西南山区生态敏感区土地生态安全评价_以秀山县为例_韩蕾

生态资料

第２２卷第１期年月水土保持研究Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．１，　

西南山区生态敏感区土地生态安全评价

———以秀山县为例

２，３２，３２，孔祥斌３，郭洪峰１，，罗卓１，韩蕾１，

（重庆市国土资源和房屋勘测规划院，重庆４国土资源部土地利用重点实验室重庆研究中心，重庆４０００２０；２．０２０；００１．

）中国农业大学资源与环境学院土地资源管理系，北京１３．００１９３

、，遥感影像及土地利用现状更新调查等数据，应用地理信息系统（基摘　要：研究综合应用数字高程模型（ＧＩＳ）ＤＥＭ）

于栅格对秀山县土地生态安全状况进行了评价和分析，为西南山区生态敏感区探索一种精确的生态安全评价方法。

结果表明：秀山县土地生态安全状况可以分为安全、较安全、预警、中警４个级别，各级别的面积分别占２１．２３％，

土地生态较安全级在全县均有分布，多４３．９７％，２１．８１％，４．９９％。其中土地生态安全级主要分布在中部平坝丘陵区；

分布在各区域坡度较小、海拔相对较低等位置；土地生态预警级主要分布在东部低山区南端、西部低山区、以及东部

中山区和西部中山区中海拔相对较低的位置；土地生态中警级主要分布在东部中山区和西部中山区。综上，秀山县

土地生态状况整体上良好，与实际情况相符合，今后应加强土地利用结构优化，提高土壤培肥力度，减少水土流失，以

促进土地生态系统健康稳定发展。

关键词：土地生态安全评价；西南山区生态敏感区；县域；栅格；秀山县

（）中图分类号：１；Ｆ３０１．２　　　　　文献标识码：５９２０１５０１９Ａ　　　　　文章编号：１００１７３４００２２０６Ｘ－－－

DOI:10.13869/j.cnki.rswc.20140925.001

ＳｔｕｓｅｃｄｏｎＬａｎｄＥｃｏｕｒｉｔＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＥｃｏｌｏｉｃａｌＳｅｎｓｉｔｉｖｅＡｒｅａ－　　　　　　ｙｙｇ　　

ｉｎＳｏｕｔｈｗｅｓｔＭｏｕｎｔａｉｎｓ　　

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；ｅｒｎｈｉｈｍｏｕｎｔａｉｎａｒｅａｔｈｅｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｗａｒｎｉｎｒａｄｅｗａｓｍａｉｎｌｉｎｔｈｅｅａｓｔｅｒｎａｎｄｎｏｒｔｈｅｒｎｈｉｈｍｏｕｎ　－　　　　　　　　　　　　ｇｇｇｙｇ　　

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，ｍｉｚｅｌａｎｄｕｓｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｉｎｔｅｎｓｉｆｏｒｃｈａｒｄｍａｎａｅｍｅｎｔｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｖｏｉｄｗａｔｅｒａｎｄｓｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎｒｏｍｏｔｅ　　　　　　　　　　　　　　ｙｇｐ　

ｓｏｉｌｆｅｒｔｉｌｉｔａｎｄｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｈｅａｌｔｈｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｏｆｔｈｅｌｏｃａｌｌａｎｄｅｃｏｓｓｔｅｍ．　　　　　　　　　　　ｙｐｙｙ　　

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ＸｉｕｓｈａｎＣｏｕｎｔ０２２００５２１４４２０１２０１　　　　　　　修回日期：　　收稿日期：－－－－

（）国土资源部土地利用重点实验室“重点区域土地生态状况调查与评价”２０１１１５１０６３１８　　资助项目：

—），，：：（，，：。Ｅ－ｍ女四川德阳市人第一作者韩蕾硕士研究生研究方向土地资源可持续利用和土地资源评价ａｉ６ｌｈａｎｌｅｉｏｏｏ６３．ｃｏｍ１９８＠１　　

，：男，河北承德市人，孔祥斌（博士，教授，主要从事土地资源可持续利用和土地资源评价研究。Ｅ－ｍａｉ９—）ｌｋｘｂ＠ｃａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ１９６　　通信作者：

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２３０

２卷　　　　　　　　　　　　　　　　　水土保持研究　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第２

经济社会快速发展，土地利用成为人类活　　当今，

动作用于生态系统的重要途径，人类干扰强度持续加大，人地关系日益紧张，土地生态安全问题越发受到关注

］［４１－

；秀山县土壤图和土壤志资ＤＥＭ数字高程模型（ＤＥＭ）料；１年秀山县土地利用现状图；１年重庆市２０１２０１重庆市各气象站点和水文站点的观ＩＳ影像数据；ＭＯＤ测资料；１年重庆市土壤侵蚀数据；１年秀山县２０１２０１统计年鉴等。上述基础数据主要包括矢量数据和栅格数据两种格式。由于统计单元的不同，不便于利用多源数据进行相关比较和综合分析。本研究基于ＧＩＳ技术，将基础数据全部以栅格数据进行表述。考虑数据源精度，将评价基本单元大小定义为２２５ｍ的栅５ｍ×格，整个研究区域共划分为７９０３７２０个栅格。　　

。尤其是我国西南山区生态敏感区，地形地

貌十分复杂，山多坡陡，沟壑频繁，植被稀疏，加上人类的无序开发，导致水土流失、土地质量下降等土地生态安全问题更为突出

］［６５－

。因此研究西南山区生态

敏感区的土地生态安全状况，对改善生态环境质量，提高生态系统的服务功能，建立国家生态安全体系，实现可持续发展都具有十分重要的作用。

土地生态安全是资源安全的重要方面，是指一定时空范围内，土地生态系统能够保持其结构与功能不受威胁或少受威胁的健康、平衡状态，并能够为保障人类社会经济与土地可持续发展提供稳定、均衡、充裕的自然资源，从而维持土地自然、社会、经济复合体长期协调发展

］［９７－

２　土地生态安全评价方法及应用

土地生态系统是地球陆地表面上相互作用、相互依存的地貌、水文、植被、土壤等自然要素之间以及与人类活动之间相互作用形成的统一整体

［７］１

。土地生态安全评价是设计土地利用优

。就土地

化方案和建设安全格局的基础，是一项复杂的、具有探索性的工作，也是当前土地生态安全研究的主要方向

］［２０１１－

生态系统的自然状态而言，土地生态系统处于一种相对稳定的平衡态，其服务功能能够满足人类需要；而人类对土地生态系统进行的调整逐渐改变了土地系统的平衡，并导致土地生态安全状况的不断变化。可见土地生态系统自然要素与人类活动的作用程度与结果是系统安全性变化的关键。从这个角度来讲，土地生态安全评价就是要评价土地生态系统自然条件对人类需要的满足程度以及人类活动对自然条件变化的影响程度。土地生态安全的评价方法为：土地生态评价指标的选取；土地生态评价指标体系的构建；指标信息的提取与量化处理；指数法进行评价指标空间叠加；划分山区土地生态安全等级；评价结果分析及调控对策。２．１　评价指标的选取

在没有极端限制条件下，土地生态安全受多因素综合作用影响，在不同的区域应着重体现土地生态系统的区域特征。山区首要的生态问题是地质灾害和水土流失，是由于不利的自然条件与不合理的人类经济活动相互交织而产生，其次是人类各种生产活动对环境造成的污染和影响。综合考虑秀山县生态环境和土地利用结构特点，选取地形位指数、年降水量、土壤质地、植被覆盖度、土壤质地、土壤有机质含量、土壤侵蚀程度、土地利用强度、道路影响度和城镇影响度作为评价指标。地形、年降水量、土壤质地和植被覆盖度是影响地质灾害和水土流失的主要因素。土壤有机质含量是反映土壤质量的最佳单一指标，对多个生态过程有重要影响。土壤侵蚀程度、土地利用强度、道路影响度和城镇影响度主要反映人类活动对土地生态系统的作用。

。目前已开展的土地生态安全评价多以大区域

尺度为研究对象，评价结果具有一定的宏观指导性，但往往评价精度比较粗略，缺乏指标数据的定量化和连续性变化的空间表达

］［３６１１－

。本研究以西南山区生态敏

感区的秀山县为例，集成Ｇ从土地生态ＩＳ和模型应用，安全的定义出发，进行高精度的土地生态安全评价，并结合区域特征，针对存在的问题提出对策，以期使决策者获得比较准确和完整的信息，为当地农业结构调整和土地可持续利用提供科学依据。

１　研究区概况和数据处理

１．１　研究区概况

重庆市秀山县位于四川省盆周山区的东南边陲，—１，—北纬２位于东经１°４３′０６″０９°１８′５８″８°０９′４３″０８，东与湖南龙山、保靖、花垣接壤，西、南依贵２８°５３′０５″

州省松桃苗族自治县，北邻酉阳土家族苗族自治县。

２

，辖３全县幅员面积约２２个乡镇。境内平ｍ３０５ｋ　

坝、丘陵、低山、中山互相交错，呈西南高东北低的趋势，中部是一个类似三角形的盆地，素有“小成都”之称。土壤类型以黄壤为主，红黄壤次之。气候类型属亚热带季风性湿润气候，有降水充沛集中、四季分明、无霜期较长、日照不多等特征。近年来，秀山县社会经济快速发展，使得县内土地资源生态安全面临着严峻的挑战，因此本文选择秀山县作为县域土地资源生态安全评价的研究对象。１．２　数据来源及处理

本文采用的基础数据包括：秀山县１∶１万的

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第１期西南山区生态敏感区土地生态安全评价　　　　　　韩蕾等：

２３１

２．２　评价指标信息的提取及量化处理

１　地形位指数　地形条件对生态稳定性的约束２．２．

往往表现为高程和坡度的综合作用，单一高程或坡度上的空间分析无法体现这种综合影响

］［９８１１－

化公式为：

／（）Ｙ＝１－ＸＸｍａ２ｉｘ

——地形位指数实际值；——地形位指式中：ＸＸｍａｉ—ｘ—

数最大值。

也２　年降水量　降水是山区水资源主要来源，２．２．

是影响土壤侵蚀的主要因素，主要受经纬度和地形因素影响。降水量的获取是通过收集重庆市各气象站点和水文站点的观测资料，采用ＡＧＩＳ中Ｋｒｉｉｎｒｃｇｇ插值工具和栅格裁剪工具，得到秀山县年均降水量分。综合考虑农林经济作物生长对降水的布图（图２）需求和降水对水土流失的影响，以当地农作物生长的为阈值，在Ｓ适宜需水量（Ｓ软件支持１３００ｍｍ）ＰＳ　下，采用曲线回归模拟建立年降水量的隶属函数量化）。模型（３

－５２

／［］）Ｙ＝１１＋８．０×１×（Ｘ－１３０００

。为综合

反映地形条件的空间分异，本研究利用地理信息模型将高程与坡度进行合建模方法，地形位指数（图１）。一般情况成，更能综合反映山区地形条件（公式１）下，地形位指数越大，地形越复杂，生态脆弱性越强。本研究选用地形位指数作为评价地形的指标，首先建立秀山县数字高程模型，从中提取坡度，然后采用公））。式（进行合成，得到秀山县地形位指数分布（图１１

［）］（）Ｔ＝ｌ＋１×＋１１ｇ

ＥＳ——地形位指数；——空间任一栅格的式中：Ｔ—ＥＥ———空间任一高程值和该点所在的平均高程值；ＳＳ—栅格的坡度值和该点所在的平均坡度值。秀山县高，坡度范围为０～８转化程范围为７～１７８°６６０ｍ，６．　后的地形位指数范围为０．５～１．１６。地形位指数量１

（）Ｒ＝０．９５１２３

——年降水量的量化值（——年降水）；式中：Ｙ—Ｘ—０—１。量（ｍｍ）

　　　　　　图１　秀山县地形位指数分布　　　　　　　　　　　　　　　　　图２　秀山县年降水量分布

工２．２．３　土壤质地　土壤质地关系土壤的物理性质、

程性质以及保水保肥和抗蚀能力。以秀山县１０万∶１土壤图和土壤志等资料为基础，经图件数字化和系统分类后，得到秀山县栅格数据格式的土壤质地图。根据土壤学知识和当地农业生产情况，并结合专家经）。验，对秀山县土壤质地进行量化赋值（表１

表１　秀山县土壤质地量化标准项目面积比例／％指标值

壤质６１７９．　１　

黏质１５．２４　０．８　

砂质５．１５５０．

２．２．４　土壤有机质含量　土壤有机质是土壤系统的

基础物质，影响土壤的物理、化学和生物学性质以及土壤的生产力，是反映土壤质量状况的最佳指标。文中土壤有机质含量主要根据土壤图及土壤报告提供的信息初步判断获取，然后对实地调查中可获取的因素核实校正。按照重庆市农用地分等的土壤表层养／分分级标准，土壤有机质含量达到３０ｇｋ０．ｇ为优／等，赋值１；达到２赋值０．达０ｇｋ０．８；ｇ为中上水平，／／赋值０．到１达到６．０．０ｇｋ０ｇｋ６；ｇ为中等，ｇ为中。由此有机质含量的量化函下水平，赋值０．图３）４（）。数见公式（４

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２卷　　　　　　　　　　　　　　　　　水土保持研究　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第２

．４　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｘ６．０ｉ≤／（））１０．０．６＋（１－Ｘ１－０．６６．０＜Ｘ６×（０．４－０．ｉ）ｉ≤／（））．８＋（２－Ｘ２－１８×（０．６－０．ｉ）／（））３－２＝１＋（３－Ｘ×（０．８－１ｉ）

——土壤年有机质的量化值（——；式中：Ｙ—Ｘ０－１）ｉ—／）。土壤有机质含量（ｋｇｇ

５　土壤侵蚀程度　土壤侵蚀程度是地壳表层土２．２．

壤在自然营力和人类活动的作用下，单位面积和单位时间段内被剥蚀并发生位移的土壤侵蚀量。参考水利—１（／土壤侵蚀分类及分级标准》部的Ｓ９０９６《ＨＪＬ１

—２），土壤侵蚀程度分为无明显侵蚀、轻度侵９２００６Ｔ１

。结合蚀、中度侵蚀、强度侵蚀及剧烈侵蚀五级（图４）水土保持学知识和全县土壤侵蚀情况，并结合专家经）。验，对秀山县土壤质地进行量化赋值（表２

项目面积比例／％指标值

２０．０１０．０＜Ｘｉ≤３０．０２０．０＜Ｘｉ≤０Ｘ３０．ｉ＞

表２　秀山县土壤侵蚀程度量化标准无明显侵蚀

轻度侵蚀

中度侵蚀

强度侵蚀

（）４

剧烈强度侵蚀

５．７１２．８５９．８５１．２４３５　５　２　１　０．１　

０．８

５　０．

３　　０．

０．１

　　将９项因子按照土地生态安全指数模型进行栅

格计算，对各栅格的综合分值进行频率曲线统计，以频率突变点为等级划分的主要依据，并结合实际样点的调查验证，将秀山县土地生态系统划分为４个安全级别，对评价图属性库进行统计得到各级别的面积。

　　　　　图３　秀山县土壤有机质分布　　　　　　　　　　　　　　　　图４　秀山县土壤侵蚀程度分布

２．２．６　土地利用强度与植被覆盖度　土地利用强度

定量表达了人类活动对土地生态景观的干扰强度

］［３１２２－

／（）Ｎ６ＤＦＣ＝（ＮＤＶＩ－ＮＤＶＩＩＶＩＤＶ　Ｖｍｍｍｉｎ）ａｘ－Ｎｉｎ）（

———每个像元的归一化植被指数值；式中：ＮＤＶＩ——对应近红外波段与可见光红波段；ＢａｎｄｄＢａｎ２，１———最小、——植被覆盖度；ＮＤＶＩＩＶＦＣ—ＮＤＶｍｍｉｎ，ａｘ—

最大归一化植被指数值。

表３　秀山县土地利用量化标准

土地类型

林地、水域

园地

草地

耕地

建设用地、未利用地４．６８０．１６

。根据秀山县２１年土地利用变更调查矢量０１

数据，采用ＡＧＩＳ空间分析功能将矢量数据转换为ｒｃ。参考栅格数据，得到秀山县土地利用类型（图５）

《（／国家生态环境状况评价技术规范》９２—ＨＪＴ１），将不同土地利用类型的生态效应权重进行归２００６

）。一化，得到土地利用强度量化分值（表３

植被覆盖度是反映生态系统水土保持和调节气）候功能的重要因子。采用归一化植被指数（ＩＮＤＶ

进行表征。首先根据ＥＤＩＳ网站下载的ＭＯＩＳＯＳＤ影像数据计算出归一化植被指数，然后利用公式（６））和公式（估算植被覆盖度。Ｎ植被Ｉ指数越大，７ＤＶ

）。覆盖度越大，生态越安全（图６／（ａａＢＩ＝（ＢａｎｄｎｄｄｎｄａｎＤＶ　Ｎ２－Ｂ１）２＋Ｂ１）

（）５

面积比例／％５４７４１０６２．３９７．　３．　２．　３　

指标值００７６５６３６１．　０．　０．　０．　

２．２．７　道路影响度和城镇影响度　在城镇化和工业化起步阶段，道路建设和城镇化、工业化发展对生态过程产生直接和间接的干扰。靠近道路和城镇的区域，人类活动频繁，土地生态系统承受的人文社会压力增大，土地生态系统安全程度降低；反之远离道路

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第１期西南山区生态敏感区土地生态安全评价　　　　　　韩蕾等：

２３３

和城镇的区域，土地生态系统相对比较安全。从数字化土地利用现状图中提取道路和城镇驻地的线、面分布，采用ＡＧＩＳ空间分析功能进行道路和城镇驻地ｒｃ

的全县域缓冲，然后参考《城镇土地定级规程》中道路通达度的计算模型，建立公式（对道路和城镇影响７）度进行量化处理。

　　　　　　　图５　秀山县土地利用类型　　　　　　　　　　　　　　　　　图６　秀山县植被覆盖度分布

（）

ｉ］／１００Ｆ＝［１００－１００１－ｒ

（）７

表４　秀山县土地生态安全指数与土地生态安全评价结果

土地生态安全指数

０．４２９２～０．３０３８～０．２１０３～

０．４２９１

较安全

０．３０３７预警

０～２１０２０．中警９９　４．

——道路或城镇作用指数；——道路或城镇式中：Ｆ—ｒｉ—／其中ｄ的相对影响半径，计算公式为ｒｄｄ，ｉ＝ｉｉ为缓冲距离，ｄ为道路和城镇的影响距离，ｄ值可以分别））采用式（和式（计算：８９

／ｄｓｌ２　　１＝

（）８（）９

０．７６０２

土地生态安全级别安全

２　

面积／ｋｍ百分比／％

４８９．５２０１３．９５８７．２８１５．０９　１　６　１２１．２３　

４３．９７９．８１　２

ｄ２＝

ｎ×

３　生态安全综合分析与调控对策

秀山县土地生态状况整体良好，土地生态安全和

２

，占全市面积的较安全状态面积为１４７ｋｍ５０３．　

）式（为道路影响距离计算公式，８ｄ１为全市骨干道路；式（为城镇影响距离计算公式，总长度（ｓｍ）９）４５２ｋ；为秀山县面积，计算道路和城镇ｎ为城镇个数（３０）影响距离分别为２．ｍ和１６ｋｍ。７ｋ２．３　土地生态安全级别确定

考虑山区地形是影响区域水分、土壤和气候等非生物环境的主要因素。为此本研究将地形位指数作为土地生态安全评价的主导因子，构建土地生态安全指数模型：

８

二级指２０％。将土地生态安全级别图与地形图、３５．

标分区图对比可看出：土地生态安全区域主要分布在中部平坝丘陵区；土地生态较安全区域在全县均有分布，但主要位于海拔较低、坡度较小的位置；县内东部低山区、西部低山区、东部中山区及西部中山区的土地生态安全性相对较低，处于土地生态预警和中警状态。针对各级别的自然特征和存在的生态环境问题，提出相应的调控措施。

（１）土地生态安全级。该级别区域面积为

２，占全县面积的２主要位于中部５２ｋｍ２３％，４８５．１．平坝丘陵区。区域内地势平坦开阔，气候温暖、湿润、日照充足，且田多土少，土壤质地以壤质为主，保水保肥功能较强，土地生态系统处于安全状态。该级别存在的主要生态问题是建设开发与耕地保护之间的矛盾。根据秀山县土地利用现状图可知，秀山县县城正好位于该区域。随着城镇化的发展，新增建设用地大量占用耕地问题突出。因此，应该注重保护耕地和农

ＦＬＥＳ＝ＦＴ∑（ｉ·Ｗｉ）

ｉ＝０

（）１０

——地形位指数的量化值；——其他８式中：ＦＴ—Ｆｗｉ，ｉ—项因子的量化值和权重。指标权重采用层次分析和专家经验法综合确定，年降水量、土壤质地、土壤有机质含量、土壤侵蚀程度、植被覆盖度、土地利用强度、道路影响度和城镇影响度的权重分别为０．０，０．１１，１（）。表４０．１４，０．０８，０．２７，０．２０，０．０５，０．０５