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      長株潭城市群土地利用與生態環境的相互作用

      2022-04-27 13:12楊佳寶鄭斌劉杰
      中國房地產·綜合版 2022年2期
      關鍵詞:生態環境

      楊佳寶 鄭斌 劉杰

      摘要:借助GIS和數理統計工具,采用土地利用轉移矩陣、空間分析模型和耦合協調度模型,對長株潭城市群土地利用轉型與生態環境的雙向互動關系進行探索,為促進長株潭城市群土地利用轉型與生態環境協調可持續發展提供借鑒。結果表明:1.在研究期內,各類用地面積呈現出“五減三增”的態勢,城鎮生活用地、工業生產用地和其他生態用地呈現出上升的態勢,其他五類用地呈現出下降的態勢,而生活用地和生產用地面積的擴張主要來源于生態用地面積的縮減。2.雖然研究區域土地利用轉型和生態環境保護的耦合協調關系較高,但總體來說耦合協調水平呈下降趨勢,而且區域生態環境滯后問題嚴重,影響了土地利用轉型與生態環境的高度耦合。研究結果揭示,加強對工業固體廢物的綜合利用和提高森林覆蓋率可促進長株潭城市群土地利用轉型與生態環境協調可持續發展。

      關鍵詞:土地利用轉型;生態環境;耦合協調關系;長株潭城市群

      中圖分類號:F301.2 文獻標識碼:A

      文章編號:1001-9138-(2022)02-0039-08 收稿日期:2022-01-10

      長期以來,由于我國實行的是快速城市化和工業化政策,雖然使得我國經濟實力實現了快速增長,但是也帶來了土地低效利用、生態系統功能退化等一系列突出問題。2021年11月,黨的十九屆六中全會公報指出,在生態文明建設上,黨中央以前所未有的力度抓住生態文明建設,美麗中國建設邁出重大步伐。土地作為人類賴以生存與發展的最基本的自然資源和人類一切社會經濟活動的空間載體,土地利用的變化對維持生態系統服務功能起著決定性作用(孫善良,2021)。在大力提倡生態文明建設的背景下,探索土地利用轉型與生態環境的雙向互動關系具有重要意義。

      目前學術界對于土地利用轉型和生態環境的研究成果大致可以分為以下兩個方面:一是在解譯遙感影像,獲取土地利用數據的基礎上,通過運用土地利用類型轉移矩陣、生態環境質量指數以及土地利用轉型生態貢獻率等方法定量分析區域(王權,2019)、省份(董建紅,2021)、市域 (汪容基,2021)、區縣(何青澤,2019)、流域 (鄧楚雄,2021)一段時間土地利用轉型的生態環境效應;二是在借鑒國內外對于生態服務價值研究的最新成果的基礎上,結合研究區域實際情況對生態系統服務價值系數進行修訂,進而對研究區域的生態系統服務價值變化進行測度和分析(王權,2019;胡先培,2020)。

      已有文獻研究成果表明土地利用變化不僅對生態系統的要素、結構、功能產生深遠的影響,土地利用變化和生態環境之間還存在有耦合關系(白娥,2020;李婧,2020),主要表現為以下兩個方面:一是土地利用方式的改變及其相應覆蓋格局的變化,可以在直接影響生物多樣性和生態系統生產力的同時,導致城鄉空間及其生態系統結構的變化,進而影響土地資源的承載功能和生態系統的服務功能(劉永強,2015);二是生態環境綜合水平是評估土地利用績效、優化土地利用政策的必然要求,是影響土地利用轉型的驅動因子(傅伯杰,2014)。但是縱觀現有研究成果,多集中于土地利用轉型對生態環境的影響,尚缺乏土地利用轉型與生態環境的雙向互動關系研究。

      長株潭城市群作為中西部最具有發展潛力的重要區域,是長江中游經濟區的重要組成部分,是湖南省經濟發展的核心增長極。但是隨著該區域城市化和區域一體化的加快,城市建設用地不斷擴張,占用大量農用地和生態用地,對區域生態環境造成了巨大的壓力(歐陽曉,2021)?;诖?,研究以長株潭城市群為研究區域,對2005-2018年期間城市群土地利用轉型與生態環境的相互作用通過構建指標體系進行定量分析,以期優化長株潭城市群國土空間規劃開發格局,為增強該區域生態文明建設提供實證依據。

      1 研究區域與研究方法

      1.1 研究區域概況

      長株潭城市群位于湖南省東部,湘中丘陵地區,作為湖南省人口最密集、資源最密集、經濟活動最活躍的區域,是湖南省經濟發展的核心增長極,同時也是開創中部地區崛起新局面的重要支撐,有望成為繼京津冀、粵港澳、長三角和成渝雙城經濟圈之后的又一全國經濟重要增長極。2019年,長株潭常住人口1530.45萬人,城鎮化率達73.5%,地區生產總值為1.68萬億元,占全省地區生產總值的42.4%。

      1.2 數據來源與處理

      研究采取的主要數據包括:(1)長株潭城市群2005-2018年的土地利用數據來源于中科院資源環境科學與數據中心數據平臺(http://www.resdc.cn)。參考羅剛(2018)的研究成果,根據土地利用的主導功能,對土地利用數據進行整合,建立以生產用地、生活用地和生態用地為一級地類的新土地利用分類系統(見表1)。(2)社會經濟和生態環境方面的數據來源于2005年、2010年、2015年和2018年的《湖南省統計年鑒》《中國城市統計年鑒》以及長沙、株洲和湘潭三市的統計年鑒和政府工作報告。部分缺失的數據利用移動平均法計算得到。

      1.3 研究方法

      1.3.1 模型選擇

      (1)土地利用類型轉移矩陣模型

      土地利用功能轉型主要通過土地利用類型轉移矩陣模型來具體實現,其表達式為:

      式(1)中,S為面積,S研究期內i類型土地利用地類轉換成j類型土地利用地類的面積數量,n為土地利用類型數量。

      (2)土地利用動態度模型

      土地利用轉型的綜合活躍程度可以通過運用土地利用動態度模型來進行分析,其表達式為:

      式(2)中,TR為土地利用類型總變化速率;LA和LA分別為某種土地利用類型在研究期初期和研究期末期的面積;ULA為第i種土地利用類型未變化的面積;i∈(1~n),n為區域內土地利用類型數量。

      (3)耦合協調模型

      土地利用轉型和生態環境的耦合協調度采用協調度模型計算,其表達式為:

      式(3)中,D、C、T分別表示土地利用轉型評價指標體系和生態環境評價指標體系的協調度、耦合度和綜合評價指數。為保證評價的客觀性,取a=b=0.5,表示土地利用轉型評價指標體系和生態環境評價指標體系處于同等地位。

      1.3.2 模型實現

      第一步,構建土地利用轉型和生態環境的評價指標體系。在遵循科學性、系統性、易獲取性等指標選取原則和參考其他研究成果(董曉慶,2021;熊曦,2021)的基礎上,圍繞PSR(Pressure-State-Response)模型,以“壓力-狀態-響應”為研究基本框架分別建立土地利用轉型系統評價指標體系和生態環境系統評價指標體系,然后共同構建土地利用轉型和生態環境的評價指標體系(見表2)。

      第二步,指標標準化。根據指標正負性,利用極差標準化法對各項指標原始數據進行標準化處理,以避免因各指標單位和數量級不同而對評價結果造成影響。其表達式為:

      正向指標的處理:

      負向指標的處理:

      式(4)、(5)中,X代表土地利用轉型評級指標體系中第i個指標的標準化值,max (x)、min(x)分別代表土地利用轉型評價指標體系中第個指標的最大和最小指標值。同理可得生態環境評價指標體系中第個指標的標準化值。

      第三步,計算指標權重和指標綜合評價指數。為避免指標賦權的主觀性,采用熵值法對各指標權重進行賦值。根據指標評價結果,運用綜合評價模型分別對土地利用轉型評價指標體系和生態環境評價指標體系的綜合評價指數進行計算。

      土地利用轉型評價指標體系綜合評價指數公式:

      生態環境評價指標體系綜合評價指數公式:

      式(6)、(7)中,F(x)、G(y)分別表示土地利用轉型評價體系綜合評價指數和生態環境評價指標體系綜合評價指數,、分別表示土地利用轉型評價體系和生態環境評價指標體系中第個指標和第個指標的權重,m、n分別表示土地利用轉型評價體系和生態環境評價指標體系的指標數量。

      第四步,計算土地利用轉型和生態環境的耦合協調度。

      第五步,耦合協調度分級。參照有關學者關于耦合協調度分類標準,依據長株潭城市群實際情況,構建研究區域土地利用轉型和生態環境的耦合協調度的分類體系和劃分標準(見表3)。

      2 結果分析

      2.1 長株潭城市群土地利用轉型時空特征分析

      基于Arcgis10.6得到長株潭城市群2005-2010年(見表4)、2010-2015年(見表5)、2015-2018年(見表6)三期土地利用轉移矩陣。

      從空間分布格局上來看,城鎮生活用地主要分布在長沙市、株洲市和湘潭市的城區,農村生活用地、農業生產用地和工業生產用地主要分布在城市外圍以及湘江兩側,生態用地主要分布在城市邊緣。從時序上來看,2005-2018年期間,各類用地面積呈現出“五減三增”的態勢,城鎮生活用地、工業生產用地和其他生態用地呈現出上升的態勢,其他五類用地呈現出下降的態勢,而生活用地面積的擴張主要來源于生態用地面積的縮減。

      分時期來看,2005-2010年期間,在所有用地類型中面積轉移幅度最大的是工業生產用地,轉移面積是研究初期面積的60.45%,其中工業生產用地轉城鎮生活用地是其主要用地變化類型。新增面積幅度最大的是工業生產用地,新增面積是研究初期面積的205.68%,其中,林地生態用地和農業生產用地是工業生產用地新增面積的主要來源。這表明區域在發展建設過程中,隨著城鎮化水平的提高,建設用地占用了大量的農業生產用地和林地生態用地。

      2010-2015年期間,面積轉移幅度和面積新增幅度最大的是生產用地,期間主要發生的土地利用轉型為農業生產用地轉變為工業生產用地。但期內各類用地轉移面積和幅度相較于2005-2010年期間出現了明顯下降,這表明研究區域的快速城鎮化得到了控制,生活用地和生產用地占用生態用地的現象大幅減少。

      2015-2018年期間,雖然轉移面積最多的是農業業生產用地,但是面積轉移幅度最大的是其他生態用地,而且二者的面積減少部分都是流向了林地生態用地。新增面積最多的是林地生態用地,面積增加幅度幅度最大的是工業生產用地,二者新增面積的主要來源都是農業生產用地。這表明,長株潭城市群工業生產用地擴張在避免占用生態用地的同時也進一步加強了區域退耕還林的力度。

      2.2 長株潭城市群土地利用轉型與生態環境耦合協調性分析

      基于Excel計算得到長株潭城市群土地利用轉型和生態環境指標體系各項指標的權重(見表2)和長株潭城市群2005-2010年、2010-2015年和2015-2018年三期土地利用轉型指數、生態環境指數以及土地利用轉型與生態環境耦合協調度(見表7)。

      2005-2010年期間,研究區域土地利用轉型與生態環境的耦合協調度耦合協調值為0.94,屬于高度協調類,耦合協調類型為生態環境發展滯后型。在此期間,土地利用轉型指數和生態環境綜合指數相較于其他兩期數值來說偏大,而且兩者之間差距較大,這可能是由于長株潭城市群區域規劃被正式批準后,區域發展建設得到了政府的大力支持,城鎮生活用地和工業生產用地不斷向外擴張,對生態用地形成了擠壓的態勢,土地利用轉型和生態環境變化都非常激烈。2010-2015年期間,研究區域土地利用轉型與生態環境的耦合協調值降低為0.61,屬于較高協調類,其原因可能是研究區域為了響應“兩型”社會改革建設工作要求,以長沙中心城區、株洲城區和湘潭城區為核心,采取了局部內涵式的緊湊集中發展,使得城鎮生活用地和工業生產用地面積雖然仍有增加,但幅度變小,而且大量占用生態用地的現象也大量減少,具體可以表現為2005-2010年生態用地轉移面積為416.62平方千米,而2010-2015年生態用地轉移面積只有125.28平方千米。2015-2018年期間,雖然土地利用轉型和生態環境的耦合協調類型依然為較高協調類,但其耦合協調度變化幅度略有下降,其原因可能是研究區域為了促進區域一體化,形成了三核相向發展的演進態勢。同時在生態文明建設的背景下,區域發展又加強了對于生態綠心的建設,使得區域在生產用地擴張的同時對于區域內的生產用地進行了重新規劃,將其復墾成了林地生態用地,具體表現為生產用地轉型成為林地生態用地的面積占了林地新增面積的91.62%。

      3 結論與討論

      以土地利用的“生產、生活、生態”功能為角度,利用土地利用矩陣、空間分析模型和耦合協調度模型對長株潭城市群土地利用轉型和生態環境之間的耦合協調關系進行了研究,結果表明:一是在研究期內,長株潭城市群生態用地減少了281.73平方千米,生產用地減少了3.09平方千米,生活用地增加了284.71平方千米。城鎮生活用地、工業生產用地和其他生態用地面積呈現出增加的態勢,農村生活用地、農業生產用地、林地生態用地、草地生態用地和水域生態用地呈現出減少的態勢。二是研究區域土地利用轉型和生態環境保護的耦合協調關系較高,雖然2015-2018年期間耦合協調水平相比2010-2015年期間略有下降,但總體來說耦合協調水平呈下降趨勢。

      根據研究結果,研究區域在接下來的發展過程中應注意以下兩個問題:一是進一步加強對于工業固體廢物的綜合利用。研究期間,工業固體廢物的綜合利用率總體上來看雖略有提高,但是自2010年之后,研究區域的工業固體廢物的綜合利用率就呈現出下降的態勢,長沙和株洲兩地的工業固體廢物利用率分別從2010年的99.73%和96.90%下降到了2018年的82.04%和93.79%。而且,工業固體廢物的綜合利用率還遠低于工業粉塵的去除率和工業廢水的排放達標率。因此研究區域未來要注意加強對于工業固體廢物的綜合利用,進一步減輕區域土地利用對于生態環境的壓力。二是進一步提高研究區域的森林覆蓋率,并著重提高湘潭市森林覆蓋率,提升區域生態涵養能力。研究期內,長株潭地區的森林覆蓋率不僅遠遠低于湖南省整體森林覆蓋率,并且還呈現出下降的態勢,從2005年的52.25%降到了2018年的49.70%。特別是湘潭市,雖然其森林覆蓋率呈現出上升的態勢,但其森林覆蓋率遠低于長株潭平均水平,而且增長幅度偏低,2010-2018年期間,森林覆蓋率只從46.13山升到了46.30%。因此要通過進一步提高區域森林覆蓋率,特別是湘潭市森林覆蓋率來提高區域生態涵養能力,促進區域生態文明建設。

      參考文獻:

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      12.熊曦 肖俊.武陵山片區城鎮化與生態環境耦合協調度時空分異研究——以六個中心城市為例.生態學報.2021.15

      作者簡介:楊佳寶,華中科技大學公共管理學院土地資源管理專業碩士研究生。

      鄭斌,華中科技大學公共管理學院碩士生導師,博士,副教授。

      劉杰,華中科技大學公共管理學院本科生。

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