楊麗萍，胡月明，廖 琪，緱武龍，劉吼海

（1.廣州市華南自然資源科學技術研究院，廣東 廣州 510610；2.自然資源部建設用地再開發(fā)重點實驗室，廣東 廣州 510642；3.廣東省土地調查規(guī)劃院，廣東 廣州 510075；4.廣東友元國土信息工程有限公司，廣東 廣州 510642；5.海南大學熱帶作物學院，海南 ?？?570228）

0 引言

生態(tài)環(huán)境是人類生存和發(fā)展的主要物質來源，生態(tài)環(huán)境的發(fā)展與社會經濟的可持續(xù)發(fā)展有關，它在人類改造自然的同時對人類的破壞會產生負反饋[1]。近年來，城市化與工業(yè)化的快速發(fā)展已經影響到生態(tài)環(huán)境[2]。為此，我國“十四五”規(guī)劃綱要中明確提出：堅持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展和共抓大保護、不搞大開發(fā)，協同推動生態(tài)環(huán)境保護和經濟發(fā)展，打造人與自然和諧共生的美麗中國樣板。評價生態(tài)環(huán)境狀況是保護生態(tài)環(huán)境的重要基礎和前提，已有眾多學者開展生態(tài)環(huán)境評價研究并取得一定的成效[3-5]。早期學者主要針對生態(tài)環(huán)境某一單方面要素進行評價，如氣候要素評價[6]、土壤要素評價[7]、水文要素評價[8]等。但生態(tài)環(huán)境質量是一個由多要素構成的綜合體，僅以單一要素為切入點進行相關評價研究，評價結果缺乏系統性與綜合性。因此，近年來，已有大量學者開展生態(tài)環(huán)境綜合評價研究。例如，束加穩(wěn)等在現有生態(tài)環(huán)境評價指標體系的基礎上結合杭州市實地情況將該市評價指標體系分為自然、經濟、社會三個子系統，進而選擇SO2年均濃度、PM2.5濃度、NOx削減率等43個指標，將IAHP與熵值法相結合用于確定指標權重值，運用AHP方法評價杭州市生態(tài)環(huán)境質量，并提出提高杭州市生態(tài)環(huán)境建設的對策[9]。目前，有關生態(tài)環(huán)境綜合評價的研究已較為成熟，但較少考慮土地利用變化所導致的生態(tài)環(huán)境變化對其帶來的影響，而土地利用變化與人類活動密切相關，對生態(tài)環(huán)境演變有著重要的影響[2]。

課題組以城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的順德區(qū)為研究對象，以Landsat TM、ETM+遙感影像數據作為基礎數據，運用RS、GIS技術，在系統分析1992—2012年順德區(qū)土地利用/覆被格局時空變化特征的基礎上，對研究區(qū)土地利用變化引起的生態(tài)環(huán)境效應進行定量評價，剖析土地利用/覆被變化對生態(tài)環(huán)境質量的影響，揭示土地利用/覆被變化的生態(tài)效應，以期為研究區(qū)合理利用土地資源、治理生態(tài)環(huán)境問題提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

順德區(qū)位于珠三角腹地，地理坐標為東經113°1'~113°23'，北緯22°40'~23°2'。行政區(qū)域面積806.55 km2，北接廣州，南近港澳，該區(qū)經濟發(fā)展較快，是廣佛都市圈、粵港經濟圈的重要組成部分。順德區(qū)地理位置示意圖如圖1所示。該區(qū)于2019年實現地區(qū)生產總值突破3 500億元，比上年增長7.0%以上；連續(xù)8年位居全國綜合實力百強區(qū)第一。經濟快速發(fā)展的同時伴隨著土地利用類型的快速轉變，嚴重影響了當地生態(tài)環(huán)境狀況，為此，對該區(qū)開展土地利用變化及其生態(tài)環(huán)境效應評價相關研究具有重要的意義。

圖1 順德區(qū)地理位置示意圖Figure 1 Geographical location of Shunde District

1.2 數據來源

課題組采用Landsat遙感影像為主要數據源進行土地利用變化研究，分別為1992年11月1日Landsat-5 TM影像（來源于美國地質勘探局）、2002年11月7日和2012年11月2日Landsat 8 OLI影像（來源于地理空間數據云：http://www.gscloud.cn/）?？臻g分辨率為30 m×30 m，影像含云量均小于1%，圖像質量好。并且，利用ENVI軟件對影像進行幾何校正、輻射定標、大氣校正、裁剪等預處理操作，以消除在影像獲取中產生的幾何與輻射畸變。此外，在生態(tài)環(huán)境效應評價中主要用到的數據包括順德區(qū)2008—2013年統計年鑒、2007—2012年生態(tài)環(huán)境數據與相關文字資料。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用類型解譯

依據《土地利用現狀分類標準》（GB/T 21010—2017），結合研究區(qū)土地利用現狀特征，基于ENVI軟件平臺，采用最大似然法進行監(jiān)督分類，將研究區(qū)土地利用類型劃分為耕地、坑塘水面、林地、城鎮(zhèn)用地、河流水域、農村居民地與其他用地七類，得到研究區(qū)1992年、2002年和2012年土地利用現狀圖。

1.3.2 生態(tài)環(huán)境效應評價

土地利用變化影響著資源與環(huán)境的變化，并影響著區(qū)域生態(tài)環(huán)境質量與社會經濟的發(fā)展。隨著城市化進程的加快、社會經濟的高速發(fā)展，人類加大了對土地的利用程度，區(qū)域土地利用類型也發(fā)生了變化，生態(tài)環(huán)境也變得愈發(fā)脆弱。課題組在對研究區(qū)的土地利用現狀、土地利用結構變化以及動態(tài)演變的時序特征進行了探討后，對順德區(qū)生態(tài)環(huán)境效應進行評價。

1）評價指標體系構建。PSR模型是指20世紀80年代末聯合國經濟合作開發(fā)署和聯合國環(huán)境規(guī)劃署共同提出的“壓力-狀態(tài)-響應”（PSR）模型框架。其優(yōu)點在于能將生態(tài)環(huán)境和社會經濟狀態(tài)兩者有機地統一在一起，是目前應用較多的一種研究生態(tài)安全評價的思路[10-11]。課題組以PSR框架為基礎，參考前人研究[1,12]并綜合考慮順德區(qū)的土地利用變化情況以及社會經濟發(fā)展狀況，確定順德區(qū)生態(tài)環(huán)境效應評價系統的層次結構，以此建立順德區(qū)土地利用變化的生態(tài)環(huán)境效應評價指標體系，如表1所示。由于評價指標體系包含著正向相關性與負向相關性不同的指標，課題組采用極差標準化法[13]對原始數據進行無量綱化處理，得到標準化的指標值。

表1 順德區(qū)土地利用變化生態(tài)環(huán)境效應評價指標體系Table 1 Comprehensive evaluation index system of eco-environmental effects of land use change in Shunde District

2）指標權重確定。確定評價指標權重是評價生態(tài)環(huán)境效應的關鍵環(huán)節(jié)。由于課題組所選的生態(tài)環(huán)境效應評價指標綜合性強，包含的信息量復雜，因此，課題組采用熵權法用于確定各評價指標的權重。該方法是一種客觀的指標權重確定方法，操作簡單，精度較高，且能有效排除了主觀因素的影響[12]。信息熵越小，信息的無序度越低，其信息的效用值越大，指標的權重也越大；反之，信息熵越大，信息的效用值越小[14]。

3）評價指數計算。單項指標及其權重只能反映土地利用變化的生態(tài)環(huán)境效應其中一方面的狀況，而土地利用變化的生態(tài)環(huán)境效應評價系統具有層次性和復雜性。為了更好地反映生態(tài)環(huán)境效應狀況，課題組結合順德區(qū)的特點，根據前人的研究成果[15-16]，確定本研究生態(tài)環(huán)境安全等級劃分標準。將各單項指標相應的權重進行逐層計算，采用指數加乘混合法將加法和乘法混合一起使用，利用權重分別計算得出生態(tài)環(huán)境效應評價綜合指數、壓力指數、狀態(tài)指數和響應指數。

參考國內其他學者所構建的模型[17-18]得出以下計算公式：

生態(tài)環(huán)境效應評價綜合指數：

壓力指數：

狀態(tài)指數：

響應指數：

式中：Wi為各指標權重；Yij為指標歸一化值；m為指標項數；Wpi為壓力指標對壓力指數的權重（各壓力指標權重做歸一化處理，下同）；Wsi為狀態(tài)指標對狀態(tài)指數的權重；Wri為響應指標對響應指數的權重。E、P、S、R的數值取值范圍為［0，1］，綜合指數值為0時，則表示人類活動對順德區(qū)生態(tài)環(huán)境效應綜合影響趨于消極，即壓力強，響應弱，生態(tài)環(huán)境差。綜合指數值為1時，則表示人類活動對順德區(qū)生態(tài)環(huán)境效應綜合影響趨于積極，即壓力弱，響應強，生態(tài)環(huán)境良好。即指數值越大表明人類活動對生態(tài)環(huán)境效應綜合影響越積極[18]。順德區(qū)生態(tài)環(huán)境安全等級劃分如表2所示。

表2 順德區(qū)生態(tài)環(huán)境安全等級劃分Table 2 Classification of ecological environment safety level in Shunde District

2 結果與討論

2.1 土地利用變化

順德區(qū)1992年、2002年和2012年土地利用現狀圖、土地利用結構變化情況及土地利用類型面積變化數據，分別如圖2、圖3、表3所示。統計分析1992—2012年順德區(qū)不同土地利用/覆被類型面積特征可以看出，該區(qū)土地利用類型呈現“四增三減”的變化規(guī)律。即城鎮(zhèn)用地、林地、農村居民地和其他用地四種土地利用類型的面積增加，而耕地、坑塘水面與河流水域三類的面積減少。其中，城鎮(zhèn)用地面積增加幅度最大，1992—2012年期間增幅為147.89 km2。城鎮(zhèn)用地與農村居民地面積的較大幅度增加，主要與研究區(qū)的城市化建設快速發(fā)展有關。人口增加、社會經濟發(fā)展致使居民用地以及基礎設施用地、交通用地增加，研究區(qū)的工業(yè)發(fā)展也是城鎮(zhèn)用地增加的很重要的原因。林地面積的小幅度增加，主要與研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境治理工作以及開荒種植有關?？犹了媸茄芯科陂g面積減少最多的地類，1992—2012年期間共減少了252.1 km2，主要原因可能是城鎮(zhèn)用地的擴張占用、農業(yè)結構的調整。此外，未利用地開發(fā)程度也越來越高。

表3 順德區(qū)土地利用類型面積變化Table 3 Area changes of land use types in Shunde District

圖2 順德區(qū)土地利用現狀圖Figure 2 Land use types in Shunde District

圖3 順德區(qū)土地利用結構變化Figure 3 Changes in land use structure in Shunde District

2.2 生態(tài)環(huán)境效應評價

根據式（1）、式（2）、式（3）、式（4）計算得出順德區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合評價指數，結果如表4所示?？梢钥闯鲅芯科陂g順德區(qū)生態(tài)環(huán)境效應綜合指數處于0.25~0.75之間，生態(tài)環(huán)境屬于“較差”與“一般”狀況。綜合指數最小為2007年的0.425，最大的為2012年的0.630，并呈現逐漸上升的趨勢。2007—2009年生態(tài)環(huán)境效應綜合評價指數均處于0.25~0.5之間，即研究區(qū)生態(tài)環(huán)境處于“較差”狀況，生態(tài)環(huán)境受到一定破壞，生態(tài)系統結構發(fā)生變化，受干擾后易惡化，生態(tài)問題顯現。2010—2012年生態(tài)環(huán)境效應綜合評價指數均處于0.5~0.75之間，即研究區(qū)生態(tài)環(huán)境處于“一般”狀態(tài)，生態(tài)環(huán)境受到破壞較少，生態(tài)系統結構較完整，生態(tài)問題不明顯。從表4可以看出，研究期間壓力指數逐漸上升時，響應指數也逐漸增加，而綜合指數也有著逐漸上升的趨勢，狀態(tài)指數在壓力指數增大的同時間歇性地減小。表明順德區(qū)在研究期間對于生態(tài)環(huán)境保護力度是逐年加強的，有著積極的成效。

表4 順德區(qū)生態(tài)環(huán)境效應綜合評價指數表Table 4 Comprehensive evaluation index table of ecological environment effect in Shunde District

總體來看，近年來，順德區(qū)隨著社會經濟的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化進程加快，工業(yè)化程度快速發(fā)展，人口不斷增加，人類活動對土地利用需求程度不斷加重，土地利用結構變化不合理，土地利用變化給生態(tài)環(huán)境帶來了許多負面的影響。雖然對生態(tài)環(huán)境的保護力度在不斷加強，但仍無法滿足快速發(fā)展的社會經濟的需求，土地生態(tài)環(huán)境的有序性與穩(wěn)定性遭到破壞，人口、資源與環(huán)境的壓力不斷增加，生態(tài)環(huán)境系統的生態(tài)調節(jié)功能被逐漸削弱，生態(tài)環(huán)境狀態(tài)變差。

3 結論

1）在1992—2012年20年期間，順德區(qū)土地利用格局變化較大，土地轉換明顯，土地利用類型變化呈現“四增三減”的變化規(guī)律。即城鎮(zhèn)用地、林地、農村居民地和其他用地面積增加，耕地、坑塘水面與河流水域面積減少。其中，城鎮(zhèn)用地面積增加幅度最大，坑塘水面是研究期間面積減少最多的地類。

2）順德區(qū)在研究期間壓力指數呈現上升態(tài)勢，狀態(tài)指數呈現減小與增大波動態(tài)勢發(fā)展，響應指數呈現上升趨勢。生態(tài)環(huán)境遭到的壓力響應是積極的，有利于生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。綜合指數呈現逐漸上升的趨勢，但總體上數值偏小，生態(tài)環(huán)境綜合狀況一般，生態(tài)環(huán)境處于較嚴峻的態(tài)勢。