DOI：10.16601/j.cnki.issn2096-7330.2024.01.024"文章編號：2096-7330（2024）01-0186-05

摘"要：利用2010年、2020年的廣西地表覆蓋數(shù)據(jù)，選取生態(tài)系統(tǒng)類型凈變化率（U）、轉(zhuǎn)移矩陣、土地利用開發(fā)度綜合指數(shù)（T）分析比較2010—2020年系統(tǒng)類型的變化，以及廣西地區(qū)人類活動干擾情況。結(jié)果表明：（1）研究期間，廣西生態(tài)系統(tǒng)類型中，面積呈現(xiàn)減少趨勢的為農(nóng)田、草地和裸地，呈現(xiàn)增加趨勢的是森林、灌叢、聚落及水域和濕地生態(tài)系統(tǒng)，其中以森林的增加為最顯著。（2）10年間，廣西約有27.09%面積的生態(tài)系統(tǒng)類型發(fā)生了變化，主要轉(zhuǎn)換有裸地-森林，森林-灌叢、農(nóng)田。（3）2010年廣西（T）為222.89，2020年為224.92，顯示人類活動對于廣西整體生態(tài)系統(tǒng)的干擾處于上升趨勢。

關(guān)鍵詞：廣西壯族自治區(qū)；生態(tài)系統(tǒng)；時空格局

中圖分類號：X171.1""文獻標(biāo)志碼：A

0引言

地理空間中具有特定結(jié)構(gòu)和功能的生態(tài)系統(tǒng)是人類生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，其結(jié)構(gòu)分布在一定程度上揭示了空間規(guī)律，影響著系統(tǒng)之間的關(guān)系[1]。生態(tài)系統(tǒng)類型的變化直接反映了人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響，反之亦然，體現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)對人類活動的響應(yīng)。為查清全國生態(tài)環(huán)境情況及其變化趨勢，找出其變化原因并提出對策，“全國生態(tài)環(huán)境10年變化（2000—2010年）遙感調(diào)查與評估”項目，由國家環(huán)境保護部和中國科學(xué)院于2012年共同啟動[2]。從中共黨的十八大召開后，國家重視生態(tài)文明建設(shè)，大力推進生態(tài)修復(fù)與生態(tài)環(huán)境治理，10年間，中國的生態(tài)質(zhì)量發(fā)生巨大的變化，亟待開展與生態(tài)系統(tǒng)變化的相關(guān)研究。目前，針對我國生態(tài)環(huán)境或生態(tài)系統(tǒng)的研究主要聚焦于“熱點地區(qū)”——自然與人文驅(qū)動力十分活躍的地區(qū)和“脆弱地區(qū)”——由于人口、城市的擴張和資源的消耗導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境脆弱性不斷升高[3]。廣西是典型的生態(tài)脆弱地區(qū)，受洪澇自然災(zāi)害和石漠化的困擾，生態(tài)系統(tǒng)的不停轉(zhuǎn)變給脆弱的生態(tài)環(huán)境帶來諸多問題，這將會限制人類生活和影響當(dāng)?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展。因此，通過以廣西壯族自治區(qū)為研究區(qū)進行定量研究和監(jiān)測，可以了解我國廣西區(qū)域地形地貌的生態(tài)系統(tǒng)空間變化特征。

中國關(guān)于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)格局變化的監(jiān)測，主要集中在長江經(jīng)濟帶、東部沿海地區(qū)及北方生態(tài)脆弱地區(qū)[4-6]。已有的對廣西地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的變化研究多聚焦于局部地區(qū)、市（區(qū)）縣域的變化[7-9]，或是單一特定的生態(tài)系統(tǒng)的研究分析[10-11]。對廣西2010—2020年整體生態(tài)系統(tǒng)變化分析的研究比較缺乏，本研究基于廣西地區(qū)遙感影像與GIS技術(shù)、統(tǒng)計分析方法，以定量化手段分析近10年廣西生態(tài)系統(tǒng)格局宏觀變化的類型、速率、幅度及人類活動擾動程度，有利于摸清研究區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和變化，進而討論其發(fā)展趨勢和變化的原因，能夠及時采取適當(dāng)措施，適應(yīng)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展趨勢、解決不同原因產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)問題[12]。

1研究區(qū)概況

3廣西壯族自治區(qū)，位于中國的西南部，是重要的西南入海通道，地處云貴高原邊緣地帶，地形主要以山地、丘陵錯綜分布，約占陸地面積的69.3%；地貌特征為喀斯特地貌，其主要分布在廣西的桂林、河池、百色等地。廣西是典型熱帶、亞熱帶季風(fēng)氣候的分布區(qū)，夏季炎熱且雨水充沛，冬季低溫且干旱少雨，但其夏季長冬季短。根據(jù)自然環(huán)境條件分類，廣西全區(qū)分為北部亞熱帶喀斯特地帶，南部熱帶-亞熱帶丘陵盆地地帶。

2數(shù)據(jù)源及研究方法

2.1數(shù)據(jù)來源及處理方法

本研究選取GlobeLand30 2010版和2020版地表覆蓋數(shù)據(jù)為主要遙感數(shù)據(jù)來源，下載其數(shù)據(jù)并裁剪出廣西范圍內(nèi)2010年和2020年共2期數(shù)據(jù)。其遙感影像數(shù)據(jù)均下載于網(wǎng)站（http：//www.globallandcover.com/）。對廣西生態(tài)系統(tǒng)的分類，是基于全國生態(tài)系統(tǒng)分類體系[13]，同時結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，即《生態(tài)環(huán)境遙感調(diào)查分類規(guī)范》和《土地利用現(xiàn)狀分類》[3-14]，將廣西生態(tài)系統(tǒng)大致分為7大類型：森林、農(nóng)田、灌叢、草地、聚落、水域和濕地、裸地生態(tài)系統(tǒng)，建立2010—2020年廣西生態(tài)系統(tǒng)類型空間分布數(shù)據(jù)庫。

2.2研究方法

為了探究廣西2010、2020年生態(tài)系統(tǒng)類型內(nèi)部變化差異，通過3種指數(shù)指標(biāo)進行區(qū)域的差異特征定量分析。

2.2.1生態(tài)系統(tǒng)類型凈變化率

生態(tài)系統(tǒng)類型凈變化率（U）是指一定時間內(nèi)某一種生態(tài)系統(tǒng)類型的面積變化速率，以不同生態(tài)系統(tǒng)的年平均變化率作為生態(tài)系統(tǒng)變化程度來量化區(qū)域的變化率，該方法在比較不同生態(tài)系統(tǒng)之間的差異與預(yù)測未來不同生態(tài)系統(tǒng)的趨勢方面發(fā)揮著重要作用。計算式為：

U=SX（Ea-EbEaSX）×SX（1YSX）×100%JY，2（1）

式中，U為生態(tài)系統(tǒng)類型年均凈變化率；Ea為初期某一類型的面積；Eb為研究區(qū)末期某一類型的面積；Y為研究期的時長（年）。

2.2.2生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移矩陣

以森林、農(nóng)田和灌叢等七類不同生態(tài)系統(tǒng)類型的面積作為轉(zhuǎn)移矩陣中的向量，統(tǒng)計2010-2020年的轉(zhuǎn)移矩陣[11]，計算式為：

Cij=（HL（4C11C12…C1iC21C21…C2n…………Cn1Cn2…CnnHL））（2）

式中，C代表系統(tǒng)面積；i代表該生態(tài)系統(tǒng)未轉(zhuǎn)移前的類型；j代表該生態(tài)系統(tǒng)已轉(zhuǎn)移后的類型；Cij代表從生態(tài)系統(tǒng)i變?yōu)閖的變化面積；n代表不同的生態(tài)系統(tǒng)類型。

62.2.3土地開發(fā)度綜合指數(shù)

在研究中，根據(jù)人類活動擾動程度利用生態(tài)系統(tǒng)類型進行分級，以土地利用程度指數(shù)（表1）進行賦值，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建土地開發(fā)度綜合指數(shù)[12，15]。

（1）土地開發(fā)度綜合指數(shù)可定量地反映研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的總體水平，指數(shù)（T）的數(shù)值越低，其系統(tǒng)的可利用程度就越高，人類對其擾動程度就越小[15]。計算式為：

T = 100 × ∑ni=1Ai × SiJY，2（3）

式中，T 是研究區(qū)的土地開發(fā)度綜合指數(shù);Ai為 i 級人類活動擾動程度分級指數(shù);Si為 i 級生態(tài)系統(tǒng)類型面積比率。

（2）人類活動擾動程度包括擾動程度變化量和變化率，兩個變化數(shù)值分別代表區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)變化的方向和速度。計算式為：

HL（1：1，ZΔTb-a=Tb－Ta=100×［∑ni=1（Ai×Sib）－∑ni=1（Ai×Sia）］HL）JY，2（4）

R=SX（∑ni=1（Ai×Sib）－∑ni=1（Ai×Sia）∑ni=1（Ai×Sia）SX）JY，2（5）

式中，ΔTb-a為擾動程度變化量，R為擾動程度變化率;Tb和Ta分別表示研究末期與初期的土地開發(fā)綜合指數(shù)。若ΔTb-a＞0或R＞0（或者ΔTb-a＜0或R＜0），說明該時間段內(nèi)人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響增強（或者減輕）。

3結(jié)果與分析

3.1生態(tài)系統(tǒng)類型空間分布特征和變化幅度

在2010-2020年，廣西生態(tài)系統(tǒng)總體分布格局為森林集中分布在桂北、桂東和桂西南地區(qū)，農(nóng)田則分布在桂中平原和盆地地區(qū)，灌叢、草地和聚落等生態(tài)系統(tǒng)零散分布。研究期間，廣西生態(tài)系統(tǒng)整體以森林和農(nóng)田為主（表2）。在2010年和2020年兩者的面積比例之和均在75%以上，其中森林生態(tài)系統(tǒng)面積仍占比最大，其余生態(tài)系統(tǒng)面積占比較小。森林生態(tài)系統(tǒng)密集地區(qū)主要分布在桂北鳳凰山、九萬大山，桂東南的大容山、云開大山及六萬大山等，桂中的大明山與大瑤山，及桂西南的十萬大山等主要山脈，其面積占總的森林生態(tài)系統(tǒng)面積80%以上。聚落生態(tài)系統(tǒng)則以各市市轄區(qū)為中心，沿交通路線、河流等關(guān)鍵因素分布。

10年間，整個廣西區(qū)域的森林、灌叢、城鎮(zhèn)、水域和濕地生態(tài)系統(tǒng)面積均呈現(xiàn)增加趨勢。其中森林的變化幅度最大，共增加了28654.43k2，其生態(tài)系統(tǒng)類型的面積變化速率年均增加2.14%；其次是灌叢和聚落生態(tài)系統(tǒng)，分別增加了4037.80km2和1272.63k2，兩者的生態(tài)系統(tǒng)類型的面積變化速率分別為年均增加3.66%和1.25%；水域和濕地生態(tài)系統(tǒng)面積上升幅度最小，共增加720.08k2，其生態(tài)系統(tǒng)類型的面積變化速率為年均增加0.91%。

2010—2020年間廣西全區(qū)農(nóng)田、草地、裸地生態(tài)系統(tǒng)面積總體呈減少趨勢，其中裸地生態(tài)系統(tǒng)的縮減幅度最大，減少了14318.18km2，裸地生態(tài)系統(tǒng)類型的面積凈變化速率為年均減少9.70%；農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)次之，共減少12034.48km2，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)類型的面積年均減少2.46%；草地面積減少幅度最小，共計8356.80 km2，草地生態(tài)系統(tǒng)類型的面積凈變化速率為年均減少7.48%。2010年，廣西出臺《關(guān)于推進生態(tài)文明示范區(qū)建設(shè)的決定》，提出實施建設(shè)生態(tài)省區(qū)的重大決策，大力推行植樹種草、退耕還林還草和石漠化綜合治理工程等一系列生態(tài)文明建設(shè)舉措，大幅度增加了森林和灌叢生態(tài)系統(tǒng)的面積，裸地生態(tài)系統(tǒng)面積明顯減少，農(nóng)田面積也減少。由于人口增長和城市發(fā)展需要，廣西各市縣城鎮(zhèn)面積均有所擴張，聚落的面積進而有所增加。

3.2"生態(tài)系統(tǒng)類型變化轉(zhuǎn)移特征

2010-2020年，廣西陸地生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)移主要發(fā)生在農(nóng)田、森林和裸土這三種不同類型間轉(zhuǎn)化見矩陣1。分析矩陣1可見，農(nóng)田轉(zhuǎn)出的面積占比最大，占整個轉(zhuǎn)出貢獻率的29.37%，面積達18913.07km2，轉(zhuǎn)出面積大于轉(zhuǎn)入面積，主要轉(zhuǎn)出類型為森林和灌叢。森林的轉(zhuǎn)入效果最明顯，占轉(zhuǎn)入貢獻率的60.05%，轉(zhuǎn)入遠大于轉(zhuǎn)出，主要來源為裸地和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，其中裸地的轉(zhuǎn)入面積占比最大，達13351.52km2，占新增森林面積的35.54%。裸地生態(tài)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)出貢獻率次于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)出面積為14633.47km2，轉(zhuǎn)出貢獻率是22.73%，轉(zhuǎn)出面積大于轉(zhuǎn)入面積。

2010-2020年，裸地轉(zhuǎn)換為森林的效果最為突出明顯，占裸地轉(zhuǎn)換為其他生態(tài)系統(tǒng)類型的91.24%。結(jié)合實際情況分析，這種轉(zhuǎn)變發(fā)生的主要原因是廣西通過生態(tài)保護項目，大大改善了廣西巖溶地區(qū)生態(tài)環(huán)境。根據(jù)2019年全國巖溶地區(qū)第三次石漠化監(jiān)測與2011年第二次石漠化監(jiān)測結(jié)果相比，廣西的石漠化土地減少率為20.40%，凈減面積超過廣西總面積的1/5，達39.30萬km2，治理效果繼續(xù)穩(wěn)居全國第一[16]。經(jīng)過這一系列國家和地方政府的生態(tài)系統(tǒng)保護措施，使得廣西裸地面積大幅度減少，森林生態(tài)系統(tǒng)面積隨之增多。

3.3人類活動對該生態(tài)系統(tǒng)擾動程度

為研究廣西區(qū)域人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響程度，根據(jù)土地開發(fā)度綜合指數(shù)（T）計算廣西壯族自治區(qū)的人類活動擾動程度變化量和變化率（R）（見表3）。其中，2010年的T值為222.89，2020年的T為CM（43224.92，而全國（大陸地區(qū)）的T指數(shù)平均水平為231.92[17]，因此，廣西地區(qū)土地利用程度綜合指數(shù)在全國處于中等水平。同樣地，人類活動擾動程度變化量為2.03與變化率（R）為0.91，數(shù)值均大于0，顯示2010-2020這一階段的人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的擾動增強，但擾動程度并不高。這與廣西壯族自治區(qū)政府大力推進生態(tài)治理和保護措施密切相關(guān)，尤其在桂北地區(qū)的石漠化治理方面取得明顯成效。目前，廣西仍然存在石漠化現(xiàn)象，其中非自然因素是石漠化地區(qū)人口密度較大，當(dāng)?shù)鼐用翊嬖陂_墾土地、大面積砍伐樹木和過度的土地開發(fā)利用等行為，造成森林、農(nóng)田和草地等生態(tài)系統(tǒng)之間明顯的轉(zhuǎn)化，以及土地利用類型的轉(zhuǎn)換等[18]。

4討論

通過利用GlobeLand30 2010和2020年廣西地區(qū)的衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)、GIS技術(shù)和統(tǒng)計分析方法等，對廣西全區(qū)生態(tài)系統(tǒng)格局在2010-2020年的變化進行了較為完整的監(jiān)測與分析。廣西生態(tài)系統(tǒng)間的差異變化通過生態(tài)系統(tǒng)類型凈變化率（U）、土地利用開發(fā)度綜合指數(shù)（T），以及人類活動擾動程度變化率（R）、變化量等進行比較，探究人類活動對廣西生態(tài)系統(tǒng)的干擾情況，該區(qū)的生態(tài)環(huán)境宏觀變化提供一定的理論支撐和科學(xué)參考。本研究仍然存在一些不足之處：（1）僅有整體分析廣西生態(tài)系統(tǒng)格局的變化，未有對廣西全區(qū)進行區(qū)域性劃分進行更有針對性和科學(xué)性的定量分析；（2）對與生態(tài)系統(tǒng)變化密切相關(guān)的驅(qū)動機制，降雨、氣溫等缺乏系統(tǒng)化的分析；（3）因研究所用的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)是從網(wǎng)站下載的空間分辨率和精度比較低的數(shù)據(jù)，對于分析生態(tài)系統(tǒng)空間格局的細節(jié)變化上會受到一定限制。因此，在往后的研究中，建議選用分辨率更高的數(shù)據(jù)進行深入分析研究。

5結(jié)論

以廣西壯族自治區(qū)2010—2020年共兩期的遙感影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，總結(jié)了研究區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)類型的空間分布格局與變化趨勢，分析其生態(tài)系統(tǒng)變化原因以及人類活動對其生態(tài)系統(tǒng)干擾程度，主要結(jié)論有：

（1）2010-2020年期間人類活動和自然環(huán)境變化對廣西地區(qū)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了重大影響，但是森林和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)始終是廣西的主要生態(tài)系統(tǒng)，占全區(qū)總面積的75%以上；空間上，呈現(xiàn)外部是森林，內(nèi)部農(nóng)田和城鎮(zhèn)的分布格局。森林生態(tài)系統(tǒng)的分布主要集中于山地地形中，丘陵和巖溶地區(qū)的森林生態(tài)系統(tǒng)只占小部分，需擴大其他地區(qū)的森林面積，實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的功能，以達到維護生物多樣性、提高水源涵養(yǎng)、固碳的生態(tài)目標(biāo)。

（2）10年間，廣西內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)相互轉(zhuǎn)化明顯，其生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)化主要在森林、裸地、農(nóng)田之間，由于廣西于2010年初步實施石漠化整治，巖溶地區(qū)石漠化嚴重，裸地面積大；但在2010-2020年期間，廣西石漠化整治效果明顯，裸地面積顯著減少。往后的生態(tài)為保持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和正常功能，應(yīng)注意控制生態(tài)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)化不頻繁，維持面積的相對穩(wěn)定。

（3）10年間廣西人類活動擾動程度的增幅為0.91%，對于生態(tài)系統(tǒng)的擾動程度處于全國平均水平。廣西應(yīng)繼續(xù)保持生態(tài)建設(shè)力度，不斷優(yōu)化西部和北部石漠化地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，以達到維持和提升廣西的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。

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[責(zé)任編輯：黃天放]

*基金項目：國家自然科學(xué)基金項目“北部灣沿海地區(qū)森林轉(zhuǎn)型及水土流失效應(yīng)研究——以南流江流域為例”（41661043）

@通信作者簡介：盧遠（1971—），男，廣西人，博士，南寧師范大學(xué)教授，研究方向：環(huán)境遙感（luyuan.gx@qq.com）。