馬世五,謝德體,張孝成,彭正濤,洪惠坤,羅 卓,肖玖金

1 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 重慶 400715 2 重慶市國土資源和房屋勘測規(guī)劃院, 重慶 400020 3 國土資源部土地利用重點實驗室重慶研究中心, 重慶 400020 4 西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 重慶 400715 5 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 溫江 611130

生態(tài)安全是21世紀(jì)人類社會可持續(xù)發(fā)展所面臨的一個新主題[1],土地生態(tài)安全作為生態(tài)安全問題研究的重要組成部分,己成為當(dāng)前土地資源可持續(xù)利用研究的前沿課題。近年來,由于我國人口急劇增加、工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程加快,人地矛盾愈發(fā)凸顯,不合理的土地利用方式以及土地利用強度的不斷加大,導(dǎo)致部分區(qū)域土地生態(tài)系統(tǒng)遭受到嚴(yán)重的威脅和破壞,土地生態(tài)安全問題成為區(qū)域土地資源可持續(xù)利用的主要“瓶頸”。因此,如何保障區(qū)域土地生態(tài)系統(tǒng)的安全、實現(xiàn)土地生態(tài)安全預(yù)警成為關(guān)系到人類社會能否持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵問題。

土地生態(tài)安全預(yù)警研究起源于生態(tài)安全預(yù)警,可以追溯到20世紀(jì)70年代[2]。隨著1975全球環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)(GEMS)的建立[2],生態(tài)安全預(yù)警研究開始得到廣泛關(guān)注；在此基礎(chǔ)上部分學(xué)者[3- 4]從不同角度對生態(tài)環(huán)境預(yù)警進行了開拓性研究,生態(tài)環(huán)境預(yù)警理論不斷完善,技術(shù)方法和手段不斷更新和提高,從單項預(yù)警發(fā)展到綜合預(yù)警,從專題預(yù)警發(fā)展到區(qū)域預(yù)警[5]。隨著生態(tài)環(huán)境預(yù)警理論研究的不斷深入,生態(tài)環(huán)境預(yù)警理論被逐步引入到土地科學(xué)領(lǐng)域,土地生態(tài)安全預(yù)警隨著土地生態(tài)安全問題的產(chǎn)生和信息技術(shù)的發(fā)展亦隨之出現(xiàn)[6],國內(nèi)外學(xué)者進行了大量研究。在國外土地生態(tài)安全預(yù)警方面,相關(guān)研究以監(jiān)測預(yù)警為主,主要包括土壤監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)[7],土地利用變化廣域性、綜合性的動態(tài)監(jiān)測[8-11]和農(nóng)業(yè)資源環(huán)境、土地生態(tài)環(huán)境預(yù)警預(yù)測等方面[12-15]。在國內(nèi)土地生態(tài)安全預(yù)警方面,主要涉及土地生態(tài)安全預(yù)警理論[6,16-18]、預(yù)警指標(biāo)體系[19-22]、預(yù)警方法[23- 26]及預(yù)警信息系統(tǒng)建設(shè)[27-28]等方面。綜合來看,盡管國內(nèi)外學(xué)者針對土地生態(tài)安全預(yù)警開展了大量研究,但仍存在以下不足：一是土地生態(tài)安全預(yù)警多以縣(區(qū))行政單位為評價單元,難以反映縣(區(qū))內(nèi)部土地生態(tài)安全狀況的局部差異；二是土地生態(tài)預(yù)警評價指標(biāo)體系過多地依賴統(tǒng)計年鑒等社會統(tǒng)計資料,對土地生態(tài)狀況的自然屬性重視不夠；三是忽略了土地生態(tài)安全警度在空間上的聚集規(guī)律、關(guān)聯(lián)模式等空間分布特征及其演變過程,而土地生態(tài)安全警度的時空演變規(guī)律更具實用性,更有利于揭示區(qū)域土地生態(tài)狀況的變化特征及驅(qū)動機制,能更好地為土地生態(tài)環(huán)境保護及人地關(guān)系協(xié)調(diào)發(fā)展提供參考。

三峽庫區(qū)生態(tài)敏感區(qū)位于長江流域生態(tài)屏障的咽喉地帶,是中國具有全球保護意義的生物多樣性關(guān)鍵地區(qū)之一,同時也是長江上游經(jīng)濟帶西部中心樞紐,保護資源與保障發(fā)展的矛盾日益突出。本研究選取三峽庫區(qū)生態(tài)敏感區(qū)典型區(qū)域萬州區(qū)2000年、2009年、2014年3個時期以行政村為評價單元開展土地生態(tài)安全預(yù)警測度與時空演變研究,構(gòu)建基于PSR模型的區(qū)域土地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)體系,應(yīng)用空間自相關(guān)模型和GIS相關(guān)技術(shù)開展區(qū)域土地生態(tài)安全警度時空分異特征,旨在為破解三峽庫區(qū)生態(tài)敏感區(qū)生態(tài)環(huán)境瓶頸要素制約,實現(xiàn)區(qū)域土地資源可持續(xù)利用和社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供決策參考。

1 研究區(qū)概況

重慶市萬州區(qū)位于三峽庫區(qū)腹心地帶、四川盆地東部邊緣,地處107°52′22″—108°53′25″E,30°24′25″—31°14′58″,東與云陽,南與石柱和湖北省利川,西與忠縣和梁平,北與開縣和四川省達州接壤。全區(qū)轄11個街道辦事處,29個鎮(zhèn),12個鄉(xiāng),幅員面積3456.55 km2。萬州區(qū)在地勢上處于我國第二階段的東部邊緣地帶,四川盆地向秦巴山地和云貴高原的過渡帶,境內(nèi)地勢總體上以長江為界,長江以北為北高南低,長江以南為南高北低,區(qū)內(nèi)山脈平行延伸,谷嶺相間分布,山脊線構(gòu)造線基本一致,多呈東北—西南走向,形成以中低山和丘陵為主的地貌類型,屬亞熱帶季風(fēng)濕潤帶,氣候溫和,四季分明,冬暖夏熱,無霜期長,雨量充沛,年均降雨量1416 mm。萬州區(qū)素有“川東門戶”之稱,是輻射川東、渝東、鄂西、黔東北、陜南、湘西的水陸交通樞紐和物資集散中心,區(qū)位優(yōu)勢十分明顯。隨著國家長江經(jīng)濟帶戰(zhàn)略的深入實施,萬州區(qū)作為三峽庫區(qū)腹心地帶的區(qū)域性中心城市,其土地生態(tài)安全建設(shè)不僅是區(qū)域經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo),更是三峽庫區(qū)國土資源安全和生態(tài)文明建設(shè)的重要保障。

2 數(shù)據(jù)來源與處理方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)以萬州區(qū)2000年、2009年、2014年土地利用矢量圖、1∶1萬DEM、土地利用現(xiàn)狀圖、行政區(qū)劃圖為基礎(chǔ),同時結(jié)合區(qū)域土壤、氣候、植被等自然地理資料,利用ArcGIS 10.2、GeoDa等軟件對土地利用數(shù)據(jù)進行分析處理。其他社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于2001年、2010年、2015年萬州區(qū)統(tǒng)計年鑒及林業(yè)、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等部門統(tǒng)計資料和實地調(diào)查資料。

2.2 土地生態(tài)安全預(yù)警評價模型

2.2.1 預(yù)警指標(biāo)體系構(gòu)建

本研究遵循科學(xué)性、綜合動態(tài)性、指標(biāo)可獲得及可操作性、靈敏性原則,綜合三峽庫區(qū)生態(tài)敏感區(qū)土地生態(tài)狀況實際情況[29- 31],參照20世紀(jì)80年代末聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)和經(jīng)濟合作開發(fā)組織(OECD)聯(lián)合提出的“壓力一狀態(tài)一響應(yīng)”(Pressure-State-Response,即 PSR)框架模型和聯(lián)合國(UN)修改PSR模型后提出的“驅(qū)動力一狀態(tài)一響應(yīng)”(Driving Force-State-Response,即DSR)框架模型[32-34],并結(jié)合《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)規(guī)范》(HJ 192—2015),采用德爾菲法、相關(guān)分析法,充分運用國土、環(huán)保、林業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域15位專家深厚的專業(yè)理論知識和豐富的實踐經(jīng)驗,選取了21項指標(biāo)構(gòu)建了預(yù)警指標(biāo)體系(表1)。本研究構(gòu)建的PSR土地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)體系中,“壓力指標(biāo)”是指人類活動對土地生態(tài)系統(tǒng)安全產(chǎn)生的壓力,具體由人口、經(jīng)濟、城鎮(zhèn)化及交通建設(shè)發(fā)展等方面的壓力構(gòu)成；“狀態(tài)指標(biāo)”用來反映特定時間階段土地生態(tài)安全狀況與動態(tài)特征,包括土地生態(tài)系統(tǒng)的自然環(huán)境狀態(tài)以及土地利用狀況等方面；“響應(yīng)指標(biāo)”是能夠反映處理土地生態(tài)安全問題和維護改善土地生態(tài)安全狀態(tài)的能力等方面。

2.2.2 指標(biāo)閾值確定與標(biāo)準(zhǔn)化

參照相關(guān)研究[26,35],將三峽庫區(qū)生態(tài)敏感區(qū)土地生態(tài)安全等級劃分為無警、輕警、中警、重警、巨警五級。在確定土地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)體系基礎(chǔ)上,參考國家、行業(yè)和地方規(guī)定的相關(guān)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合相關(guān)研究成果[18,30,36-37],從三峽庫區(qū)土地生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀與特征[29- 31]出發(fā),采用絕對確定法、相對確定法、專家確定法、借鑒法[37]和自然分類法(該方法利用統(tǒng)計學(xué)Jenk最優(yōu)化法得出分界點,能夠使各級內(nèi)部方差之和最小)[38]確定各預(yù)警指標(biāo)對應(yīng)的各生態(tài)安全級別的閾值(表1),并據(jù)此閾值采用內(nèi)插法進行預(yù)警指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理。

2.2.3 權(quán)重確定

本研究選取熵權(quán)法計算預(yù)警指標(biāo)權(quán)重,并選取國土、環(huán)保、林業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域15位專家采用特爾菲法進行校核,綜合確定區(qū)域土地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)權(quán)重(表1),熵權(quán)法權(quán)重計算過程如下：

1)計算第j項指標(biāo)的信息熵ej:

(1)

(2)計算第j項指標(biāo)的效應(yīng)值gj:

gj=1-ej

(2)

(3)計算第j項指標(biāo)的權(quán)重wj:

(3)

某項評價指標(biāo)的熵值越大,其權(quán)重值越小,反之亦然,研究區(qū)土地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)的權(quán)重值詳見表1。

2.2.4 土地生態(tài)安全預(yù)警指數(shù)測算

參照相關(guān)研究[39-40],采用乘算模型對評價單元進行土地生態(tài)安全預(yù)警指數(shù)計算,公式如下：

(4)

式中：ESWI：某類指標(biāo)的土地生態(tài)安全預(yù)警指數(shù)；Ai為評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值；Wi為土地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)Ai的權(quán)重；n為指標(biāo)總項數(shù)。

2.2.5 警度判別標(biāo)準(zhǔn)

本研究采用系統(tǒng)聚類法計算模糊等價關(guān)系進行初始分類,再經(jīng)ISODATA聚類法反復(fù)迭代進行研究區(qū)土地生態(tài)安全警度分類,構(gòu)造無警點、低警點、中警點、重警點、巨警點等多個警限,并劃分出無警、輕警、中警、重警、巨警等5個土地生態(tài)安全預(yù)警等級,詳見表2。

表2 土地生態(tài)安全預(yù)警分級參數(shù)

2.3 土地生態(tài)安全警度時空演變統(tǒng)計學(xué)方法

2.3.1 地統(tǒng)計學(xué)方法

目前,地統(tǒng)計學(xué)方法已成為研究生態(tài)安全空間變異性的一種有效方法。區(qū)域土地生態(tài)安全預(yù)警指數(shù)是一種空間變量,空間變化特征具有結(jié)構(gòu)性和隨機性,可以采用地統(tǒng)計學(xué)中空間變異函數(shù)的方法,借助半方差函數(shù)進行區(qū)域土地生態(tài)安全警度的空間分析[41]計算公式如下：

(5)

式中：r(h)是半變異函數(shù),揭示了整個尺度上的空間變異格局；h為兩樣本點的空間分割距離；Z(xi)和Z(xi+h)分別為空間位置xi和xi+h處的數(shù)值；n(h)為空間距離為h時的樣本對數(shù)。

2.3.2 空間自相關(guān)

地理學(xué)第一定律指出：任何事物之間均相關(guān),而離得較近的事物總比離得較遠的事物相關(guān)性要高[42],亦即地理實體由于受到空間吸引和空間擴散的影響而表現(xiàn)出一定的相關(guān)性[43]?？臻g自相關(guān)分析是理論地理學(xué)的基本方法之一[44],主要用來分析空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)計性分布規(guī)律。根據(jù)空間分析尺度不同,土地生態(tài)安全空間自相關(guān)可以劃分為全局型空間自相關(guān)和局域型空間自相關(guān)兩種。全局指標(biāo)用于驗證整個研究區(qū)域某一要素的空間相關(guān)關(guān)系,而局部指標(biāo)則用于反映整個大區(qū)域中的一個局部小區(qū)域單元上的某種地理現(xiàn)象或某一屬性與相鄰局部小區(qū)域單元上同一現(xiàn)象或?qū)傩缘南嚓P(guān)程度。本研究運用全局空間自相關(guān)Moran′sI指標(biāo)和局部空間自相關(guān)指標(biāo)LISA(Local Indicators of Spatial Association)來分析萬州區(qū)土地生態(tài)安全警度的空間分布特征。Moran′sI和LISA指標(biāo)的計算公式如下[45-47]：

(6)

局部空間自相關(guān)Local Moran′sI(LISA)是將Moran′sI分解到各個空間單元,其公式為：

(7)

3 結(jié)果統(tǒng)計與分析

3.1 區(qū)域土地生態(tài)安全警度時間演變特征

由圖1和表3可以看出,2000年土地生態(tài)安全警度以無警和輕警為主,兩者之和占到了區(qū)域土地總面積的78.1%,說明了區(qū)域土地生態(tài)狀況總體情況較好；而警度較高區(qū)域(重警和巨警)主要集中分布在中心城區(qū)所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)及其鄰近區(qū)域(周家壩街道、百安壩街道、牌樓街道、沙河街道、太白街道、高筍塘街道、鐘鼓樓街道、陳家壩街道、龍都街道、五橋街道、九池鄉(xiāng)、雙河口街道),僅占區(qū)域土地總面積的7.08%。2009年區(qū)域土地生態(tài)安全發(fā)生了較大變化,其土地生態(tài)安全警度明顯提高,警度較低區(qū)域(無警、輕警)面積比例下降到48.34%,而警度較高區(qū)域(重警和巨警)面積比例則上升到18.47%,除了2000年土地生態(tài)安全警度較高區(qū)域外,大周鎮(zhèn)、小周鎮(zhèn)、天城鎮(zhèn)、太龍鎮(zhèn)、高梁鎮(zhèn)、熊家鎮(zhèn)等中心城區(qū)鄰近區(qū)域亦由2000年的低警度區(qū)域變?yōu)?009年的高警度區(qū)域。2014年與2009年相比,土地生態(tài)安全警度變化不明顯,略有提升,警度較低區(qū)域(無警、輕警)面積比例進一步下降到45.61%；而警度較高區(qū)域(重警和巨警)面積比例則由2005年的18.47%下降到2014年的15.63%,這是由于部分高警度區(qū)域(高梁鎮(zhèn)、熊家鎮(zhèn)、太龍鎮(zhèn)等)土地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量得到一定程度提升所致,其生態(tài)安全警度由2009年的重警轉(zhuǎn)變?yōu)?014年的中警狀態(tài)?？傮w來說,研究區(qū)2000—2014年土地生態(tài)安全警度呈連續(xù)上升趨勢,警度較高區(qū)域由萬州區(qū)中心城區(qū)不斷向四周擴散,但2000—2009年期間研究區(qū)土地生態(tài)安全警度提升幅度比2009—2014年期間更為明顯,可見2000—2009年期間是區(qū)域土地生態(tài)安全警度變化的關(guān)鍵時段。這主要是由于2000—2009年期間區(qū)域城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進程的加快,加劇了人地矛盾,農(nóng)田、園地和未利用地都存在被不同程度開發(fā)占用的現(xiàn)象[48],進而導(dǎo)致土地生態(tài)環(huán)境受到越來越大的壓力,生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性逐步變差,土地生態(tài)安全警度亦隨之逐步提升。而隨著近年來國家生態(tài)文明建設(shè)戰(zhàn)略的大力實施和綠色發(fā)展理念的深入踐行,研究區(qū)土地生態(tài)狀況得到的保護力度不斷增強,這在一定程度上緩解了區(qū)域2009—2014年期間土地生態(tài)安全警度快速提升的趨勢。

土地生態(tài)安全警度Landecologicalsecuritywarningdegree2000年面積Areain20002009年面積Areain20092014年面積Areain20142000—2009年During2000—20092009—2014年During2009—20142000—2014年During2000—2014面積Area增加幅度/%Increasedamplitude面積Area增加幅度/%Increasedamplitude面積Area增加幅度/%Increasedamplitude無警NoWarning153002．2552224．8047351．38-100777．45-65．87-4873．42-9．33-105651．00-69．05輕警LightWarning116970．19114868．90110289．26-2101．29-1．80-4579．64-3．99-6680．93-5．71中警ModerateWarning51207．80114701．03133997．6363493．22123．9919296．6016．8282789．83161．67重警SevereWarning15653．6345284．5336699．3029630．90189．29-8585．23-18．9621045．66134．45巨警HugeWarning8820．6718575．2917316．989754．62110．59-1258．31-6．778496．3196．32總面積TotalArea345654．55345654．55345654．550．00—0．00—0．00—

3.2 區(qū)域土地生態(tài)安全警度空間結(jié)構(gòu)分析

3.2.1 空間結(jié)構(gòu)變異性分析

結(jié)合土地生態(tài)安全預(yù)警指數(shù),運用GS+地統(tǒng)計學(xué)軟件對研究區(qū)土地生態(tài)安全警度進行變異函數(shù)理論模型的擬合,模型擬合結(jié)果見表4?？梢钥闯?2000年、2009年、2014年研究區(qū)土地生態(tài)安全預(yù)警指數(shù)均為球形模型的擬合效果最佳,復(fù)相關(guān)系數(shù)分別R2分別為0.838、0.949、0.961。

表4 研究區(qū)土地生態(tài)安全警度理論變異函數(shù)

C0為塊金值、C為偏基臺值、C0+C為基臺值、A0為變程、R2為復(fù)相關(guān)系數(shù)、RSS為殘差

土地生態(tài)狀況空間分布具有異質(zhì)性,其空間分布受結(jié)構(gòu)性因素和隨機性因素(或稱非結(jié)構(gòu)性因素)的雙重作用,可通過擬合空間結(jié)構(gòu)模型來探索區(qū)域土地生態(tài)安全警度空間格局變化的內(nèi)在機理。塊金值C0表示距離為零時的空間變異程度,反映了區(qū)域化土地生態(tài)狀況的隨機性特征,塊金值越大則區(qū)域土地生態(tài)狀況分布隨機性越強?；_值(C0+C)表示空間的最大變異程度,基臺值越高,區(qū)域土地生態(tài)狀況的空間異質(zhì)性越強。C0/(C0+C)表示隨機性變異占總變異的比例,該比值越高,隨機性因素影響越大。隨機性因素(外因)包括各種自然災(zāi)害以及人為活動等因素；而結(jié)構(gòu)性因素(內(nèi)因)包括氣候、地形地貌、土壤類型、植被類型等主導(dǎo)區(qū)域土地生態(tài)安全狀況的空間分布因素。變程A0反映了區(qū)域土地生態(tài)狀況空間自相關(guān)尺度的范圍,若要素間距離在A0范圍內(nèi),則要素間存在空間自相關(guān)；否則,要素呈隨機性分布。

2000—2014年研究區(qū)土地生態(tài)安全警度的塊金效應(yīng)逐步增強,從2000年的0.00061增加到2014年的0.001,表明研究區(qū)隨機性因素逐步增強,不可忽視。C0/(C0+C)在2000年、2009年、2014年分別為13.8%、18.07%、19.34%,表明隨機性因素對區(qū)域土地生態(tài)安全警度空間分異影響效應(yīng)逐步增強,這與研究區(qū)14年來經(jīng)濟高速發(fā)展、人類對土地資源利用強度加劇以及區(qū)域自然災(zāi)害頻發(fā)的實際情況相符。2000年、2009年、2014年研究區(qū)土地生態(tài)安全警度空間分異變程分別為2.26、3.43、3.59 km,可以看出研究區(qū)土地生態(tài)安全警度的相關(guān)性范圍亦在不斷擴張。

3.2.2 空間結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性分析

(1)全局自相關(guān)分析

利用Moran′sI指數(shù)判定區(qū)域土地生態(tài)安全預(yù)警指數(shù)的空間相關(guān)性和聚集程度。2000年、2009年、2014年研究區(qū)域土地生態(tài)安全預(yù)警指數(shù)的Moran′sI值分別為0.7823、0.7772、0.7750,整體呈略微下降趨勢,表明研究區(qū)域土地生態(tài)安全警度在空間上具有較強的正相關(guān)。通過Moran散點圖可以定性區(qū)分某一區(qū)域與周邊區(qū)域某種屬性值的相互關(guān)系。Moran散點圖分為4個象限,第一象限表示高—高聚集(HH)、第二象限表示低—高聚集(LH)、第三象限表示低—低聚集(LL)、第四象限表示高—低聚集(HL)。由圖2可知,三個年份土地生態(tài)安全警度主要集中在HH和LL區(qū),少量分布于HL、LH兩個區(qū),表明研究區(qū)土地生態(tài)安全警度具有較強的空間正相關(guān)性,空間集聚特征顯著,亦即土地生態(tài)安全警度在空間上存在趨于集群的現(xiàn)象。

圖2 土地生態(tài)安全預(yù)警指數(shù)Moran散點圖Fig.2 Moran scatter plot of early warning index of land ecological security

(2)局部自相關(guān)分析

全局Moran′sI指數(shù)可檢驗研究區(qū)土地生態(tài)安全警度的總體空間分布模式,卻不能反映相鄰區(qū)域間的要素或?qū)傩缘目臻g關(guān)聯(lián)模式及局域顯著性水平,而局域空間自相關(guān)能更深入地發(fā)現(xiàn)集聚和變異特征[49],因此需要通過局域指標(biāo)來進一步研究相鄰區(qū)域之間的土地生態(tài)安全警度相關(guān)程度,進而深入探討區(qū)域土地生態(tài)安全警度的空間格局及其可能成因。通過對研究單元的土地生態(tài)安全預(yù)警指數(shù)進行局域空間關(guān)聯(lián)分析,得到LISA集聚圖(圖3)、LISA顯著性檢驗圖(圖4)和LISA面積統(tǒng)計表(表5)。

圖3 萬州區(qū)土地生態(tài)安全警度局部空間自相關(guān)LISA集群圖Fig.3 The LISA cluster graph of local spatial autocorrelation of land ecological security warning degree in Wanzhou District

圖4 萬州區(qū)土地生態(tài)安全警度局部空間自相關(guān)LISA顯著性水平圖Fig.4 The LISA significance level graph of local spatial autocorrelation of land ecological security warning degree in Wanzhou District

從圖3和表5可以看出,2000年“高—高”值分布集中,主要集中分布在中心城區(qū)所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)及其鄰近區(qū)域(周家壩街道、百安壩街道、牌樓街道、沙河街道、太白街道、高筍塘街道、鐘鼓樓街道、陳家壩街道、龍都街道、五橋街道、九池鄉(xiāng)、雙河口街道、高峰鎮(zhèn)、高粱鎮(zhèn)、天城鎮(zhèn)、熊家鎮(zhèn)、長嶺鎮(zhèn)等),大周鎮(zhèn)、小周鎮(zhèn)、太龍鎮(zhèn)、新鄉(xiāng)鎮(zhèn)、走馬鎮(zhèn)、地保鄉(xiāng)略有零星分布。中心城鎮(zhèn)及其鄰近區(qū)域歷來是萬州區(qū)經(jīng)濟社會快速發(fā)展地區(qū),地勢平坦、土壤質(zhì)量好,人類土地利用活動劇烈,土地生態(tài)安全警度較高；“低—低”值分布相對零散,主要分布在研究區(qū)西部的武陵鎮(zhèn)、分水鎮(zhèn)、孫家鎮(zhèn)、柱山鄉(xiāng)、彈子鎮(zhèn)和東南部的新田鎮(zhèn)、茨竹鄉(xiāng)、龍駒鎮(zhèn)、恒合鄉(xiāng),與這一時期的土地生態(tài)安全警度較低區(qū)域(無警、輕警)分布基本一致；“低—高”值主要集中分布在鐘鼓樓街道、天城鎮(zhèn)、熊家鎮(zhèn)、高粱鎮(zhèn)、小周鎮(zhèn)等中心城區(qū)所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)及其鄰近區(qū)域；“高—低”值僅有零星分布。

2000—2009年研究區(qū)土地生態(tài)安全警度“高—高”值地區(qū)基本沒有發(fā)生變化,但是范圍進一步擴展,主要是大周鎮(zhèn)、小周鎮(zhèn)、太龍鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)的部分不顯著區(qū)域和熊家鎮(zhèn)、天城鎮(zhèn)、高粱鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)的“低—高”值區(qū)變?yōu)榱?009年的“高—高”值區(qū)。“低—低”值總體分布情況與2000年基本一致,主要分布在萬州區(qū)西部的彈子鎮(zhèn)、余家鎮(zhèn)、孫家鎮(zhèn)、后山鎮(zhèn)、分水鎮(zhèn)、響水鎮(zhèn)、郭村鎮(zhèn)、柱山鄉(xiāng)和萬州區(qū)東南部的茨竹鄉(xiāng)、龍駒鎮(zhèn)、恒合鄉(xiāng)、羅田鎮(zhèn)等地區(qū)。

2009—2014年研究區(qū)土地生態(tài)安全警度“高—高”值范圍較2009年有所縮小,主要體現(xiàn)是高粱鎮(zhèn)、太龍鎮(zhèn)等部分“高—高”值區(qū)變?yōu)榱瞬伙@著區(qū)域和熊家鎮(zhèn)等部分“高—高”值區(qū)變?yōu)榱恕暗汀摺敝祬^(qū)；“低—低”值區(qū)未發(fā)生明顯變化,仍主要集中分布在研究區(qū)西北部和東南部等土地利用程度相對較弱、植被覆蓋相對較好地區(qū)。可以看出,研究區(qū)“高—高”值區(qū)總體上呈現(xiàn)出2000—2009年范圍逐漸增加,而2009—2014年范圍縮小的趨勢,這與區(qū)域土地生態(tài)安全警度變化情況相一致。土地生態(tài)安全警度的空間分布并不是隨機的,存在空間上的聚集趨勢；土地生態(tài)安全警度較低的單元可以對周邊地區(qū)產(chǎn)生正面影響,使其周圍土地生態(tài)警度降低,而“高—高”值區(qū)也可以對周邊地區(qū)產(chǎn)生負面影響,使其土地生態(tài)安全警度提高。

表5 萬州區(qū)土地生態(tài)安全警度局部空間自相關(guān)LISA面積統(tǒng)計表

從圖4和表5可以看出,土地生態(tài)安全警度集群分布的顯著性水平分異明顯,“高—高”值、“低—低” 值區(qū)均以極顯著水平(P<0.01)為主,而“低—高”值區(qū)、“高—低” 值區(qū)則均以顯著水平(P<0.05)為主。研究區(qū)域2000—2014年土地生態(tài)安全警度集群分布的顯著性水平發(fā)生了明顯改變,其“高—高”值區(qū)極顯著性水平的區(qū)域面積從2000年的36934.24 hm2增加到2009年的43132.95 hm2,再減少到2014年的40596.52 hm2,呈現(xiàn)出先增后減、總體增加的趨勢,與區(qū)域土地生態(tài)安全警度2000—2014年期間的總體提升,而2000—2014年期間略有緩解的總體變化特征相一致。

4 結(jié)論與討論

本研究以三峽庫區(qū)生態(tài)敏感區(qū)典型區(qū)域萬州區(qū)為研究對象,基于PSR模型構(gòu)建土地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)體系,計算土地生態(tài)安全預(yù)警指數(shù)并劃分出土地生態(tài)安全預(yù)警等級,通過半變異函數(shù)模型和空間自相關(guān)分析方法,以2000年、2009年、2014年為3個年份為基礎(chǔ),分析2000—2014年研究區(qū)土地生態(tài)狀況警度時空演變狀況,結(jié)論及建議如下：

(1)本研究選取的土地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)是基于三峽庫區(qū)生態(tài)敏感區(qū)自然生態(tài)基底與人類社會發(fā)展對生態(tài)環(huán)境需求而選取的評價指標(biāo),是能較好地反映研究區(qū)土地生態(tài)狀況實際的個性化指標(biāo),改變了以往區(qū)域土地生態(tài)安全評價中過多地依賴于社會經(jīng)濟統(tǒng)計資料而對土地生態(tài)狀況自然屬性重視不夠的不足之處,以更加科學(xué)合理地表征研究區(qū)土地生態(tài)安全警度。

(2)本研究以土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫中行政村為基本評價單元,能很好地展示三峽庫區(qū)生態(tài)敏感區(qū)典型區(qū)域萬州區(qū)的土地生態(tài)安全警度的時空分異狀況,極大地提高了區(qū)域土地生態(tài)狀況評估精度,可以為整個三峽庫區(qū)生態(tài)敏感區(qū)土地生態(tài)安全時空分異規(guī)律提供參考依據(jù)。研究表明,研究區(qū)2000—2014年土地生態(tài)安全狀況呈現(xiàn)連續(xù)下降趨勢,土地生態(tài)安全警度較高區(qū)域由萬州區(qū)中心城區(qū)不斷向四周擴散,但2000—2009年期間研究區(qū)土地生態(tài)安全狀況變化比2009—2014年期間明顯,這主要得益于近年來國家生態(tài)文明建設(shè)戰(zhàn)略的大力實施和綠色發(fā)展理念的深入踐行,區(qū)域土地生態(tài)狀況得到的保護力度不斷增強,這在一定程度上緩解了2009—2014年期間土地生態(tài)狀況快速下降的趨勢?？梢钥闯?盡管區(qū)域土地生態(tài)狀況快速惡化的趨勢得到一定程度緩解,但仍不容樂觀,為改善區(qū)域土地生態(tài)狀況,在“十三五”期間乃至今后更遠時期內(nèi),有關(guān)部門必須在保護耕地、控制建設(shè)用地盲目擴張和水土流失、預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害、減少污染物排放、增加綠化建設(shè)、提高綠色發(fā)展水平等方面做出更加積極有效的排警調(diào)控措施,促進土地生態(tài)系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行,為社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供堅實保障。

(3)研究表明,土地生態(tài)安全警度在空間上存在趨于集群的現(xiàn)象,“高—高”值、“低—低” 值區(qū)均呈現(xiàn)出2000—2009年范圍逐漸增加,而2009—2014年范圍逐漸縮小的趨勢,且“高—高”值區(qū)主要集中分布在中心城區(qū)所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)及其鄰近區(qū)域,“低—低”值區(qū)則主要集中分布在研究區(qū)西北部和東南部等土地利用程度相對較弱、植被覆蓋好地區(qū)。近年來,隨著重慶市“五大功能區(qū)”發(fā)展戰(zhàn)略的深入實施和新型工業(yè)化、城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略的快速推進,區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化,城市周邊土地生態(tài)安全警度的聚集趨勢會愈發(fā)明顯。因此,中心城區(qū)周邊的“低—高”值區(qū)將是城市發(fā)展中優(yōu)先被占用的區(qū)域,在未來的土地利用中,尤其需加強對城區(qū)周邊“低—高”值區(qū)的重點保護。

(4)構(gòu)建基于PSR模型的土地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)體系和采用地統(tǒng)計學(xué)方法、空間自相關(guān)分析方法的研究適用于區(qū)域土地生態(tài)安全警度變化的診斷,有利于促進區(qū)域土地利用生態(tài)環(huán)境的保護和改善。本研究對進一步完善區(qū)域土地生態(tài)安全預(yù)警具有一定的參考價值,對于當(dāng)前受到高度關(guān)注的國家生態(tài)安全戰(zhàn)略問題的認知與解決具有重要意義,同時也為區(qū)域土地資源利用的規(guī)劃、管理以及社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供決策參考。但是,區(qū)域土地生態(tài)安全預(yù)警是一項系統(tǒng)工程,本研究設(shè)置的土地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)閾值等問題是一個長期復(fù)雜的學(xué)術(shù)問題,目前學(xué)術(shù)界對這個問題還沒形成一定的定論,有待深入研究。

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