（土壤学专业论文）土地利用覆被变化对县域生态健康影响.pdf

西南大学学位论文中文摘要 摘要 土地利用变化涉及土地资源自然属性和人类利用方式的变化，土地利用变化研究包括全 球和区域两个层次，前者强调土地利用变化对全球环境变化的影响，后者则注重土地利用变 化对区域社会经济可持续发展及生态健康的作用。士地利用变化研究是目前全球变化研究的 热点和前沿问题。沙湾区随着社会经济的持续快速发展和工业化、城区化进程的加快十地 利用变化问题尖锐而突出，如土地利用矛盾加剧，土地利用结构不尽合理，土地污染严重 土地利用率降低等，严重影响沙湾区社会经济与生态的协调发展。 本文以沙湾区为例利用十地生态学和生态经济学理论和可持续发展的思想，在地理信 息系统技术的支持下。区、乡镇级行政单元为数据统计单元，根据土地利用相关资料、图件， 结合实地考察，分析评价土地利用情况，并从土地资源利用时空动态变化入手，依据土地利 用动态变化模型，分析1 9 9 7 2 0 0 4 年间土地利用数量变化、土地利用结构空间变化、十地利 用程度变化、土地利用变化的区域差异等动态变化特征，揭示本区土地利用变化规律，根据 沙湾区土地利用变化特点，结合前人的研究经验，结合乐山市有关部门专家的意见完成对指 标的筛选，分析土地利用变化对生态健康情况的影响，其主要内容和结果包括以下几方面： 1 土地利用类型变化信息提取。通过历年土地变更资料和土地利用现状数据库和最新的 土地利用变更资料，提取土地利用变化信息。利用土地资源的数量变化、土地利用空间变化、 十地利用区域差异和土地利用程度变化模型描述土地的变化趋势利用土地资源的数量变化、 土地利用空间变化、土地利用区域差异和土地利用程度变化模型描述土地的变化趋势 2 1 9 9 7 2 0 0 4 年耕地数量大幅度减少，减少t 3 4 0 0 4 1 h d ，转变为居民点工矿用地的耕 地为4 4 0 9 2 h m 2 ，林地面积大大增加，增加幅度居各地类首位，增加面积3 9 0 0 8 7 h m 2 。从总体 上看，沙湾区土地利用变化幅度较大的是耕地、林地、园地；居民点及工矿用地交通用地和 未利用土地次之；而水域、水域和牧草地变化幅度不大。 3 沙湾区各乡镇土地利用程度各不相同，有的处于发展时期，有的处于衰退期或调整期。 1 9 9 7 年土地利用程度综合指数较高的是谭坝乡、葫芦阵，较低的是碧山乡和沙湾镇；2 0 0 4 年七 地利用程度指数较高的是福禄镇和踏水乡，较低的是范店乡和碧山乡。1 9 9 7 2 0 0 4 年，沙湾区 各乡镇土地利用程度变化率r 0 ，或r 0 ，则该区域土地利用处于发展时期，否则处于调整期或衰 退期。 表3 3 土地利用类型及分级表 t a b3l a n du t i l i z a t i o nt y p ea n dr a n kc h a r t 表3 4 沙湾区土地利用程度变化量与变化率表 t a b 4s h a w a aa ml a n du t i l i z a t i o nd e g r e ec h a n g e q u a n t i t ya n dr a t eo f c h a n g e 从上表可以看出，沙湾区土地利用程度变化率r = o 0 1 4 大干0 ，沙湾土地利用正处于发展时 期。沙湾城区土地利用程度变化率r = 0 0 7 小于各个乡镇值，说明乡镇土地利用处于快速发程时期， 而且发展速度远大于沙湾城区。 表3 5 各个乡镇土地利用程度与变化率 t a b5e a c hv i l l a g e sa n dt o w n sl a n du t i l i z a t i o nd e g r e ea n dm t eo f c h a n g e 从上表可以看出，沙湾区各乡镇土地利用程度各不相同，有的处于发展时期，有的处于衰退 期或调整期。1 9 9 7 年土地利用程度综合指数较高的是谭坝乡、葫芦阵，较低的是碧山乡和沙湾 镇；2 0 0 4 年土地利用程度指数较高的是福禄镇和踏水乡，较低的是范店乡和碧山乡。1 9 9 7 2 0 0 4 年， 沙湾区各乡镇土地利用程度变化率r l ，则表示该区域这种土地利用类型变化较全区 域丈。相对变化事是一种反映土地利用变化区域差异的很好的方法。以下就土地利用变化较大的 沙湾区1 4 个乡镇进行分析，看沙湾区的土地乖j 用变化区域差异。( 如图) 1 ) 耕地地相对变化率的区域差异：最大的是沙湾镇、龚嘴镇，达n t1 1 0 ，其次足范店乡、 牛石镇。耕地相对变化率最小的谭坝乡只有0 2 1 。沙湾镇主要是耕地向建设用地的转变，龚嘴镇 主要是由生态退耕引起的耕地向林地转变。 2 ) 园地相对变化率的区域差异：园地相对变化率的区域差异较是太平镇、嘉农镇，都超过 了l o ，嘉农达到了1 7 0 4 。福禄和踏水两镇无变化，变化最小的铜茨乡只有1 0 6 。 3 ) 林地相对变化率的区域差异：林地变化率最大的是轸溪和潭坝，其中轸溪达到了9 4 7 ， 变化最小的是福禄和铁山乡，福禄镇为o 5 2 ，铁山为0 4 9 。 4 ) 草地相对变化率的区域差异：变化最的是潭坝、轸溪等乡镇都超过了2 。 5 ) 剧民点及工矿相对变化率差异：城郊居民点及工矿用地的相对变化率在空问分布格局无明 显规律。总体上说各个乡镇相对变化率如碧山乡、铁山乡、铜茨乡、铜茨乡、谭坝乡、龚嘴镇、 葫芦阵、嘉农镇、太平镇都超过了t 。 西南大学学位论文第3 章土地利用结构变化分析 6 ) 交通用地相对变化率的区域差异：从整体上看。相对变化率葫芦阵龚嘴镇、谭坝乡、铜 茨乡、踏水乡、碧山乡都超过了l ，其他乡镇都小于i 。 7 ) 未利用地相对变化率的区域差异：随着经济的发展，人口的增加，沙湾区未利用土地呈 减少的趋势。各个乡镇中沙湾镇、碧山乡、铜茨乡的变化率都超过了i 。 8 ) 水域的变化率各个乡镇差异很小。 表3 6 各乡镇土地利用相对变化率( 1 9 9 7 - 2 0 0 4 ) t a b l 6 v a r i o u s v i l l a g e s a n d t o w n s l a n d u t i l i z a t i o nr e l a t i v er a t eo f c h a n g e 3 35 地利用空闻格局分析 土地利用的空间格局主要包含：一是土地利用的类型，二是土地利用类型的空间布局，二三是土 地利用的数量结构，它也指土地利用圈上的斑块分布。通过土地利用空间格局的研究，可以具体 把握士地利用现状，其分析结果可反映区域内土地资源的特点和优劣势，诊断土地利用台埋与台， 西南大学学位论文 第3 章土地利用结构变化分析 从而为土地规划设计、土地可持续开发利用、十地管理与调控提供科学依据。 空间格局指数的大小反映了人类活动对土地利用的干扰程度，随着干扰度的增加，十地利用 的多样性、均匀度提高，优势度减少。根据以上公式，计算沙湾区土地利用空间格局指数值，详 细情况见下面表 表3 7 士地利用空间格局指数值 t a b 7 l a n du t i l i z a t i o ns p a p a t t e r ne x p o n e n t i a lq u a n t i t y 多样性指数反映了土地利用类型的丰富和复杂程度j 沙湾区人类活动比较强烈，它对土地利 用多样性有较为明显的影响，通常人口集中，人类活动强烈的地区，土地多被开发为农业、t 矿、 城区及农村居民用地，区域内土地利用类型增加，多样性升高。沙湾区土地利用多样城区多样性 指数为o 3 4 远低于沙湾各个乡镇的多样性指数。这与区土地多为居民点及工矿用地有关，区区居 民点及工矿用地占区区总土地面积的9 2 3 1 。 多样性指数优势度指数均匀度指数程度，优势度越高说明人类对土地利用的干扰度越低。 在各乡镇中，利用优势度较高的是踏水乡、福橡镇，优势度指数大于2 ，土地利用优势度较小的 是铜茨乡，优势度指数小于l 。和多样性指数相比，多样性指数高的乡镇，其优势度指数就低；相 反，多样性指数低的乡镇，其优势度指数就高。即人类括动对土地利用的干扰度增加，土地利用 的多样性、均匀度提高，优势度减少。 土地利用均匀度是用于描述土地利用类型的分配均匀程度。在各乡镇中土地利用均匀度较高 的是谭坝乡、轸溪乡、铜茨乡，均匀度指数大于0 7 ；土地利用均匀度较低的是福禄镇，均匀度指 数小于o 2 0 ，和多样性指数的高低一致，而与优势度指数成反比。即均匀度指数高的乡镇，多样 性指数也高，而优势度指数较低，说明该乡镇人类活动对土地利用的干扰度较大。 表3 8 各个乡镇土地利用空间格局指数 t a b8e a c hv i l l a g e sa n d t o w n sl a n du t i l i z a t i o ns p a c ep a t t e r ni n d e x 3 4 地利用的特点 从自然范畴和社会经济范畴两个方面考虑，沙湾区在土地利用方面的特点如下： 3 41 土地利用分异晴显 从土地利用类型的数据结构来看，林地和耕地是全区土地利用的主要类型，其面积分别占总 土地面积的3 7 9 3 和3 8 0 6 5 ，居绝对优势。未利用土地面积占5 1 6 ，亦不可忽视。交通用地、 园地则占地相对较少。从土地利用的空间结构格局看，林地、耕地二大类为其主骨架，其他用地 类型则镶嵌其中。城区形成了以工商业、居民点和内外交通用地、蔬菜生产为主的土地利用格局。 低丘为粮食生产基地。灌溉条件差的山区，以旱作农业为主，土地坡度大，水士流失严重，农业 生产水平不高。南部山区地表崎岖，地面坡度大，宜林面积大，水土流失亦为该区突出的生态问 题。 3 4 2 沙湾区土地呈现过渡性、动态性、多样性、复杂性的特点 ( 1 ) 土地利用和空间分布的过渡性： 西南人学学位论文第3 章土地利用结构变化分析 _ i i 一 沙湾区是乐山建成区与乡村地区之间的“急变带”，原有的农用七地不断地变为各种用途的非 农用地，加上受城区扩张、道路系统修缮、区政公用设施建设用地的飞跃式扩散以及规划管理滞 后等因素的影响，该区土地利用的性质和强度、地域空间结构和地理景观等方面袁现为从城区向 农村的过渡。 ( 2 ) 土地空间和用途的动态性： 沙湾区成为城区化活跃的地区，在城区集聚力的推动和扩散力的拉动下，城区规模不断扩人， 结合部内外边界不断向农村地区延伸和扩展，土地空间范围动态多变；而且在比较利益的驱动下， 沙湾区土地用途变更迅速、普遍。 ( 3 ) 用地类型的多样性和复杂性： 沙湾区土地利用类型既受城区区位条件和乡村建设规划的制约，又在一定程度上保留着原有 的农村土地利用格局，因此土地利用类型表现出明显的多样性和复杂性的特征，城郊区土地利用 类型表现为工业企业用地和农业用地并存，现代楼房和农村住宅并存，设施农业用地和绿化用地 并存，畜牧养殖和交通道路用地并存。 3 5 土地利用存在的主要问题 3 5 1 土地供需矛蜃日趋突出 ( 1 ) 人地矛盾突出，人均土地、耕地日趋减少。 从1 9 9 7 年到2 0 0 4 年间，7 年内耕地减少了3 4 0 0 4 1 h m 2 平均每年减少4 8 5 7 7 h m 2 。人均耕地 由1 9 5 0 年的0 1 7 3 h m 2 减少到2 0 0 4 年的o 1 l h m 2 。从1 9 9 7 年到2 0 0 4 年，人口呈增加趋势，而耕 地只有一直在减少。 现在人均耕地为o 0 9 3 h m 2 ，虽然高于联台国的标准，但是中低产田比重大中，低产田比例达 8 0 5 8 。然而，各项建设事业还要大力发展，耕地的占用和人口增长的趋势是不可阻挡的，如果 不对耕地采取有力措施切实加咀保护，乱占滥用耕地制止不住，生产粮食的耕地面积保证不了， 人地矛盾将会更加尖锐。 ( 2 珩业间用地需求日趋尖锐。 随着西部大开发和国民经济的大发展，无论是城区建设、交递能源、文教卫生、丁矿商贸等 基本建设，还有文物古迹遗址、风景旅游、自然保护、水源涵养以及居民住宅、农田水利设施等 非农业建设都需要占用耕地，甚至很多还要占用近郊优质菜田和基本农田。行业用地之间与行业 用地内也经常出现矛盾。不同行业有不同的规划，结果造成既是风景旅游规划区，又是城区发展 的组团地带和乡镇企业工业园区规划区，还是发展蔬菜基地的规划区，形成了行业之间的争地现 西南大学学位论文第3 章七地利用结构变化分析 象。 建设占用耕地除了和农业生产用地的矛盾，按沙湾区土地规划目标建设用地占用耕地 ( 1 9 9 7 2 0 0 4 ) 不得超过4 0 0 5 h m 2 ，实际占用耕地数量为4 4 0 9 2 h m 2 。交通用地占用耕地面积不得 超过4 0 2 h m 2 ，实际占用耕地面积为8 7 h m 2 。 ( 3 ) 农业内部用地之间的矛盾也日趋严重。 实行农业生产责任承包制以后，农民在安排生产方面有了自主权，特别是区域经济的发展， 物价的上涨，使粮食生产效益下降，面农民还需要购买生产资料等进行多项投资，所以有忽视粮 食生产的倾向。而大力发展各种果树、蔬菜等经济作物，自发调整农作物种植结构，占用优质粮 田种植经济作物，使粮食种植面积和总产有所下降，这对物价的稳定和居民生活都有一定的影响。 1 9 9 7 年2 0 0 4 年果园面积增加1 9 7 6 1 h m 2 ，其中占用耕地t 0 4 3 2 h m 2 。 3 5 2 土地利用结构不尽合理 2 0 0 1 年建成区4 类用地( 不包括其它用地) 构成分别为：城区居住用地占2 9 8 9 ，居首位；以 下依次是工业用地占2 2 2 0 ，教育科研用地占9 2 4 ，公共设施用地占4 7 2 。( 如图3 5 ) 所 示： 2 0 0 4 年沙湾城区土地利用结构图 f i c5l a n du t i l i z a t i o ns t r u c t u r e 据研究合理的城市用地结构为：生活居住用地占4 0 一5 0 ，产业用地占2 0 一3 0 ( 其 中工业用地占1 0 - - 1 5 n ) ，道路和其它公共设施等占2 0 - - 3 0 。以此对照，莎湾城区土地利用 结构现状不尽台理，表现为现状工业用地比重过大，届住用地和公共设施用地( 包括教育科 研用地) 比重则明显偏低。 村庄建设用地自1 9 9 7 年后急剧扩张。究其原因有二：其一，随着农村居民收入增加，农村宅 基地用地量逐年增加，各种非法占地建房现象亦较严重，加之原有一些旧宅基地弃之4 i 用，使一 部分村庄形成“空心村”现象：其二，由于工业化的发展。大量农业人口涌入沙湾城区，刺激了 西南大学学位论文第3 章土地利用结构变化分析 周边村庄房屋租赁市场的需求，促使村庄进一步自由无序发展为将来村庄改造留下隐患。沙湾 建设农村居民点人均用地面积达1 5 6 6 4 m ，大大超过建设部规定的人均1 1 0 m 2 的标准，十地浪费现 象严重。 3 5 3 土地利用率不高，生产水平较低 土地利用率是指已利用土地占整个辖区面积百分比。2 0 0 4 年，全区土地利用率为8 6 5 ，低 于8 9 2 5 的四川全省平均水平，也低于8 7 3 3 的乐山市平均水平。值得重视的是，目前全区还 有五万多亩的荒山和田土坎地未被利用，这对沙湾区来讲，无疑是一种严重的浪费。 从土地利用效果看，单位面积粮食单产沙湾区低于乐山市的平均水平；单位土地面积国内总 产值大大低于乐山市的平均值，比乐山市平均产值少9 1 5 7 ；单位面积农业产值比乐山市平均水平 低2 2 8 4 元h i l l 2 。 表3 9 土地利用效果 t a b9l a n du t i l i z a t i o ne f f o r t si ne c o n o m i ce i r c l e 从上述用地情况着，沙湾区的土地利用率仍然很低，且生产水平不商。沙湾区平均每h m 2 土地产值为3 1 1 5 6 元，低于西部地区平均水平3 7 0 8 元，与东部地区平均每h m 2 5 5 5 8 0 元m m 2 产值 比例为l ：1 6 4 。 西南大学学位论文 第4 章生态健康分析 第4 章生态健康分析 4 1 评价指标选取的原则 4 1 1 可比性原则 设置评价指标体系时使其在一定时期内涵义、范围、方法等方面保持相对稳定，以便丁 保证资料的可比性，从而有利于研究系统的长期趋势和变化规律。另一方面，在处理指标与 外部的联系时也应遵循可比性原则，根据评价目标和对象的特点，尽可能地采用通用指标， 使同类指标地涵义、范围和计算方法保持统一，在总体上计算口径也应该保持一致，以提高 指标地实用性和可比性。 4 1 2 可操作性原则 指标体系选择应尽量简单明了，应达成简易性和复杂性的统一，要充分考虑相应指标量 化及获取数据的难易程度，并保证数据准确可靠，尽量利用现存数据、统计资料数据和已有 规范标准。数据获取和指标量化，既保证全面反映耕地质量及其变动的备种内涵义利于推行。 4 1 3 非兼容性 所选择的指标之间要遵循非兼容性原则，既从多元统计分析的过程来看，评价指标的相 关程度越小则分析结果的可信度越高。生态健康作为特殊的研究对象，影响其水平的各指标 闵素之间无时无刻不进行着物质和能量的交换和转移，指标问作到完全不相关是不可能的， 但从相关性很大的几个因素中选择一个具备代表性的评价指标却是可以做到的。 4 1 4 普通性原则与区域性原则 在选择评价指标时，耍兼顾普遍性原则与区域性原则。为了达到普遍适用的目的，使不 同区域在运用指标体系进行研究时具有可比性，在建立整个评价指标体系时，选择的评价指 标覆盖面要广，可以适用于不同的区域。而另一方面在具体到一个区域的应用中，又要因 地制宜地从指标体系中选择适用的指标因子，做到适当的取舍，使其具有区域特色。这两个 原则看起来似乎矛盾，但实际上是两个不同层次上所要遵循的原则，普遍性原则是对建立总 的指标体系而言的，区域性原则是针对某一特定区域运用而言的。两者的统一在于指标选择 的主导性原则，即无论怎样具有区域特色，决定生态健康的主导因素基本上是一致的。 4 1 5 一致性原则和进化性原则 为了能实事求是地反映评价区域生态健康的程度和效果，较好地比较区域间的实际著异， 评价工作要力求公平、公正评价的标准和框架体系要保证主体上的一致性。但十地利用系 统及其可持续问题的复杂性、空间上的分异性和时间上的动态性以及区域上地方性决定了不 存在普适的、一成不变的评价指标体系。人们对生态健康及其评价方法的认识尚处于起步阶 西南夫学学位论文 第4 章生态健旗分析 段，同时也怒不断发展的。p 司此，指标体系成适应形式发展需要，表现出开放性和进化性， 畦藏纳薮，壤其结构更趋予会理，搓标雯疑有健袭性。 4 2 评价指标系统的子系统 生态健廉是可持续发艘的重要组成部分，土地生态系统是一个典型的自然一经济 享圭会复会系统，是久类活动每蠢熬蓼壤褪赢锋薅静集孛棒瑷，遗利用邂人类霾戆清糍麴生 产生活行为，地的番类用途反映了入类对地利用的价德观念和决策。生态健康麻谶本着 社会、经济要求和自然环境问题相统一的寒旨，综合运用技术、政策和随在同时关心社会经 济原理和爨然环壤活动结会在一起，同时裳瑗保持和提糍她的生产或服务功能、降低生产 的厩殓永警、绦护自然资源潜力帮貉壹壤与永囊静运纯、经济上舍壤帮可行爱社会整律豹 可接受性。地资源可持续利用的生态健康的本质，应该围绕区域乃至周边地区人们可持续 发展的目的，促使经济、社会和自然生态的协调统一。 本文遵激对缝生悫爱套系统熬蘸究，扶先缝赉溪籀可持续到建瓣生态健裹译绥系统， 同时也是出地自然生态鳃庶、土地经济艇态健康和土地杜会生态健康兰方面组成的德壕复 合体系，从而建立评价研究中的三个子幕娩。从子系统屡丽上分析，如果考虑经济和社会因 素对乏述巍然系统健康静影晾，显然土遗疑济妻态健瘢翔主蟪社会生态羝统构成了生态健康 静动力秘爨发点，两地自然生态健壤鞫簸了生态健藤的蒸石和生态健壤静核心。如没套土 地自然生淼德康，就不会肖生态健康：没宥生态健康，任何系统就不可能寓现可持续发展。实 现土地资源的生态健康，不仅是区域可持续发展所需要追求的目标，同时叉是一个不断发展 熬过簇体系。 因此，本文以土地资源可持续利用的擞态健康为总目标，把土地自然生态系统、土地经济 生态系统和土地社会生态系统作为生态健康评价的予系统，这是本文中隧域生态健康评价指 标体系的准粼。 4 3 评价指标体系的框架 土地赘源可持续利用的生态健康评价指标的确定是一项科学性要求根强的工作。生态健 康谬份涉及劐鑫然、社会秘经济等方西，擐撂指标选择的誊 学接、系统瞧、耀对独立谯、霹 操作性和胃托性等原则，为了保证译价指栝体系选择遮分解为多个子系统舀标，并在参考人 量现有的各种土地评价指标的基础上，利用d e l p h i 法，结合前人的研究缀验，结合乐山市有 关部门专家的意见完成对搬括的筛选，剔去了对评价结果冤关紧要的指标，保留了那些i 鏊要 糖振：在完擒对摆檬选择螽，本文逶遵d p $ 巾的嚣子分拆法来整理撵标阕翡共线经翔蘸，麓对， 通过定性分析对指标的完备性进行判断，从丽在评价工作垒局上做到重娶性与完善性的紧密 结合。表4 1 3 l 西南大学学位论文第4 章生态健康分析 表4 1 指标体系框架图 t a b1t h ec h a r to f i n d e xf r a m e 经 蘩 警 杜 会 生 统 乒 土地自然资源数量c l 土地自然源质量c 2 经济投入量c 3 经济产出量c a 人口承载指数c 5 整治能力指数c 6 人均耕地( h 2 )d l 2 5 。的耕地( ) d 2 土地后各资源( ) d 3 森林覆盖率( ) d 4 自然灾害天数( 天年) d 5 水土流失( ) d 6 土壤侵蚀度( ) d 7 土地贫瘠化( ) d 8 人均g d p ( 1 0 元) d 9 土地污染率( ) d 1 0 施用化肥( k g b m 2 ) d 1 1 农药施用( k g h 2 ) d 1 2 低产耕地率( ) d 1 3 低产林地率( ) d 1 4 低产园地率( ) d 1 5 单位面积粮食产量( k g h f ) d 1 6 人口密度( j l k m 2 ) d 1 7 城镇化水平( ) d 1 8 人均水资源( 1 d 3 ) d 1 9 人口自然增长率( ) d 2 0 水土协调度( ) d 2 1 机械化( k w h m 2 ) d 2 2 农电集约度( 度h m 2 ) d 2 3 整理集约度( 1 旷元h m 2 ) d 2 4 其中：a 表示生态健康目标层指标b 表示系统层指标，c 为系统层指标的分解指标，表示 状态层指标，d 表示变量层指标，主要考虑了该指标的可获取性和重要性原则，弗通过科学性 3 2 土地自然生态系统笋 西南大学学位论文 第4 章生态健康分析 检验的定量化信息。 4 4 具体评价指标的说明 对丁决策者和公众而言，过于复杂和不易获取的指标，不利于进行可持续利用的土地资 源生态健康评价不利于决策者服务。因此，指标的综合成为解决问题的关键。下面分别对 土地资源可持续利用的生态健康三个子系统进行阐述。 4 4 1 土地自然生态健康系统 1 士地自然资源数量 人均耕地、坡度2 56 以上的耕地、人均土地后备资源分别表示区域内人均占有耕地、坡 耕地、土地后备资源的数量，以h 舻人、为计量单位。该类数量指标的健康趋向性为越大越健 康，即人均耕地越大，对土地资源的生态健康的压力越小。 森林对于抗御自然灾害具有重要作用，也是生态环境质量好坏的重要指标。森林覆盖率 以整个区域面积内森林覆盖面积占土地总面积的比重表示，计量单位为。该指标数量越小， 土地生态环境质量越差，生态健康性越低。 2 土地自然资源质量 土地质量是一个综合的、动态的概念。土地质量指数以水土流失率、土壤侵蚀度、土地 贫瘠化作为衡量土地质量的指标，计量单位为。该指标越大，资源的质量就越差，指标健康 趋向性为越小越健康。自然灾害爆发频率越低，健康趋向性就越大。 4 4 2 经济系统 1 经济投入压力 以人均g d 睐表示区域经济实力的高低，人均g d p 越高( 计量单位为1 0 元人) ，生态环境 建设投入能力就越强，指标健康趋向性为越大越健康，也可间接表示各级政府对生态健康建 设的重视程度。单位耕地化肥、农药施用量以1 h 一土地面积所使用的化肥、农药表示农业生产 自身对土地生态系统的压力，计量单位都为k g 1 1 m a o 由于农业生产中普遍存在化肥、农药和 农膜等污染土地的状况，而现代农业提倡实施绿色食品发展战略，因此在一定范围内，此数 值越大，地生态环境压力越丈，指标健康趋向性为越小越健康。 2 经济产出 粮食是人类生存、经济发展、社会进步的基础粮食如果单纯依赖其它区域解决粮食供 给的问题，不符合生态健康的要求。单位耕地粮食产量指区域内每一定数量耕地面积能生产 的粮食数量，它是衡量一个区域内在经济发展过程中实现粮食自给能力的最重要指标，以 k g l i n 2 来计量。该指标的健康趋向性为越大越健康。 低产林地率，计量单位为，反映一个地区森林整体的生产力水平。该指标越低健康趋向 性就越大。 4 43 社会系统 西南大学学位论文第4 章生态健康分析 1 十地承载数量指数 人口密度以l k m 2 土地面积承载的人口数量表示，计量单位人k m 2 。人口密度越高，十地生 态系统压力越大，该指标的健康趋向性为越小越健康人口自然增长率，用年内净增加人口数 占年初总人口数的百分比表示，计量单位。增长率高，给当地的土地资源相对就带来更人的 压力，因此该指标的健康趋向性为越小越健康。 城镇化水平越低人口的聚集度就越低，在一定范围内对土地生态系统的压力就越小，因此 该指标的健康趋向性为越小越健康。 4 5 指标值的无量纲化 无量纲化是通过数学变换来消除原始指标量纲影响的方法。无量纲化的方法很多，归结 起来有三大类方法，即直线型无量纲化方法、折线型无量纲化方法和曲线型无量纲化方法。 本文将采用不健康指数法进行无量纲化，后两种方法不作讨论。生态健康评价是多指标综合 评价，指标涉及范围广，如果指标间不可公度，即各个指标间没有统一的度量标准，难以进 行比较。为了使表示不同含义的各种指标能够综合起来，袭征生态健康，也需将各类指标无 量纲化，都化成以百分比为单位的指标值。 本文进行无量纲化处理，是为了消除不同指标之闻由于不同量纲所带来的不可综合性问 题，那么对于量化指标体系中，本身指标实际值就是相对数的情况本身指标实际值就是没 有实际单位的，这种指标也是需要进行无量纲化处理的。因为，两个不同含义的相对数相加， 是没有现实意义的。两个指标的变动代表了不周的含义，不存在严格的一致性变化，而且有 时两个指标的变化方向也是不同的，即健康指标具有正向和逆向属性。所以。如果把这类指 标直接综合起来( 相加或者相乘) ，就破坏了综合指标的同质性原则。基于上述的原阅，本文 在实证中，对所有指标的实际值统一进行了无量纲化处理。 4 6 指标权重的确定 利用灰色关联度法对各因子权重进行确定。 利用灰色关联度法对各因子权重进行确定。灰色关联度法是根据系统和各评价囡素时间 序列曲线间的相似相异程度来衡量其关联度大小的确定权重的方法。这种方法是建立在灰色 系统理论基础上的一种评价方法。该方法首先确定一个质量处于理想状态下的生态系统，这 个系统可以是已经存在的，也可以是假想的，并确定其评价指标的值，然后求取被评价生态 系统各指标与理想状态系统各指标的关联度，最后将各指标的关联度根据权重相加以加和 的结果作为判断被评价系统状态的依据。 比较序列：x f ( 七) = 扛? ( 1 ) ，# ( 2 ) j ? ( 片) x 0 ) ( 七) = 。o 、1 ) ，霹( 2 ) j ：( 一) 西南人学学位论文第4 章生态健康分析 x ? ( ) = 扛：( 1 ) 石：( 2 ) 。j ：( 行) ) ( 比较序列的测定数目) 参考序列：并5 。( _ j ) = k ：( 1 ) ，x ；( 2 ) 。瑶( 玎) 评价指标初值化：x t ( 七) = x ? ( 七) x x = 三蕃n 枷) ( ，= 0 ，1 ，：”， 删= 苇糕器焉拦铲 公式中毒为第七时刻比较曲线k ) 与参考曲线扛o 的相对差值，称为一对在七时刻 的关联系数，p 称为分辨系数，是一个介于o 与1 之间的确定数值，一般取值0 5 。由于关联系 数只能反映生态环境质量和评价因索在第n 时刻的关联程度，并不能反映出整个时间序列的关 联程度。因此，一般用玎时刻的关联系数的平均值来作为生态质量与评价因素整个关联程度的 度量。即为关联度 以： = 吉毒( 七) 根据关联度，确定各评价因素的权重，计算公式如下：彬= 乎一 z r , i z l 形就是各因素的权重，共有埘个影响因素。 西南大学学位论文 第4 章生态健康分析 表4 2 沙湾区生态健康的健康指数及健康值 1 1 a b2 t h ee c o l o g i c a lr a t ea n de c o l o g i c a lh e a l t hv a l u e 指标实际值标准值 健康指标数值指标健康值 1 9 9 72 0 0 41 9 9 72 0 0 4 权重 1 9 9 7 2 0 0 4 4 7 生态健康评价值的计算分析 生态健康评价指标体系每一项指标，虽然是经过分析提取的，但还只是从不同侧面反映 研究区生态健康状况，如要全面反映健康状况和动态变化。还须进行综合计算和评价。本次 评价中，评价指标标准的制定参考了陈美俅对太湖流域神态健康评价相关研究的有关标准以 及本地区( 沙湾区) 的地理和生态条件，将评价等级分为理想健康状态、良好健康状态、一般健 西南大学学位论文第4 章生态健康分析 _ ii 麓皇曼皇目 康状态、较差健康状态、恶劣健康状态5 级，由于各项指标的计算方法及考核目标不同，分级标 准也有所不同。确定评价区域的生态“健康程度”，计算得到的健康值能对应于某个级别的健 康状况。综合健康值越高，区域生态健康状况就越好，反之，则越弱。根据调查资料，按上 述模型即可计算出各层次的评价结果，同时参考相关研究成果。和咨询专家的基础上，设计 了一个5 级评价标准，并给出了相应的评语 表4 3 生态健康评判表 t a b3t h ee c o l o g i c a lh e a l t h ye v a l u a t ec h a r t 生态健康值区问等级 表征状态指标特征 根据以上评价工作，采用综台评分法对沙湾区生态健康状况进行综台评分，逐层逐项对 各指标进行加权评分，即得到沙湾区生态健康状况的综合健康值( 表) 。本文用l e s c v 来表示 最终得到的生态健康综合值，其计算公式为： 麟v = 。p ( x i ) w i _ 式中：h e s v 为评价区域综合生态健康值，p ( x o 为各指标的健康指数，w f 为各指标权 重，行为指标总项数，f = 1 , 2 3 玎。 3 7 西南大学学位论文第4 章生态健康分析 i 量葛量l 通过对沙湾区生态健康结果的检验和分析( 表4 3 ) ，1 9 9 7 年和2 0 0 4 年沙湾区健康值分别 为0 4 2 4 6 和0 4 6 7 9 ，虽然2 0 0 4 年比1 9 9 7 年生态状况稍有改善，但沙湾区生态环境均还处于 “较差”健康状态。 表4 综合健康值 t a b 4s y n t h e s i sh e a l hv a l u e 评价年份 综合健康结果( a ) 1 9 9 7 0 4 2 4 6 2 0 0 4 0 4 6 7 9 对其进一步分析可以发现，2 0 0 4 年与1 9 9 7 年比较，沙湾区土地自然健康状况有所提高， 土地经济健康状况也稍有好转，但土地社会健康状况略有下降，而从系统总体上看土地自 然资源因素对评价的影响程度悬大，这与实际情况吻合。具体分析如下： ( 1 ) 1 9 9 7 年和2 0 0 4 年沙湾区健康值分别为0 4 2 4 6 幕0 4 6 7 9 ，虽然2 0 0 4 年比1 9 9 7 年生态 状况稍有改善，但沙湾区生态环境均还处于“较差”健康状态。生态健康状况趋向健康的 状态变化。 ( 2 ) 沙湾区以较差健康状态和一般健康状态类型为主，其二者面积之和为4 7 0 6 4 1 2 h m 2 ， 占评价区面积的7 6 2 1 。 ( 3 ) 从空间上看，较健康状态区域主要分布在沙湾区南部乡镇大部分山区和西部乡镇 低山地区及部分高丘地带，占评价生态类型的1 8 1 9 。较恶劣健康状态主要分布在受人为干 扰频繁的城区和城郊区周围乡镇，占评价区域面积的5 6 0 0 , 4 。 ( 4 ) 沙湾区备乡镇中，健康状态最好的是铜茨乡，健康评价值为0 8 9 3 4 ，健康状态最 恶劣的是碧山乡，健康评价值为0 3 8 4 6 。( 附圈2 ) 表4 5 各乡镇健康值 t a b5t h eh e a l h yi ne v e r yt o w n 健康等级 乡镇名健康评价值 指标特征 良好铜茨乡o 8 9 3 4 森林覆盖率高，水土流失 比重小，人口压力小 自然条件相对较好，水土 一般范店乡o 6 3 0 9 流失不明显人均收入较 高 恶劣 较差 轸溪乡0 6 1 4 6 太平镇 龚嘴镇 o 4 6 1 6 福禄阵0 4 1 6 3 谭坝乡0 4 5 2 9 沙湾镇0 4 3 0 2 葫芦阵 踏水乡0 4 0 0 6 牛石镇0 4 4 1 6 碧山乡 o 3 8 4 6 嘉农镇 森林覆盖率高人u 脏力 大，水土流失比重大，十 地污染程度低 土地受污染程度低，水土 流失水明显，人口密度小 人 压力大，水土流失比 重大，人均收入低 森林覆盖率较低，水士流 失比重大，土壤受侵蚀度 高 森林覆盖率低水土流失 严重，人均收入高 比蓐人人均收入低 水土流失比重大，土地污 染程度大，人口压力大 森林覆盖率低，水士流失 严重 水土流失比重大，生态林 面积比重低。人均耕地少 生态林面积小，水十流失 比重大，人均收入低 土地污染严重，水土流失 面积大，受侵蚀土壤范围 大 森林覆盖率低，十地贫瘠 化比重大人均收入低 4 8 土地利用变化与生态健康的相关分析 利用多元线性回归分析沙湾备类土地利用变化对生态健康的影响。先建立十地利用变化 矩阵a 与生态健康变化量矩阵b 。 莲鸯大学学位论文第4 牵生态健康分析 拦篁- i _ a = 1 1 0 1 0 3 0 7 0 0 6 4 0 。7 4 。0 。5 4 0 1 6 1 7 8 0 6 4 1 3 9 羁d p s 软咎努糖褥其夔攀鞠关系数霆： r = 艿慧 0 8 2 0 1 0 2 5 2 9 6 0 4 1 3 9 0 4 5 8 1 0 2 9 0 s 0 2 6 5 9 0 5 5 2 1 o 0 3 4 0 0 0 9 4 3 0 0 8 7 9 o 。l 辨8 0 0 0 9 7 求得林地燮化与生态健康之间的相关系数( 见表4 _ _ 6 ) ： 袭4 6 袜地变化生态健康变钝耀关系数 t a b4 - 6f o r e s tl a n dc h a n g em a de e o l o g yh e a l t hc h a n g ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t 太平嘉农 福禄铜茨葫芦麟水牛石龚嘴谭坝范脯 轸溪碧山沙湾 镇 镇镇乡镇乡镇镇乡 多乡乡镇 0 。8 20 8 4 0 8 5 0 9 0 0 7 80 8 6 0 8 3 0 8 50 。7 70 7 80 ，8 6 乱8 30 。8 1 耕地变化与缴态健康之同的相关系数为( 嵬褒4 7 ) ： 袭4 7 耕地变化岛生态健康变化相关系数 t a b7f a r m i n gc h a n g ea n de c o l o g yh e a l t hc h a n g ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t 太平熹表福禄锯菠葫芦 臻承牟石龚骧谭壤范痿轸溪碧出涉湾、 - 0 5 1 - 0 5 00 5 0 - o 4 9 - o 5 0 - 0 5 0- 0 5 1- 0 5 00 4 9 - 0 5 30 5 10 5 704 9 居民点工矿用地变化与生态憾康之问的相关系数为( 见袭扣_ 8 ) ： 表4 。s 詹疑点王矿翅撼交纯与生态筵囊交纯瓣稿关系数褒 t a b48 髑er e s i d e n t i a la r e ai n d u s t r ya n dm i n i n g 璐鹳t h e c h a n g ea n dt h ee c o l o g yh e a l t hc h a n g e c o r r e l a t i o nc o e 面c l e n tt 太平嘉农福挺铜茨葫芦踏水牛石 龚嘴 潭坝 范店轸溪碧山沙穗 o f 4 5 矗弱 - 0 4 0 - 0 4 7- 0 ；4 1- 0 , 3 7- 0 4 1蕺村 也4 3- 。4 2糠4 4l o ；4 4o4 。 表4 9 霾缝交诧每艇态蓬瘫交德籀摇关系数 0 2 00 2 7 0 2 4 n 2 2o + 2 4 o 2 30 2 20 2 2o - 2 40 2 4 0 2 40 2 50 2 7 4 0 西南大学学位论文 第4 章生态健康分析 一i ii 奠奠曹皇邕 交通用地变化与生态健康变化的相关系数 态置煮奎塑堡 0 1 0 - 0 0 9 0 1 1 铜茨葫芦踏水 0 1 2 0 1 4 - 0 0 9 牛石龚嘴 谭坝范店轸溪 碧山沙湾 0 1 l0 1 00 0 90 0 90 1 2 相关系数性质如f ： ( 1 ) 当r = 1 时，生态健康变化量与土地利用变化为完全线性相关，生态健康变化与十 地利用变化之间存在幽数关系。 ( 2 ) 当0 i r i l 时，表示生态健康变化与土地利用变化存在着定的线性相关。h 的 数值愈大，愈接近于1 ，表示生态健康变化与土地利用变化相关程度愈高；反之h 的数值愈小， 愈接近于0 ，表示生态健康变化与土地利用变化直线相关程度愈低。通常判断的标准是， o 1 h o 3 称为微弱相关- 0 3 l r f 0 5 称为低度相关，0 5 h 0 8 称为显著相关， 0 8 川 l 称为高度相关。 林地变化与生态健康的相关性值最大，为显著相关，林地面积变化越大的乡镇生态健康 值的改善也越大。耕地面积的变化与生态健康的变化呈显著性变化，与沙湾各个乡镇的生态 健康变化相符合。园地的变化与生态健康的变化呈弱相关。居民点及工矿用地、交通用地的 的变化与生态健康值呈徽弱相关。 因此，林地、耕地变化与生态健康变化存在高度的相关性，可以进行多元回归分析。分 析结果如下 表4 1 0 回归数据统计表 t a b1 0r e t u r nd a t aa n a l y s i s 4 1 西南大学学位论文 第4 章生态健康分析 表4 1 1 方差数据分析表 t a bl1 v a r i a n c ea n a l y t i c a ld a t a d fs sm sf s i g n i f i e a i l c ef c o e i e c i e n t s 回归分析20 0 0 0 6 3 2 60 0 0 0 3 1 6 35 5 1 3 0 5 3 0 6 0 6 1 3 6 0 5 4 i n t e r c e p t o 0 9 9 8 1 9 4 残差1 00 0 0 6 1 6 4 7o 0 0 0 6 1 6 5xv a r i a b l e10 0 1 6 9 2 3 总计1 20 0 0 6 7 9 7 2xv a r i a b l e2 0 0 0 0 4 9 3 回归方程为：y = 0 0 1 6 9 2 x l + ( 一o 0 0 4 9 2 5 x 2 ) + o 9 8 1 9 其中r 2 越接近1 ，说明土地利用变化与生态健康变化之间相关性越强。本次分析中r 2 = 0 8 6 6 9 接近1 ，说明林地和耕地的变化对沙湾生态的改变有很大相关性。 用f 检验，查的( o 0 5 ，i ，1 2 ) 氏界的值为4 9 6 4 5 1 。，临界( f 。说明林地和耕地的变 化对生态系统健康变化有显著影响。 西南大学学位论文第5 章结果j i , t 论 量葛_ i 鼍曹量一 第5 章结果与讨论 本文在研究生态健康基本理论的基础上，针对所研究区域存在的主要生态环境问题，闸 绕生态健康研究的理论框架，建立了区域土地资源可持续利用的生态健康评价指标体系，以 生态学科学理论为指导，运用多学科交叉的集成分析方法，对沙湾区进行生态健康评价。通 过评价结果的综合分析，揭示了区域生态健康的内在运行机制与外界影响过程，并据此提出 了维护区域土地资源可持续利用的生态健康对策。 1 1 9 9 7 - - 2 0 0 4 年耕地数量大幅度减少，减少了3 4 0 0 4 1 h m 2 ，转变为居民点