何燕敏 林孝先 蔡小虎 杜忠

DOI：10.16246/j.issn.1673-5072.2024.04.006

收稿日期：2023-03-31? 基金項目：四川省自然科學(xué)基金面上項目（2023NSFSC0193）；西華師范大學(xué)科研創(chuàng)新團(tuán)隊項目（CXTD2020-3）；若爾蓋國家公園綜合科學(xué)考察項目（510201202077920）

作者簡介：何燕敏（1998—），女，碩士研究生，主要從事高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)生物地球化學(xué)循環(huán)研究。

通信作者：杜忠（1980—），男，博士，副研究員，碩士生導(dǎo)師，主要從事高寒脆弱生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)對氣候變化研究。E-mail：duzhong@cwnu.edu.cn

引文格式：何燕敏，林孝先，蔡小虎，等.北川縣地震前后生態(tài)用地的空間格局演變［J］.西華師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2024，45（4）：381-387.［HE Y M，LIN X X，CAI X H，et al.Spatial pattern evolution of ecological land use before and after the earthquake in Beichuan county［J］.Journal of China West Normal University （Natural Sciences），2024，45（4）：381-387.］

摘? 要：針對區(qū)域規(guī)劃中生態(tài)用地時空格局不能及時更新和獲取的問題，通過轉(zhuǎn)移矩陣、土地利用動態(tài)度和重心轉(zhuǎn)移模型，從生態(tài)用地現(xiàn)狀、變化、效應(yīng)及政策啟示等方面對北川縣震前、震后生態(tài)用地空間格局的演變進(jìn)行了全面分析。結(jié)果表明：2008—2018年北川縣生態(tài)用地呈減少趨勢，共計轉(zhuǎn)出生態(tài)用地1215.69 hm2，生態(tài)用地主要流失方向為建設(shè)用地；10年間生態(tài)用地呈現(xiàn)“西多東少，中部集中”的空間格局，各類生態(tài)用地的重心集中在中部及西部，總體較穩(wěn)定，但在東西方向有輕微波動。

關(guān)鍵詞：生態(tài)用地；空間格局；轉(zhuǎn)移矩陣；演變分析；地震

中圖分類號：F301.2??? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A??? 文章編號：1673-5072（2024）04-0381-07

土地是人類生存和社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，為人類提供了必要的生態(tài)服務(wù)空間［1-2］。然而，土地資源利用效率低下，環(huán)境污染日益嚴(yán)重［3-4］，農(nóng)村老弱化、污損化［5-6］等一系列城鎮(zhèn)化快速發(fā)展所帶來的問題愈發(fā)嚴(yán)峻［7］，我國面臨著生態(tài)系統(tǒng)退化、資源約束趨緊及環(huán)境污染加劇等難題［8-9］。面對發(fā)展困境，“十八大”提出要著眼于土地利用功能構(gòu)建“三生用地”，即“生產(chǎn)、生活和生態(tài)用地”［10］。其中“生態(tài)用地”是以調(diào)節(jié)、維護(hù)和保障生態(tài)安全功能為主的土地類型，是生產(chǎn)、生活用地實(shí)現(xiàn)自身生態(tài)功能的基礎(chǔ)［11］，是協(xié)調(diào)區(qū)域人地關(guān)系和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的樞紐。

在我國，“生態(tài)用地”一詞最早在董雅文等［12］的研究中出現(xiàn)，目前學(xué)術(shù)界關(guān)于生態(tài)用地的識別、分類及其功能的界定還尚未統(tǒng)一［13］。國內(nèi)學(xué)者從土地覆蓋［14］、用地類型［15］、服務(wù)功能［16］、核心用途［17］等方面開展研究，構(gòu)建了諸多分類方案以完善生態(tài)用地分類體系。總體來說，目前生態(tài)用地功能構(gòu)成有兩種觀點(diǎn)：一是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能論，指出生態(tài)用地是具有生態(tài)服務(wù)功能且對生態(tài)系統(tǒng)有維持作用的用地類型［1-2］；二是土地主體功能論，指出生態(tài)用地的劃分應(yīng)重點(diǎn)從其主體功能出發(fā)，以具有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的地類作為生態(tài)用地，而以經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出為目的的地類則不包括在內(nèi)［18-19］。近年來，受自然和人為因素影響，森林、草地等許多具有生態(tài)價值的自然資源逐漸失去其生態(tài)功能［19］，對區(qū)域生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅，并極大地改變了生態(tài)用地的空間格局［20］。因此，生態(tài)用地已成為建立生態(tài)安全模式、促進(jìn)生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)的工具［21］。合理規(guī)劃發(fā)展空間，提升環(huán)境意識，制止地球環(huán)境價值遭受重大損失的趨勢迫在眉睫［22］。國內(nèi)土地利用相關(guān)規(guī)劃已明確“三生用地需并行發(fā)展”，并強(qiáng)調(diào)了生態(tài)用地比例在城鎮(zhèn)發(fā)展中的重要性［11］。因此，研究生態(tài)用地的格局演變尤為重要。

四川省綿陽市北川羌族自治縣（以下簡稱“北川縣”）作為川西北崛起戰(zhàn)略的橋頭堡，是四川省國土開發(fā)格局與國土安全格局的雙重建設(shè)高地。2008年的“5·12”汶川地震使北川縣森林生態(tài)系統(tǒng)遭受嚴(yán)重?fù)p壞［23］，耕地大量流失，山體大面積崩塌，區(qū)域生態(tài)條件嚴(yán)重惡化。災(zāi)后政府大力投入重建，當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和生活水平逐步恢復(fù)和發(fā)展［24］。近年來當(dāng)?shù)赜志o緊抓住“綠色機(jī)遇”，努力提升“綠色效力”［25］，大力推進(jìn)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)文明建設(shè)，力爭建設(shè)“大美羌城”“生態(tài)強(qiáng)縣”“小康北川”等，有效地推動了北川縣經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量、高水平發(fā)展［25］。此外，政府將北川縣的生態(tài)建設(shè)擺在第一位，還開展了“聚焦礦山整治 守護(hù)綠水青山”“污染防治攻堅暨生態(tài)環(huán)境問題”等專題研究，建立了上百個專業(yè)種植基地。如今北川縣生態(tài)環(huán)境有所改善，居民環(huán)保意識有所增強(qiáng)，生態(tài)產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展。在這樣的生態(tài)環(huán)境背景下，生態(tài)用地的研究有利于北川縣政府對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境進(jìn)行科學(xué)引導(dǎo)、適時控制，合理規(guī)劃用地空間，同時對增強(qiáng)當(dāng)?shù)鼐用竦纳鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)意識具有重大參考意義。

基于以上研究背景，本文以北川縣為研究區(qū)，對震前（2008年4月）、震后（2013年8月、2018年5月）3期遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理，利用得到的目標(biāo)地物信息，對地震前后生態(tài)用地的空間格局演變進(jìn)行綜合性分析，從而揭示北川縣生態(tài)用地的時空差異性，為北川縣土地規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)，為制定土地管理措施、保障國土生態(tài)安全和建設(shè)生態(tài)文明的推進(jìn)提供參考。研究以期從根本上為當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展提出一種綠色的、生態(tài)的、可持續(xù)的發(fā)展模式［26］，為“5·12”大地震后相似的地震受損鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展提供借鑒和示范。

1? 研究區(qū)概況

北川縣位于四川省西北部，是我國唯一的羌族自治縣［27］，幅員面積3 084 km2。北川縣地處龍門山的山麓地帶，地勢由西北向東南遞降；地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害頻繁［28］；位于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候的西部邊緣與高原氣候的交匯地帶［29］，雨量充沛，雨熱同期，水文網(wǎng)豐富。北川縣動植物種類多樣，植被呈帶狀分布且山地垂直地域分異明顯［30］。

2? 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1? 生態(tài)用地分類

國內(nèi)土地利用分類體系對“三生用地”中生活和生產(chǎn)用地的界定相對清晰，但對生態(tài)用地分類還未明確［11］。因此，亟須將生態(tài)用地納入土地利用分類體系，按照區(qū)域差異構(gòu)建以土地的多功能性和主體功能為主導(dǎo)的分類體系，突出生態(tài)服務(wù)功能的地位，強(qiáng)調(diào)從國家層面反映土地的生態(tài)功能，統(tǒng)籌“三生用地”空間［11］。本文依據(jù)上述分類原則，在已有的土地分類體系基礎(chǔ)上，融合北川縣的生態(tài)屬性、區(qū)位特點(diǎn)、土地類型和土地現(xiàn)實(shí)利用情況以及當(dāng)?shù)卣叩?，考慮到遙感影像資料和統(tǒng)計數(shù)據(jù)資料的可獲得性、研究可行性及研究的價值，按照既能提供生態(tài)服務(wù)價值（保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)、保護(hù)生物、穩(wěn)定提供生態(tài)產(chǎn)品等），又能維護(hù)綠色環(huán)境（維持生態(tài)系統(tǒng)平衡和維護(hù)可持續(xù)發(fā)展）來定義生態(tài)用地，并將北川縣生態(tài)用地劃分為林地、草地、耕地、水域、和其他生態(tài)用地5個一級地類，14個二級地類（表1）。

2.2? 數(shù)據(jù)來源

本文的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括土地利用數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)。通過在地理空間數(shù)據(jù)云平臺獲取北川縣2008年4月的空間分辨率為30 m×30 m的Landsat 7 TM遙感影像數(shù)據(jù)和2013、2018年空間分辨率為30 m×30 m的Landsat 8遙感影像數(shù)據(jù)。利用91衛(wèi)圖獲取北川縣行政邊界和高清圖層。統(tǒng)計數(shù)據(jù)包括在中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心下載的1980—2018年全國多時期土地利用遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)集。

2.3? 研究方法

運(yùn)用ENVI 5.3對遙感影像進(jìn)行監(jiān)督分類等相關(guān)處理，再利用ArcGIS 10.2獲取3個時期遙感圖像上特定目標(biāo)地物信息，制作生態(tài)用地現(xiàn)狀圖。

首先，在ArcMap中將2008、2013和2018年的圖層進(jìn)行兩兩數(shù)據(jù)融合、疊置分析后，計算每個生態(tài)用地類型的轉(zhuǎn)移量，按照2008—2018年的時間順序構(gòu)建土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，用來分析各種生態(tài)用地類型之間相互轉(zhuǎn)移的關(guān)系及轉(zhuǎn)移特點(diǎn)［31］，再結(jié)合實(shí)地考察和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對生態(tài)用地轉(zhuǎn)移矩陣的結(jié)果進(jìn)行驗證和評估。其次，計算出單一土地利用動態(tài)度和綜合土地利用動態(tài)度［32-33］，以分析各生態(tài)用地面積的動態(tài)變化過程。最后，在ArcMap中計算2008—2018年各生態(tài)用地類型的平均中心，得到各生態(tài)用地類型的重心及其轉(zhuǎn)移方向，進(jìn)行重心轉(zhuǎn)移模型分析［34-35］，展示北川在發(fā)展過程中生態(tài)用地的的空間集聚、轉(zhuǎn)移規(guī)律及其演變特征。

3? 結(jié)果與分析

3.1? 生態(tài)用地結(jié)構(gòu)變化

3.1.1? 生態(tài)用地面積變化

2008—2018年北川縣生態(tài)用地變化較為明顯（圖1），總量由288 441 hm2減少至287 225.31 hm2，10年間生態(tài)用地總面積共計減少1 215.69 hm2，減少0.42%?？傮w而言，只有林地出現(xiàn)損失加劇且補(bǔ)充不足的局面，主要是由于“5·12”汶川大地震中北川縣受災(zāi)嚴(yán)重，導(dǎo)致林地?fù)p失、森林破壞后，大量無林地出現(xiàn)［36］。而災(zāi)后重建占用大量林地，災(zāi)后誘發(fā)的崩塌滑坡泥石流等多種次級自然災(zāi)害也是一部分原因［37］。震后建設(shè)用地的需求增加用于震后居民點(diǎn)安置、城鎮(zhèn)開發(fā)等［38］，這些建設(shè)占據(jù)了很大一部分耕地，耕地流失又使森林和草原等生態(tài)用地成為耕地的補(bǔ)充；再加上圍湖造田等現(xiàn)象層出不窮，這就導(dǎo)致了郊區(qū)及開發(fā)區(qū)周邊地區(qū)的生態(tài)用地空間迅速減少，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和自治功能發(fā)生了變化，造成生態(tài)用地大量流失，引發(fā)生態(tài)環(huán)境急速退化。各地類土地利用轉(zhuǎn)移詳見表2。

2008—2018年，耕地變化較為劇烈。耕地面積凈增加381.08 hm2，總面積占比由17.90%增加到18.11%，主要是林地、草地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)換為耕地，耕地增加主要發(fā)生在中西部地區(qū)。耕地轉(zhuǎn)化為其他地類的比例較小，主要向建設(shè)用地轉(zhuǎn)移。耕地增加可能是因地震破壞、土地整理、土地復(fù)墾和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整［37］，在追求經(jīng)濟(jì)效益的影響下，北川政府建立的經(jīng)濟(jì)作物園地增多，如果園、專業(yè)種植基地、種苗繁育基地等［23，25，29］。

林地出現(xiàn)大面積持續(xù)減少，且出現(xiàn)補(bǔ)充不足的局面。2018年林地占生態(tài)用地總量的63.28%，但10年間林地總面積凈減少3 346.88 hm2，減少1.81%。這種損耗可能是因為災(zāi)后大量森林被破壞，生態(tài)系統(tǒng)更為脆弱，次級災(zāi)害頻繁發(fā)生以及在震后為滿足居民建設(shè)消耗、耕地開發(fā)為果園等經(jīng)濟(jì)利益［29］原因，部分轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，部分補(bǔ)充為耕地［37］。

草地總面積凈增加1 297.78 hm2，至2018年草地占北川縣生態(tài)用地總量的17.85%。草地的轉(zhuǎn)化可能是因為政府實(shí)行了土地開墾政策和建設(shè)用地擴(kuò)張。在生態(tài)恢復(fù)初期及土地復(fù)墾初期，生態(tài)用地類型主要以草地為主，導(dǎo)致草地面積在短時間內(nèi)增多［39］；災(zāi)后重建、工業(yè)化、城鎮(zhèn)化建設(shè)占用草地是導(dǎo)致草地面積減少的主要原因［40］。

水域與其他生態(tài)用地面積逐漸增加。水域面積在生態(tài)用地中占比較小但年際變化幅度較大。水域面積凈增加137.16 hm2，主要由耕地轉(zhuǎn)化而來，可能是由于人工養(yǎng)殖水面的增加，少部分由建設(shè)用地和林地轉(zhuǎn)化而來。其他生態(tài)用地主要由建設(shè)用地和林地轉(zhuǎn)化而來且變化幅度較為劇烈，可能是由于地震破壞等原因，致使其他生態(tài)用地凈增加315.17 hm2。

3.1.2? 用地動態(tài)度

2008—2018年北川縣生態(tài)用地動態(tài)度顯示（表3）：綜合土地利用動態(tài)度為0.04%，其中2008—2013年生態(tài)用地綜合土地動態(tài)度為0.19%，2013—2018年生態(tài)用地綜合土地利用動態(tài)度為0.08%。綜合土地利用動態(tài)度在2008—2013年較大，可能是自2008年災(zāi)后重建，北川縣城市化和工業(yè)化高速發(fā)展，各種公共基礎(chǔ)建設(shè)、居民點(diǎn)建設(shè)和工業(yè)用地建設(shè)的需求增加，迫使各生態(tài)用地類型的流轉(zhuǎn)速度加快［41］。

各地類單一生態(tài)用地動態(tài)度差別懸殊。其他生態(tài)用地動態(tài)度最高，達(dá)0.39%；水域的動態(tài)度較低，面積變化較小。耕地的動態(tài)度呈上升趨勢，2008—2013年較小，2013—2018年較大，表明在2008—2018耕地面積增多，其中2008—2013年耕地增幅較小，2013—2018年增幅較大；林地的動態(tài)度為負(fù)，表明10年間林地面積有所減少；草地動態(tài)度呈遞增趨勢，在2013—2018年動態(tài)度較高，可能是因為震后生態(tài)恢復(fù)使草地面積有所增加。

3.2? 生態(tài)用地重心偏移

2008—2018年，川縣生態(tài)用地呈現(xiàn)持續(xù)減少的趨勢，且出現(xiàn)明顯的地域差異性。東南部是生態(tài)用地減少的核心關(guān)鍵區(qū)，中西部是生態(tài)用地重心所在，10年間重心遷移有增長趨勢但距離不大，并呈現(xiàn)出東南—西北的遷移趨勢。具體如圖2所示。

減少的耕地主要是轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，耕地減少區(qū)域集中分布在擂鼓、曲山等鄉(xiāng)鎮(zhèn)；耕地增加主要在貫嶺、都壩和禹里等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。10年間耕地重心轉(zhuǎn)移呈現(xiàn)出由東部—中西部遷移趨勢。

林地幾乎分布在北川縣全域，青片、開坪、桂溪等鄉(xiāng)鎮(zhèn)占比較高。林地主要轉(zhuǎn)化為耕地，且林地減少主要集中在貫嶺、都壩、禹里等鄉(xiāng)鎮(zhèn)；林地增加主要集中于青片、片口等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，主要是由耕地轉(zhuǎn)化而來。林地重心變化較小但仍有向南遷移趨勢。

草地增加體現(xiàn)在永昌、小壩等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，主要由耕地轉(zhuǎn)化而來，幾乎沒有鄉(xiāng)鎮(zhèn)草地集中減少。10年間，草地重心遷移變化小且呈現(xiàn)出由東南—西部遷移趨勢。

水域面積緩慢增長，其中墩上、禹里、旋坪、曲山等鄉(xiāng)鎮(zhèn)最為顯著，同時擂鼓鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)存在一定的縮減，水域主要向耕地轉(zhuǎn)化。10年間水域重心呈東南—西北的遷移之勢，但變化幅度不大。

其他生態(tài)用地增加主要集中在擂鼓、曲山等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，主要由林地轉(zhuǎn)化而來。其他生態(tài)用地重心遷移變化較小，遷移距離較短，總體向東南方向遷移。

4? 結(jié)? 論

本文基于縣域維度對北川縣震前、震后生態(tài)用地的空間格局演變特征進(jìn)行綜合分析，揭示了北川縣生態(tài)用地的時空差異性，但本文沒有對北川縣生態(tài)用地演變驅(qū)動因素進(jìn)行具體分析，生態(tài)用地的演變特征及驅(qū)動機(jī)制存在區(qū)域差異性［34，42-43］，對生態(tài)用地的管理需制定因地適宜的政策機(jī)制，嚴(yán)格控制生態(tài)用地的用途轉(zhuǎn)變。本文總結(jié)并借鑒相關(guān)分類原則劃分北川縣生態(tài)用地類別，但是生態(tài)用地的分類還存在爭議［11，15，31］。未來，生態(tài)用地分類體系需與現(xiàn)行土地分類系統(tǒng)協(xié)調(diào)，增加分類體系的實(shí)用性，實(shí)現(xiàn)從宏觀層面構(gòu)建一個具有可操作性的生態(tài)用地分類體系。

隨著北川縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程逐漸加快，生態(tài)用地受城鎮(zhèn)擴(kuò)張的影響日益加深，生態(tài)用地空間與城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)空間博弈失衡。要扭轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)盲目發(fā)展和土地生態(tài)價值流失的現(xiàn)狀，亟待解決的問題之一是生態(tài)用地安全格局的構(gòu)建，從而實(shí)現(xiàn)土地高效管理以加強(qiáng)重點(diǎn)地區(qū)的生態(tài)恢復(fù)和建設(shè)，為城鎮(zhèn)生態(tài)用地規(guī)劃提供科學(xué)參考［44］。其中，合理調(diào)整生態(tài)用地的數(shù)量結(jié)構(gòu)和空間布局至關(guān)重要。如何發(fā)揮土地資源的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而優(yōu)化土地空間發(fā)展格局非常關(guān)鍵。如何正確管理人與自然、生產(chǎn)與生態(tài)、生態(tài)與人民福祉的關(guān)系，維護(hù)生態(tài)環(huán)境，為人類的生存與發(fā)展提供空間，也有待進(jìn)一步的研究。未來可以在發(fā)展的框架內(nèi)，透徹研究北川縣土地生態(tài)演變的規(guī)律、決定北川縣生態(tài)用地格局演變的機(jī)制、評價環(huán)境承載力和評價國家空間發(fā)展的充分性的基礎(chǔ)上，對北川縣震后的生態(tài)用地進(jìn)行全面的、可持續(xù)的規(guī)劃與保護(hù)。

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Spatial Pattern Evolution of Ecological Land Use

Before and After the Earthquake in Beichuan County

HE Yan-min1，LIN Xiao-xian2，CAI Xiao-hu3，DU Zhong1

（1.School of Geographical Sciences，China West Normal University，Nanchong Sichuan 637009，China；

2.College of Resources and Environmental Engineering，Mianyang Teachers College，Mianyang Sichuan 621016，China；

3.Sichuan Academy of Forestry，Chengdu Sichuan 610081，China）

Abstract：In order to solve the problem that the temporal and spatial pattern of ecological land use cannot be updated and obtained in time in regional planning，the spatial pattern evolution of ecological land use before and after the earthquake in Beichuan county is comprehensively analyzed from the aspects of present situation，changes，effects and policy enlightenment through transfer matrix，land use dynamics and gravity center transfer model.The results show that the ecological land in Beichuan county was on a decreasing trend from 2008 to 2018，with a total loss of 1215.69 hm2，mainly transferred to construction land；in the past 10 years，the ecological land has presented a spatial pattern of “more in the west but less in the east，and concentrated in the central area”；the gravity centers of all kinds of ecological lands are concentrated in the middle and west parts，which is generally stable，but there are slight fluctuations in the east-west direction.

Keywords：ecological land；spatial pattern；transfer matrix；evolution analysis；earthquake