宁夏2006-土地利用变化及生态环境质量评价

摘要：基于2006年和2010年两期遥感影像，结合RS和GIS技术，对宁夏土地利用变化特征进行了相关分析，并采用生态服务价值的方法对宁夏全区土地利用变化的生态效应进行了综合评价。结果表明，2006到2010年间宁夏全区土地利用类型发生了明显变化，林地面积大幅度增加，总体生态服务价值量增加4.92×107元，年增长率为2.27%，整体生态环境指数升高1.7，整体生态环境向着健康方向发展。

关键词：土地利用；遥感；地理信息系统；生态环境质量评价

中图分类号： X171.4文献标识码： A 文章编号：

土地利用/覆盖变化（LUCC）研究是当今国际全球变化研究中的前沿和热点之一[1]。在我国，土地利用变化研究是所有可持续发展相关问题的核心，具有突出现实意义，从土地利用和生态系统服务价值角度综合考虑，对地区年际间的生态效应变化进行分析，以达到对其生态环境质量变化的评价，也是可行的[2]。

1 研究区概况

1.1 研究区概况

宁夏回族自治区是我国五个少数民族自治区之一，位于我国西北地区东部的黄河中上游地区。地处东经104°17′— 107°39′、北纬35°14′— 39°14′之间，东邻陕西，南接甘肃，北部和西北部与内蒙古接壤。疆域轮廓南北长、东西短，从西面、北面至东面，由腾格里沙漠、乌兰布和沙漠和毛乌素沙地相围，南面与黄土高原相连，国土面积约为5.18万km2，仅占全国总面积0.54%。宁夏深居内陆，处于温带干旱和半干旱区，属典型的大陆性气候，气温变化剧烈，降雨南多北少，年平均气温5 ℃～9 ℃，年平均降水量干旱山区为400毫米，引黄灌区年为157毫米 [3,4]。全区自2006年以来共完成造林面积655万亩，森林覆盖率提高到11.4％，水土流失初步治理程度接近40％，每年进入黄河的泥沙减少4 000万吨，实现了从“沙进人退”到“人进沙退”的转变。

1.2 数据来源及处理

本研究所使用的数据为宁夏全区2006年和2010年TM影像，空间分辨率30米，影像时相均为夏季。首先利用Erdas软件在精度要求范围内对两个时期分幅影像进行配准和几何校正，然后进行全区图像的拼接和融合，并对影像进行空间和光谱增强处理，增强图像目视效果。参照《土地利用现状》分类标准[5]，结合生态系统类型和宁夏全区土地利用现状，将土地利用类型划分为林地、草地、耕地、水体、建筑用地和未利用地6大类，然后通过ArcGIS软件对影像进行数字化解译，得到宁夏2006年和2010年土地利用分类图（图1—2）。

图1 2006年宁夏土地利用图 图2 2010年宁夏土地利用图

2 研究方法

2.1 土地利用变化的数量分析

土地利用的变化首先反映在各土地利用类型面积的变化上,通过分析可以了解土地利用变化态势和土地利用结构的变化[6]。研究区某一土地利用类型年际变化情况用土地利用类型动态度来评估，表达式：

（1）

式中：k—研究期内某一土地利用类型动态度；Ua、Ub—分别为研究期初和研究期末某一土地利用类型的面积；T—研究时段长。

2.2 土地利用变化的生态环境效应评价

2.2.1 生态服务价值评价方法

生态系统服务功能是人类从生态系统中获得的效益，是生产与形成生物资源价值的环境，目前采用生态服务价值将其量化[6-7]。估算方法为：

（2）

式中：ESV—研究区内生态系统服务总价值；Ai—研究区第i中土地利用类型的面积；VCi—生态价值系数，即单位面积第i种土地利用类型的生态服务价值。

国内外众多学者通过不同方法对生态系统服务价值进行了评估研究，谢高地等[10]结合国内具体情况计算得到的中国不同陆地生态系统单位面积生态服务表，得到普遍认可。结合研究区实际情况，按照耕地对应农田，林地对应森林，未利用地对应难利用地原则；建筑用地对应居民地，并按照Costanza等[8]的方法，对其生态系统服务功能价值不做估算，从而获得宁夏生态系统单位面积生态服务表。为了便于指标计算分析，对各土地利用类型的生态服务价值系数在[0,1]区间内赋值，鉴于湿地的生态服务价值系数最高，赋值1.0，其他土地利用类型依据生态服务价值系数比例关系确定，从而得到不同土地利用类型的相对生态价值（表1）。

表1宁夏不同土地利用类型相对生态价值

2.2.2区域生态环境指数

综合考虑各土地利用类型具有的单位面积相对生态价值及相应面积比例，用以定量表征表征某一区域生态环境质量总体状况[9]，求得不同时期土地利用类型的区域生态环境指数EVt，其表达式为：

（3）

式中：Ki —区域t时期第i种土地利用类型所具有的面积；Ci —区域t时期第i种土地利用类型所具有的相对生态价值；A —研究区总面积；n —区域内所具有的土地利用类型数量。

3结果与分析

3.1 土地利用/覆盖变化特征

在ArcGIS软件的支持下，提取图1、图2中各土地利用类型的解译属性数据。结合公式（1），得到研究区2006-2010年土地利用变化情况（表2）。

表22006—2010年土地利用变化情况km2

分析上表可以得出：（1）2006年到2010年间宁夏土地利用类型变化明显，5 a来林地面积增加2 544.02 Km2，年平均增长率达10.86%，耕地和未利用地分别减少684.97 Km2和1 631.97 Km2，未利用地类型中沙地面积缩小，退耕还草还林工程和治沙工程分别是区域土地利用类型变化的主要原因；(2）草地面积有一定减少，但年变化率幅度较小，根据遥感影像解译分析是由于退耕草地向退耕林地的转变，退耕封育树种成长郁闭度的增加；（3）建筑用地面积相应增加，其分布多在各市县周边，土地利用年变化率11.47为各类型最高，这与宁夏推进城市化进程和西部经济大发展战略相一致，水体面积有所增加，但总面积和年变化率不大。

3.2 生态效应分析

3.2.1 整体生态效应分析

根据表1区域生态价值服务系数系数和相应生态价值，结合宁夏两期土地利用类型面积，利用公式2、公式3计算出区域2006—2010年生态服务价值总量和生态环境指数（表3）和各土地利用类型的指标比例关系（图3）。

表3 宁夏2006—2010年生态服务价值与环境指数

图3 研究区不同时期各土地利用类型面积、生态服务价值和环境指数比例

从表3和图3可以得出，（1）2006到2010年间宁夏全区生态服务价值总量从4.336×108元增长到4.829×108元，增长了4.92×107元，年增长率为2.27%；（2）5 a间随着林地面积的增加，其生态服务价值和生态环境指数比重也相应增加，分别增加8.06%和8.02%，对整体生态服务价值和生态环境指数的提高起着重要作用；（3）草地在各项指标中的比重都很大，其所提供的生态服务价值和生态环境指数在各类型中都是最大的，由于草地和耕地面积有所减少，其相对应的各项指数比重下降，水体的各项指标变化幅度不大，未利用地对整个生态服务价值贡献微小；(4）整体生态环境指数从15.37增长到17.07，增加1.7，2006年以来研究区整体生态环境向着健康方向发展。