彭文甫, 周介銘, 徐新良, 趙景峰

(1.四川師范大學(xué) 地理與資源科學(xué)學(xué)院, 四川 成都 610068; 2.四川師范大學(xué) 西南土地資源評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川 成都 610068; 3.中國(guó)科學(xué)院 資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心, 北京 100101)

基于景觀生態(tài)安全格局的成都平原與龍門山脈過(guò)渡帶土地資源開發(fā)利用

彭文甫1,2, 周介銘1,2, 徐新良3, 趙景峰1,2

(1.四川師范大學(xué) 地理與資源科學(xué)學(xué)院, 四川 成都 610068; 2.四川師范大學(xué) 西南土地資源評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川 成都 610068; 3.中國(guó)科學(xué)院 資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心, 北京 100101)

[目的] 基于景觀生態(tài)安全格局的土地利用研究，為緩解人地矛盾、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。 [方法] 以成都平原與龍門山脈過(guò)渡帶的四川省綿竹市為例，基于遙感和GIS技術(shù)，在提取和分析20 a來(lái)土地利用變化及其地形因子響應(yīng)基礎(chǔ)上，以生態(tài)用地保護(hù)為目標(biāo)，選取地形和土地覆蓋類型為阻力因子，應(yīng)用最小累計(jì)阻力模型構(gòu)建景觀生態(tài)安全格局。通過(guò)與土地資源現(xiàn)狀的疊加，對(duì)不同景觀安全水平的土地資源進(jìn)行劃分。 [結(jié)果] 研究區(qū)土地資源分為優(yōu)先開發(fā)、適度開發(fā)、限制開發(fā)、禁止開發(fā)等4種類型，其面積分別達(dá)7 218.39，17 974.75，21 545.39，77 791.46 hm2，并分析各類型土地利用特征，提出了相應(yīng)的土地資源開發(fā)利用規(guī)劃。 [結(jié)論] 基于景觀生態(tài)格局理論與方法，提出的不同生態(tài)安全水平的土地用地規(guī)劃，有利于區(qū)域生態(tài)安全保護(hù)和土地資源持續(xù)性利用。

景觀安全格局; 最小阻力模型; 土地資源開發(fā); GIS

文獻(xiàn)參數(shù)： 彭文甫, 周介銘, 徐新良, 等.基于景觀生態(tài)安全格局的成都平原與龍門山脈過(guò)渡帶土地資源開發(fā)利用[J].水土保持通報(bào)，2017,37(2)：65-74.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.02.010； Peng Wenfu, Zhou Jieming, Xu Xinliang, et al. Land Utilization of the Transition Zone from Chengdu Plain and Longmen Mountains Based on Landscape Ecological Security Pattern[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(2)：65-74.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.02.010

土地利用與覆被在全球和區(qū)域尺度上發(fā)生了顯著的變化，對(duì)人類生存、發(fā)展有重大影響的全球性問(wèn)題日益激化，土地生態(tài)系統(tǒng)面臨著日益嚴(yán)重的威脅[1-2]。有限的土地資源保障程度和脆弱的環(huán)境承載能力面臨著前所未有的壓力[3]，導(dǎo)致土地利用中的生物多樣性降低、生態(tài)服務(wù)功能退化等生態(tài)問(wèn)題日益突出[4]，對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)巨大壓力[5]，成為制約中國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸[6]，也影響到中國(guó)對(duì)資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)等一系列問(wèn)題的國(guó)家決策。目前，土地利用研究多集中在土地覆被的分類、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和環(huán)境影響評(píng)價(jià)[7]，但在建立土地利用變化模型時(shí)，對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)因子的驅(qū)動(dòng)作用的貢獻(xiàn)難以量化與模擬；國(guó)內(nèi)研究主要集中在“熱點(diǎn)地區(qū)”和“脆弱區(qū)”[8]，通過(guò)實(shí)例、應(yīng)用定量研究方法、構(gòu)建土地利用變化模型研究驅(qū)動(dòng)力，但國(guó)內(nèi)系統(tǒng)研究土地利用及其對(duì)全球變化響應(yīng)、驅(qū)動(dòng)力問(wèn)題仍處于初級(jí)階段，大多數(shù)研究只是關(guān)注某種或某幾種驅(qū)動(dòng)力對(duì)土地利用變化的影響，忽略了各驅(qū)動(dòng)力之間的相互作用以及土地利用變化對(duì)驅(qū)動(dòng)力的反饋?zhàn)饔肹9-11]。針對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，優(yōu)先識(shí)別與保護(hù)對(duì)維持區(qū)域生態(tài)安全具有至關(guān)重要作用的生態(tài)屏障，通過(guò)干擾排除以及空間格局規(guī)劃和管理，構(gòu)建生態(tài)安全格局，能夠保護(hù)和恢復(fù)生物多樣性，維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和過(guò)程的完整性，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的有效控制和持續(xù)改善，從而促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展[12]。在快速城市化和城市生態(tài)安全面臨巨大挑戰(zhàn)的時(shí)代背景下，構(gòu)建生態(tài)安全格局是實(shí)現(xiàn)區(qū)域和城市生態(tài)安全的基本保障和重要途徑。目前生態(tài)安全格局的研究受到相關(guān)學(xué)者高度關(guān)注[13-15]。何玲等[16]以河北省黃驊市為研究區(qū)，利用遙感、氣象數(shù)據(jù)和外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)，采用植被凈第一生產(chǎn)力核算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，構(gòu)建生態(tài)安全格局，以生態(tài)安全格局為影響因素，利用元胞自動(dòng)機(jī)和馬爾科夫模型進(jìn)行不同情境土地利用格局模擬。王旭熙等[17]以瀘縣為研究區(qū)域，利用GIS空間分析技術(shù)和景觀安全格局理論方法，提出了不同生態(tài)安全水平的低丘緩坡土地資源用地規(guī)劃。楊?yuàn)檴櫟萚18]以江西省為研究區(qū)域，通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性和生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)，以生態(tài)紅線區(qū)域作為生態(tài)安全格局構(gòu)建的生態(tài)源地，構(gòu)建了江西省生態(tài)安全格局，確定了生態(tài)安全格局組分的空間分布。張家其等[19]依據(jù)武陵山區(qū)遙感調(diào)查數(shù)據(jù)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度模型計(jì)算2000，2010年生態(tài)安全綜合指數(shù)，并對(duì)生態(tài)安全綜合指數(shù)的時(shí)空演變特征進(jìn)行分析。周朕等[20]對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)對(duì)生態(tài)用地的內(nèi)涵、分類、識(shí)別及規(guī)劃等研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)的歸納總結(jié)，認(rèn)為土地?cái)?shù)量結(jié)構(gòu)與空間布局的協(xié)同優(yōu)化是生態(tài)用地格局優(yōu)化的關(guān)鍵等。以上研究，促進(jìn)了土地資源的開發(fā)和利用，但學(xué)界對(duì)處于成都平原與龍門山脈過(guò)渡帶、生態(tài)敏感性和生態(tài)脆弱性土地資源，沒有引起足夠的關(guān)注，研究也亟待進(jìn)行一步深入；而基于景觀安全格局、功能和過(guò)程之間的耦合關(guān)系，空間上構(gòu)建維護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境安全的景觀組分，實(shí)施不同類型的生態(tài)安全功能區(qū)劃分，成為保障生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，緩解土地資源利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間矛盾的關(guān)鍵問(wèn)題[12]。

綿竹市位于成都平原與龍門山脈的過(guò)渡帶，山區(qū)和平原分別占市域土地面積的50%和30%以上。綿竹市是《四川省主體功能區(qū)規(guī)劃》(川府發(fā)[2013]16號(hào))確定的重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域—成都平原地區(qū)的節(jié)點(diǎn)城市，應(yīng)壯大城市人口和經(jīng)濟(jì)規(guī)模，增強(qiáng)先進(jìn)制造業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)的集聚功能，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)互補(bǔ)和城市功能對(duì)接，發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，形成本區(qū)域新的增長(zhǎng)點(diǎn)。隨著區(qū)域工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化快速推進(jìn)，建設(shè)用地和耕地面積分別呈現(xiàn)持續(xù)增加和減少趨勢(shì)，建設(shè)用地面積不能滿足需求，亟需合理開發(fā)利用土地資源，緩解用地矛盾。因此，本研究以綿竹市為研究區(qū)域，利用遙感、GIS空間分析技術(shù)和景觀安全格局理論方法，提出不同生態(tài)安全水平的土地資源用地規(guī)劃，為土地資源的合理開發(fā)提供理論依據(jù)，促進(jìn)區(qū)域土地資源持續(xù)性利用。

1 研究區(qū)概況

綿竹市位于四川盆地西北部，地處103°54′-104°20′E，30°09′-31°42′N，面積約1 245.3 km2。西北部屬為龍門山脈，東南部為成都平原的一部分；地勢(shì)西北高，東南低，高差懸殊。綿竹市屬四川盆地中亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)，氣候溫和，降水充沛，四季分明，大陸季風(fēng)性氣候特點(diǎn)顯著，年平均氣溫15.7 ℃，多年平均降水量1 053.2 mm。因地勢(shì)、氣候影響，植物垂直性帶譜明顯。綿竹市GDP值達(dá)212億元，人口53.66萬(wàn)人。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

研究數(shù)據(jù)主要包括遙感數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)。遙感數(shù)據(jù)包括1995，2005年Landsat-5 TM和2015年Landsat-8 OLI_TIRS遙感影像，軌道號(hào)為129/038。遙感數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云(http:∥www.gscloud.cn/)。輔助數(shù)據(jù)包括1∶5萬(wàn)地形圖、DEM數(shù)據(jù)和研究區(qū)矢量邊界數(shù)據(jù)，均來(lái)源于地理與資源科學(xué)學(xué)院，野外調(diào)查利用GPS定位和屬性采集。

遙感數(shù)據(jù)均以高斯—克呂格投影和WGS-84坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，以1∶5萬(wàn)地形圖對(duì)1995年的遙感影像進(jìn)行幾何校正，以此為基準(zhǔn)影像，選取控制點(diǎn)對(duì)2005，2015年的影像進(jìn)行幾何校正。為消除大氣散射引起的輻射誤差，采用QUAC快速大氣校正工具對(duì)研究區(qū)影像進(jìn)行大氣校正；在ENVI 5.1中對(duì)研究區(qū)影像進(jìn)行裁剪。

2.2 土地資源分類系統(tǒng)

土地資源分類參考中國(guó)科學(xué)院在“八五”重大應(yīng)用項(xiàng)目“國(guó)家資源環(huán)境遙感宏觀調(diào)查與動(dòng)態(tài)分析”中提出的基于空間分辨率為30 m的TM遙感數(shù)據(jù)的2級(jí)土地分類系統(tǒng)[21]，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際自然和人文狀況，將綿竹市土地利用與土地覆被分為6類，包括耕地、林地、草地、水體、建設(shè)用地和未利用地(表1)。

表1 土地利用分類系統(tǒng)

2.3 遙感數(shù)據(jù)分類

基于ENVI5.1和GIS平臺(tái)，采用人機(jī)交互解譯方法，結(jié)合GPS野外實(shí)地考察數(shù)據(jù)，分別對(duì)1995—2015年遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，獲取耕地、林地、草地、水體、建設(shè)用地和未利用地等景觀信息。總體分類精度大于90%以上，Kappa系數(shù)均大于0.856以上。

2.4 土地利用變化

(1) 土地利用動(dòng)態(tài)度，其表達(dá)式為：

(1)

式中：Ua，Ub——時(shí)間段a與b之間的某一種土地類型的數(shù)量；T——時(shí)間段b-a當(dāng)T設(shè)定為年時(shí)；Rd——研究時(shí)段內(nèi)某一土地類型的年變化率。

(2) 土地利用可見轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移，其表達(dá)式為：

(2)

2.5 地形因子分級(jí)

應(yīng)用ArcGIS 10.0空間分析功能，由DEM數(shù)據(jù)生成研究區(qū)坡度、坡向和地表起伏度數(shù)據(jù)，然后對(duì)各地形因子進(jìn)行等級(jí)劃分。因此，以地形因子和土地覆被類型作為阻力因子，各因子相對(duì)阻力分值的賦予通過(guò)專家打分獲得(表3)。

(1) 高程分級(jí)。由于研究區(qū)的高程變化范圍在497～4 337 m，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，以高程等間距劃分方式和過(guò)大的高程差劃分使土地利用類型的高程梯度性差異不明顯，不能很好體現(xiàn)土地利用的高程梯度性。為能較好體現(xiàn)土地利用分布隨高程變化的特征，應(yīng)用ArcGIS 10.0中Natural Breaks (Jenks)劃分方法，將研究區(qū)高程劃分為6個(gè)級(jí)別：497～884 m，884～1 405 m，1 405～1 936 m，1 936～2 534 m，2 534～3 202 m和3 202～4 337 m。

(2) 坡度劃分。在《第二次全國(guó)土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程》對(duì)坡度分級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，基于ArcGIS對(duì)研究區(qū)的坡度進(jìn)行重分類后將坡度等級(jí)分為5個(gè)等級(jí)，即等級(jí)1為0°～6°，等級(jí)2為6°～15°，等級(jí)3為15°～25°，等級(jí)4為25°～35°，等級(jí)5為>35°。

(3) 地形起伏度劃分。由于研究區(qū)的地形起伏度在0～433 m，參考中國(guó)1∶100萬(wàn)數(shù)字地貌制圖規(guī)范中的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和已有研究[22-23]，依次將研究區(qū)地形起伏度劃分為4個(gè)級(jí)別：0～30 m，30～70 m，70～200 m及200 m 以上。

2.6 景觀生態(tài)安全格局分析

2.6.1 源地識(shí)別 源地是物質(zhì)能量流通和物種擴(kuò)散的原點(diǎn)，是距離分析中的目標(biāo)和目的地，具有內(nèi)部同質(zhì)性或集聚性和外部擴(kuò)張性的特點(diǎn)[24-25]。生態(tài)用地是指除了用于生產(chǎn)建設(shè)的土地，能提供各種生態(tài)服務(wù)價(jià)值，促進(jìn)地區(qū)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的土地類型。本研究中綿竹市景觀安全格局的功能劃分是以保護(hù)生態(tài)用地為目的，尤其是對(duì)大片連塊的林地和水源的保護(hù)。因此，綿竹市生態(tài)安全源地識(shí)別，在借鑒相關(guān)的研究結(jié)果和結(jié)合綿竹市森林和水域資源分布特征，篩選出面積>20 hm2，空間上具有連續(xù)性的核心林地和水域作為生態(tài)保護(hù)源。

2.6.2 阻力面構(gòu)建 阻力面是景觀要素的地理位置、方向及其對(duì)源地?cái)U(kuò)展的阻力系數(shù)，可以引入地形(高程、坡度、起伏度等)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況(人口密度、經(jīng)濟(jì)指數(shù)等)、土地利用/覆被變化等要素[26]。生態(tài)用地間的聯(lián)系是通過(guò)克服阻力來(lái)實(shí)現(xiàn)空間水平方向的競(jìng)爭(zhēng)性控制和覆蓋過(guò)程，其阻力面反映了生態(tài)用地空間連通的趨勢(shì)[25]。本研究采用最小累計(jì)阻力模型來(lái)構(gòu)建阻力面。最小累計(jì)阻力模型為:

MCR=fmin∑(Dij·Rj)

(3)

式中：MCR——最小累積阻力值；f——某個(gè)待定的正函數(shù)；Dij——以源地i為圓心，以其中心到達(dá)空間柵格j點(diǎn)的外輻射半徑；Rj——空間柵格對(duì)生態(tài)流的阻力；i——生態(tài)源地的數(shù)目；j——阻力面柵格的個(gè)數(shù)。

2.6.3 景觀組分識(shí)別 首先，據(jù)不同阻力等級(jí)的發(fā)展閾值，本研究將研究區(qū)的景觀生態(tài)阻力面進(jìn)行重分類，劃分出不同安全水平的景觀生態(tài)區(qū)；其次，基于GIS空間分析模塊，將圖層與提取的土地資源斑塊圖層疊加，劃分土地資源景觀安全格局；最后，了解土地資源開發(fā)現(xiàn)狀與提出未來(lái)土地利用發(fā)展方向。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化

土地利用以林地和耕地為主，占研究區(qū)面積的82%以上(附圖1，表1)。

土地利用變化趨勢(shì)是面積和所占比例均發(fā)生不同程度的變化。林地面積增加，由1995年58 484.1 hm2，46.96%增加到2015年的61 906.06 hm2，49.71%，面積分別增加3 431.96 hm2，2.76%；耕地面積持續(xù)減少，由1995年的52 405.9 hm2，42.08%減少到2015年的40 458.48 hm2，32.49%，耕地分別減少11 947.42 hm2，9.59%；研究區(qū)內(nèi)建設(shè)用地面積顯著增加，由1995年的6 951.05 hm2，5.58%增加到2015年9 232.63 hm2，10.75%，分別增加了6 438.22 hm2，5.17%；未利用地面積增加較多，由1995年的4 298.43 hm2，3.45%增加到2015年6 998.44 hm2，5.62%，汶川地震對(duì)綿竹市地表植被和生態(tài)環(huán)境等造成的破壞比較嚴(yán)重，石灰?guī)r質(zhì)巖石裸露，且次生災(zāi)害增加引起地表裸露，未利用地增加顯著；水體和草地面積變化不大。

這2類土地利用類型在綿竹市土地類組中所占比例少，面積變化相對(duì)其他類型小，水體由1995年的1 661.28 hm2減少至2015年的1 474.45 hm2，減少186.83 hm2；草地面積減少了436.24 hm2。

表2 研究區(qū)1995-2015年土地利用構(gòu)成及變化

3.2 土地利用轉(zhuǎn)移特征

土地利用轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)換總體趨勢(shì)為建設(shè)用地和耕地之間的相互轉(zhuǎn)化明顯，建設(shè)用地面積大量增加、耕地面積大量減少，未利用地的轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出也反映出了這個(gè)時(shí)段內(nèi)的土地利用變化方向(表3)。1995—2015年耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)移最多，達(dá)8 548.45 hm2，占轉(zhuǎn)出面積的56.50%，其次向林地轉(zhuǎn)移也比較多，占36.96%，耕地向這兩類土地利用類型轉(zhuǎn)出的量達(dá)轉(zhuǎn)出總量的90%；林地主要向未利用地轉(zhuǎn)變，共轉(zhuǎn)出3 926.66 hm2，占總轉(zhuǎn)出面積的88.41%，向其他幾類用地轉(zhuǎn)化的面積都較少；建設(shè)用地在這20 a間向耕地共轉(zhuǎn)出2 297.05 hm2，占總轉(zhuǎn)出面積的76.64%，其次向林地和水體轉(zhuǎn)出較多，分別占轉(zhuǎn)出面積的13.12%和6.77%；水體向建設(shè)用地和耕地轉(zhuǎn)化的較多，分部占總轉(zhuǎn)出面積的50.08%和33.16%。

表3 研究區(qū)1995-2015年土地利用類型面積轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

耕地轉(zhuǎn)化成建設(shè)用地主要在研究區(qū)東到東南方的平原地區(qū)，主要由于城市化擴(kuò)展引起城市擴(kuò)張和對(duì)耕地占用；耕地轉(zhuǎn)化成林地主要在平原與山區(qū)的過(guò)渡地區(qū)的九龍鎮(zhèn)、漢旺鎮(zhèn)和武都鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，退耕還林政策、2008年汶川地震對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了較大影響，山區(qū)環(huán)境的破壞增加了農(nóng)作物種植的難度，耕地分布減少；林地轉(zhuǎn)為未利用地主要發(fā)生在海拔較高的清平鄉(xiāng)和金花鎮(zhèn)的西北地區(qū)，該區(qū)域裸巖廣泛分布，植被生長(zhǎng)較少，且汶川地震對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的破壞引起次生災(zāi)害的發(fā)生，滑坡泥石流等發(fā)生頻繁，生態(tài)環(huán)境易遭受二次破壞，地表植被損毀多，未利用地增加；建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為耕地主要分布在平原地區(qū)，在城市化進(jìn)程、撤縣設(shè)市、改鄉(xiāng)為鎮(zhèn)的情況下，人口大量向城鎮(zhèn)集中，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)隨著人口遷移逐漸縮減，原有建設(shè)用地大量轉(zhuǎn)變成耕地。

3.3 土地利用的地形因子響應(yīng)

3.3.1 高程響應(yīng) 通過(guò)土地利用圖與高程的空間疊加分析和統(tǒng)計(jì)分析，得到研究區(qū)土地利用景觀格局隨高程變化數(shù)據(jù)(表4)。1995—2015年不同土地利用景觀格局在不同高程呈現(xiàn)相似的變化趨勢(shì)(表4)。耕地、建設(shè)用地和水域主要集中分布于497～884 m的高程范圍，耕地占研究區(qū)面積的比重由1995年的40.28%下降到2015年的32.33%，建設(shè)用地占研究區(qū)面積的比重由1995年的5.52%增加到2015年的10.65%，水域占研究區(qū)面積的比重由1995年的1.29%下降到2015年的1.08%；林地要集中分布于884～2 534 m的高程范圍，占研究區(qū)面積的比重由1995年的34.93%增加到2015年的35.77%，其余高程范圍的林地面積不到研究區(qū)面積的13.94%；草地高程大于2 534 m的區(qū)域，占研究區(qū)面積的比重由1995年的0.5%增加到2015年的0.06%；未利用地集中分布于3 202～4 337 m的高程范圍，占研究區(qū)面積的比重由1995年的2.05%增加到2015年的2.72%。

3.3.2 坡度響應(yīng) 1995—2015年不同土地利用景觀格局在不同坡度呈現(xiàn)相似的變化趨勢(shì)(表5)。耕地、建設(shè)用地和水域主要集中分布于<6°的坡度范圍，耕地占研究區(qū)面積的比重由1995年的39.33%下降到2015年的31.64%，建設(shè)用地占研究區(qū)面積的比重由1995年的5.43%增加到2015年的10.52%，水域占研究區(qū)面積的比重由1995年的1.21%下降到2015年的1.02%；林地要集中分布于<6°和>25°坡度范圍，占研究區(qū)面積的比重分別由1995年的7.24%和31.15%增加和下降到2015年的9.62%和30.79%，其余坡度范圍的林地面積不到研究區(qū)面積的9.23%；草地坡度大于>35°的區(qū)域，占研究區(qū)面積的比重由1995年的0.33%下降到2015年的0.01%；未利用地集中分布于<6°和>35°坡度范圍，占研究區(qū)面積的比重由分別1995年的0.96%和1.37%增加到2015年的0.97%和2.97%。

表4 研究區(qū)1995-2015年土地利用面積占研究區(qū)面積的比重隨高程變化

3.3.3 地形起伏度響應(yīng) 隨著形起伏度增加，建設(shè)用地、耕地和水域持續(xù)減少，林地和草地先增加后減少，未利用地持續(xù)增加或先增加后減少趨勢(shì)(表6)。隨著形起伏度級(jí)別變化，土地面積占研究區(qū)總面積比例由第1地形起伏度級(jí)別區(qū)向第4地形起伏度級(jí)別區(qū)顯著減少，第1地形起伏度級(jí)別區(qū)的64.94%顯著下降為0.1%。第1地形起伏度級(jí)別區(qū)，耕地和林地占據(jù)大部，占研究區(qū)面積的比例合計(jì)為51.01%～56.48%，建設(shè)用地和水域的面積比例均超過(guò)其他地形起伏度級(jí)別區(qū)；在第2地形起伏度級(jí)別區(qū)，分布最廣的是林地，占區(qū)域內(nèi)面積的比例超過(guò)18.72%，呈現(xiàn)出由人工生態(tài)系統(tǒng)向自然生態(tài)系統(tǒng)的過(guò)渡趨勢(shì)；在第3地形起伏度級(jí)別區(qū)，林地占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，占區(qū)域內(nèi)面積的比例超過(guò)11.93%，構(gòu)成了該級(jí)別區(qū)特有的自然景觀；第2～3地形起伏度級(jí)別區(qū)為丘陵區(qū)，由半自然半人工系統(tǒng)逐漸向自然生態(tài)系統(tǒng)過(guò)渡的地帶；在第4地形起伏度級(jí)別區(qū)，林地和未利用地比例分別達(dá)到0.18%以上。該級(jí)別區(qū)通常被視為山區(qū)，基本上全部屬于自然生態(tài)類型，人類活動(dòng)較少。

3.4 景觀生態(tài)安全格局

3.4.1 源地確定 本研究結(jié)合綿竹市森林和水資源分布特征，篩選出面積較大空間上具有連續(xù)性的核心林地和水域作為生態(tài)保護(hù)源地。用ArcGIS 10.0提取相應(yīng)圖層，保護(hù)“源”的總面積為59 965.98 hm2，占總面積的48.15%。

3.4.2 阻力面建立 相關(guān)研究表明[27-28]，地形因子導(dǎo)致發(fā)生水土流失的機(jī)率變化，景觀保護(hù)阻力變大；土地覆被類型與源地中景觀特征越接近，其對(duì)生態(tài)流的阻力就越小；而受人類擾動(dòng)劇烈土地覆被類型，其對(duì)源地內(nèi)生態(tài)流的阻力就越大。因此，本研究以地形因子和土地覆被類型作為阻力因子，各因子相對(duì)阻力分值的賦予通過(guò)專家打分獲得(表7)。

表6 研究區(qū)各土地利用類型在不同地形起伏度級(jí)別區(qū)的分布

表7 景觀生態(tài)安全格局阻力系數(shù)及其權(quán)重

利用ArcGIS 10.0空間分析中的權(quán)重疊加工具，進(jìn)行不同要素阻力值的疊加分析得到研究區(qū)源地?cái)U(kuò)展的生態(tài)環(huán)境阻力值(附圖2)。據(jù)附圖2阻力表面，利用ArcGIS 10.0成本距離模型，得到最小累計(jì)阻力分布圖(附圖3)。由附圖3可知，離源地越近，阻力值越大；反之越小。

3.4.3 不同安全水平的景觀組分識(shí)別 不同安全水平的景觀生態(tài)區(qū)域劃分方法，不同學(xué)者進(jìn)行了研究，也取得較好的依據(jù)成果。葉玉瑤等[29]通過(guò)阻力面中阻力等值線突變處來(lái)確定不同安全水平的阻力面的范圍和邊界；劉孝富等[27]、劉艷芳等[30]和俞孔堅(jiān)[31]采用最小累積阻力方差分類及其柵格數(shù)量的關(guān)系柱狀圖的突變值進(jìn)行景觀生態(tài)安全判別；王旭熙等[17]根據(jù)不同阻力等級(jí)的發(fā)展閾值，對(duì)將景觀生態(tài)阻力面分析圖進(jìn)行重分類等等。本文根據(jù)不同阻力等級(jí)的發(fā)展閾值，采用自然斷點(diǎn)法，將研究區(qū)的景觀生態(tài)阻力面分析圖進(jìn)行重分類，從而劃分出不同安全水平的景觀生態(tài)區(qū)域(附圖4)。

(1) 低安全區(qū)域。該區(qū)域閾值為0～2 400.5，由源地組成，處于維護(hù)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)平衡的核心地帶，對(duì)區(qū)域水源涵養(yǎng)、生物多樣性保護(hù)、水土保持等起重要作用。對(duì)于該區(qū)域應(yīng)加強(qiáng)建設(shè)和完善生態(tài)廊道、生態(tài)節(jié)點(diǎn)，把這些區(qū)域劃分為生態(tài)保護(hù)的重點(diǎn)區(qū)域，禁止開發(fā)。

(2) 較低安全區(qū)域。該區(qū)域閾值為2 400.5～7 112.5，既是景觀安全格局中保護(hù)源地恢復(fù)或擴(kuò)展的緩沖區(qū)地帶，又是核心源地之間聯(lián)系的重要通道，對(duì)于維護(hù)源地的生態(tài)穩(wěn)定性具有重要作用。該區(qū)應(yīng)劃分為限制開發(fā)區(qū)域，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，構(gòu)建生態(tài)源地保護(hù)屏障。

(3) 中等安全區(qū)域。該區(qū)域閾值為7 112.5～13 158.0，處于生態(tài)緩沖帶和人類活動(dòng)區(qū)的過(guò)渡地帶，對(duì)人類的開發(fā)和干擾敏感度相對(duì)較低，具有一定的抗干擾能力。該區(qū)域劃分為適度開發(fā)區(qū)域，在不影響源地景觀穩(wěn)定性的情況下，適度開發(fā)土地資源，優(yōu)化土地資源配置。

(4) 高安全區(qū)域。該區(qū)閾值為13 158.0～22 670.9，對(duì)于保護(hù)“源”的擴(kuò)展相對(duì)阻力較高，對(duì)于人類的開發(fā)和干擾敏感性不高，抗外界干擾能力強(qiáng)。把這些區(qū)域劃為優(yōu)先開發(fā)區(qū)域，應(yīng)協(xié)調(diào)土地利用與生態(tài)建設(shè)，形成合理的景觀布局，營(yíng)造人類宜居環(huán)境。

3.4.4 土地資源開發(fā)類型及用地規(guī)劃 目前，土地資源開發(fā)類型劃分主要依據(jù)不同區(qū)域的資源環(huán)境承載能力、現(xiàn)有開發(fā)強(qiáng)度和未來(lái)發(fā)展?jié)摿?，以是否適宜或如何進(jìn)行大規(guī)模高強(qiáng)度工業(yè)化城鎮(zhèn)化開發(fā)為基準(zhǔn)。將土地資源開發(fā)類型劃分為優(yōu)先開發(fā)型、適度開發(fā)型、限制開發(fā)型、禁止開發(fā)型4種類型。本文考慮到《四川省主體功能區(qū)規(guī)劃》對(duì)綿竹市發(fā)展定位和土地、環(huán)境容量輕度超載、生態(tài)重要性和脆弱性、自然災(zāi)害威脅較大等特點(diǎn)，基于最小累積阻力模型構(gòu)建最小累積阻力面，分析景觀生態(tài)安全格局，將景觀安全水平與土地資源現(xiàn)狀進(jìn)行疊加，把研究區(qū)土地資源開發(fā)類型劃分優(yōu)先開發(fā)型、適度開發(fā)型、限制開發(fā)型、禁止開發(fā)型4種類型(表8)。

表8 土地資源開發(fā)類型統(tǒng)計(jì) hm2

從表8可知，處于低全水平狀態(tài)的土地資源面積總量最大，達(dá)77 791.46 hm2，占區(qū)域土地總量的62.47%，開發(fā)類型為禁止開發(fā)型；較低安全水平的土地資源面積總量為21 545.39 hm2，占區(qū)域土地總量的17.30%；中等安全水平土地資源面積達(dá)17 974.75 hm2，占區(qū)域土地總量的14.43%；高安全水平狀態(tài)的土地資源面積7 218.39 hm2，占土地資源總量的5.80%，開發(fā)類型為優(yōu)先開發(fā)型。依據(jù)上述分析，提出綿竹市各類型用地規(guī)劃。

(1) 優(yōu)先開發(fā)型。該類型土地資源主要分布在劍南、西南、東北、齊天、孝德等鄉(xiāng)、鎮(zhèn)，土地資源主要以耕地和建設(shè)用地為主，未利用地較少。區(qū)域發(fā)展有一定經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，資源環(huán)境承載能力較強(qiáng)，發(fā)展?jié)摿^大、集聚人口和經(jīng)濟(jì)的條件較好。土地利用以依托中心城區(qū)、重點(diǎn)鎮(zhèn)和主要交通干線，著力優(yōu)化城鎮(zhèn)發(fā)展空間，加強(qiáng)中心城區(qū)建設(shè)，提高集聚力和輻射力，可重點(diǎn)進(jìn)行工業(yè)化、城鎮(zhèn)化開發(fā)，加快重點(diǎn)鎮(zhèn)建設(shè)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和人口集聚。

(2) 適度開發(fā)型。該類型主要位于龍門山自然生態(tài)向平原人工生態(tài)過(guò)渡地帶，土地資源以耕地和建設(shè)用地為主，未利用地較少；功能定位是區(qū)域重要水土保持、森林養(yǎng)育和水源涵養(yǎng)區(qū)域，土地利用應(yīng)強(qiáng)化水土保持和水源涵養(yǎng)，加強(qiáng)水土流失和水源污染防治。

(3) 限制開發(fā)型。該類型位于成都平原，土地利用以耕地和建設(shè)用地為主，草地較少，人口產(chǎn)業(yè)密集，土壤肥沃，包括興隆、富新、什地、孝德、板橋、土門、玉泉等鄉(xiāng)、鎮(zhèn)。土地利用應(yīng)以農(nóng)業(yè)為主，加強(qiáng)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田、特色蔬菜和設(shè)施蔬菜基地建設(shè)，發(fā)展優(yōu)質(zhì)糧、油產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)，實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，重點(diǎn)建設(shè)優(yōu)質(zhì)稻、專用麥類、“雙低”油菜3大高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效糧油生產(chǎn)基地。

(4) 禁止開發(fā)型。該類型土地資源主要分布在清平、金花和天池等鄉(xiāng)(鎮(zhèn))，地處龍門山地震構(gòu)造帶中、南段，境內(nèi)分布有多條斷裂帶，屬國(guó)家、省地震局圈定的地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)之一。“5·12”汶川特大地震后，山區(qū)部分地域山體受到破壞，在降雨、余震誘發(fā)下，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率較高。土地利用禁止進(jìn)行工業(yè)化、城鎮(zhèn)化開發(fā)，突出區(qū)域資源、生態(tài)環(huán)境等特色，加強(qiáng)原生態(tài)保護(hù)、地震和泥石流、滑坡等山地災(zāi)害防治，以山地、森林、河流等生態(tài)系統(tǒng)為重點(diǎn)，以水源保護(hù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、森林公園、地質(zhì)公園和地震遺址公園為重要組成，構(gòu)建以森林生態(tài)和生物多樣性保護(hù)區(qū)、沿山水土保持和水源涵養(yǎng)功能帶為主體，綿遠(yuǎn)河、石亭江和馬尾河為支撐的生態(tài)空間。

4 結(jié) 論

隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的矛盾日益凸顯，客觀上要求對(duì)區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化配置[32]。土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的實(shí)質(zhì)是基于經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)等多目標(biāo)的優(yōu)化[33]。優(yōu)化土地利用格局，對(duì)于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本研究以生態(tài)用地為目標(biāo)，選取地形因子和土地利用覆被狀況為阻力因子，應(yīng)用最小累計(jì)阻力模型構(gòu)建了綿竹市景觀生態(tài)安全格局，為區(qū)域生態(tài)安全策略選擇提供了重要參考。

土地利用變化受到氣候、人口、各種政策等多因素影響，導(dǎo)致土地利用的不確定性增加；有效實(shí)現(xiàn)區(qū)域自然與人文等因素?cái)?shù)據(jù)的空間化，將提高模型模擬精度。長(zhǎng)期以來(lái)，利用建立數(shù)學(xué)模型的方式進(jìn)行土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)優(yōu)化，對(duì)土地利用的空間配置方面研究少[34]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用GIS技術(shù)和生態(tài)學(xué)理論對(duì)土地利用的空間配置方面研究，均取得很大進(jìn)展[35]。本研究基于GIS空間分析方法，將景觀安全格局與土地資源現(xiàn)狀進(jìn)行疊加分析，按照不同景觀安全水平來(lái)優(yōu)化土地資源利用格局，將研究區(qū)土地資源分為優(yōu)先開發(fā)、適度開發(fā)、限制開發(fā)、禁止開發(fā)等4種類型，提出各類型用地規(guī)劃。

通過(guò)最小累積阻力模型構(gòu)建了研究區(qū)的景觀生態(tài)安全格局，從而可確定生態(tài)安全狀態(tài)，為區(qū)域土地資源合理開發(fā)研究提供有效的方法和手段。但是，采用最小累積阻力模型研究景觀安全格局，需要選定“源”和阻力因子并賦予其相應(yīng)的權(quán)重和阻力值，而本文的指標(biāo)體系和權(quán)重還存在著一定的局限性，有待于進(jìn)一步研究[30,36-37]；同時(shí)，基于研究目的在景觀安全格局的構(gòu)建上對(duì)于其他組分的識(shí)別尚需進(jìn)行進(jìn)一步的探討[30]。因此，進(jìn)一步研究中可考慮增加包括土地的經(jīng)濟(jì)屬性在內(nèi)多阻力因子和引入數(shù)學(xué)方法改進(jìn)阻力系數(shù)的賦值方式，以提高計(jì)算結(jié)果的客觀性；同時(shí)，以生態(tài)用地保護(hù)為目標(biāo)，維持和提高土地生態(tài)服務(wù)功能為切入點(diǎn)，綜合考慮土地利用的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)等功能，結(jié)合多模型和多源空間數(shù)據(jù)進(jìn)行景觀安全格局劃分和土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究顯得尤為重要。

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Land Utilization of Transition Zone from Chengdu Plain and Longmen Mountains Based on Landscape Ecological Security Pattern

PENG Wenfu1,2, ZHOU Jieming1,2, XU Xinliang3, ZHAO Jingfeng1,2

(1.TheInstituteofGeographyandResourcesScience,SichuanNormalUniversity,Chengdu，Sichuan610068,China; 2.KeyLabofLandResourcesEvaluationandMonitoringinSouthwest,MinistryofEducation,SichuanNormalUniversity,Chengdu,Sichuan610068,China; 3.DataCenterforResourcesandEnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China)

[Objective] Land use was studied based on landscape ecological security pattern to provide a scientific basis for relieving the contradiction between the increasing population and limited land, and for economic development and ecological protection. [Methods] Mianzhu City of Sichuan Province which located in the transition zone from Chengdu plain and Longmen mountain was took as a case study, where the land use change and its terrain factors response were extracted and analyzed from 1995 to 2015, based on remote sensing imagery, technology of remote sensing and GIS. To achieve the goal of ecological land protection, terrain and land cover types were selected as resistance factors, the minimum cumulative resistance model was applied to landscape ecological security pattern based on GIS spatial analysis method. Upon the spatial overlay analysis of land use status and landscape ecology security patterns in Mianzhu City by GIS, land resources in different levels of landscape security were divided. [Results] Land resources of landscape security included priority, appropriate, limited, prohibited development, having acreages of 7 218.39, 17 974.75, 21 545.39, 77 791.46 hm2, respectively. The corresponding planning of land resources development and utilization was put forward based on the analysis of characteristics of each type land use in study area. The results can provide effective methods and means for regional ecological safety and reasonable development and utilization of land resources. [Conclusion] The land use planning whereon proposed by different ecological security level based on the theory of landscape ecological pattern and the corresponding method are conducive to regional ecological security protection and sustainable utilization of land resources.

landscape security pattern; minimum cumulative resistance model; land resources development; GIS

2016-08-10

2016-09-27

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于LUCC擾動(dòng)影響的成都平原土地生態(tài)安全維持機(jī)理”(41371125)

彭文甫(1964—),漢族(男族),四川省樂山市人,博士,副教授,主要從事土地生態(tài)安全方面的研究。E-mail:pwfzh@126.com。

周介銘(1956—),漢族(男族),四川省成都市人,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事國(guó)土規(guī)劃方面的研究。E-mail:zjm@sicnu.ecu.cn。

A

1000-288X(2017)02-0065-10

F301.23