管雅芳，焦陽，臧傳富

（華南師范大學地理科學學院，廣州 510000）

0 引言

根據(jù)《中國生態(tài)環(huán)境狀況公報》[1]顯示，截至2019年，全國水土流失總面積為271.08萬km2，荒漠化土地面積為261.16 萬km2，沙化土地面積為172.12 萬km2，中國的土地生態(tài)安全問題依然嚴峻。究其原因，區(qū)域的土地利用/覆被變化(LUCC)發(fā)揮著關鍵作用[2-3]。由于城市化、工業(yè)化等進程改變區(qū)域的LUCC狀況，對其土壤、氣候、流域水質等方面產(chǎn)生一定的影響[4-5]，從而威脅區(qū)域的土地生態(tài)安全。因此，聯(lián)系LUCC 與生態(tài)安全兩方面的研究，有利于為區(qū)域產(chǎn)生的土地生態(tài)問題提供相關的解決思路，對維持區(qū)域的土地生態(tài)安全狀態(tài)有著重要的現(xiàn)實意義。

隨著IGBP Ⅱ工作的開展，LUCC與生態(tài)安全方面的研究逐漸受到廣泛的關注。其中，喻鋒等[6]基于土地利用變化狀況，指出土壤侵蝕、地表覆蓋和土地沙化是影響皇甫川流域生態(tài)不安全的主要成因；HE等[7]通過分析蘭州市的土地利用變化現(xiàn)狀、構建生態(tài)安全評價指標體系，結果表明經(jīng)濟因素是影響其生態(tài)安全的主要因素；CHAI等[8]將武漢市的土地利用變化與生態(tài)安全進行耦合分析，發(fā)現(xiàn)建成區(qū)的面積與生態(tài)安全密切相關；蒙吉軍等[9]基于鄂爾多斯市的土地利用情況，發(fā)現(xiàn)人類活動是影響生態(tài)環(huán)境狀態(tài)的重要因素；Wang等[10]也揭示出青海湖流域的生態(tài)安全狀況隨土地利用變化而變化。由此可知，區(qū)域生態(tài)安全的影響因素與當?shù)氐耐恋乩米兓芮邢嚓P，由于不同區(qū)域土地利用變化的驅動因素不同，導致不同區(qū)域的生態(tài)安全狀況存在差異。然而在大部分LUCC與土地生態(tài)安全評價的綜合研究中，對LUCC 的驅動因素分析較少?；诖耍狙芯繑M從流域尺度揭示其土地利用的時空變化特征，同時增加對土地利用變化的驅動因素分析，以揭示人類活動對土地資源的影響機制[11]，從而進一步探究區(qū)域的LUCC與土地生態(tài)安全之間的內在邏輯關系。

研究區(qū)韓江流域地處粵、贛、閩交界處，其中的大部分地區(qū)都屬于水源涵養(yǎng)、土壤保持及物種多樣性保護的重要區(qū)域[12]，其余如粵東沿海等局部地區(qū)為省級的重點開發(fā)區(qū)域，故維持韓江流域的土地生態(tài)安全尤為重要。而且，結合以往研究發(fā)現(xiàn)，關于韓江流域的研究整體偏少，缺乏對其土地利用變化與土地生態(tài)安全評價的研究。因此，為豐富LUCC 與土地生態(tài)安全評價方面的研究實例，本研究將結合1980—2020年韓江流域的土地利用類型時空變化特征，進一步探究此變化的驅動力因素，并采用壓力-狀態(tài)-響應模型構建韓江流域的土地生態(tài)安全評價指標體系，運用綜合指數(shù)評價方法綜合評估韓江流域的生態(tài)安全狀況，以期為韓江流域的土地空間合理規(guī)劃和土地生態(tài)環(huán)境的改善提供相關科學依據(jù)，促進韓江流域土地資源的可持續(xù)利用。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

韓江流域(115°18′—117°20′N，23°03′—24°56′E)包括汕頭、潮州、河源、梅州、汕尾、揭陽、深圳、三明、龍巖、漳州、贛州等三省11個地級市，其中由于研究區(qū)內三明市、深圳市、贛州市所占面積比例不超過1.0%，對流域的貢獻很小，因此，本研究并未對此三市進行土地利用變化驅動力分析和生態(tài)安全評估。韓江流域面積總共4.06萬km2，其中，廣東省占比73.5%，福建省占比26.3%，江西省內的流域面積最小，僅占0.2%。同時，由于韓江、練江、榕江3 條河流基本實現(xiàn)水系聯(lián)通，因此將此3 條河流的流域范圍均納入研究區(qū)域內（見圖1）。流域內社會經(jīng)濟發(fā)展不平衡，人口較集中分布于韓江入海口附近的汕潮揭地區(qū)，該地區(qū)人口密度大，經(jīng)濟相對發(fā)達，城鎮(zhèn)化水平高，人地矛盾尤為突出；而流域北部主要為山區(qū)，人口密度較小，經(jīng)濟發(fā)展也相對落后，但由于礦產(chǎn)開發(fā)、森林砍伐等經(jīng)濟活動的影響，生態(tài)環(huán)境受到一定程度的污染和破壞。

圖1 韓江流域區(qū)位示意圖

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究涉及的1980、1990、2000、2010、2020年等5期韓江流域的土地利用柵格分類數(shù)據(jù)來源于中國科學院環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)，其空間分辨率為30 m。流域內各城市的社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)從中國知網(wǎng)經(jīng)濟社會大數(shù)據(jù)平臺(https://data.cnki.net/)的各級統(tǒng)計年鑒以及各地方政府的統(tǒng)計網(wǎng)站處獲取，氣溫、降水等自然統(tǒng)計數(shù)據(jù)從中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/)獲取，其中部分缺值數(shù)據(jù)采用插值處理。將各城市所占流域面積與流域總面積之比作為權重，對各城市的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行加權處理，由此計算得到流域范圍內的各指標統(tǒng)計數(shù)據(jù)。但由于1980—2000 年研究區(qū)內城市的統(tǒng)計信息體系相對不完善，統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)存在大量的缺失，同時2020年部分城市的年鑒數(shù)據(jù)還未更新，因此本研究只分析2000—2019年的土地利用變化驅動因素和生態(tài)安全狀況。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用變化分析本研究選擇構建土地利用轉移矩陣[13]，定量分析1980—2020年間韓江流域各土地利用類型的轉移變化情況。同時，采用ArcGIS空間分析方法，根據(jù)每10 年1 期總共4 期的土地利用變化，總結1980—2020年韓江流域的土地利用類型時空變化特征。

由于人口變化、經(jīng)濟發(fā)展及技術進步等社會經(jīng)濟因素對土地利用方式的影響較自然因素更為顯著[14]。因此，本研究基于主成分分析方法的基本思路，結合韓江流域的實際情況和現(xiàn)有資料，從人口、經(jīng)濟發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結構變化與政策、人類活動強度、環(huán)境因素等5方面選取代表性的指標，共選取18個社會經(jīng)濟指標和2個環(huán)境指標進行主成分分析，從眾多因子中找出影響總面積變化的主要驅動因子。之后進一步對土地利用類型細分，選取研究期內變化最明顯的地類，以進行逐步回歸分析，探究人類活動對土地利用變化的影響。

1.3.2 土地生態(tài)安全評價本研究采用壓力-狀態(tài)-響應(P-S-R)概念模型框架[15]，參考往年相關的土地生態(tài)安全評價研究結果[16-17]，結合韓江流域的土地生態(tài)環(huán)境特點，在整體性、針對性、科學性及數(shù)據(jù)可獲取性等原則的基礎上[18-19]，結合研究區(qū)內LUCC 的驅動力分析結果，按照目標層、準則層、指標層的層次結構依次構建韓江流域的土地生態(tài)安全指標體系，總共22 項指標，其中部分年份數(shù)據(jù)采用插值處理。收集整理各指標數(shù)據(jù)之后，運用極差法[20]將其標準化處理，采用熵權法[21]確定各項指標的權重，最后根據(jù)綜合指數(shù)評價法[22]計算2000—2019年韓江流域的土地生態(tài)安全綜合指數(shù)，依據(jù)綜合指數(shù)構造梯形型模糊隸屬度函數(shù)[23]，并參照以往研究，將土地生態(tài)安全等級劃分為安全級(S)、較安全級(RS)、較不安全級(RU)和不安全級(U) 4 個等級[22]，選擇最大隸屬度對應的等級，從而將2000—2019年韓江流域的土地生態(tài)安全分級，定量分析韓江流域的土地生態(tài)安全狀況。

2 結果與分析

2.1 韓江流域1980—2020年土地利用時空變化特征

結合表1 和圖2、3 可知，1980—2020 年內的40 年間，韓江流域土地利用面積整體變化最明顯的地類是耕地和城鄉(xiāng)、居民、工礦等建設用地。其中，耕地面積的減少量最大，總共1013.89 km2，處于持續(xù)劇烈減少的態(tài)勢，其減少量在1990—2000 年期間達到最大值。從空間分布上來看，研究區(qū)東南部，即汕潮揭建成區(qū)附近在研究期內耕地大面積減少，占用耕地的現(xiàn)象尤為嚴重。城鄉(xiāng)、工礦、居民用地面積的增加量最大，共增加1301.61 km2，處于持續(xù)擴張的態(tài)勢，且城鄉(xiāng)、工礦、居民等建設用地的增加主要來源為耕地；研究期內建設用地面積的增加量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，在2000—2010 年期間達到增量的最大值。林地的減少量為405.37 km2，大都集中于2000年以后，減少量中約70%的用地都轉換為建設用地，零散分布于韓江流域北部。1990—2000 年草地的退化主要貢獻于林地和建設用地，變化區(qū)域較集中地分布于福建省龍巖市、漳州市境內。其余土地利用類型如水域、未利用土地、海洋的轉入量與轉出量相對較少，面積相對穩(wěn)定。

表1 1980—2020年韓江流域土地利用轉移矩陣km2

圖2 1980—2020年韓江流域土地利用總體變化情況（a、b分別為流域北部、東南部的放大圖）

圖3 1980—2020年韓江流域分期土地利用變化情況

2.2 韓江流域土地利用變化的驅動力結果分析

由表2可知，3個主成分的特征值均大于1，且其累計貢獻率可以高達93.6%，表明韓江流域內土地利用變化的驅動作用可以由第一主成分F1、第二主成分F2和第三主成分F3共同解釋。其中，第一主成分F1的貢獻率為72.7%，根據(jù)第一主成分的載荷矩陣結果，發(fā)現(xiàn)第一主成分包括X1、X2、X4、X5、X6、X7、X8、X11、X13、X14、X15等11 個驅動因子，說明經(jīng)濟發(fā)展、人口增長和產(chǎn)業(yè)結構的調整是影響韓江流域土地利用變化的主要社會經(jīng)濟因素。

表2 2000—2019年韓江流域主成分分析結果

基于上述主成分分析結果，進一步采用Ⅱ級土地利用分類體系進行土地利用變化驅動因子的分析，選取2000—2019年韓江流域范圍內面積變化最大的6種地類——城鎮(zhèn)用地、其他建設用地、農村居民點、旱地、水田、有林地，對此6種地類的土地利用變化面積與外生驅動因素進行逐步回歸，通過0.05%的顯著性檢驗，得到各地類的逐步回歸方程，如表3所示。結果顯示，6種土地利用類型中，城鎮(zhèn)用地、其他建設用地和農村居民點都整體處于明顯增加的態(tài)勢，而旱地、水田和有林地則都整體處于明顯減少的態(tài)勢。從方程中各因子的系數(shù)可以看出，城鎮(zhèn)用地面積變化Y1與常住人口X1呈現(xiàn)較顯著的正相關，其他建設用地的面積變化Y2與城鎮(zhèn)化率X4呈現(xiàn)較顯著的正相關，但旱地Y3和水田Y4面積的變化與常住人口X1呈現(xiàn)較顯著的負相關；有林地Y5與人口密度X2呈現(xiàn)較顯著的負相關，但農村居民點Y6的變化與人口密度X2呈現(xiàn)較顯著的正相關。綜合而言，以上相關的驅動因子均與人口增長與社會經(jīng)濟發(fā)展密切相關，說明人口增長和經(jīng)濟發(fā)展是促進2000—2019 年間韓江流域用地類型發(fā)生較大變化的主要驅動因素。

表3 韓江流域主要土地利用地類與驅動因子逐步回歸分析結果

2.3 基于土地利用變化的韓江流域2000—2019年的生態(tài)安全評估

由表4可知，準則層中壓力、狀態(tài)和響應三層的權重分別為0.284、0.421和0.295，其中，狀態(tài)層的權重數(shù)值最高，表明狀態(tài)層是影響安全評估的重要因素。從指標層中各指標的權重可以看出，財政支出中科學事業(yè)費支出、人口密度、人均生產(chǎn)總值、第二產(chǎn)業(yè)占GDP的比重、第三產(chǎn)業(yè)占GDP的比重、人均耕地面積、糧食總產(chǎn)量、農村居民人均可支配收入、經(jīng)濟密度等9個指標的權重數(shù)值均超過0.050，表明人口、經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)結構等方面的變化對流域的土地生態(tài)安全發(fā)揮著重要的作用，與LUCC的主要驅動因素有較大的重合度。

表4 韓江流域土地生態(tài)安全評價指標體系

通過相應的權重計算每年的綜合指數(shù)，如表5 所示，結果發(fā)現(xiàn)2000—2008年研究區(qū)土地生態(tài)安全指數(shù)呈現(xiàn)逐年降低的趨勢，在自然環(huán)境因素和人類活動的共同影響下，尤其由于這一時期人口密度的迅速增加，韓江流域土地生態(tài)安全的壓力逐年增大，說明流域內的土地生態(tài)系統(tǒng)遭到一定程度上的破壞，環(huán)境發(fā)生一定程度上的惡化。之后2008—2019 年生態(tài)安全指數(shù)實現(xiàn)回升，可能是由于人均生產(chǎn)總值的增加，從而緩解人口密度增大所帶來的土地生態(tài)安全壓力。此外，值得注意的是，韓江流域的土地生態(tài)安全響應指數(shù)在研究期內呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，表明針對韓江流域所面臨的土地生態(tài)壓力，流域主體積極采取促進土地生態(tài)安全的各項應對措施。

表5 韓江流域2000—2019年土地生態(tài)安全綜合值

但對綜合指數(shù)值進行隸屬度分級計算發(fā)現(xiàn)，2000—2001年流域的土地生態(tài)不安全程度較低，處于較不安全等級級別；之后在2002—2017 年內，其土地生態(tài)不安全程度加重，等級轉變?yōu)椴话踩墑e，說明在此階段流域內的土地生態(tài)環(huán)境受到破壞和污染，土地生態(tài)環(huán)境逐漸惡化，生態(tài)安全一直處于不安全的狀態(tài)中。經(jīng)過有效的環(huán)境治理，但環(huán)境恢復具有一定的滯后性，2018年之后流域的土地生態(tài)系統(tǒng)才重新變?yōu)檩^不安全等級級別，土地生態(tài)環(huán)境有一定的改善，但仍未達到安全的環(huán)境狀態(tài)。整體來看，2000—2019年韓江流域的土地生態(tài)安全等級變化集中于“較不安全級”和“不安全級”兩者之間，整體呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的態(tài)勢。

3 結論

本研究對1980—2020 年韓江流域的土地利用變化展開研究，并對后20年的土地利用變化驅動因素和土地生態(tài)安全進行分析和評價，得出以下結論。

（1）1980—2020 年間，韓江流域不同土地利用類型的面積變化量為：城鄉(xiāng)、居民、工礦用地＞耕地＞林地＞草地＞水域。城鄉(xiāng)、居民、工礦等建設用地和耕地是該流域變化最突出的2種土地類型，其中，研究期內建設用地面積急劇增加，其增加的主要來源為耕地，空間上主要集中于流域東南部的潮汕平原地區(qū)；此外，2000年以后林地的減少量也較多，大都轉換為建設用地，零散分布于韓江流域北部。

（2）人口增長、經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結構的調整是韓江流域土地利用變化的主要驅動力，其中，人口和經(jīng)濟增長推動城市化進程加快，加劇建設用地與生態(tài)用地之間的矛盾，導致地類中的建設用地增加，耕地、林地等生態(tài)用地減少。

（3）基于土地利用變化的驅動力評估流域生態(tài)安全狀況，發(fā)現(xiàn)2000—2019年韓江流域的土地生態(tài)安全綜合指數(shù)呈現(xiàn)先降后增的趨勢；2000—2001年土地生態(tài)安全處于較不安全級，2001—2017年土地生態(tài)安全狀態(tài)有所惡化，轉變?yōu)椴话踩?，直?018年后，土地生態(tài)環(huán)境逐漸改善，重新轉變?yōu)檩^不安全級。

4 討論

根據(jù)本研究結果發(fā)現(xiàn)，1980—2020年間韓江流域主要集中于耕地和建設用地兩種地類的轉移變化上，而其他地類的轉移變化并不十分顯著。這主要是由于40年來隨著中國改革開放政策的深入，流域內城市化和社會經(jīng)濟快速發(fā)展，使人們對土地的需求迅速增加，轉而征用邊緣的近郊土地，因此大量耕地被轉化為建設用地，建設用地和耕地的矛盾日益突出。除此之外，1980—2020 年間韓江流域的土地利用變化呈現(xiàn)較明顯的空間異質性，這主要是由流域內的主要2 個省份——廣東省和福建省的經(jīng)濟發(fā)展情況和土地資源利用狀況的差異導致。廣東省內尤其是汕潮揭的中心城區(qū)以及汕尾、梅州市的中心城區(qū)，由于其經(jīng)濟的發(fā)展和城市化進程的快速推進，建設用地向郊區(qū)擴張的態(tài)勢十分顯著，并導致一定的空間差異；其中，東南部的汕潮揭地區(qū)集中表現(xiàn)為大量的耕地轉化為建設用地，建設用地與耕地的矛盾最為突出。與此同時，由于韓江流域的中上、下游之間存在地勢差異，這種差異也對流域內的LUCC產(chǎn)生了較大的影響[24]。韓江流域下游地勢平坦，屬于三角洲平原區(qū)，中上游地勢相對起伏，屬于山地丘陵區(qū)。山地丘陵區(qū)和三角洲平原區(qū)變化差別較大的地類主要是林地和水域，且主要集中在1990—2000年間，期間山地丘陵區(qū)的林地和水域面積主要呈現(xiàn)增加趨勢，而三角洲平原區(qū)的林地和水域面積則呈現(xiàn)減少趨勢。

對LUCC 進行驅動力分析，結果表明，韓江流域2000—2019 年土地利用變化受社會經(jīng)濟發(fā)展的影響顯著。同時，通過結合多位學者對汕頭市[25]、梅州市[26]、廣東省境內地區(qū)[24]、龍巖市和漳州市等流域內部分城市和地區(qū)[14]的研究，均發(fā)現(xiàn)在1980—2000 年期間，經(jīng)濟發(fā)展是區(qū)域內LUCC的重要驅動因子，且經(jīng)濟社會的發(fā)展尤其顯著地影響了這一時期內耕地的劇烈減少和建設用地的劇烈增加。因此，綜上所述，可以認為1980—2019 年間韓江流域LUCC 主要受經(jīng)濟社會發(fā)展因素的驅動。在社會經(jīng)濟快速發(fā)展的驅動下，1980—2020年韓江流域的建設用地面積從716.04 km2增加到2015.61 km2，增加近3 倍，尤其在1990—2010年期間，韓江流域建設用地面積隨著城市化進程增長速度最快，城市劇烈擴張，與此時中國的城市化進程保持一致[27]。

土地生態(tài)安全是由土地自然生態(tài)安全、土地經(jīng)濟安全和土地社會安全組成的一個復雜系統(tǒng)[28]，因此，它受到自然、經(jīng)濟、社會等多方面因素的影響，而根據(jù)以往研究顯示，人為因素對土地生態(tài)安全的影響比自然因素更大[29-30]，這一結論也與本研究結果相符。本研究選取自然、經(jīng)濟和社會多方面的指標，對韓江流域的土地生態(tài)安全進行評價，發(fā)現(xiàn)2000—2019年韓江流域的土地生態(tài)安全狀態(tài)主要受經(jīng)濟社會因素的影響，與主要驅動因素相符合，并經(jīng)歷過先惡化后改善的變化過程。人口集聚、產(chǎn)業(yè)結構變化等經(jīng)濟社會因素在短期內驅動流域的土地利用方式迅速發(fā)生變化，城市快速擴張，建設用地占用大量耕地、林地等生態(tài)用地，造成生態(tài)用地的急劇減少，從而使土地生態(tài)系統(tǒng)遭受退化、侵蝕等威脅和破壞，流域的土地生態(tài)安全狀態(tài)惡化，這與LIANG等[31]的結果相似。之后由于《海峽西岸經(jīng)濟區(qū)發(fā)展規(guī)劃》、《贛閩粵原中央蘇區(qū)振興發(fā)展規(guī)劃》等一系列流域相關的經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略相繼提出，經(jīng)濟發(fā)展又對生態(tài)環(huán)境的要求有所提高，所以流域內對耕地、林地等生態(tài)用地的保護力度加大，城市擴張速度受到控制，土地生態(tài)環(huán)境逐漸改善，2018年土地生態(tài)安全狀態(tài)發(fā)生轉變。

由此可知，土地利用變化和土地生態(tài)安全的主要影響因素重合度較高，且經(jīng)濟社會因素通過作用于區(qū)域的土地利用變化，從而影響區(qū)域的土地生態(tài)安全。本研究中流域的城市化快速推進，使人口增長、經(jīng)濟社會發(fā)展等因素迅速發(fā)生變化，驅動流域的土地利用變化，即流域內建設用地面積增加，耕地、林地等生態(tài)用地面積減少，其他地類變化小，從而改變區(qū)域的生態(tài)安全狀態(tài)，這與MOARRAB[32]、WU[33]、LU[34]等的研究結果相一致，其研究結果均表明快速的城市化進程是影響其生態(tài)安全的直接因素。因此，需要通過優(yōu)化和調整土地利用格局來改善區(qū)域的生態(tài)安全條件[35-36]，為改善韓江流域的土地生態(tài)環(huán)境質量，韓江流域政府主體應嚴守土地的“三區(qū)三線”，保護耕地、林地等生態(tài)用地，控制城市建設用地的增長速度，著重提高流域的土地利用效率，緩解人地矛盾，減緩土地生態(tài)壓力。