锦州市土地利用结构及其生态环境效应分析

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  [摘要]以指导教师提供的辽宁沿海城市2007年土地利用图形数据库为基础数据源,利用土地利用景观格局指数以及区域生态环境指数,从土地构成和环境效应两个尺度定量分析了土地利用格局,并揭示了土地利用结构对生态环境的影响。结果表明:(1)锦州市地貌类型共有9类,水田景观占总景观面积的5.05%,旱地占54.93%,林地占18.87%,草地占7.81%,水域占3.24%,滩涂占0.61%,城乡工矿居民用地占8.08%,沼泽占1.30%,未利用土地占0.10%。(2)从斑块水平上分析,研究区林地景观斑块数最多,为3663个,占研究区总斑块数42.53%,其次为城乡工矿居民用地为2964个,占34.42%,再次为草地其斑块个数为701,比例为8.14%,旱地斑块个数为486,比例为5.64%,水田斑块为407,所占比例为4.73%,水域斑块为317所占3.68%,沼泽地为48个占0.56%,未利用土地为20,占0.23%,最少为滩涂景观斑块为6个,所占0.06%。从斑块分离度看,研究区旱地景观的斑块分离度最小,仅为0.0202。其次为林地景观,其斑块分离度为0.1613,水田景观的斑块分离度为0.2010,城乡工矿居民用地的斑块分离度较大为0.3388,未利用土地景观的斑块分离度最大为2.1593。(3)锦州市生态环境指数为0.3697.通过对生态环境指数的分析,得出该研究区的土地利用模式导致景观空间异质性较大,土地覆被结构对生态环境效应产生影响,使该区内环境效应有失平衡。
  [关键词]土地利用 斑块 景观
  [中图分类号] U412.1+4 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2014)-7-281-3
  当前,土地覆被变化越来越成为地学研究的前沿与热点课题。人类对自然的改造活动,比如,砍伐树林、疏浚沼泽、开辟农田、构筑城镇等一系列人类活动会引起地表覆被的变化,从而引发地表水热状况和生态系统的改变。例如位居我国四大沙漠之首的科尔沁沙地,在历史上曾经为水草丰美的疏林草原景观,是传统的宜牧地区。然而,近百年来由于受自然条件如干旱多风等气候因素和沙质、贫瘠等土壤因素的影响,更由于受人类的滥垦、过牧和樵采等不合理经济活动的干扰,其草原景观已经逐渐变为农田、草场与流沙、半固定和固定沙丘镶嵌分布的景观[1,2],原有的生态系统因结构、功能及稳定性严重受损而出现明显的退化趋势,土地沙漠化已经成为科尔沁生态环境退化的主要表现形式[3]。曾经也有许多的学者对土地利用景观格局及其生态环境效应进行深入的调查和研究,例如陈雅琳、常学礼等人对山东半岛典型流域土地利用格局分析,杨述河等人对北方农牧交错带土地利用变化其生态环境效应的研究。本文通过对锦州市整个地区,通过对其土地利用模式一系列的相关计算,选用生态意义较为明确的景观特征指数,定量描述研究区景观格局及空间分异特征;并通过对景观格局指数与生态环境指数之间相关关系的分析,定量揭示锦州市研究区域景观空间格局对生态环境的影响程度,旨在为研究区域景观空间格局的利用方式以及对地区生态环境的保护提供具体的理论措施。
  1研究区概况
  锦州市地处辽宁省西南部,北依松岭山脉,南临渤海辽东湾,位于著名的“辽西走廊”东端。地理坐标为40°49′(包括岛礁则为40°48′)-42°08′N,120°42′-122°36′E。全市水田用地49872.93m2,旱地用地占542518.97m2,林地用地186413.41m2,草地占地77138.15m2,水域占地32010.76m2,滩涂占地6039.24m2,建筑用地占79847.8m2,沼泽占地12857.44m2,其余为未被利用土地占1029.18m2。
  锦州市位于中纬度地带,锦州市地貌结构为“三山一水三分田,二分道路和庄园”。地势西北高、东南低,从海拔400 米的山区,向南逐渐降到海拔20米以下的海滨平原。山脉连绵起伏,东北部有医巫闾山脉,西北部有松岭山脉,医巫阊山的低山丘陵地带,东南部为冲积平原(包括海拔在10米以下的低洼区)。大、小凌河、女儿河横贯境内,水资源蕴藏总量14.03亿立方米左右,可利用量为4亿立方米左右。该区属于温带季风性气候,常年温差较大,雨热同期,光热资源丰富,年降水量在528.3~630毫米,年平均气温8~9℃,全年日照时间为2730~2860小时,无霜期149~177天,春季干燥少雨多风,夏季湿润多雨湿热,秋季短促凉爽多晴好天气,冬季干燥少雪漫长寒冷。土壤类型主要有棕壤土、草甸土、沼泽土、水稻土、盐土等土层较厚,土地肥沃,富含氮、磷、钾等多种营养元素,有機质较高,特别适宜发展粮食作物生产。
  2研究方法
  2.1土地利用景观斑块类型划分
  本研究的基础数据为研究区2007年的土地利用图形数据,为土地资源的二级分类系统(26类)。考虑到景观格局研究的需要和辽宁沿海区域的地理环境状况,应用时将二级分类归并为水田、旱地、林地、草地、水域、滩涂、城乡工矿居民用地(以下简称为城乡用地)、沼泽地和未利用地共9种景观斑块类型(表1)。
  2.2景观格局指数计算
  从斑块类型和景观2个水平上,选用生态意义较明确的景观格局指数[4-6]:斑块类型面积及面积比例、斑块数(n i)、斑块分离度(F)以及景观多样性指数(H)、优势度指数(D)、均匀度指数(E)和景观破碎化指数(C)等,来分析研究区景观格局的空间变化特征。
  ①斑块分离度(F)
  F表示某一景观斑块类型个体分布的分离程度。其值越大,表明该景观类型在地域分布上越分散。其计算公式为:
  式中n i为景观斑块类型i的斑块数,A i为景观斑块类型i的总面积,A为总景观面积。
  ②景观多样性指数(H)
  H是一种基于信息理论的测量指数,能反映不同景观类型分布的均匀性和复杂性的程度,特别对景观中各斑块类型非均衡分布状况较为敏感。计算公式为:   式中Pi为景观斑块类型i在景观中所占的面积比例;m为景观类型数。
  ③景观优势度指数(D)
  D通常用多样性指数的最大值与实际计算值之差来表示,用于测度景观结构组成中某种景观要素支配景观的程度,亦即反映某种景观斑块类型在景观中所处的位置或重要性。计算公式为:
  D=Hmax-H=Hmax+ ■(PilnPi)
  Hmax=ln(m)
  ④景观均匀度指数(E)
  E通常以多样性指数和其最大值的比值来表示,可反映景观中各斑块类型在面积上分布的不均匀程度。其公式为:
  E=H/Hmax
  ⑤景观破碎化指数(C)
  景观破碎化是指由于自然或者人文因素干扰所导致的景观类型由简单到复杂的过程,亦即景观由单一匀质到复杂异质的过程。景观破碎化指数能够反映景观空间结构的复杂性和人类活动对景观结构的干扰程度。其计算公式为:
  C=N/A
  式中N为研究区斑块总数,A为总景观面积。
  2.3区域生态环境指数(EV)计算
  引用杨述河等人依据专家征询和层次分析法得出的土地利用分类系统及其生态环境指数赋值表(表2),基于研究区土地利用二级分类系统中各类景观面积的大小,以EV定量表征某一区域内生态环境质量的总体状况,EV值越大,表示生态环境质量越高。其计算公式为:EVt=■(LUiCi/A)
  式中LUi为区域内t时期第i种景观类型的面积,Ci为生态环境指数赋值,A为区域总景观面积。
  3结果与分析
  3.1锦州市土地利用结构分析
  图1为研究区土地利用各景观类型的面积分布情况。从各景观类型的分布面积看,研究区有势景观类型为旱地,其次为林地,再次为城乡工矿居民用地。从面积来看该研究区总面积为987727.88m2,优势景观旱地占54.93%,林地占18.87%,城乡工矿居民用地占8.08%。图3为锦州市土地利用景观图,从该图也可以明显看出蓝色代表旱地,在图中占有大部分面积,也说明了该研究区优势景观类型为旱地,其次为绿色的林地,再次为红色城乡工矿居民用地。
  从以上结果可以分析出锦州市土地利用格局呈现出耕地数量多,分布相对集中。全市大部分耕地集中分布于东南部的大凌河、小凌河、绕阳河流域和沿海地区,西北部低山丘陵地区耕地数量较少草地分布较多。旱地分布比较集中,面积最大,分布于广阔地域,可以看出旱作农业在锦州市占有较高的比重,属于基质景观。林地面积排在第二位,主要集中分布于研究区中部和西部地区。滩涂区域主要集中于研究区南部地区。城乡工矿居民地区零星分散于研究区各个部分。其次是水田,水田面积不是很多但是分布较分散,大部分分布在南部地区。由此可以看出市内耕地后备资源多为荒草地和滩涂,水源条件较好。
  总的分析来看,研究区内土地覆被特点为耕地数量多,分布相对集中;交通地位突出,用地规模大;旅游资源丰富,景区面积大;其他土地多,耕地后备资源大;湿地面积大,生态功能强。
  3.2锦州市土地利用景观格局分析
  表3为研究区域不同景观类型斑块数量以及其所占比例、斑块分离度的统计结果。从斑块水平上统计发现,研究区林地景观的斑块数最多,为3663个,占研究区总景观斑块数的42.53%,其次为城乡工矿居民用地景观数为2964个,占研究区总景观斑块数的34.42%,再次为草地景观其斑块个数比例为8.14%,旱地景观斑块个数比例为5.64%。从斑块分离度看,研究区旱地景观的斑块分离度最小,仅为0.0202。其次为林地景观,其斑块分离度为0.1613,水田景观的斑块分离度为0.2010,城乡工矿居民用地的斑块分离度较大为0.3388,未利用土地景观的斑块分离度最大为2.1593。
  从景观水平上统计发现,锦州市研究区的利用土地总斑块数为8611个,平均斑块面积为114.71m2/个,景观多样性指数为1.4030,景观优势度指数为0.7942,景观均匀度指数为0.6385,景观破碎化指数为0.0087。
  上述研究结果表明,锦州市研究区中,未利用土地面积小但其分布较为集中,连续性最强。其次为滩涂的连续性较强。再次为沼泽地的连续性也较强。连续性最弱的就是旱地,但其面积也最大。从总体上看,可以分析得出旱地景观广布整个研究区,但其中被其他景观用地所镶嵌,而产生分离导致不连续分布。水田分散更为严重,由此可见,水田农业并非是锦州市农业的主要力量。可知该区域农业农业基础配套水平偏低。林地分布较为集中,分布在研究区的西北部,分析得出林地景观分配不是很均匀。总体看,研究区旱地景观占优势,林地景观及草地景观分布不均匀,从生态角度来说欠缺平衡。
  3.3锦州市生态环境质量分析
  通过计算发现,锦州市研究区的生态环境指数较低,为0.3679。分析可知,在该研究区土地中,耕地景观占主导地位,且林地景观、草地景观面积较小,林地景观、草地景观分布不均匀,其生态环境质量的总体状况一般。
  对所得数据进行进一步相关分析,并与斑块面积结合进行比较。例如该区内旱地123斑块平均面积较大,斑块分离度最小,因此其区域环境生态指数较高为0.132,环境异质性较低。而对于裸岩石砾地景观则相反,其斑块面积较小,且其斑块分离度较大,所以其区域环境生态指数较低为0.000002,也就是说该景观的环境异质性较高,受自然或认为干扰的影响较严重。
  4结语
  通过对锦州市土地利用格局的面积大小、斑块尺度及其环境效应分析研究得出土地利用对地域环境有显著的影响的结论。土地覆被类型的斑块平均面积与生态环境指数间存在着正相关的关系。因此可以得出斑块平均面积越大,斑块分离度越小,表明了研究区的土地利用受干扰程度越小而导致的景观空间异质性较低。相反,斑块平均面积越小,斑块分离度越大,表明该研究区的土地利用受干扰程度越大导致景观空间异质性较大,也就是说该区土地利用对环境造成严重影响。
  (1)錦州市研究区各类地貌类型有水田、旱地、林地、草地、水域、滩涂、城乡工况居民用地、沼泽地以及未利用土地几种不同景观类型。
  (2)对于锦州市的实际情况来说,要坚持严格保护耕地原则,实行耕地保护制度,耕地保有量不减少,基本农田面积不减少,不断强化对基本农田的保护和建设。节约集约用地,合理控制各项建设用地规模,控制外延扩张,提高建设用地利用效率。优化土地利用结构和布局,保护土地生态,合理安排生活、生态和生产用地,优先保护自然生态空间,提高土地资源可持续利用能力。
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