生态质量对土地利用类型转换响应

土地利用变化及其生态环境效应研究作为区域社会经济与生态环境协调发展的重要检测方式，已成为当前全球环境变化与人地关系研究的关键，受到社会各界广泛关注．Ｃｏｓｔａｎｚａ等人通过测算不同用地类型的生态系统服务功能［１］，首次建立了土地利用变化与生态质量的关联，开始着眼于土地利用变化及其生态环境效应的定量研究；随后，各学者针对不同时空尺度土地利用变化开展多层次、多维度研究，深入剖析土地利用与生态因子的互动机理，量化与识别土地利用的微观生态因子影响，并逐渐转向综合生态环境效应［２－８］．土地利用类型转换作为最直观、细致的土地利用变化，其转换的数量和速率直接影响区域生态系统提供服务的种类与数量［８］．土地利用类型间的转换体现了生态价值流在区域土地利用系统内部的流动，这一流动使得生态质量在局部范围内升高或降低［１］．量化这一变值，有利于把握局地乃至区域生态质量改善与恶化的程度，进而判断区域生态质量的总体变化状况．目前，较少有研究针对土地利用类型转换这一土地利用系统变化直观载体的生态质量效应展开．尤其缺少对敏感区生态质量变化与土地利用类型转换的互动关系探析．重庆市沙坪坝区作为“大城市带大农村”的典型区域，２０００－２００８年间，在“退耕还林”、“西部新城建设”等人类活动的综合作用下，经济社会发展迅速、土地利用类型转换频繁，直接影响沙坪坝区整个生态系统提供的产品与服务．因此，研究在揭示沙坪坝区土地利用类型转换时空特征的基础上，赋予土地利用类型对应的相对生态价值，探求土地利用类型转换对区域生态质量变化的贡献程度，以实现对区域生态质量的总体变化特征的判断，旨在为区域土地利用总体规划与土地资源的可持续利用提供理论参考与借鉴．

１研究区概况

重庆市沙坪坝区位于１０６°１４′３６″－１０６°３１′３５″Ｅ，２９°２７′１３″－２９°４６′３６″Ｗ之间，全区东西宽２４．３０ｋｍ，南北长２９．００ｋｍ，幅员面积３９６．２０ｋｍ２．全区地势南高北低，自西向东为华蓥山状褶皱束的温塘峡背斜（缙云山）、白市驿向斜、观音峡背斜（歌乐山）和重庆复向斜的石马河向斜的中北段．该区属亚热带季风气候，气候温和、雨量充沛，年平均降雨１０８５．１３ｍｍ，年平均气温１８．１３℃．沙坪坝区地处重庆市区西部，是重庆都市发达经济圈的重要支撑区，具有重庆市“大城市带大农村”的典型特征，在重庆落实“３１４”发展战略中具有重要战略地位，辖１２个镇（图１）．２００８年全区户籍人口７．４６×１０５人，常住人口８．７０×１０５人，人口自然增长率为０．８９‰，地区生产总值为２．３０×１０１０元，城镇居民人均可支配收入１．３９×１０４元，农村居民人均纯收入５．７０×１０３元．

２数据收集与研究方法

２．１数据收集与处理

研究数据包括空间数据与属性数据．空间数据来源于重庆市沙坪坝区２０００年沙坪坝区土地利用现状数据库（图形库、属性库）及２００８年土地利用变更数据库．属性数据来源于２０００－２００８年沙坪坝区统计年鉴及实际调查．为使数据具有统一性与可比性，且更能切实反映沙坪坝区土地利用方式与覆盖特征，参照《全国土地分类（过渡时期适用）》，将全区土地利用类型划分为水田、旱地、园地、林地、水域、建设用地以及未利用地７类．以Ｃｏｎｓｔａｎｚａ等［１］１９９７年测定的全球生态系统服务价值及谢高地等［２］量算的中国陆地生态系统当量因子表为基础，对沙坪坝区不同土地利用类型单位面积在水源涵养、保持土壤、大气净化、废物处理、维持生物多样性、食物生产、原材料生产和提供美学景观等８项服务功能及其生物量价值进行长期的实地观测，并通过敏感度分析对研究区各土地利用类型的生态服务价值系数进行修正［７］．据此，研究引入相对生态价值的概念，即各土地利用类型单位面积生态服务价值的比例关系，确定研究区各土地利用类型对应的相对生态价值：水田０．３２５、旱地０．２９５、林地１．０００、园地０．９７５、水域０．６２３、建设用地０．０１５、未利用土地０．０３５［６］．

２．２研究方法

２．２．１土地利用时空变化分析

在ＡｒｃＧＩＳ９．２平台的支持下，采用ＡｒｃＴｏｏｌｂｏｘ工具中的叠加分析功能，一方面叠加２０００和２００８年土地利用现状图，得到２０００－２００８年土地利用变化图，并建立土地利用转移矩阵，可以清晰地说明土地利用类型转换的数量与方向；另一方面将土地利用变化图与２００８年坡度分级图的叠加，可直观地反应出土地利用类型转换所发生的空间位置．具体步骤如下：首先，将两期矢量图通过“Ｆｅａｔｕｒｅｔｏｒａｓｔｅｒ”转成像元大小为２５ｍ的栅格图，运用“Ｒａｓｔｅｒｃａｌｃｕｌａｔｏｒ”进行空间叠加，得到２０００－２００８年土地利用变化图；其次，运用“ＳｐａｔｉａｌａｎａｌｙｓｔＴｏｏｌｓ”模块的“Ｚｏｎａｌ”功能，建立土地利用转移矩阵，提取土地利用类型转换信息；同时，运用“Ｓｐａｔｉａｌａｎａｌｙｓｔ”模块中的“Ｓｕｒｆａｃｅａｎａｌｙｓｉｓ”工具从高程数据中提取２００８年坡度分级图，再将２０００－２００８年土地利用变化图与坡度分级图进行空间叠加，揭示土地利用类型转换所发生的坡度级；运用聚合分析函数“Ｓｅｔｎｕｌｌ”分别提取２０００年水田、旱地的栅格数据，与２００８年土地利用现状栅格图进行空间叠加，获取特殊地类的转换信息．

２．２．２生态质量效应分析

基于土地利用类型转换时空特征分析，通过赋予各土地利用类型对应的相对生态服务价值，可建立土地利用类型间转换与区域生态质量变化的关联，计算土地利用类型转换的生态贡献率及区域生态质量指数的变化，进而分析土地利用类型间的转换对区域生态质量的影响．研究拟通过区域生态质量指数在不同土地利用结构下的变差对区域生态质量总体状况进行判定，如果该区生态质量指数不随时间的推移而减少，则通常认为该生态系统处于比较理想的健康状态［８］．土地利用类型转换的生态贡献率，指某种土地利用类型转换所导致的区域生态质量的改变．其表达式为：式中：Ｒｉ→ｊ为第ｉ类土地利用类型向第ｊ类土地利用类型转换对区域生态质量变化的贡献率；ＬＥｉ为第ｉ类土地利用类型的相对生态价值；ＬＥｊ为第ｊ类土地利用类型的相对生态价值；Ａｔｉ→ｊ为转化的土地面积占总面积的比例；ｎ为土地利用类型总数．综合考虑区域内各土地利用类型的生态质量指数变化，比较引起生态质量改善、恶化的土地利用类型转换的生态质量指数之和，用以判断区域内生态质量的总体变化状况．其表达式为：式中：ＬＥＩ为研究期间区域总体生态质量指数变化量；ＬＥｈ，ＬＥｋ为第ｈ，ｋ类土地利用类型的相对生态价值；Ａｔｈ→ｋ为引起生态质量改善的第ｈ种土地利用类型转换为第ｋ种转换土地利用类型的土地面积占总面积的比例；ＬＥｕ，ＬＥｖ为第ｕ，ｖ类土地利用类型的相对生态价值；Ａｔｕ→ｖ为引起生态质量改善的第ｕ种土地利用类型转换为第ｖ种转换土地利用类型的土地面积占总面积的比例．