鄢繼選, 孫棟元, 喬蕻強(qiáng), 鄭志琴

黑河流域中段甘州區(qū)土地利用和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)研究

鄢繼選1, 孫棟元1, 喬蕻強(qiáng)2, 鄭志琴2

1. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院, 蘭州 730070 2. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)管理學(xué)院, 蘭州 730070

借助于熵權(quán)法、耦合協(xié)調(diào)度研究甘州區(qū)土地利用與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系, 為黑河流域中游甘州區(qū)的土地利用變化及生態(tài)環(huán)境保護(hù)指明方向。結(jié)果表明: ①甘州區(qū)由2003—2017年的土地利用綜合指數(shù)由0.2613上升到0.6545, 增幅150%; 生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)由2003年0.3809上升到2017年的0.4716, 增幅23.81%, 土地利用綜合指數(shù)和生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)都在持續(xù)提升。②甘州區(qū)土地利用與生態(tài)環(huán)境的耦合度整體呈現(xiàn)出上升的態(tài)勢(shì),處于中級(jí)耦合發(fā)展生態(tài)環(huán)境滯后型。③通過(guò)關(guān)聯(lián)分析可知, 土地利用綜合程度指數(shù)、三廢排放量分別作為甘州區(qū)土地利用和生態(tài)環(huán)境最主要的影響因素, 今后適當(dāng)加強(qiáng)土地利用程度, 減少三廢排放量, 以促進(jìn)土地利用與生態(tài)建設(shè)良好協(xié)調(diào)發(fā)展。

土地利用; 生態(tài)環(huán)境; 耦合協(xié)調(diào)度; 甘州區(qū)

0 前言

二十世紀(jì)以來(lái), 生態(tài)環(huán)境的明顯變化引起國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注, 土地利用被普遍認(rèn)為是生態(tài)環(huán)境變化最重要的驅(qū)動(dòng)力, 所以有效地協(xié)調(diào)區(qū)域土地利用與生態(tài)環(huán)境關(guān)系問(wèn)題顯得十分重要[1]。然而, 自上世紀(jì)八十年代以來(lái), 由于工業(yè)化和城市化的高速發(fā)展, 城郊結(jié)合區(qū)域成為建設(shè)用地開發(fā)利用最快且最多的區(qū)域, 造成農(nóng)用地面積急劇減少, 使區(qū)域生態(tài)氣候發(fā)生了變化[2], 同時(shí)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)演變以及生物多樣性等造成了影響[3]。因此, 學(xué)者開始深入研究如何協(xié)調(diào)土地利用和生態(tài)環(huán)境的關(guān)系, 為區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供理論依據(jù)。

土地利用與生態(tài)環(huán)境相互關(guān)系的內(nèi)涵是人地關(guān)系和諧發(fā)展。1865年, Marsh首次在《Man and Nature》一書中提出工業(yè)化快速增長(zhǎng)會(huì)造成自然環(huán)境利用范圍的擴(kuò)大[4], Gegur等學(xué)者提出了土地資源的不合理利用是生態(tài)環(huán)境破壞的重要影響因素[5]。進(jìn)入21世紀(jì), 3S技術(shù)的應(yīng)用為生態(tài)變化和土地利用的研究提供了新的方法[6]。我國(guó)學(xué)者童紹玉在研究農(nóng)用地對(duì)生態(tài)環(huán)境的外部性影響時(shí), 分析了農(nóng)用地對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的正外部性影響, 并強(qiáng)調(diào)農(nóng)用地兼有生產(chǎn)功能和生態(tài)功能[7]。劉杰等在研究人為活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響時(shí), 采用了統(tǒng)計(jì)與對(duì)比的分析方法, 重點(diǎn)研究建設(shè)用地, 指出擴(kuò)大建設(shè)用地不僅影響人們的行為方式, 而且會(huì)給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)不良影響[8]。沈佩瑜在研究交通用地與生態(tài)環(huán)境的相互關(guān)系時(shí), 采用空間分析的方法, 發(fā)現(xiàn)在交通用地中公路用地對(duì)生態(tài)環(huán)境的不良影響最大, 而且公路用地的擴(kuò)張會(huì)對(duì)其周邊的生態(tài)環(huán)境構(gòu)成很大的威脅[9]。同時(shí), 人們開始意識(shí)到土地利用變化將引起生態(tài)環(huán)境的變化, 生態(tài)環(huán)境的變化同時(shí)限制了土地利用, 二者相互影響并且互相牽制[10]。因此, 一些區(qū)域開始進(jìn)行土地利用和生態(tài)環(huán)境的耦合關(guān)系研究, 注重調(diào)控土地利用方式。

甘州區(qū)處于祁連山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū), 是我國(guó)“西菜東運(yùn)”的樞紐和國(guó)家商品糧生產(chǎn)基地。甘州區(qū)綜合了城鄉(xiāng)結(jié)合地帶、綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)、生態(tài)脆弱區(qū), 面臨大城市和大農(nóng)村發(fā)展、第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展和特色農(nóng)業(yè)種植, 城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張與農(nóng)地保護(hù)之間的矛盾, 最終都使甘州區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化, 同時(shí)也給甘州區(qū)帶來(lái)了一系列生態(tài)問(wèn)題, 危及到整個(gè)黑河流域的生態(tài)安全建設(shè)。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

甘州區(qū)介于38°32′—39°24′N, 100°6′—100°52′E之間, 北靠?jī)?nèi)蒙古自治區(qū)的阿拉善右旗、南連民樂(lè)、東接山丹縣、西鄰臨澤縣。地處黑河流域中游, 是張掖市的政治, 經(jīng)濟(jì), 文化和交通中心, 同時(shí)也是古代絲綢之路上重要節(jié)點(diǎn), 區(qū)域行政總面積4240 km2, 海拔1410—3600 m。甘州區(qū)為典型的溫帶大陸性氣候, 全年降水多集中在6—9月, 全年多西北風(fēng), 平均氣溫7℃, 干旱、風(fēng)沙、冰雹、霜凍是該地區(qū)常見的自然災(zāi)害。全區(qū)植被覆蓋率低于60%, 典型特點(diǎn)是樹種單一, 植被稀疏, 群落外觀趨同。2017年甘州區(qū)現(xiàn)轄22個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn), 243個(gè)行政村。全區(qū)總?cè)丝跒?1.63 萬(wàn)人, 其中非農(nóng)業(yè)人口占總?cè)丝诘?8.9%。截止2017年年底全區(qū)GDP總量為25.31 億元, 其中非農(nóng)業(yè)產(chǎn)值17.23 億元, 占GDP總量的68.08%, 人均收入達(dá)到13001 元。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

考慮到研究區(qū)域計(jì)量指標(biāo)和數(shù)據(jù)的易獲取性、連續(xù)性和準(zhǔn)確性, 本文所采用的2003—2017年甘州區(qū)的部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)自《甘州區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒》與《甘州區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》, 還有部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)源于第二次土地調(diào)查和年度變更資料。

1.3 研究方法

(1)標(biāo)準(zhǔn)化處理

本文研究采用處理方法是極差標(biāo)準(zhǔn)化處理消除各個(gè)指標(biāo)在量綱以及數(shù)量級(jí)上的差別, 使得各指標(biāo)值在0-1間。極差標(biāo)準(zhǔn)化處理所運(yùn)用的公式如下:

式中,x為指標(biāo)原始值, rij表示標(biāo)準(zhǔn)化后的某一個(gè)指標(biāo)值,為指標(biāo)個(gè)數(shù), 相應(yīng)取值為1-20,為年份( 2003—2017年), 取值范圍為1—15, ximax為第個(gè)指標(biāo)最大值, ximin為第個(gè)指標(biāo)最小值。

(2)權(quán)重的確定。為了指標(biāo)權(quán)重更具科學(xué)性, 避免人為因素的影響, 本文采取熵值法來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重。

(1)計(jì)算熵值。在個(gè)指標(biāo),個(gè)被評(píng)價(jià)對(duì)象的評(píng)價(jià)問(wèn)題之中, 將第個(gè)指標(biāo)的熵值定義為E, 熵值計(jì)算[11]公式如下:

(2)計(jì)算指標(biāo)的差異性系數(shù)。定義第個(gè)指標(biāo)的差異性系數(shù)為e, 差異性系數(shù)的計(jì)算公式如下⑶:

(3)確定指標(biāo)權(quán)重。定義第個(gè)指標(biāo)的權(quán)重為w, 權(quán)重的計(jì)算見公式⑷:

(3)土地利用與生態(tài)環(huán)境耦合性研究

在學(xué)者們對(duì)兩個(gè)不同系統(tǒng)的耦合度或者協(xié)調(diào)度的研究基礎(chǔ)上, 構(gòu)造分析評(píng)價(jià)模型。在計(jì)算出土地利用綜合指數(shù)與生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)后, 基于離差系數(shù)構(gòu)建土地利用和生態(tài)環(huán)境耦合關(guān)系分析評(píng)價(jià)模型。當(dāng)離差越小, 表明土地利用和生態(tài)環(huán)境間的耦合水平越高, 同時(shí)協(xié)調(diào)程度也越高; 反之則越低。

式中:W為土地利用第個(gè)指標(biāo)權(quán)重;X為其標(biāo)準(zhǔn)化值;為描述土地利用狀況的指標(biāo)個(gè)數(shù)。

式中:A為第個(gè)生態(tài)環(huán)境指標(biāo)權(quán)重; Yi為其標(biāo)準(zhǔn)化值;為描述生態(tài)環(huán)境水平的指標(biāo)個(gè)數(shù)。

與的離差越小, 說(shuō)明土地利用與生態(tài)環(huán)境之間的協(xié)調(diào)程度越高并且耦合水平也越高, Cv表示離差系數(shù), 如下:

式中: S為和的標(biāo)準(zhǔn)差。

當(dāng)Cv為極小值時(shí), 得土地利用與生態(tài)環(huán)境之間耦合度公式:

式中:數(shù)值越大, 說(shuō)明土地利用與生態(tài)環(huán)境耦合程度越高, 表明該系統(tǒng)是有序的協(xié)調(diào)關(guān)系; 反之則表明系統(tǒng)是失調(diào)關(guān)系。為調(diào)節(jié)系數(shù), 在土地利用和生態(tài)環(huán)境耦合研究中, 調(diào)節(jié)系數(shù)一般取=2[12]。

構(gòu)建了兩者的耦合發(fā)展度模型, 令土地利用與生態(tài)環(huán)境的綜合效益的描述能夠更清晰、準(zhǔn)確, 其能進(jìn)一步反映土地利用系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的總體發(fā)展水平, 判斷土地利用與生態(tài)環(huán)境交互耦合的協(xié)調(diào)發(fā)展程度(耦合發(fā)展度), 其公式如下:

(4)耦合性評(píng)判依據(jù)

依據(jù)國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)耦合性的研究成果[13-15], 再全面綜合考慮甘州區(qū)的實(shí)際情況, 把土地利用和生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展劃分為6個(gè)發(fā)展類型與18個(gè)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果, 具體見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 指標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)建

本文綜合國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)研究的基礎(chǔ)上[15-16], 結(jié)合甘州區(qū)實(shí)際情況對(duì)土地利用與生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行構(gòu)建。土地利用的內(nèi)涵包括土地利用結(jié)構(gòu)、土地利用程度、土地利用效果以及土地利用污染四個(gè)方向綜合土地利用系統(tǒng)的特征, 生態(tài)環(huán)境的內(nèi)涵包括生態(tài)涵養(yǎng)能力、生態(tài)環(huán)境指數(shù)、生態(tài)環(huán)境壓力以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)四個(gè)方面綜合生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的特征[17-18]。考慮到數(shù)據(jù)的真實(shí)性、規(guī)范性和易獲取性, 本文選取28項(xiàng)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo), 見表2。

(1)土地利用結(jié)構(gòu)。本文以區(qū)域優(yōu)勢(shì)為根據(jù), 選取耕地比例、林地比例、水域比例以及土地總面積, 其中水域比例=水域面積/土地總面積。

(2)土地利用程度。在土地利用程度本文選取了人口密度、土地利用綜合程度指數(shù)、人均耕地面積、復(fù)種指數(shù)以及耕地有效灌溉率。人口密度=行政區(qū)域內(nèi)人口數(shù)/行政面積, 復(fù)種指數(shù)=全年播種(或移栽)作物的總面積/耕地總面積, 耕地有效灌溉率=耕地灌溉有效面積/耕地灌溉總面積, 人均耕地面積=耕地面積/行政區(qū)域內(nèi)總?cè)藬?shù)。運(yùn)用劉紀(jì)遠(yuǎn)之前所提出的數(shù)量化方法[19], 把土地利用強(qiáng)度按土地自然綜合體在社會(huì)因素下以自然平衡保持狀態(tài)進(jìn)行劃分為4級(jí): 未利用土地級(jí),林、草以及水域用地級(jí), 農(nóng)業(yè)用地級(jí)以及城鎮(zhèn)聚落用地, 并分別將指數(shù)設(shè)定為1、2、3、4, 計(jì)算公式如下:

表1 土地利用與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展分類標(biāo)準(zhǔn)

表2 甘州區(qū)土地利用與生態(tài)環(huán)境關(guān)系評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

該式子中,為土地利用程度綜合指數(shù); Ai為第i級(jí)的土地利用程度分級(jí)指數(shù); Ci為第級(jí)土地利用分級(jí)面積百分比;為土地利用分級(jí)指數(shù), n=4。土地利用程度反映土地利用中土地本身的自然屬性, 另外還反映了人為因素與自然因素對(duì)土地利用方式的綜合效應(yīng)[20]。

(3)土地利用效益: 選取糧食單位面積產(chǎn)量、地均GDP以及地均農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值。具體來(lái)說(shuō), 糧食單位面積產(chǎn)量=糧食總量/耕地面積, 地均GDP=糧食總量/土地總面積, 地均農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值=農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)總值/土地總面積。

(4)生態(tài)環(huán)境效益: 選取地均工業(yè)生產(chǎn)總值與人均建設(shè)用地面積。具體來(lái)說(shuō), 地均工業(yè)生產(chǎn)總值=工業(yè)生產(chǎn)總值/土地總面積, 人均建設(shè)用地面積=行政區(qū)域內(nèi)人口數(shù)/建設(shè)用地面積。

(5)生態(tài)環(huán)境壓力: 選取單位建設(shè)用地三廢排放量與單位耕地化肥施用量。具體來(lái)說(shuō), 單位建設(shè)用地三廢排放量=三廢排放量/建設(shè)用地總面積, 單位耕地化肥施用量=耕地面積/化肥施用量。

(6)生態(tài)環(huán)境水平: 選取人均造林面積、人均水資源量以及人均公共綠地。具體來(lái)說(shuō), 人均造林面積=新造林地面積/行政人口, 人均水資源量=水資源總量/行政人口, 最后, 人均公共綠地=公共綠地面積/行政人口。

(7)生態(tài)環(huán)境指數(shù)。生態(tài)環(huán)境指數(shù)指的是各土地利用類型的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量及面積比例[21]。生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)(Ecological Index)=0.25×生物豐度指數(shù)+0.2×植被覆蓋指數(shù)+0.2×水網(wǎng)密度指數(shù)+0.2×土地退化指數(shù)+0.15×環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

其中生物豐度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、土地退化指數(shù)以及環(huán)境質(zhì)量指數(shù)具體計(jì)算如下:

生物豐度指數(shù)=×(0.5×森林面積+0.3×水域面積+0.15×草地面積+0.05×其它面積)/區(qū)域面積, (式中: 生物豐度指數(shù)的歸一化系數(shù))[22]。

植被覆蓋指數(shù)=×(0.5×林地面積+0.3×草地面積+0.2×農(nóng)田面積)/區(qū)域面積, (式中: 植被覆蓋指數(shù)的歸一化系數(shù))。

水網(wǎng)密度指數(shù)=×河流長(zhǎng)度/區(qū)域面積+×湖庫(kù)( 近海) 面積/區(qū)域面積+×水資源量/區(qū)域面積, (式中: 河流長(zhǎng)度的歸一化系數(shù);湖庫(kù)面積的歸一化系數(shù);: 水資源量的歸一化系數(shù))。

土地退化指數(shù)=×(0.05×輕度侵蝕面積+0.25×中度侵蝕面積+0.7×重度侵蝕面積)/區(qū)域面積, (式中: 土地退化指數(shù)的歸一化系數(shù))。

污染負(fù)荷指數(shù)=(×0.4×排放量+Asol× 0.2×固廢排放量)/區(qū)域面積+×0.4×COD排放量/區(qū)域年均降雨量, (式中ASO是SO2排放量的歸一化系數(shù);是固廢排放量的歸一化系數(shù);是COD排放量的歸一化系數(shù))。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)化及指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

由于數(shù)據(jù)來(lái)源較廣而且數(shù)據(jù)的量綱不同, 需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理。首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和編碼, 再對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。根據(jù)熵權(quán)系數(shù)法(3)與(4)來(lái)計(jì)算土地利用與生態(tài)環(huán)境指標(biāo)層的權(quán)重, 詳見表3。

表3 甘州區(qū)土地利用和生態(tài)環(huán)境指標(biāo)權(quán)重

2.3 土地利用與生態(tài)環(huán)境的耦合關(guān)系

(1)土地利用與生態(tài)環(huán)境的耦合關(guān)系

將2003—2017年甘州區(qū)各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)代入所構(gòu)建的模型中, 計(jì)算甘州區(qū)2003—2017年土地利用與生態(tài)環(huán)境的耦合度, 再根據(jù)前文的分類標(biāo)準(zhǔn), 可知甘州區(qū)2003—2017年土地利用與生態(tài)環(huán)境的交互耦合結(jié)果, 詳見表4。

根據(jù)表4可以可知, 2003—2017年, 甘州區(qū)土地利用綜合指數(shù)處于穩(wěn)步提升的趨勢(shì), 從2003年的0.2613上升至2017年的0.6545, 說(shuō)明甘州區(qū)土地利用程度不斷提高。甘州區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)從2003年的0.3809下降至至2004年的0.3471; 2004年至2006年生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)從0.3471上升至0.5561; 在2007—2017年生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)總體上升, 但是在2009、2010、2014年有波動(dòng), 說(shuō)明生態(tài)環(huán)境總體有所改善, 但是還存在許多不合理利用資源的問(wèn)題, 對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了影響。

根據(jù)表4可以可知, 2003—2017年, 甘州區(qū)土地利用與生態(tài)環(huán)境的耦合發(fā)展度從2003年的0.5470提高到2017年的0.7306, 說(shuō)明土地利用與生態(tài)環(huán)境兩者的耦合處于遞增狀態(tài), 總體狀況向利好趨勢(shì)轉(zhuǎn)變, 但耦合程度較低。15年間, 耦合發(fā)展度經(jīng)歷了勉強(qiáng)耦合, 初級(jí)耦合, 中級(jí)耦合三個(gè)階段, 具體是2003—2004年的勉強(qiáng)耦合發(fā)展的土地利用滯后型到同步型, 2005—2011年的初級(jí)耦合發(fā)展的土地利用滯后型到同步型, 2012—2017年的中級(jí)耦合發(fā)展的兩者同步型到生態(tài)滯后型, 說(shuō)明從2003年的土地利用滯后轉(zhuǎn)變到2017年的生態(tài)環(huán)境保護(hù)滯后, 原因是黑河流域?qū)儆谖覈?guó)西北的生態(tài)屏障保護(hù)區(qū)域, 首要工作就是要保護(hù)黑河流域的生態(tài)環(huán)境, 各級(jí)政府重視對(duì)黑河流域生態(tài)系統(tǒng)建設(shè), 而且甘州區(qū)是黑河中游的重心城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)域, 經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不高, 減少對(duì)土地開發(fā)利用。2004年后, 隨著甘州區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 土地利用逐漸趨向粗放, 并對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了一定的影響, 尤其是2017年祁連山生態(tài)環(huán)境事件的通報(bào), 說(shuō)明了發(fā)展過(guò)程中對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)不力, 給區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)造成很大的壓力, 尤其是甘州區(qū)作為祁連山自然保護(hù)區(qū)的重心城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)域, 土地開發(fā)利用與生態(tài)保護(hù)之間的矛盾進(jìn)一步加劇。

(2)土地利用系統(tǒng)各因子關(guān)聯(lián)狀況

為了進(jìn)一步研究影響土地利用和生態(tài)環(huán)境變化的因素, 以利于調(diào)控對(duì)策的制定。因此, 本節(jié)運(yùn)用了灰色關(guān)聯(lián)度分析法, 分析土地利用、生態(tài)環(huán)境各系統(tǒng)內(nèi)部間的關(guān)聯(lián)狀況, 厘清影響因素及影響大小。

以2003—2017年土地利用的各項(xiàng)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)作為子序列, 母序列為以2003—2017年間的土地利用綜合指數(shù), 先運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化, 再通過(guò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件分析得到土地利用綜合指數(shù)與各因子的關(guān)聯(lián)序[23-24], 詳見表5。

表4 甘州區(qū)土地利用與生態(tài)環(huán)境交互耦合分析結(jié)果

表5 土地利用各因子與土地利用綜合指數(shù)的關(guān)聯(lián)序

通過(guò)關(guān)聯(lián)分析結(jié)果可以看出, 土地利用綜合指數(shù)與土地利用各因子之間的關(guān)聯(lián)度由高到低的排列次序是X、X、X、X、X、X、X等, 具體上看其所對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)則層是土地利用綜合程度指數(shù)、復(fù)種指數(shù)、耕地有效灌溉率、林地比例、糧食單位面積產(chǎn)量、人口密度、地均GDP、地均農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值, 依次反映了對(duì)土地利用綜合指數(shù)的影響大小。具體來(lái)看, 土地利用綜合指數(shù)從2003年的245.52增加到2017年的264.58, 糧食單位面積產(chǎn)量從2003年的4570.7 增加到2017年的6142.9 kg·hm-2, 地均GDP從2003年的101.42增加到2017年的428.16萬(wàn)元·km-2, 地均農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值從2003年的52.25增加到2017年的178.59 萬(wàn)元·km-2, 復(fù)種指數(shù)從2003年的0.71增加到2017年的1.12, 人口密度從2003年的114.78增加到2017年的138.81 人·km-2, 以上數(shù)值的變化說(shuō)明甘州區(qū)在2003—2017年土地利用效益和產(chǎn)值不斷增加, 同時(shí)也使土地利用綜合指數(shù)進(jìn)一步提高的原因。

(3)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)各因子關(guān)聯(lián)狀況

以2003—2017年生態(tài)環(huán)境的各項(xiàng)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)作為子序列, 母序列為2003—2017年間的生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù), 運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化, 再通過(guò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分析得出生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)和各因子的關(guān)聯(lián)序[25], 詳見表6。

綜上關(guān)聯(lián)分析結(jié)果可知, 各因子與生態(tài)綜合指數(shù)之間的關(guān)聯(lián)度依次是Y、Y、Y、Y、Y、Y、Y, 相對(duì)應(yīng)單位建設(shè)用地三廢排放量、單位耕地化肥施用量、生態(tài)環(huán)境指數(shù)、人均公共綠地、人均水資源量、地均工業(yè)生產(chǎn)總值、人工造林面積、人均建設(shè)用地面積, 依次反映了對(duì)生態(tài)綜合指數(shù)的影響大小。具體數(shù)據(jù)上來(lái)看, 單位建設(shè)用地三廢排放量從2003年660.88下降到2017年的234.16 t·hm-2, 單位耕地化肥施用量從2003年1873.27下降到2017年的1120.82 t·hm-2, kg·hm-2、生態(tài)環(huán)境指數(shù)從2003年0.538增加到2017年的0.5707, 人均公共綠地的從2003年12.55增加到2017年的21.45m2·人-1, 人均水資源量從2003年18.37增加到2017年的21.45 L·人-1, 地均工業(yè)生產(chǎn)總值從2003年的66.17增加到2017年的306.6 萬(wàn)元·km-2, 人工造林面積從2003年的0.02增加到2017年的0.06 m2·人-1, 這些因子的變化說(shuō)明隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 甘州區(qū)的生態(tài)污染降低, 生態(tài)覆被面積增大, 生態(tài)系統(tǒng)整體在好轉(zhuǎn), 今后應(yīng)繼續(xù)增加環(huán)境治理經(jīng)費(fèi), 提升環(huán)保意識(shí)。

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

在土地利用與生態(tài)環(huán)境二者關(guān)系中, 人們對(duì)土地的利用是主導(dǎo)因素, 如果人們按照客觀規(guī)律合理的利用土地, 就會(huì)使土地資源及生態(tài)環(huán)境能保持良好的耦合狀態(tài); 相反, 如果利用不合理, 則會(huì)導(dǎo)致地力下降、生態(tài)環(huán)境惡化。通過(guò)對(duì)甘州區(qū)的研究發(fā)現(xiàn), 社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展促使土地利用程度提高, 加大了對(duì)生態(tài)環(huán)境的干擾, 由于缺乏良好的生態(tài)保護(hù)機(jī)制, 導(dǎo)致兩者的耦合中出現(xiàn)生態(tài)滯后狀態(tài), 而且耦合度低, 潘竟虎、石培基的研究也證明了這一點(diǎn)[26-27]。研究生態(tài)耦合度對(duì)區(qū)域人地和諧發(fā)展具有十分重要的作用, 其研究結(jié)果與實(shí)地調(diào)研結(jié)果一致, 充分說(shuō)明了研究區(qū)域生態(tài)保護(hù)的緊迫性。土地利用與生態(tài)環(huán)境之間耦合度的提高是一個(gè)長(zhǎng)期的、漸進(jìn)的過(guò)程, 只有把土地利用和生態(tài)環(huán)境建設(shè)兩者并重, 因此, 政府要制定科學(xué)的發(fā)展規(guī)劃, 才能達(dá)到土地利用效益和生態(tài)環(huán)境效益同步耦合發(fā)展。

表6 生態(tài)環(huán)境各因子與生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)的關(guān)聯(lián)序

3.2 結(jié)論

(1)甘州區(qū)土地利用綜合指數(shù)和生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)都呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì)。其中土地利用綜合指數(shù)從2003—2017年土地利用綜合指數(shù)從2003年0.2613增加到2017年的0.6545, 增幅達(dá)150%; 生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)從2003年0.3809增加到2017年的0.4716, 增幅達(dá)23.81%。

(2)2003—2017年甘州區(qū)土地利用和生態(tài)環(huán)境二者耦合協(xié)調(diào)度不斷上升, 目前處于中度耦合狀態(tài)。耦合發(fā)展類型經(jīng)歷了2003—2004年的勉強(qiáng)耦合發(fā)展的土地利用滯后型到同步型, 2005—2011年的初級(jí)耦合發(fā)展的土地利用滯后型到同步型, 2012—2017年的中級(jí)耦合發(fā)展的兩者同步型到生態(tài)滯后型。

(3)關(guān)聯(lián)分析可知, 對(duì)土地利用影響由高到低依次是土地利用綜合程度指數(shù)、復(fù)種指數(shù)、耕地有效灌溉率、林地比例和糧食單位面積產(chǎn)量。對(duì)生態(tài)環(huán)境影響由高到低依次是單位建設(shè)用地三廢排放量、單位耕地化肥施用量、生態(tài)環(huán)境指數(shù)、人均公共綠地、人均水資源量、地均工業(yè)生產(chǎn)總值、人工造林面積和人均建設(shè)用地面積。政府根據(jù)各因子的影響大小, 制定對(duì)策調(diào)控兩者的關(guān)系。

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The middle of Heihe basin Ganzhou district land utilization and ecological environment coordinated research

Yan Jixuan1, Sun Dongyuan1, Qiao Hongqiang2, Zheng Zhiqin2

1. College of Water Resources and Hydropower Engineering, Gansu Agricultural University, Gansu Lanzhou 730070, China 2. College of Management, Gansu Agricultural University, Gansu Lanzhou 730070, China

The article studies the relationship between land use and ecological environment in Ganzhou District by means of entropy weight method and coupling coordination degree, and points out the direction of land use change and ecological environment protection in Ganzhou District in the middle reaches of Heihe River Basin. The results show that the comprehensive index of land use in Ganzhou district increased from 0.2613 to 0.6545, with an increase of 150%; the comprehensive index of ecological environment increased from 0.3809 in 2003 to 0.4716, with an increase of 23.81%, and the comprehensive index of land use and ecological environment continued to increase. The coupling degree of land use and ecological environment in Ganzhou increased as a whole, which was in the middle stage of coupling development and the lagged type of ecological environment. Through the correlation analysis, it can be seen that comprehensive degree index of land use and the emission of three wastes are the most important influencing factors of land use and ecological environment in Ganzhou district. In the future, we should strengthen the degree of land use and reduce the emission of three wastesto promote the coordinated development of land use and ecological construction.

land use; ecological environment; coupling cooperation; Ganzhou District.

鄢繼選, 孫棟元, 喬蕻強(qiáng), 等. 黑河流域中段甘州區(qū)土地利用和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)研究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2021, 40(1): 95–102.

Yan Jixuan, Sun Dongyuan, Qiao Hongqiang, et al. The middle of Heihe basin Ganzhou district land utilization and ecological environment coordinated research[J]. Ecological Science, 2021, 40(1): 95–102.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.01.013

F301.2

A

1008-8873(2021)01-095-08

2020-01-02;

2020-10-18

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFC0402900, 2016YFC0402902); 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院青年教師科技創(chuàng)新基金(項(xiàng)目編號(hào): SLSDXY- QN2018-4); 甘肅省高等學(xué)校科研項(xiàng)目(2017A-034); 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)盛彤笙科技創(chuàng)新項(xiàng)目(GSAU-STS-1747)

鄢繼選(1983—), 男, 甘肅西峰市人, 博士研究生, 講師, 研究方向?yàn)榇蟮販y(cè)量學(xué)、航空攝影遙感。E-mail: yanjx@gsau.edu.cn