2021-4-9 | 城市生态论文
土地利用是人与自然交叉最为紧密的环节，土地利用及其变化对生态系统的结构和功能，对区域气候、土壤、水文、生物多样性等产生重大影响[1]，从而对生态环境产生深刻影响。当前人类正以前所未有的速度、幅度、程度改变着土地利用和土地覆盖，土地利用/覆盖变化（LUCC）几乎影响了从基因到全球的所有组织水平[2]。1995年国际地圈和生物圈计划（IGBP）和全球变化人文项目计划（IHDP）联合提出“土地利用/覆盖变化科学研究计划”，促进土地利用/覆盖变化研究，认识到土地利用/覆盖变化是生态环境变化的重要起因，并将其列为全球变化4个主要问题之一[3，4]。
研究区域土地利用变化及其生态环境效应变化对于深刻认识区域的生态环境、维持生态平衡、促进区域经济与环境的协调发展具有重要意义[5，6]。国内外学者针对土地利用变化及生态环境效应进行大量探索，主要分为三类，一是LUCC对水、土、气、生等单要素的影响效应，二是LUCC对生态系统服务功能的影响效应，三是LUCC对景观格局的影响效应[7，8]。目前已从对气候、水文、土壤以及生物等单一要素的研究发展到区域生态环境的综合研究[9-12]，但是由于土地利用变化与生态环境间相互作用机制的复杂性，研究多从生态系统服务价值的角度进行[13，14]，由于未对生态服务价值进行区域修正，从而使得研究结果存在偏差，并且可比性较差。鉴于此，本研究在对相对生态价值进行区域修正的基础上开展深入研究。大庆是中国石油之都，石油资源开发占用大量优质草原、耕地等，导致土地利用发生剧烈变化，加之重开发轻管护，其地表植被破坏和生态环境恶化的程度远远超过一般城市。
特别是近20年大庆市经济社会快速发展，土地利用变化空前，直接影响经济社会、生态环境以及国家能源安全。同时，大庆位于我国北方农牧交错带，具有良好的气候、土壤、植被等环境因素以及土地利用的过渡特征，对全球变化的响应和人类活动作用极为敏感，处于IGBP和IHDP确定的陆地带———中国东北样带（NECT）内。因此，以大庆市作为研究区，采用GIS与RS相结合技术，揭示其土地利用变化及生态环境效应，从而深化资源型城市人地关系认识，为大庆市经济社会的持续健康发展提供借鉴。同时，对于保障区域生态安全，促进区域经济社会与环境持续发展，构建良好的土地利用生态安全格局，具有重要的应用价值和典型的科学意义。
1研究区概况
大庆地处松嫩平原中部，属松花江流域，介于北纬45°46′-46°55′，东经124°19′-125°12′之间，是哈大齐轴线的中心，土地总面积为510700hm2。境内无山岭，地势平坦，地形发育主要受水力、风力作用，地貌表现为波状起伏的低平原，稍高处多为平缓的漫岗，其上植被发育较差；平地多为耕地、草原，同时分布着许多面积不等的盐碱小丘；低处多为排水不畅的季节性积水洼地和低位沼泽和碱水泡子。受季风影响，春秋气温变化急剧，多风沙。石油开采极大的改变了大庆市的土地利用/覆盖，驱使土地利用呈多元化发展趋势，形成油田、城市、耕地、草地等用地类型相互交错的复合土地利用模式、石油开采导致地下水大量上升，造成土壤盐渍化、沙化、土壤及水体污染、湿地萎缩等，土地利用的生态环境效应显著。
2数据来源与处理
文中研究数据来源于大庆市1987和2005年SPOT影像，以经过配准的大庆市1∶10万地形图为参照，在ERDAS8.6平台上进行影像校正，获取两期不同时相标准影像。运用遥感信息与地学信息相结合，室内判读与专家经验、野外调查相结合方法，通过人机交互判读得到图形数据和属性数据。同时，采用MAPGIS6.7软件进行土地利用现状信息的提取和数据库建设。根据研究区土地利用方式、覆盖特征等特点，同时参考中国科学院资源环境数据库中1∶10万土地利用分类系统，将研究区分为6大类，即耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地（图1和图2）。
3大庆市土地利用变化分析
3.1土地利用数量转变
土地利用变化首先表现为不同土地利用类型面积变化，土地利用转移矩阵是研究土地利用变化的重要内容。通过对不同土地利用类型的转化研究，从而把握区域土地利用变化的趋势和结构特征。从表1可知，1987-2005年大庆市土地利用变化幅度：草地＞未利用地＞建设用地＞水域＞耕地＞林地，其中未利用地、建设用地、耕地和林地呈增加趋势，草地和水域呈减少态势。草地由45.41％下降到18.41％，减少137922.21hm2；未利用地从0.98％激增到21.83％，18年间变化率高达2134.65％。源于大庆经济社会快速发展，建设用地增幅较大，并且油田开发建设占用大量草地、水域等，从而导致草地、水域大幅减少。同时，说明在石油开采过程中忽视生态环境保护，导致部分土地退化、盐碱化，致使未利用地大面积增加。为实现耕地数量动态平衡，通过开垦草地、未利用地等补充耕地。1987-2005年研究区土地利用类型转变频繁，共有200617.11hm2土地发生地类转变。其中，草地净减少137922.21hm2，水域净减少17699.54hm2，未利用地净增加106490.84hm2，建设用地净增加32964.27hm2，耕地净增加10563.24hm2，林地净增加5603.41hm2。转移量占主导的是草地退化为未利用地，达89252.99hm2，占总转移量的44.49%；其次是草地开垦为耕地，达21365.34hm2；再次为油田开发及城市建设占用草地，为20718.13hm2；第四位是水域退化为未利用地，为17121.9hm2；其他主要转移类型依次是草地转为林地，耕地转为建设用地，林地转为耕地。
3.2土地利用组合类型
通过上述分析可知大庆市土地利用变化剧烈，为分析其土地利用组合类型变化，采用Weaver-Tomas组合系数法研究其土地利用主要类型变化。Weaver-Tomas组合系数法是将土地的实际分布与假设分布相比较，从而逐步逼近实际分布，得到最接近实际分布的近似分布，该分布组合即为所求组合类型[15]。由表2可知，1987年大庆市的土地利用组合类型数为2，组合类型为水域-耕地型；所辖五区的土地利用组合类型为草地-耕地-水域、草地-耕地、水域-草地、耕地-建设用地-水域四种类型。其中，耕地、水域在大庆市土地利用中占有绝对优势，五个区均存在该土地利用组合类型。说明1987年研究区在土地利用上以农业为主导，农牧业占重要地位。随着大庆市经济社会发展特别是石油工业、城市建设加速，2005年研究区土地利用组合类型数为4，组合类型为草地-水域-建设用地-未利用地型，所辖五区的土地利用组合类型数明显增加，组合类型数为4或5，土地利用结构呈现多样化趋势，但是建设用地、未利用地面积在土地利用结构中占有重要地位，表明其土地利用类型已由农业主导转为工业主导。主要是城市建设、原油开采及其附属设施建设，城市建设用地激增，加之研究区属于闭流区域，排水不畅及原油不合理开采使得草地、耕地等不断退化，导致盐碱地剧增。