㄐ∮?0%),在相對(duì)低、較低等級(jí)區(qū)貢獻(xiàn)率介于兩者之間。影響層在相對(duì)低等級(jí)區(qū)貢獻(xiàn)率較大(大于48%),是該等級(jí)區(qū)的主要作用層;在相對(duì)中、較高、高等級(jí)區(qū)貢獻(xiàn)率相對(duì)較?。ㄐ∮?1%),相對(duì)較低等級(jí)區(qū)貢獻(xiàn)率介于兩者之間。響應(yīng)層在整個(gè)研究區(qū)的貢獻(xiàn)率均較小,絕大部分區(qū)域貢獻(xiàn)率小于5%,貢獻(xiàn)率最小的區(qū)域?yàn)樗膳丝h(小于1%)。綜上所述,狀態(tài)層對(duì)整個(gè)區(qū)域的貢獻(xiàn)率最大,均值為72%,其次是壓力層,均值為48%,說(shuō)明狀態(tài)層對(duì)研究區(qū)土地資源相對(duì)承載力評(píng)價(jià)最為敏感,也是提高區(qū)域土地資源承載力的關(guān)鍵所在。
圖3 各準(zhǔn)則層貢獻(xiàn)率空間分布
本文基于DPSIR模型構(gòu)建了岷江上游土地資源相對(duì)承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,利用GIS實(shí)現(xiàn)了各指標(biāo)的格網(wǎng)化,并應(yīng)用PCA法進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重賦值,最終實(shí)現(xiàn)了基于格網(wǎng)的岷江上游2010年土地資源相對(duì)承載力評(píng)價(jià),所得結(jié)論如下:
(1)通過(guò)主成分分析法確定的各指標(biāo)權(quán)重可以說(shuō)明影響岷江上游土地資源相對(duì)承載力的主要指標(biāo)有城鎮(zhèn)化水平、人口密度、地均GDP、實(shí)際載畜量、草地覆蓋率,其中草地覆蓋率>實(shí)際載畜量>人口密度>城鎮(zhèn)化水平>地均GDP,說(shuō)明社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與放牧類指標(biāo)對(duì)該區(qū)域土地資源承載力影響較大。
(2)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示岷江上游土地資源相對(duì)承載力總體空間分布為東高西低,相對(duì)中承載力等級(jí)區(qū)面積最大,相對(duì)高承載力等級(jí)區(qū)面積最小,各等級(jí)區(qū)面積排序?yàn)橄鄬?duì)中等級(jí)區(qū)>相對(duì)較高等級(jí)區(qū)>相對(duì)較低等級(jí)區(qū)>相對(duì)低等級(jí)區(qū)>相對(duì)高等級(jí)區(qū)。汶川地震區(qū)雖然土壤侵蝕嚴(yán)重,草地、林地覆蓋率較低,但該區(qū)經(jīng)濟(jì)相對(duì)較為發(fā)達(dá),對(duì)災(zāi)害的承載力較強(qiáng),因此,屬于相對(duì)中等級(jí)區(qū)。
(3)岷江五縣的承載力排序依次為茂縣>汶川>理縣>黑水>松潘。其中,茂縣、汶川、理縣以相對(duì)較高等級(jí)區(qū)為主,黑水、松潘以相對(duì)中等級(jí)區(qū)為主。茂縣最高的土地資源承載力緣于該縣耕地面積大,水土保持較好且經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)較好;松潘最低是因?yàn)榧Z食產(chǎn)量較少,土壤侵蝕較嚴(yán)重且經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)欠發(fā)達(dá)。
(4)從準(zhǔn)則層的角度分析得出,狀態(tài)層對(duì)研究區(qū)土地資源相對(duì)承載力評(píng)價(jià)最為敏感,貢獻(xiàn)率均值為72%,其次為壓力層。
因此未來(lái)可以通過(guò)從發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟(jì),包括工業(yè)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)出,植樹(shù)造林,合理畜牧提高區(qū)域植被覆蓋度,來(lái)提高區(qū)域土地資源承載力。
[1] Sara J,Heidi H,Alan B A,et al.Identification of superfluous roads in terms of sustainable military land carrying capacity and environment[J].Journal of Terramechanics,2011,48(2):97-104.
[2] Murray L.The carrying capacity imperative:Assessing regional carrying capacity methodologies for sustainable land-use planning[J].Land Use Policy,2010,27(4):1038-1045.
[3] Haraldsson H V,Olafsdóttir R.A novel modelling approach for evaluating the preindustrial natural carrying capacity of human population in Iceland[J].Science of the Total Environment,2006,372(1):109-119.
[4] Wang X J,Zhang J Y,Liu J F,et al.Water resources and planning and management based on system dynamics:a case study of Yulin city[J].Environ.Dev.Sustain.,2011,13(2):331-351.
[5] Li H P,Yu B.Numerical study of regional environmental carrying capacity for livestock and poultry farming based on planting-breeding balance[J].Journal of Environmental Sciences,2013,25(9):1882-1889.
[6] 彭立,劉邵權(quán).土地功能視角下的土地資源人口承載力研究:以攀枝花、六盤水市為例[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境,2012,21(S1):74-81.
[7] Zhen L,Cao S Y,Cheng S K,et al.Arable land requirements based on food consumption patterns:Case study in rural Guyuan District Western China[J].Ecologic economics,2010,69(7):1443-1453.
[8] 葉延瓊,樊宏,陳國(guó)階.岷江上游土地退化及其防治對(duì)策[J].水土保持通報(bào),2002,22(6):56-58.
[9] 柳金峰,游勇,陳興長(zhǎng).岷江上游潛在性泥石流堰塞湖危害及判識(shí)[J].地理科學(xué),2012,32(7):885-891.
[10] 趙永華,何興元,胡遠(yuǎn)滿,等.岷江上游土地利用覆被變化及其驅(qū)動(dòng)力[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2006,17(5):862-866.
[11] 馬超飛,馬建文,哈斯巴干,等.基于RS和GIS的岷江流域退耕還林還草的初步研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2001,15(4):20-24.
[12] Zhao X G,Xiao L,Lan Y X,et al.Dynamics of ecological footprint and ecological capacity of Shanxi[J].Scientia Agricultura Sinica,2005,38(4):746-753.
[13] Yue T X,Tian Y Z,Liu J Y,et al.Surface modeling of human carrying capacity of terrestrial ecosystems in China[J].Ecological Modelling,2008,214(2):168-180.
[14] Shi Y,Wang H,Yin C.Evaluation method of urban land population carrying capacity based on GIS:A case of Shanghai,China[J].Computers Environment and Urban Systems,2013,39:27-38.
[15] 呂寶,王成端,周亞紅.綿陽(yáng)市土地資源承載力研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2007,30(4):489-492.
[16] 哈斯巴根,李百歲,寶音,等.區(qū)域土地資源人口承載力理論模型及實(shí)證研究[J].地理科學(xué),2008,28(2):189-194.
[17] He R W,Liu SH Q,Liu Y W.Application of SD model in Analyzing the Cultivated Land Carrying Capacity:A Case Study in Bijie Prefecture,Guizho Province,China[J].Procedia Environmental Sciences,2011,10:1985-1991.
[18] 何興元,胡志斌,李月輝,等.支持下岷江上游土壤侵蝕動(dòng)態(tài)研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2005,16(12):2271-2278.
[19] 李愛(ài)農(nóng),周萬(wàn)村,江曉波.遙感和GIS技術(shù)支持下的岷江上游15a土地利用/土地覆被動(dòng)態(tài)變化研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2003,27(4):153-156.
[20] 李愛(ài)農(nóng),周萬(wàn)村,江曉波,等.土地利用與土地覆被時(shí)空動(dòng)態(tài)變化分析:以岷江上游地區(qū)為例[J].地球信息科學(xué),2003,5(2):100-104.
[21] 姜琳,李愛(ài)農(nóng),邊金虎,等.岷江上游2000—2010年土壤侵蝕時(shí)空格局動(dòng)態(tài)變化分析[J].水土保持學(xué)報(bào)2014,28(1):18-25.
[22] Skoulikidis N T.The environmental state of rivers in the Balkans:A review within the DPSIR framework[J].Science of the Envrronment,2009,407(8):2501-2516.
[23] Amanda J G,Jonathan P A,Daryl B,et al.A problem structuring method for ecosystem-based management:The DPSIR modelling process[J].European Journal of Operational Research,2013,227(3):558-569.
[24] 劉艷鋒,陳學(xué)華,賀秀斌,等.岷江上游土壤侵蝕與土地利用的耦合關(guān)系研究[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào),2009,24(5):161-165,185.
[25] 周睿,胡玉喆,熊穎,等.岷江上游河岸帶土地覆蓋格局及其生態(tài)學(xué)解釋[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2007,31(1):2-10.
[26] 楊兆平,常禹,問(wèn)青春.岷江上游干旱河谷耕地和居民用地的空間特征[J].生態(tài)學(xué)雜志,2007,26(3):327-331.
[27] 楊奇勇,楊勁松,李曉明,等.基于GIS的鹽漬土改良區(qū)耕地土壤適宜性評(píng)價(jià)[J].自然資源學(xué)報(bào),2011,26(3):477-485.
[28] 王雪梅,李新,馬明國(guó).干旱區(qū)內(nèi)陸河流域人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的空間化:以黑河流域?yàn)槔跩].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2007,21(6):39-47.
[29] Steven M Q,Srinivasan G.Evaluating the utility of the Vegetation Condition Index(VCI)for monitoring meteorological drought in Texas[J].Agricultural and Forest Meteorology,2010,150(3):330-339.
[30] Liu Z X,Zhang R.A new method that can improve regional eco-environmental evaluation:combining GIS with AHP[J].Resour.Environ.Yangtze Basin,2003,12(2):163-168.
[31] Christoph M,Inga-Lena D,Heiko von der G.A Delphi-based risk analysis:Identifying and assessing future challenges for supply chain security in a multistakeholder environment[J].Technological Forecasting and Social Change,2013,80(9):1815-1833.
[32] Parinet B,Lhote A,Legube B.Principal component analysis:an appropriate tool for water quality evaluation and management:application to a tropical lake system[J].Ecol.Model.,2004,178(3):295-311.
[33] 胡碧玉,胡昌升,郭郡郡.基于熵權(quán)的川北城市生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評(píng)價(jià)[J].水土保持研究,2010,17(6):158-162,168.
[34] 孫奇奇,宋戈,齊美玲.基于主成分分析的哈爾濱市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)[J].水土保持研究,2012,19(1):234-238.
[35] 徐博,雷國(guó)平,張慧,等.基于主成分分析法和GIS的土地利用綜合分區(qū)研究:以黑龍江省紅興隆墾區(qū)五九七農(nóng)場(chǎng)為例[J].水土保持研究,2013,20(2):186-190,200.
[36] Li A N,Wang A S H,Liang S H L,et al.Eco-environmental vulnerability evaluation in mountainous region using remote sensing and GIS:A case study in the upper reaches of Minjiang River,China[J].Ecological Modelling,2006,192(1):175-187.
[37] 郭兵,陶和平,姜琳,等.自然災(zāi)害脅迫下的岷江上游生態(tài)環(huán)境宜居性評(píng)價(jià)[J].水土保持通報(bào),2013,33(1):124-128.