李養(yǎng)兵，王秋龍

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基于生態(tài)位理論的安徽省江淮分水嶺地區(qū)農(nóng)用地變化研究

李養(yǎng)兵，王秋龍

研究運用土地生態(tài)位理論的數(shù)量生態(tài)位(寬度)和擴充壓縮度數(shù)學(xué)模型，以安徽江淮分水嶺地區(qū)1998～2013年農(nóng)用地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了江淮分水嶺農(nóng)用地生態(tài)位的變化過程。分析表明:(1)各種類型農(nóng)用地之間生態(tài)位態(tài)勢差變化不明顯,耕地生態(tài)位突出，其他類型農(nóng)用地生態(tài)位較低,農(nóng)地利用結(jié)構(gòu)不夠合理，影響江淮分水嶺的生態(tài)環(huán)境保護。(2) 區(qū)域內(nèi)各類型農(nóng)用地的生態(tài)位競爭不明顯，系統(tǒng)相對穩(wěn)定。農(nóng)用地的變化主要表現(xiàn)為園地、其他農(nóng)用地與耕地、林地、牧草地之間弱的生態(tài)位競爭。農(nóng)用地生態(tài)位整體在不斷壓縮,整體向系統(tǒng)外其他類型用地流轉(zhuǎn)。(3)農(nóng)用地生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過15年的發(fā)展變化,目前系統(tǒng)比較穩(wěn)定，變化小,但耕地與園地的生態(tài)位矛盾競爭使區(qū)域農(nóng)用地生態(tài)系統(tǒng)潛伏著一定的危機。(4)需要提高園地、林地等生態(tài)保護功能用地的生態(tài)位，適當(dāng)縮減耕地生態(tài)位，增加生態(tài)多樣性。

生態(tài)位理論；農(nóng)用地；江淮分水嶺；安徽省

土地利用導(dǎo)致的土地覆蓋變化不但會對區(qū)域水文、氣候、地理環(huán)境及生物多樣性等產(chǎn)生顯著的影響,還會對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量以及生態(tài)系統(tǒng)的功能產(chǎn)生重大影響。研究土地生態(tài)系統(tǒng)各土地類型的變化可以用傳統(tǒng)的信息熵、土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣及土地利用類型動態(tài)度指數(shù)等模型[1]。與之相比，土地生態(tài)位理論也是土地生態(tài)系統(tǒng)演替規(guī)律研究的有力工具之一，不但能檢測土地生態(tài)系統(tǒng)各要素的變化速度，還能反映出土地生態(tài)系統(tǒng)變化的態(tài)勢和方向[2]。土地生態(tài)位理論對反映土地生態(tài)系統(tǒng)整體的演替與發(fā)展規(guī)律有重要的理論意義和應(yīng)用價值。一些學(xué)者利用土地生態(tài)位理論進行了土地生態(tài)適宜度評價、土地生態(tài)位的利用變化、土地經(jīng)濟生態(tài)位等應(yīng)用研究[3]，取得了不少研究成果，豐富了土地生態(tài)位應(yīng)用研究。但是較少研究涉及到利用土地生態(tài)位理論研究農(nóng)用地生態(tài)系統(tǒng)各類型土地的發(fā)展變化及其對區(qū)域環(huán)境的影響。分水嶺地區(qū)是十分重要的自然地理單元，尤其是該區(qū)域的農(nóng)用地變化對區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化影響顯著。研究擬以江淮分水嶺地區(qū)為例，利用土地生態(tài)位數(shù)學(xué)模型和理論方法，對該地區(qū)的農(nóng)用地生態(tài)系統(tǒng)的變化過程進行系統(tǒng)分析，以期為該區(qū)合理調(diào)整農(nóng)用地結(jié)構(gòu)，促進農(nóng)地生態(tài)系統(tǒng)和諧、可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 土地生態(tài)位理論模型構(gòu)建

生態(tài)位又稱小生境、生態(tài)區(qū)位、生態(tài)棲位，是一個物種所處的環(huán)境以及其本身生活習(xí)性的總稱。把生態(tài)位理論應(yīng)用到土地生態(tài)系統(tǒng)中即是土地利用的生態(tài)位。土地利用的生態(tài)位是不同土地利用類型在系統(tǒng)中所處的地位、作用和空間狀態(tài)及在系統(tǒng)中所具有的功能[5]，即土地利用類型占用新生境的能力。根據(jù)牛海鵬等人研究的的生態(tài)位數(shù)學(xué)測度模型[6]，一定區(qū)域內(nèi)各土地利用類型生態(tài)元的數(shù)量生態(tài)位可以用以下兩個數(shù)學(xué)測度模型進行測量分析：

1.1 農(nóng)用地類型的數(shù)量生態(tài)位(寬度)模型

由生態(tài)位的態(tài)勢理論可知,系統(tǒng)單元均具有位和勢兩方面的屬性。因此，各類型農(nóng)用地在農(nóng)用地生態(tài)系統(tǒng)中位和勢兩方面的屬性可以用土地利用的數(shù)量生態(tài)位數(shù)學(xué)公式1表示[4]：

(1)

公式1中Ci代表某類型的農(nóng)用地數(shù)量生態(tài)位(寬度),Pi代表該類型農(nóng)用地生態(tài)單元的數(shù)量勢,Pj代表j類型農(nóng)用地生態(tài)元的數(shù)量勢,j表示不同類型農(nóng)業(yè)用地，即土地生態(tài)單元；Sj代表j類型農(nóng)用地生態(tài)元的數(shù)量態(tài),Si代表該類型農(nóng)用地生態(tài)元的數(shù)量態(tài)；A為量綱轉(zhuǎn)換系數(shù),一般表示年數(shù)[4]。因此，分子計算結(jié)果代表某類型農(nóng)用地生態(tài)元的絕對數(shù)量生態(tài)位[4],分母則是與土地生態(tài)系統(tǒng)中所有土地利用類型單元的絕對數(shù)量生態(tài)位之和，兩者的比值則是該類型農(nóng)用地生態(tài)元的相對數(shù)量生態(tài)位(寬度)[4。Ci的值越大,表示該類型農(nóng)用地在一定的農(nóng)用地地生態(tài)系統(tǒng)中中發(fā)揮的生態(tài)作用越明顯,并且從Ci歷年的變化趨勢中還可以看出該類型農(nóng)用地生態(tài)位的態(tài)和勢的變化[4]。

1.2 農(nóng)用地類型的生態(tài)位擴充壓縮度模型

在農(nóng)用地生態(tài)系統(tǒng)中，農(nóng)用地類型的生態(tài)位擴充是指由于某種類型的農(nóng)用地生態(tài)元不斷地增長導(dǎo)致其態(tài)和勢的不斷增加。而農(nóng)用地類型的生態(tài)位壓縮則是指由于某類型農(nóng)用地生態(tài)元之間競爭增強導(dǎo)致其與其他不同類型農(nóng)用地生態(tài)位重疊；結(jié)果該類型農(nóng)用地生態(tài)元生態(tài)位擴充,而使得其它類型農(nóng)用地生態(tài)元生態(tài)位的態(tài)與勢減小。任何生態(tài)元要發(fā)揮更大的生態(tài)作用,對環(huán)境產(chǎn)生更大的影響[7]，都必須不斷擴充其生態(tài)位的生境能力,試圖占據(jù)更大的生存空間和發(fā)展空間。

根據(jù)生態(tài)位的態(tài)勢理論，農(nóng)用地類型的生態(tài)位擴充壓縮度可以用該類型農(nóng)用地數(shù)量生態(tài)位的態(tài)與勢的比值來度量[11]。數(shù)學(xué)模型如公示2:

(2)

在公式2中，P代表在特定時間內(nèi)一定區(qū)域中某類型農(nóng)用地生態(tài)元的數(shù)量生態(tài)位的勢，即面積變化量，可為正值和負值；S代表該研究區(qū)域特定時間該生態(tài)元數(shù)量生態(tài)位初始的態(tài)，即該時段土地利用類型初始面積；T代表研究區(qū)該類型農(nóng)用地生態(tài)位擴充壓縮度。當(dāng)T<0時，表示該類型農(nóng)用地生態(tài)位壓縮，T越小，壓縮速度越大；當(dāng)T=0時，表示該類型農(nóng)用地生態(tài)位處于相對的穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)T>0時,表示該類型農(nóng)用地生態(tài)位在擴充,T越大,擴充速度越大[4]。

2 安徽江淮分水嶺地區(qū)農(nóng)用地生態(tài)位分析

2.1 研究區(qū)概況

江淮分水嶺是指秦嶺、大別山向東的延伸部分，為長江與淮河的分水嶺，又稱江淮丘陵。在安徽省江淮分水嶺面積約2萬km2，地處安徽省中部，包括長豐、肥西、肥東、霍邱、壽縣、滁州、鳳陽、全椒、來安、天長、定遠等縣市，是古代吳楚相連之地(位置見圖1)。海拔在100-300m之間，位于北亞熱帶向暖溫帶的過渡帶上，氣候、植被、土壤等都有明顯的過渡性特征。該地區(qū)降水量豐富，人均坡地多，6度以上的坡地人均近667m2，是安徽重要的糧食生產(chǎn)基地，但土壤不肥沃，分水嶺上缺水易旱，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)在分水嶺上前景不容樂觀。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式落后，生態(tài)環(huán)境不容樂觀，貧困人口較多，所以加快分水嶺生態(tài)環(huán)境治理、調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、改變農(nóng)用地結(jié)構(gòu)尤為重要。

圖1 安徽江淮分水嶺地區(qū)空間分布

2.2 農(nóng)用地生態(tài)位分析

根據(jù)生態(tài)位數(shù)學(xué)測度模型，區(qū)內(nèi)各類型農(nóng)用地生態(tài)位生態(tài)元的“態(tài)”用特定時間各類農(nóng)用地土數(shù)量( 面積)作為測量標(biāo)準(zhǔn)，各類型農(nóng)用地生態(tài)位生態(tài)元的“勢”用其數(shù)量 ( 面積) 變化量作為作為測量標(biāo)準(zhǔn)，并以1年為時間尺度 ( 此時，量綱轉(zhuǎn)換系數(shù)為 1a)。以江淮分水嶺各地區(qū)1998-2013年土地利用變更調(diào)查與監(jiān)測資料的農(nóng)用地數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源計算得出各農(nóng)用地數(shù)量生態(tài)位和擴充壓縮度數(shù)值 (表1) 和各類農(nóng)用地數(shù)量生態(tài)位變化圖(圖2)及各類農(nóng)用地生態(tài)位擴充壓縮度變化圖(圖3)。

表1 1998—2013安徽江淮分水嶺農(nóng)用地生態(tài)位和擴充壓縮度表

圖2 安徽江淮分水嶺各類農(nóng)用地數(shù)量生態(tài)位變化

圖3 安徽江淮分水嶺各類農(nóng)用地生態(tài)位擴充壓縮度變化

通過分析可以得出如下結(jié)論：

(1)從農(nóng)用地利用類型的生態(tài)位數(shù)量(生態(tài)位寬度)上看，研究時段生態(tài)位寬度較高的是耕地，一直穩(wěn)定在0.623—0.677，生態(tài)位十分突出。其次是其他農(nóng)用地，生態(tài)位寬度在0.133—0.187之間，變化不大，總體呈下降趨勢。對區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有重要作用的林地、園地和牧草地生態(tài)位較低， 尤其是園地的的生態(tài)位數(shù)量一直較低，最高也只有0.01，而且呈逐漸降低的趨勢。只有林地的生態(tài)位稍高，并呈增長趨勢，但最高值也只有2011年的0.186，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的貢獻有限。

(2)從農(nóng)用地數(shù)量生態(tài)位變化方向看，耕地生態(tài)位在2001年受生態(tài)退耕政策的影響下降明顯，隨后快速回升并保持穩(wěn)定。其他農(nóng)用地生態(tài)位在2009年國家大力實施土地整理之后下降顯著。生態(tài)位競爭主要表現(xiàn)在林地和其他農(nóng)用地、耕地之間以及林地與園地之間，表現(xiàn)為其他農(nóng)用地向耕地和林地流轉(zhuǎn)，園地向林地和牧草地流轉(zhuǎn)，但是生態(tài)位競爭較小。總體上區(qū)域農(nóng)用地的生態(tài)位勢差穩(wěn)中有降，用地結(jié)構(gòu)調(diào)整不明顯，生態(tài)系統(tǒng)多樣性增加不顯著。

(3)從土地生態(tài)位擴充壓縮度上看，園地和其他農(nóng)用地的生態(tài)位擴充壓縮度基本為負值，生態(tài)位逐年壓縮，其中，園地的壓縮度最快,2011年更是達到44.13%。耕地除了2011年因土地整理補充耕地表現(xiàn)為擴充外，基本上也表現(xiàn)為壓縮，牧草地同樣如此。只有林地的生態(tài)位擴充壓縮度總體表現(xiàn)為正值，但是擴充速度不明顯。說明了園地和其他農(nóng)用地在向林地、牧草地、耕地流轉(zhuǎn)。從整體上看，農(nóng)用地的生態(tài)位擴充壓縮度表現(xiàn)為負值，說明農(nóng)用地的生態(tài)位整體受到壓縮，農(nóng)用地不斷地向系統(tǒng)外用地流轉(zhuǎn)。

(4)從土地生態(tài)系統(tǒng)演化看，由于耕地、林地向其他農(nóng)用地、園地擴充，目前階段耕地與園地的是系統(tǒng)的主要矛盾。一方面為了糧食安全在擴大生產(chǎn)，另一方導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)比例不均衡，使系統(tǒng)潛伏著危機。如果江淮分水嶺農(nóng)用地生態(tài)系統(tǒng)不進行調(diào)節(jié)和干預(yù)，那么系統(tǒng)的平衡被打破，將走向不穩(wěn)定的局面。

3 結(jié)語

通過對安徽江淮分水嶺地區(qū)15年來農(nóng)用地生態(tài)位結(jié)構(gòu)的變化分析，得出以下結(jié)論和建議:

(1)安徽江淮分水嶺地區(qū)雖然在生態(tài)治理，農(nóng)用地經(jīng)過15年的結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和調(diào)整，依然是耕地的的地位十分突出，土地利用結(jié)構(gòu)單一、生態(tài)多樣性沒有明顯增加。生態(tài)功能較強的園地、林地、牧草地對保護江淮分水嶺的生態(tài)環(huán)境作用不顯著。

(2)區(qū)域內(nèi)各類型農(nóng)用地的生態(tài)位競爭不明顯，系統(tǒng)相對穩(wěn)定。農(nóng)用地的變化主要表現(xiàn)為園地、其他農(nóng)用地與耕地、林地、牧草地之間弱的生態(tài)位競爭。

(3)從農(nóng)用地結(jié)構(gòu)發(fā)展來看一直處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，但也存在著一定的矛盾。表現(xiàn)為園地和林地、牧草地之間的生態(tài)位競爭，雖然不激烈，但對地區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護依然不利?？赡芸紤]到地方糧食安全因素，耕地生態(tài)位調(diào)整不明顯，系統(tǒng)仍然存在不穩(wěn)定的因素，潛伏著一定程度的危機。

(4)根據(jù)安徽江淮分水嶺土壤貧瘠、易旱的特點，需要提高園地、林地等生態(tài)保護功能用地的生態(tài)位，適當(dāng)縮減耕地生態(tài)位，增加生態(tài)多樣性。研究結(jié)果為安徽江淮分水嶺綜合治理和保護提供調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的理論依據(jù)和發(fā)展方向。

總之，建立在土地利用生態(tài)位理論基礎(chǔ)上的土地生態(tài)位模型在研究土地利用變化及其影響中具有一定的現(xiàn)實意義。對農(nóng)地生態(tài)系統(tǒng)各要素的動態(tài)變化態(tài)勢、方向和速度以及農(nóng)地利用類型間的相互轉(zhuǎn)變過程都可以從自然生態(tài)系統(tǒng)演化理論方面得到很好的解釋和驗證。

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責(zé)任編輯：劉海濤

Analyzing Changes of Agricultural Land Based on the Niche Theory in Jianghuai Watershed of Anhui Province

Li YangBing, Wang Qiulong

Land Niche theory is one of powerful tools to study the laws of succession of land ecological system. It could not only clearly measure the changing situation, direction and speed of land ecosystem among the elements of the land ecosystem, but also reflect the succession and development of the whole system. By constructing the model of niche theory, this paper analyzes the change process of agricultural landuse from 1998 to 2013 in Jianghuai watershed. The results show that: (1) Difference of niche situation among all sorts of land type does not significantly change; the farmland ecosystem diversity does not significantly increase; land use structure is still not reasonable. These affect the ecological environment protection in Jianghuai watershed; (2) Niche competition is not obvious in the area of each type of agricultural land, relatively stable system. Change of agricultural land is mainly manifested in the garden, among other agricultural land and cultivated land, wood land, grass land and weak ecological niche competition. Ecological niche is continuously compressed, and farmland is transferring to other types of land outside ecological system; (3) After 15 years development, farmland ecological system is currently in the stable stage. But the latent crisis is the contradiction between cultivated and garden land; (4) We must adjust the structure of agricultural production, improve the niche of ecological protection function, such as the garden land, woodland etc. Moreover we should appropriately reduce the niche of cultivated land to increase the ecological diversity. The results provide the theory basis of adjusting agricultural production structure and development direction for the comprehensive treatment and protection of Jianghuai watershed in Anhui province.

Niche Theory; agricultural land; Jianghuai watershed; Anhui province

TU981

A

1673-1794(2016)05-0014-04

李養(yǎng)兵，滁州學(xué)院地理信息與旅游學(xué)院講師，安徽師范大學(xué)國土資源與旅游學(xué)院博士研究生(安徽 蕪湖 241003)；王秋龍，滁州學(xué)院地理信息與旅游學(xué)院(安徽 滁州 239012)。

安徽省哲學(xué)社科規(guī)劃項目(AHSKY2014D20)

2016-02-03