南水北調(diào)中線水源區(qū)土地的利用生態(tài)安全時空分析-以陜西省為例

1、南水北調(diào)中線水源區(qū)土地的利用生態(tài)平安時空分析以陜西省為例。前言人類社會開展離不開土地，沒有土地也就沒有人類，土地不僅為 人類提供生存所必須的糧食，而且為生產(chǎn)提供原材料，同時對環(huán)境的 凈化也有一定的作用。隨著經(jīng)濟和工業(yè)的快速開展，土地的利用生態(tài) 環(huán)境遭受了嚴重的破壞，對人類的生存和開展構(gòu)成了嚴重的威脅。因 此，如何更好的對土地的利用生態(tài)平安進行評價，關(guān)系到糧食平安、 社會穩(wěn)定等問題。土地利用/土地覆被（簡稱LULC）是人類根據(jù)土地的 自然特點，按一定的經(jīng)濟、社會目的，采取一系列生物、技術(shù)手段， 對土地進行長期性或周期性的經(jīng)營管理和治理改造。南水北調(diào)中線工 程是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程,它南起湖北丹江口

2、水庫,橫跨長江、淮河、 黃河、海河四大流域，從南到北途經(jīng)湖北、河南、河北、天津、北京 5省區(qū),為沿線城市自流供水。南水北調(diào)中線工程的水源區(qū)土地的利 用生態(tài)平安情況直接關(guān)系著南水北調(diào)中線水源區(qū)水源的平安情況，對 南水北調(diào)中線水質(zhì)情況起著重要作用，對整個南水北調(diào)工程及水源地 周邊地區(qū)的經(jīng)濟開展也具有重要意義。由于土地利用生態(tài)平安評價的 理論和方法的不成熟，缺乏一個對土地生態(tài)平安評價的標準和體系， 因此，研究該區(qū)域土地的利用生態(tài)平安情況是十分重要的。對土地利用生態(tài)平安的研究一直是學(xué)術(shù)界研究的熱點之一，研究 成果相當(dāng)豐富。例如李玉平、蔡運龍對生態(tài)平安和土地生態(tài)平安做出 了詳盡的闡述：生態(tài)平安一般指一個

3、國家或地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和自然資 源狀況能維持滿足社會經(jīng)濟開展需要，社會經(jīng)濟開展不受或少受來自 于自然資源和生態(tài)環(huán)境的制約與威脅的狀態(tài)。土地生態(tài)平安，是指陸 地表層由各種有機物和無機物構(gòu)成的土地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不受破壞， 同時，土地生態(tài)系統(tǒng)為人類提供服務(wù)的質(zhì)量和數(shù)量能夠持續(xù)滿足人類 生存和開展需要。并針對河北省的土地生態(tài)平安進行評價，得出河北 提高產(chǎn)量大量施用化肥，導(dǎo)致農(nóng)用土地的質(zhì)量下降，影響到土地利用 的生態(tài)平安狀況。2009年研究區(qū)域生態(tài)平安空間分布情況大體上為西北和東南部 地區(qū)優(yōu)于中部地區(qū)，從相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析可得，西北和東南部地區(qū)農(nóng) 民人均純收入高于中部地區(qū)?？傮w上看，研究區(qū)域各縣市生態(tài)平安狀

4、 態(tài)都處于較好的狀態(tài)，這主要因為南水北調(diào)中線工程開工以后，各縣 市按照“先節(jié)水后調(diào)水，先治污后通水，先生態(tài)后用水”的原那么，積 極實施源頭治理。為了保證水質(zhì)，水源區(qū)關(guān)停一大批污染嚴重的企業(yè), 保證了南水北調(diào)中線用水的平安，同時也對水源區(qū)的生態(tài)環(huán)境起到了 積極的作用。從1999、2009年各縣（市）生態(tài)平安值的空間分布來看，研究 區(qū)域的土地利用生態(tài)平安狀況在逐年變好。從2000年研究區(qū)基本都 處于風(fēng)險狀態(tài)和惡化狀態(tài)，到2009年研究區(qū)生態(tài)平安基本都處于較 平安和平安狀態(tài)。5.結(jié)果與討論南水北調(diào)中線水源區(qū)土地利用生態(tài)平安狀況關(guān)系到水源區(qū)的可 持續(xù)開展?fàn)顩r，對水源的平安問題起到關(guān)鍵性的作用。本文利用

5、均方 差賦權(quán)法，對南水北調(diào)中線水源區(qū)陜西省局部各縣市進行了實證研 究，較客觀地反映了研究區(qū)10年來農(nóng)用土地地生態(tài)平安狀況，結(jié)果 說明研究區(qū)土地利用生態(tài)系統(tǒng)為一個不斷改善的平安系統(tǒng)，但是研究區(qū)各縣市在時間與空間分布上有所差異，造成區(qū)域內(nèi)土 地利用生態(tài)平安惡化的主要因素為人口密度、人均耕地面積、農(nóng)民人 均純收入、人均GDP、單位耕地化肥使用量、機械化程度等。上述因 素制約著水源區(qū)土地利用生態(tài)平安狀況，因此在未來的區(qū)域開展中要 控制人口的過快增長，提高人民的生活水平，減少農(nóng)用地化肥的使用 量，提高耕地的機械化程度，從而降低土地利用生態(tài)平安的壓力，實 現(xiàn)開展經(jīng)濟與保護生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)開展。參考文獻1李玉平

6、，蔡運龍.河北省土地生態(tài)平安評價J.北京大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué) 版),2007-11,43(6) ： 784-789.2劉慶，陳利根，舒幫榮等.長株潭城市群土地生態(tài)平安動態(tài)評價研究J.長 江流域資源與環(huán)境,2010-10,19(10):1192-1197.3田克明，王國強.河南省農(nóng)用地生態(tài)平安評價探討J.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2007-1,15(1)：156-158.4李仁東，離勁峰，黃進良.南水北調(diào)對丹江口水庫區(qū)土地資源的影響J.長 江流域資源與環(huán)境，1998. 7 (2) ： 109-114.5李思悅，張全發(fā).對南水北調(diào)工程解決中國北方用水問題的分析J.人民黃 河，2005,27(8):28-2

7、9.6陳緒強.南水北調(diào)中線工程供水水質(zhì)J.人民長江，1994,25(2):16-19.7張建平.南水北調(diào)西線工程對解決受水區(qū)生態(tài)環(huán)境問題的意義J.中國人口 一資源與環(huán)境，1997,7(2):72-76.8暢俊杰，李萬壽.南水北調(diào)西線工程與受水區(qū)生態(tài)環(huán)境問題J.水土保持通 報，2003,23(3):6-10.9周萬平，郭小鳴，陳偉民等.南水北調(diào)東線一期工程對洪澤湖水生生物及生 態(tài)環(huán)境影響的預(yù)測湖泊科學(xué)，1994,6(2)： 131T35.10于少鵬，孫廣友，竇素珍等.東平湖水生植物的衰退及南水北調(diào)工程對其影 響J.中國環(huán)境科學(xué)，2005,25(2):200-204.11杜耘，蔡述明，吳勝軍等.南

8、水北調(diào)中線工程對湖北省的影響分析J.華中 師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2001,35(3):353-356.12薛毅芳，王永歧，劉書明.縣域農(nóng)業(yè)可持續(xù)開展的生態(tài)平安動態(tài)評價一一以 中牟縣為例J.河南農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,9： 147-150.13邱微，趙慶良，李松等.基于“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”模型的黑龍江省生態(tài)平安 評價研究J.環(huán)境科學(xué)，2008-4,29(4):1148-1152.14范瑞錠，陳松林，戴菲，余真.福建省土地利用生態(tài)平安評價J.福建師范 大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010-9,26(5):97-101.The spatio-temporal analysis of the ecolo

9、gical safety of the water sources areas in the middle route of South-to-North WaterTransfer Project -take Shanxi Province for exampleAbstract： The changes of the use of the land have a profound effect on river basin water resources movement, which is particularly important for Chinas large-scale int

10、er-basin water diversion project planning. By land ecological security situation of the water district of middle line of North Water Transfer Project (Shaanxi Province) in 1999 - 2009 is calculated, this paper analyzes the spatial and temporal variation law of the land use change in the water distri

11、ct before and after the establishment of the water diversion project, which provide a theoretical basis to scientifically organize orderly human activities and adjust and optimize the pattern of land use to ensure the ecological security. The results show: the ecological security trend of land use i

12、n the study area in 1999 to 2009 decreased first and then rose gradually and dropped at last. 200 and 2008 are two turning points. Ecological security status of land use is between the type of risk and the type of deterioration. Ecological safety value of land use among the cities and counties has a

13、 difference in time and space.Key word: the middle route of South-to-North Water Transfer Project； the water sources areas, the use of the land, the situation of the ecological safety省土地生態(tài)平安具有不斷惡化的趨勢。劉慶，陳利根等基于客觀的 狀態(tài)評價和趨勢分析模型相結(jié)合的區(qū)域土地生態(tài)平安動態(tài)評價方法， 得出了長株潭城市群的土地生態(tài)平安呈現(xiàn)逐漸惡化趨勢。再如田克 明，王國強利用多元素綜合評定法和系統(tǒng)聚類法相結(jié)合，借

14、助MapGIS 和SPSS軟件對河南省進行生態(tài)平安評價。上述分析基本上大多數(shù) 是針對大范圍宏觀尺度的研究，研究的時間跨度較小。而且，目前開 展南水北調(diào)中線工程對環(huán)境影響方面的研究主要集中在水資源與水 源區(qū)生態(tài)環(huán)境風(fēng)以水質(zhì)、受水區(qū)生態(tài)環(huán)境7”對生物的影響以 以及對調(diào)水區(qū)地方經(jīng)濟和疾病傳播的影響等方面u,對水源區(qū)土地利 用生態(tài)平安缺乏深入研究?；诖?，本研究針對南水北調(diào)中線水源區(qū)（以陜西省為例），采 用“壓力一一狀態(tài)一一反映模型，結(jié)合定量分析法，評價了 1999 年到2009年十年間南水北調(diào)中線水源區(qū)（陜西?。┛h域土地生態(tài)安 全的變化狀況，以及空間的差異分析。分別從時間和空間兩個方面對 研究區(qū)域的

15、土地的利用生態(tài)平安進行研究分析，研究時間跨度大，屬 于小范圍微觀尺度的研究。1研究區(qū)域概況南水北調(diào)中線工程陜西水源區(qū)包括秦嶺以南的 陜西南部地區(qū)， 大局部處在丹江口水庫的上游水源區(qū)，涉及寶雞、漢中、安康、商洛 和西安5個市的31個縣（區(qū)），區(qū)內(nèi)總面積6. 27x104平方千米，占 丹江口水庫控制面積9. 52x4平方千米的65. 9 %,其中水土流失面 積3. 39x4平方千米，總耕地面積103. 78平方千米，其中25。以上 的坡耕地占28 %,人均耕地面積為0.08公頃/人。該區(qū)人均GDP為 21688元。陜西境內(nèi)南部地區(qū)丹江和漢江年均入丹江口水庫水量 2. 847 x 10立方米，占丹江

16、口水庫多年平均入庫水量4.085 x 10立方 米的70 %。陜西屬于大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫10.0-16. 6,年 降水量283731mm,南北差異明顯。丹江口水庫水面750平方公里, 為全國最大的人工高峽平湖。研究區(qū)域地處鄂、豫、渝、陜交界地帶，旅游資源豐富；土地廣闊，地形復(fù)雜,生物資源南北兼有，共有 動植物3000多種。2土地利用生態(tài)平安評價指標體系的建立目前土地利用生態(tài)平安評價研究主要表達在評價指標體系和評 價方法兩個方面。建立科學(xué)的指標體系和評價標準是土地利用生態(tài)安 全評價的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2.1 土地利用生態(tài)平安評價指標選取原那么建立完善的土地利用生態(tài)平安評價指標體系是進行土地利用生

17、 態(tài)平安評價的基礎(chǔ)，本研究針對研究區(qū)域的特點，遵循指標體系建立 的科學(xué)性、針對性、可操作性、完整性、層次性、多樣性原那么，以研 究區(qū)客觀事實為基礎(chǔ)，按照系統(tǒng)的層次和指標的特點，選擇能夠明確 代表研究區(qū)特點的指標，使所選指標盡可能全面的反響研究區(qū)評價的 特征，從多方面反響農(nóng)用土地生態(tài)平安情況。借鑒國內(nèi)相關(guān)研究，結(jié)合本研究區(qū)實際，注重研究的動態(tài)性，選 取了三級指標9個,其中壓力指標4個，狀態(tài)指標1個，響應(yīng)指標4個。 分別是人口密度、人均耕地面積、單位耕地化肥使用量、單位耕地農(nóng) 業(yè)機械總動力、耕地面積比重、第一產(chǎn)業(yè)比重、人均GDP、農(nóng)民人均 純收入、人均糧食產(chǎn)量（見表1）。表1水源區(qū)（陜西?。┩恋乩?/p>

18、用的生態(tài)平安評價指標體系目標層準那么層指標層平安趨向土地壓力人口密度負向人均耕地面積正向單位耕地化肥使用量負向利 用 生 態(tài) 安 全單位耕地機械總動力正向狀態(tài)耕地面積比重正向響應(yīng)第一產(chǎn)業(yè)比重正向人均GDP正向農(nóng)民人均純收入正向人均糧食產(chǎn)量正向3評價模型及方法3.1數(shù)據(jù)處理文中相關(guān)研究數(shù)據(jù)來源于陜西省統(tǒng)計年鑒（19992009年）， 中國縣市社會經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒（20012009年）。數(shù)據(jù)標準化不同評價指標的數(shù)據(jù)性質(zhì)不同，具有不同的量綱，不能進行比擬, 為了使不同指標的數(shù)據(jù)具有可比性，需要對數(shù)據(jù)進行無量綱化處理。 采用歸一法對各評價指標進行標準化處理，轉(zhuǎn)化到0,1之間。計算 公式為(1)(2)式中，

19、Pij表示標準化處理后的值，即歸一化值，Xi表示評價指標的 實際值,Xmax和Xmin分別表示評價指標的實際最大值和實際最小值。 正向型指標采用公式進行計算，表示的意義是歸一化值越大，安 全程度越高，即越大越平安型；負向型指標采用公式進行計算, 表示的是歸一化值越小，平安程度越高，即越小越平安型。3. 1. 2利用均方差賦權(quán)法確定指標的權(quán)重在確定指標權(quán)重時多采用層次分析發(fā)、專家打分法等主觀確定權(quán) 重的方法，這樣會造成評價結(jié)果會帶有人的主觀因素造成的偏差。均 方差賦權(quán)法是一種客觀賦值法，其權(quán)重是由各指標在評價指標體系中 的實際數(shù)據(jù)形成的，它消除了人的主觀因素造成的偏差，客觀性比擬 強，且該方法已

20、在研究中得到應(yīng)用皿。因此，采用均方差賦權(quán)法對南 水北調(diào)中線水源區(qū)(陜西省)各縣(市)土地利用生態(tài)平安進行評價, 使得評價結(jié)果更符合實際。設(shè) Ai (i= 1,29)為指數(shù)集,Gj(j=K 2、3、4、5), (1、2、3、 4、5 分別代表 1999、2000、2005、2008、2009 年)為方案集，Pij 為方案集對指標集的屬性值，及歸一化值。首先，利用公式(1) (2)對 各項評價指標數(shù)據(jù)進行標準化處理，得到標準化值Pij,其次，利 用公式(3) (4)分別計算標準化后的各項指標Ai的均值E (Ai)和方案 集Gj的均方差O(AD,見公式(3)和(4),最后根據(jù)0(A) 得出的結(jié)果算出

21、各指標的權(quán)重Wi,見公式(5),計算結(jié)果見表2.5 TOC o 1-5 h z E(Aj) = ZPu/5(3)a(Ai)=JPij-E(Aj) 了(4)Wi=a(A.)/ta(Ai)(5)i= 1表2 19992009年水源區(qū)(陜西省)土地利用的生態(tài)平安評價指標權(quán)重AiPijE(Ai)“ADWi19992000200520082009Al10.8750.3750.12500.4750.8910.109A21100.5000.5000.6000.8370.102A310.9420.4730.23000.5290.8740.107A400.0770.6190.92610.5240.9340.11

22、4A510.72700.1360.1820.4090.8620.105A610.7350.2240.10000.4120.8670.106A700.0320.3580.87210.4520.9310.114A800.0070.3000.84810.4310.9380.115A90.014010.9430.0570.4031.0400.1273. 2農(nóng)用土地生態(tài)平安評價模型建立及平安等級確實定3. 2.1農(nóng)用土地生態(tài)平安評價模型根據(jù)公式（6）,計算得出南水北調(diào)中線水源區(qū)（陜西省）各縣（市） 農(nóng)用土地生態(tài)平安值。式中，U為生態(tài)平安度，Wi為各指標權(quán)重，Pij 同前。U=WIXP,（6）將每年各縣市

23、的平安值取均值，得出研究區(qū)域農(nóng)用土地生態(tài)平安 的總體值。綜合評價結(jié)果見表3。表3 19992009年水源區(qū)（陜西?。┩恋乩玫纳鷳B(tài)平安綜合評價結(jié)果指標19992000200520082009生態(tài)安全度0. 5310.4660. 3880. 5360. 4202. 2農(nóng)用土地生態(tài)平安等級確實定由于生態(tài)平安是一個相對概念，僅通過所計算出的生態(tài)平安值， 很難對生態(tài)平安有一個直觀的判斷。因此，需要對生態(tài)平安值進行合 理的等級劃分，本研究在參考相關(guān)文獻血的基礎(chǔ)上，根據(jù)南水北調(diào) 中線水源區(qū)（陜西?。└骺h（市）的實際情況，將農(nóng)用土地生態(tài)平安 水平劃分為五個等級，見表4。表4水源區(qū)（陜西省）土地利用生態(tài)平安分

24、級和系統(tǒng)標準等級等級特征土地生態(tài)環(huán)境基本未受到干擾破壞，土地生0.9、人 態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整、功能較強，土地肥沃，無 平安農(nóng)業(yè)污染，植被覆蓋率高，無沙化、堿化現(xiàn)象，生態(tài)問題不顯著 土地生態(tài)環(huán)境受到干擾，土地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)心、人 尚完整、功能尚好，土壤肥力高，農(nóng)業(yè)污染0 7U0 9 較平安我女 程度低，農(nóng)業(yè)與畜牧業(yè)產(chǎn)量高，土地利用程 度高，水土協(xié)調(diào)性好，生態(tài)問題不顯著 土地生態(tài)環(huán)境受到較少破壞，土地生態(tài)系統(tǒng)v輔咸 有惡化趨勢，但尚能維持基本功能，受干擾0. 6WU0. 7 敏心 后易惡化，鹽堿化程度較高，土地肥力降低, 生態(tài)問題顯現(xiàn)土地生態(tài)環(huán)境受到較大破壞，土地生態(tài)系統(tǒng)va結(jié)構(gòu)惡化較大，功能不全，受外

25、界干擾后恢0.4WUV0.6 風(fēng)血復(fù)困難，鹽堿化程度高，治理困難，一般為 低產(chǎn)田，生態(tài)問題較大，生態(tài)災(zāi)害較多0. 4土地生態(tài)環(huán)境受到較大破壞，土地生態(tài)系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)殘缺不全，功能低下，發(fā)生退化性變化, 化恢復(fù)與重建很困難，土地表現(xiàn)為無法耕作的光板地，生態(tài)災(zāi)害嚴重，農(nóng)民背井離鄉(xiāng)4土地利用生態(tài)平安定量分析與動態(tài)評估從時間上土地利用生態(tài)平安的變化趨勢根據(jù)生態(tài)平安評價模型公式，對水源區(qū)（陜西?。?999、2000、 2005、2008、2009年十年間的5個時間段的數(shù)據(jù)進行了土地利用生 態(tài)平安評價，評價結(jié)果見圖1。年份圖1水源區(qū)（陜西省）19992009年生態(tài)平安變化從圖中可以看出，南水北調(diào)中線水源區(qū)（陜西?。┑耐恋乩蒙?態(tài)平安變化經(jīng)歷