全 文 ：植物生态学报 2014, 38 (7): 675–686 doi: 10.3724/SP.J.1258.2014.00063
Chinese Journal of Plant Ecology http://www.plant-ecology.com
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收稿日期Received: 2013-12-16 接受日期Accepted: 2014-02-26
* 通讯作者Author for correspondence (E-mail: zhoupinger@sinogaf.cn)
东江流域1989–2009年土地利用变化对生态承载力
的影响
彭 资1 谷成燕1 刘智勇2 林 雯3 周 平1*
1广东省林业科学研究院, 广州 510520; 2Institute of Geography, Heidelberg University, Heidelberg 69120, Germany; 3华南农业大学林学院, 广州 510642
摘 要 探索流域生态承载力随土地利用类型及人口数量变化的时空变化格局对流域的可持续发展规划具有重要的生态意
义。该研究通过对东江流域1989年、1994年、1999年、2004年、2009年5个时期Landsat-5 TM遥感影像的解译与分析, 利用变
化率、单一动态度、综合动态度等指标, 探索了东江流域上、中、下游土地利用类型变化的时空格局。基于土地利用类型、
东江流域人口数量、均衡因子、产量因子等数据, 进一步计算了东江流域人均生态承载力和总生态承载力, 并分析了影响生
态承载力消长的因素。结果表明: (1) 1989–2009年东江流域各类用地结构调整明显。在城镇化加剧的同时, 森林植被也在改
善, 两者并非是消长关系。但是上、中、下游表现出不同的变化格局, 上游和中游以园地向林地转移为主, 下游以耕地向城
镇用地转移为主。(2)在1989–2009年20年间东江流域人口持续增长的情况下, 虽然流域人均生态承载力呈下降的趋势, 但其
下降的幅度低于人口的增长速度, 总生态承载力仍呈增长的趋势, 说明20年间土地利用类型在优化发展。从时间来看, “十年
绿化广东”结束之后的10年间(1994–2004年), 在人口增长的压力下, 人均生态承载力趋于相对平稳的状态。而之前的5年
(1989–1994年)和之后的5年间(2004–2009年), 年人均生态承载力下降较明显, 前者与改革开放初期的大量开发有关, 后者与
土地利用空间可优化的类型越来越少有关。流域内部不同区域的总生态承载力的变化趋势不尽相同, 上游和中游表现为先减
小后增加的趋势, 下游表现为先增加后减小又恢复的趋势。综合来看, 东江流域人口对城镇化需求增加的同时, 并没有导致
森林资源的恶化, 一定程度上实现了两者的协调发展。因而, 在人口增长对生态资源需求增长的情况下, 可以通过优化土地
利用类型和提高总体生态服务功能, 来缓冲人均生态承载力下降的趋势。
关键词 土地利用动态度, 东江流域, 生态承载力, TM遥感影像, 土地利用变化
Impact of land use change during 1989–2009 on eco-capacity in Dongjiang watershed
PENG Zi1, GU Cheng-Yan1, LIU Zhi-Yong2, LIN Wen3, and ZHOU Ping1*
1Guangdong Academy of Forestry, Guangzhou 510520, China; 2Institute of Geography, Heidelberg University, Heidelberg 69120, Germany; and 3College of
Forestry, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China
Abstract
Aims For sustainable watershed development planning, this study explores how ecological carrying capacity
varies with changes in land use type and population.
Methods Based on interpretation and analysis of five Landsat TM remote sensing images for 1989, 1994, 1999,
2004, and 2009, respectively, we examined the spatio-temporal patterns of land use change in the upper, middle,
and lower reaches of Dongjiang watershed, using the total rate of change and single and integrated degree of land
use dynamics as indicators. We calculated the total and per capita eco-capacity for the watershed in different years
based on the population data, equivalence factors, and yield factors, in addition to the data of land use and land
cover change, and further analyzed the factors determining the direction of changes in the eco-capacity.
Important findings The results showed that: (1) there were apparent changes in the area for various land use
types between 1989 and 2009. Despite the urban development, the coverage of forest vegetation increased, indi-
cating lack of trade-off between urbanization and vegetation coverage. However, there were different patterns of
change in land use among the upper, middle, and lower reaches. The land use type mainly varied from garden
fields to forests in the upper and middle reaches of the watershed, while in the lower reach a change from arable
land to build-up area dominated. (2) With the population growth along the Dongjiang watershed over the past two
decades, although the per capita eco-capacity indicated a downward trend, its rate of decline lagged behind the
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population growth rate, and the total eco-capacity still showed a trend of increase, implying an optimization of
land use types during the 20-year period. With respect to the temporal patterns, in the decade (1994–2004) after
the end of the “10-year greening of Guangdong Province”, per capita eco-capacity tended to be relatively stable
under the pressure of population growth, while it declined quickly in the periods of 1989–1994 and 2004–2009.
The former period was probably associated with the development of reform and opening up policy, and the latter
seemed to have less possibility on spatial optimization of land use types. The total eco-capacity showed different
trends among the three regions; the upper and middle reaches exhibited an unstable trend (i.e., from decreasing to
increasing), while the lower reach indicated a pattern of increasing–decreasing–stable trend. In conclusion, the
increasing population demand for urbanization did not lead to deterioration of the forest resources in the water-
shed. To some extent, we could thus achieve the coordinated development in both aspects. In spite of increasing
demand on ecological resources with population growth, we could establish a better strategy in land use to im-
prove ecological services, and to reduce the downward trend in the per capita eco-capacity.
Key words degree of land use dynamics, Dongjiang watershed, ecological carrying capacity, Landsat TM, land
use change

在对我国土地利用变化的研究中, 部分研究表
明植被呈现退化现象, 如在我国北部的内蒙古锡林
河流域(仝川等, 2001, 2002)、西北的陕西榆林地区
(宋怡和马明国, 2007)、东北的松嫩平原东部(Liu &
Huang, 1988)和珠江三角洲及长江三角洲地区(朴世
龙和方精云, 2001)。但是也有研究得出相反的结果,
如方精云等(2003)研究发现, 1982–1999年我国植被
活动在增强。杨胜天等(2002)通过遥感监测的植被
指数数据研究发现, 1982–1999年黄河流域植被覆盖
状况总体上处于上升的趋势。孙久虎等(2007)通过
Landsat TM遥感图像资料分析发现, 北京市北运河
地区在1994–2004年的20年间, 植被覆盖状况有较
大的改善, 但是2004年与1994年相比有恶化的趋
势。总体来看, 我国的土地利用类型和植被状况在
不同的时空尺度内改善和恶化的趋势存在差异。
东江流域位于珠江三角洲的东北端, 是粤港重
要的饮用水源和重点水质保护区。珠江三角洲地区
的迅猛发展, 使得东江流域自1990年以来也经历了
高速发展过程, 其土地利用类型也发生了明显的变
化(任斐鹏等, 2011)。朴世龙利用8 km分辨率的植被
指数时间序列数据对我国植被覆盖时空变化的分析
表明, 珠江三角洲和长江三角洲地区是1982–1999
年18年来植被覆盖下降趋势最明显的地区(朴世龙
和方精云, 2001)。王兆礼等(2006)应用全球植被指数
变化研究数据(GIMMS)对1982–2003年珠江流域的
植被覆盖时空变化的分析结果表明植被活动在减
弱, 在空间尺度上, 中、下游均呈现不同程度的下降
趋势。然而, 该研究缺乏地面验证信息, 其结果存在
较大的不确定性。陈晓宏和王兆礼 (2010)应用
1982–2000年Landsat MSS/TM/ETM+遥感影像资料
分析的结果表明东江流域的林地、草地和园地均呈
减少的趋势。任斐鹏等(2011)应用Landsat TM/ETM+
影像对1990–2009年东江流域近20年的土地利用变
化进行分析, 表明东江流域林地及灌草地大为减
少。在基于东江流域的土地利用变化的遥感分析中,
大多数研究学者得出东江流域的植被有减弱的趋
势, 然而, 地面的森林清查数据分析表明其植被活
动在增强。这一方面说明了不同的方法可能会得出
植被状况改善和恶化的不同结果, 另一方面也说明
了同一流域不同区域可能存在不同的景观格局
变化。
随着土地退化、环境污染和人口膨胀等问题的
出现, 工业化和城市化进程加速了经济发展, 同时
也引起了一系列环境和资源问题, 迫使人们不得不
思索生态承载力的问题。区域土地利用/覆被的变化
可直接引起生态承载力值的变化, 也同时决定着生
态承载力的空间格局的转变(Yue et al., 2006)。王宁
等(2004)对生态承载力进行了综述, 并指出要应用
3S技术等先进科学技术手段获取并分析数据。
本研究运用1989年、1994年、1999年、2004年
和2009年5个时期的TM/ETM+影像数据, 同时根据
影像资料现场勘察验证, 结合遥感与GIS等手段,
研究了东江流域1989–2009年土地利用类型的动态
变化特征, 旨在深入分析东江流域不同区域的土地
利用变化规律, 研究不同的景观格局下城镇用地变
化和植被消长的相互关系, 进一步探索区域生态承
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载力变化的影响因素, 为区域发展规划提供科技
支撑。
1 研究区概况
东江流域位于珠江三角洲东北端, 地理坐标为
113.87°–115.87° E, 22.63°–25.23° N, 东邻粤东梅汕
地区, 北接赣南地区的安远市, 南临南海并毗邻香
港, 西南部紧靠广州市, 西北部与粤北山区韶关和
清远两市相接。流域面积约27 058 km2, 东西长
203.83 km, 南北宽274. 3 km。
流域内多年平均年降水量为1 750 mm, 多年平
均水面年蒸发量为1 200 mm, 年平均气温为20–22
℃。流域范围内地势东北部高, 西南部低。高程
50–500 m的丘陵及低山区约占流域总面积的78.1%,
高程50 m以下的平原地区约占14.4%, 高程500 m以
上的山区约占7.5%。
东江上游位于龙川县枫树坝水库以上的流域范
围, 称寻邬水, 发源于江西省安远县, 向南流入广
东省龙川县。河长138 km, 河道平均坡降2.21‰, 河
谷呈V字型, 水浅河窄。从龙川县枫树坝水库至博罗
县观音阁为东江中游。河长232 km, 河道平均坡降
0.31‰。龙川以下为丘陵和平原区, 主要流经广东省
龙川县、河源市、紫金县、惠阳县、博罗县。从博
罗县观音阁至东莞市石龙为东江下游段, 河长150
km, 河道平均坡降0.173‰, 主要为平原区。
2 数据获取和研究方法
2.1 数据获取
本研究采用1989年、1994年、1999年、2004年
和 2009年共 5个时期 , 时间总跨度为 20年的
Landsat-5 TM多光谱遥感影像, 对东江流域土地利
用变化情况进行分析。各个时期的影像获取时间均
在秋季, 间隔为5年, 空间分辨率为30 m。
DEM高程模型来自于美国太空总署(NASA)
Aster G-DEM的官方网站, 空间分辨率为30 m。参照
全国《土地利用现状调查技术规程分类体系》和研
究区域土地利用调查样点资料, 将东江流域的地面
覆盖类型划分为耕地、园地、林地(不限于林权地)、
灌草地、城镇用地、水域和未利用地共7个土地类型。
2.2 土地覆盖类型信息提取及精度评价
基于Landsat TM遥感影像, 使用ENVI 4.6软件
分别进行校正、去云(Martinuzzi et al., 2007)、去条
带、镶嵌, 将影像统一到WGS84坐标系用于后续分
析。选择训练样本并结合624个GPS野外样点对影像
进行判读, 在分类结果精度定量评价的基础上进行
遥感影像各土地利用类型专题图制作及统计分析。
精度评价是指比较实地数据与分类结果, 以确定分
类的准确程度。本文采用误差矩阵计算Kappa系数
进行遥感影像分类结果的精度评价。Kappa系数代
表被评价分类比完全随机分类产生错误减少的比例
(Richards, 1996), 计算公式如下:

式中: Khat表示计算出的Kappa系数, N表示抽取的验
证点数, r表示土地利用类型数, Xii表示验证点中为i
种土地利用类型数, 且验证结果为正确的总点数,
Xi+表示真实情况为第i种类型的验证点总数, X+i表
示被分成了第i种类型的验证点总数。
2.3 动态变化评价方法
为了定量地研究东江流域土地利用的空间变化
幅度和速率, 我们结合各个时期地物遥感信息提取
结果, 采用变化率、单一土地利用动态度、综合土
地利用动态度指标, 对研究区域土地利用类型的空
间变化进行了评价。
土地利用变化率KT也称变化幅度, 它是以土地
利用类型的面积为基础, 评价研究时间范围内土地
利用类型面积变化的结果, 可直观地反映土地利用
类型变化的幅度(朱会义和李秀彬, 2003), 其计算公
式如下:

式中: TK 是某一地物类型在时间序列某阶段的变
化率或变化幅度, Ub、Ua分别是研究末期和研究初
期某地物类型的面积, T是研究的时间间隔。
单一土地利用动态度表示研究区一年内某种土
地利用类型的变化幅度, 反映了研究区某种土地利
用类型变化速度的大小, 它对比较土地利用变化的
区域差异和预测未来土地利用变化趋势都具有重要
意义。单一土地利用动态度K的计算公式如下:

式中: Ub、Ua分别是研究末期和研究初期某地物类
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型的面积; T是年数。
综合土地利用动态度LC总体上反映研究区一
定时间范围内各土地利用类型总的变化速度(王思
远等, 2001), 其公式表示为:
%1001
2
1
1 ××
⎥⎥
⎥⎥
⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎢⎢
⎢⎢
⎣
⎡
Δ
=
∑
∑
=
=
−
T
LU
LU
LC n
i
i
n
i
ji

(4)

式中: n为土地利用类型总数; LUi为监测起始时间
第i类土地利用类型面积; ΔLUi–j为监测时段第i类土
地利用类型转化为j (非i)类土地利用类型面积的绝
对值; T为监测时段长度。
2.4 生态承载力
生态承载力是指在一定的生活水平条件下, 一
个国家或一个地区所能提供给其特定人口所需资源
和吸纳这些人口所产生的废弃物的生物生产性土地
和水域功能用地总面积的能力, 其中生物生产性土
地由化石能源用地、耕地、牧草地、林地、建筑用
地和水域等组成。生态承载力的计算公式(Zhao et
al., 2005; 赵先贵等, 2007)如下:
EC = N × ec (5)
∑
=
××=
6
1i
rya iiiec (6)
式中: EC为总承载力(hm2); ec为人均生态承载力
(hm2·person–1); N为人口总数(人); ai为人均占有的生
物生产性面积; ri为某类生物生产面积的世界平均
潜在生产力与全球各类生物生产面积的平均潜在生
产力的比值, 即均衡因子; yi为不同类型生态生产性
土地产量调整系数, 即产量因子。
均衡因子采用世界野生动物基金会2004年报告
中所给值, 即建筑用地和耕地为2.19, 水面为0.36,
草地为0.48, 林地和化石能源用地为1.38, 水电用地
为1.00 (赵先贵等, 2007); 产量因子均采用我国平均
水平, 即耕地和建筑用地为1.66, 草地为0. 19, 林地
为0. 91, 水域为1.00 (徐中民等, 2002)。
3 结果和分析
3.1 土地利用类型分类精度及结果
利用ENVI 4.2软件, 对1989年、1994年、1999
年、2004年和2009年5个时期的遥感影像进行解译及
分类统计, 利用624个地面样点对分类结果进行精
度评价, 评价结果如表1所示。由表1可以看出各期
影像总体精度都在85%以上 , Kappa系数范围为
0.82–0.87。Kappa系数均大于0.8, 说明分类结果很
好, 且每类地物分类信息提取精度均达到满意程
度。图1为1989年、1994年、1999年、2004年和2009
年5个时期土地利用类型分类的专题图。


表1 1989年、1994年、1999年、2004年和2009年5个时期遥
感影像的分类精度
Table 1 Classification accuracy of Landsat TM images for
1989, 1994, 1999, 2004, and 2009
分类精度
Classification
accuracy
1989 1994 1999 2004 2009
精度
Accuracy (%)
90.59 85.19 87.64 87.85 87.63
Kappa系数
Kappa coefficient
0.874 6 0.821 0 0.864 6 0.848 4 0.853 4


3.2 土地利用类型格局变化
土地利用面积和结构变化是研究土地利用变化
的一个重要方面。根据东江流域土地利用空间格局
的统计结果(图2), 林地、园地、耕地、城镇用地是
东江流域的主要土地利用类型。1989–2009年, 林地
和城镇面积呈增加趋势, 而且林地面积所占比例一
直处于首位; 园地、未利用地呈不断减少的趋势;
灌草地、耕地在整个研究阶段变化明显, 都以1999
年为拐点发生了明显变化, 耕地是先减后增, 灌草
地是先增后减; 水域变化趋势不明显。
依据流域数字高程模型及水文站点进行流域边
界提取, 将东江流域划分为上、中、下游, 用以比较
5个时期上、中、下游3个区域的土地利用分布及变
化情况(图3)。由图3可知: (1)东江上、中、下流域3
个区域林地差异显著。1989–2009年林地都表现出中
游>上游>下游的分布特征, 除下游之外, 上游、中
游林地面积随时间而增加; (2) 1989–2009年优势土
地类型差异显著。上游区域除林地外, 占优势的土
地类型是园地; 中游区域占优势的土地类型是林
地、耕地、园地、灌草地; 下游区域在1989年占优
势的土地类型是耕地、园地和林地, 1994年占优势的
土地类型是园地、林地和城镇用地, 1999年、2004
年、2009占优势的土地类型是林地、城镇用地。这
也说明, 在1989–2009这20年间, 上、中游地区优势
土地类型主要向林地发展, 下游地区日渐成为城
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图1 1989年、1994年、1999年、2004年、2009年东江流域土地利用类型空间格局。
Fig. 1 Spatial patterns of land use types in Dongjiang River watershed in 1989, 1994, 1999, 2004, and 2009.






图2 东江流域1989年、1994年、1999年、2004年、2009年5个时期各土地利用类型面积格局。AL, 耕地; F, 林地; G, 园地; P,
灌草地; UL, 未利用地; U, 城镇用地; WA, 水域。
Fig. 2 Patterns of land use types by area in Dongjiang River watershed in 1989, 1994, 1999, 2004, and 2009. AL, arable land; F,
forest; G, garden; P, pasture; UL, unused land; U, urban; WA, water area.

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图3 东江上、中、下流域各土地利用类型面积格局。AL, 耕
地; F, 林地; G, 园地; P, 灌草地; UL, 未利用地; U, 城镇用
地; WA, 水域。
Fig. 3 Patterns of land use types by area in the upper, middle
and lower reaches in Dongjiang River watershed. AL, arable
land; F, forest; G, garden; P, pasture; UL, unused land; U, urban;
WA, water area.


镇化密集地区, 而且在城镇化增加的基础上, 植被
(林地、耕地、园地)并没有减少; (3)土地利用结构的
发展方向区域差异明显。1999–2009年, 耕地、园地、
灌草地、水体、未利用地的面积是中游>上游>下游,
除水体外都有显著变化 ; 城镇用地面积在
1994–1999年是下游>中游>上游, 在2004–2009年是
中游>下游>上游。
3.3 土地利用类型变化程度分析
根据公式(2)到公式(4), 通过1989–2009年土地
利用分类图的计算可得出该时间段土地利用变化情
况(表2)。从全流域来看, 在20年间, 林地、城镇用
地一直处于逐渐增加的趋势, 两者并非消长关系;
1989–1999年灌草地是增加速度最快的土地类型,
耕地是减少速度最显著的土地类型。而在1999年之
后, 耕地的增加趋势最显著, 灌草地的减少趋势最
显著。从表2中也可发现, 1989–1999年中、下游地区
耕地变化率分别为–55.57%和–76.64%, 单一动态度
分别为–0.11和–0.15, 为减少最快的土地类型。这主
要是由于1999年之前中、下游地区生态退耕的比例
加大, 城镇用地占用耕地, 农业结构调整导致耕地
严重减少。东江全流域的动态变化具体表现为以下4
种情况:
(1) 1989–1994年, 耕地、园地、未利用地逐渐
减少 , 其中耕地的变化率、单一动态度分别为
–46.30%和–0.093, 居所有土地利用类型之首, 其面
积减少最快; 未利用地由于原本所占面积不大, 所
以变化较小, 但仍为减少趋势。灌草地、城镇用地、
水域和林地呈增加趋势, 其中灌草地的变化率为
33.85%, 单一动态度为0.068, 为增加最快的土地利
用类型; 城镇用地的变化率为21.79%, 单一动态度
为0.044, 增长速度仅次于灌草地。
(2) 1994–1999年, 耕地、园地、未利用地仍然
持续上一时期的减少趋势, 耕地比上一期减少速度
明显变缓, 而未利用地变化最大, 变化率、单一动态
度分别为–45.92%、–0.093, 远高于其他土地类型,
成为此时段变化最快的土地利用类型, 但仍然持续
上一时期的减少趋势。灌草地、城镇用地、水域、
林地仍为增加趋势, 其中城镇用地和水域的变化率
均超过了10%。
(3) 1999–2004年, 灌草地、园地、未利用地呈
减少趋势, 在此时段灌草地则大幅减少, 时段变化
率和单一动态度分别为–57.46%和–0.115, 总量和
减少速度均最快。耕地、林地、城镇用地和水域呈
现了明显的增长趋势, 在此时段耕地增长速度最快,
变化率和单一动态度分别为–25.581%和–0.51。
(4) 2004–2009年, 灌草地、园地、水域和未利
用地呈减少趋势, 变化幅度最大的还是灌草地, 其
变化率和单一动态度分别为–45.073%和–0.090, 变
化速度是所有土地利用类型之首, 减少速度最快;
而未利用地减少速度最为缓慢, 其变化率和单一动
态度分别为–0.44%和–0.001。耕地、林地、城镇用
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表2 1989–2009年东江流域不同阶段土地利用类型的变化
Table 2 Variations in land use types in Dongjiang River watershed during different periods between 1989–2009
时间区间
Time interval
统计类型
Statistic type
AL G P F U WA UL LC
KT –46.30% –8.44% 33.85% 10.64% 21.79% 10.69% –4.90%1989–1994
K –0.093 0 –0.017 0 0.068 0 0.021 0 0.044 0 0.021 0 –0.010 0
0.018 1
KT –6.36% –9.64% 21.45% 1.49% 13.97% 10.08% –45.92%1994–1999
K –0.013 0 –0.019 0 0.043 0 0.003 0 0.028 0 0.020 0 –0.092 0
0.008 4
KT 25.58% –1.00% –57.46% 9.78% 10.93% 10.57% –30.69%1999–2004
K 0.051 0 –0.002 0 –0.115 0 0.020 0 0.022 0 0.021 0 –0.061 0
0.016 5
KT 9.96% –5.93% –45.07% 3.51% 12.76% –29.42% –0.44%
东江流域 Dong-
jiang River water-
shed
2004–2009
K 0.020 0 –0.012 0 –0.090 0 0.007 0 0.026 0 –0.059 0 –0.001 0
0.008 2
KT 36.90% –55.20% 102.53% 22.30% –72.95% –31.89% –55.57%1989–1994
K 0.073 8 –0.110 4 0.205 1 0.044 6 –0.145 9 –0.063 8 –0.111 1
0.041 0
KT –23.67% 119.30% –82.96% 0.11% 61.15% 13.51% 12.91%1994–1999
K –0.047 3 0.238 6 –0.165 9 0.000 2 0.122 3 0.027 0 0.025 8
0.025 4
KT 5.67% –9.91% 118.94% –2.36% 50.19% 7.96% –40.41%1999–2004
K 0.011 3 –0.019 8 0.237 9 –0.004 7 0.100 4 0.015 9 –0.080 8
0.009 3
KT 91.01% –47.39% –70.35% 3.79% 43.10% –24.59% –29.05%
上游
Upper reach
2004–2009
K 0.182 0 –0.094 8 –0.140 7 0.007 6 0.086 2 –0.049 2 –0.058 1
0.024 9
KT –55.57% 6.63% 34.12% 11.09% 10.23% 19.08% –7.18%1989–1994
K –0.111 1 0.013 3 0.068 2 0.022 2 0.020 5 0.038 2 –0.014 4
0.019 9
KT –9.96% –22.62% 57.97% 0.50% 7.48% 7.98% –57.19%1994–1999
K –0.019 9 –0.045 2 0.115 9 0.001 0 0.015 0 0.016 0 –0.114 4
0.014 3
KT 44.61% –4.77% –69.96% 15.94% 32.41% –6.22% –16.28%1999–2004
K 0.089 2 –0.009 5 –0.139 9 0.031 9 0.064 8 –0.012 4 –0.032 6
0.026 3
KT –14.45% 17.27% –34.04% 3.02% –0.65% –18.53% –13.77%
中游
Middle reach
2004–2009
K –0.028 9 0.034 5 –0.068 1 0.006 0 –0.001 3 –0.037 1 –0.027 5
0.008 0
KT –76.64% 65.76% –70.62% –52.75% 352.54% 7.11% 351.88%1989–1994
K –0.153 3 0.131 5 –0.141 2 –0.105 5 0.705 1 0.014 2 0.703 8
0.092 9
KT 98.62% –82.62% 357.60% 43.64% 11.58% 21.50% –57.08%1994–1999
K 0.197 2 –0.165 2 0.715 2 0.087 3 0.023 2 0.043 0 –0.114 2
0.059 3
KT –0.86% 174.44% –37.46% 16.31% –18.59% 110.67% –48.29%1999–2004
K –0.001 7 0.348 9 –0.074 9 0.032 6 –0.037 2 0.221 3 –0.096 6
0.030 8
KT –27.29% 17.40% –48.25% 9.69% 17.85% –59.44% 106.12%
下游
Lower reach
2004–2009
K –0.054 6 0.034 8 –0.096 5 0.019 4 0.035 7 –0.118 9 0.212 2
0.025 5
AL, 耕地; F, 林地; G, 园地; P, 灌草地; U, 城镇用地; UL, 未利用地; WA, 水域。K, 单一土地利用动态度; KT, 土地利用变化率。LC, 综合
土地利用动态度。
AL, arable land; F, forest; G, garden; P, pasture; U, urban; UL, unused land; WA, water area. K, single degree of land use dynamics; KT, rate of land
use change. LC, integrated degree of land use dynamics.


地均呈增加趋势, 其中城镇用地的增加速度最快,
变化率和单一动态度分别为12.76%和0.026; 耕地
的时段变化率为9.96%, 单一动态度为0.02, 仅次于
城镇用地的增长速度。
为进一步分析区域各种土地利用类型的转化情
况, 根据5个时期土地利用图, 运用GIS的空间分析
功能, 获得东江上、中、下流域1989–2009年不同区
域各类土地利用转移矩阵, 如表3所示。分析发现:
(1)上、中游地区林地面积显著增加, 主要是由园地
转化而来, 其次是灌草地、耕地, 同时有大量未利用
土地与林地转换。(2)下游城镇用地变化显著, 主要
是来源于耕地; 上、中游主要来源于林地; (3)上、中
游地区耕地面积显著减少, 主要流向了林地、园地,
下游主要流向了城镇用地; (4)中、下游区域园地面
682 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2014, 38 (7): 675–686

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表3 1989–2009年东江上、中、下游土地利用转移矩阵(单位: km2)
Table 3 Transition matrix of land use in the upper, middle and lower reaches in Dongjiang River watershed from 1989 to 2009
(unit: km2)
AL, 耕地; F, 林地; G, 园地; P, 灌草地; U, 城镇用地; UL, 未利用地; WA, 水域。
AL, arable land; F, forest; G, garden; P, pasture; U, urban; UL, unused land; WA, water area.


积减少明显, 大量转化成林地。(5)中、下游未利用
地面积显著减少, 主要去向为耕地、园地、林地和
城镇用地; (6)其他类型的土地利用转换也存在着不
同程度的空间差异, 如灌草地整体面积减少, 主要
转化为林地和园地; (7)水域面积变化较小。
3.4 生态承载力的时空变化
东江上游区域地势较高, 多山地丘陵, 中游区
内地势逐渐平缓, 下游区内则多为平地, 水量充足、
气候条件适宜, 更适合人类生存与城镇建设, 因此
自然条件的空间分异特征使得下游城镇化水平比
上、中游明显提高, 耕地比例逐渐下降。加之, 上、
中、下游3个区域人口增加, 经济发展和区域发展政
策的差异也会造成土地利用变化特征区域性差异。
由表4可见, 东江全流域及其上、中、下游3个区域
总体的生态承载力和人均生态承载力变化存在一定
的差异:
(1)同期总生态承载力表现为: 中游>上游>下
游; 同期人均生态承载力表现为: 下游>上游>中
游。
(2)东江全流域1989–2009年总生态承载变化趋
势跟人均生态承载力变化趋势并不一致, 总生态承
载力大致呈增加趋势, 而人均生态承载力大致呈减
少趋势。然而, 在不同的时间段, 变化趋势有所差
异。1989–1999年, 上、中、下游地区人均生态承载

AL G P F U WA UL 小计 Total
AL 207.49 134.02 17.21 168.75 58.08 4.20 17.40 607.16
G 294.10 125.57 15.47 998.51 104.85 4.59 13.61 1 556.69
P 84.05 102.99 16.49 225.74 15.50 0.56 12.96 458.28
F 372.89 135.66 29.84 3 072.97 238.97 9.25 31.75 3 891.33
U 180.33 91.89 8.06 192.44 99.41 6.09 5.47 583.70
WA 5.36 2.91 0.50 29.37 14.06 21.96 0.81 74.98
UL 136.25 131.84 15.07 140.28 15.91 0.54 14.32 454.21
小计 Total 1 280.47 724.87 102.65 4 828.07 546.79 47.19 96.32 7 626.35
上游
Upper reach
变化 Change 1 072.98 599.30 86.15 1 755.09 447.37 25.24 82.00 –
AL 308.22 397.65 53.55 308.30 189.21 8.26 26.11 1 291.28
G 191.53 447.56 182.98 1 892.57 125.58 7.24 25.21 2 872.68
P 202.14 517.98 108.58 874.83 94.80 4.68 23.91 1 826.92
F 409.70 704.81 120.10 7 151.98 290.04 9.81 80.21 8 766.65
U 144.92 129.98 31.27 173.75 288.62 31.96 21.51 822.01
WA 23.01 13.20 2.52 23.01 80.53 331.96 13.80 488.03
UL 158.65 271.34 80.20 98.69 93.67 8.69 38.83 750.07
小计 Total 1 438.17 2 482.52 579.20 10 523.12 1 162.45 402.60 229.57 16 817.64
中游
Middle reach
变化 Change 1 129.95 2 034.95 470.62 3 371.14 873.83 70.64 190.74 –
AL 113.25 117.60 23.19 66.64 359.12 17.11 61.69 758.60
G 37.71 62.99 22.31 137.86 148.99 6.16 22.40 438.41
P 35.23 76.30 24.06 61.98 86.89 4.69 18.90 308.05
F 51.58 122.70 29.96 382.76 152.98 6.01 27.91 773.90
U 13.07 8.97 3.70 9.86 143.56 7.49 7.77 194.41
WA 2.02 1.82 0.98 4.08 24.40 34.91 1.56 69.76
UL 9.13 16.68 5.21 6.99 25.98 1.21 5.08 70.29
小计 Total 261.98 407.06 109.4 670.17 941.91 77.58 145.31 2 613.42
下游
Lower reach
变化 Change 148.73 344.08 85.34 287.41 798.36 42.67 140.23 –
彭资等: 东江流域 1989–2009年土地利用变化对生态承载力的影响 683

doi: 10.3724/SP.J.1258.2014.00063
表4 1989–2009年东江流域人均生态承载力变化与总生态承载力变化(单位: hm2)
Table 4 Changes in total and per capita eco-capacity in Dongjiang River watershed from 1989 to 2009 (unit: hm2)
ec, 人均生态承载力; EC, 总承载力。
ec, per capita eco-capacity; EC, total eco-capacity.



图4 东江流域土地利用类型、人均生态承载力、总生态承载力的变化率。 AL, 耕地; F, 林地; G, 园地; P, 灌草地; U, 城镇
用地; UL, 未利用地; WA, 水域。
Fig. 4 Rate of change in land use types, per capita eco-capacity, and total eco-capacity in Dongjiang River watershed. AL, arable
land; F, forest; G, garden; P, pasture; U, urban; UL, unused land; WA, water area.



力均呈减少趋势, 总生态承载力仅在中游一直呈下
降趋势; 2004–2009年上游地区总承载力和人均生
态承载力均呈上升趋势, 中游地区正好相反, 均呈
下降趋势。值得注意的是, 下游地区1989–2009年人
均生态承载力一直呈减少趋势, 而总的生态承载力
呈增加趋势。这主要是因为东江流域下游地区人均
ec EC 区域
Region
年份
Year
ec EC
变化量
Magnitude of change
(hm2·person–1)
变化率
Rate of change
(%)
变化量
Magnitude of
change (hm2)
变化率
Rate of change
(%)
1989 0.854 2 4 329 682 –
1994 0.683 0 3 853 844 –0.171 3 –0.200 5 –475 838 –0.109 9
1999 0.622 0 3 871 333 –0.061 0 –0.089 3 17 489 0.004 5
2004 0.644 7 4 307 321 0.022 7 0.036 5 435 988 0.112 6
东江流域
Dongjiang River
watershed
2009 0.593 4 4 539 629 –0.051 2 –0.079 5 232 309 0.053 9
1989 0.827 5 1 128 088 –
1994 0.728 9 1 056 882 –0.098 6 –0.119 2 –71 205 –0.063 1
1999 0.724 2 1 119 064 –0.004 6 –0.006 4 62 181 0.058 8
2004 0.699 2 1 146 417 –0.025 0 –0.034 6 27 353 0.024 4
上游
Upper reach
2009 0.792 8 1 365 117 0.093 6 0.133 9 218 700 0.190 8
1989 0.860 8 2 692 816 –
1994 0.671 8 2 271 964 –0.189 0 –0.219 6 –420 852 –0.156 3
1999 0.598 0 2 178 598 –0.073 8 –0.109 8 –93 366 –0.041 1
2004 0.672 3 2 614 415 0.074 3 0.124 3 435 817 0.200 0
中游
Middle reach
2009 0.579 8 2 601 633 –0.092 4 –0.137 5 –12 782 –0.004 9
1989 0.949 0 508 789 –
1994 0.783 3 525 013 –0.165 7 –0.174 6 16 223 0.031 9
1999 0.715 7 573 722 –0.067 7 –0.086 4 48 709 0.092 8
2004 0.620 2 546 535 –0.095 0 –0.133 3 –27 187 –0.047 4
下游
Lower reach
2009 0.508 5 572 860 –0.111 8 –0.180 1 26 325 0.048 2
684 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2014, 38 (7): 675–686

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生态承载力受人口快速增长的影响较大, 而在此期
间, 总生态承载力存在一定的优化空间。
(3)人均生态承载力变化差别大。1989–2009年
间, 下游地区人均生态承载力变化量最大, 人均减
少0.440 5 hm2, 中游其次, 人均减少0.281 0 hm2,
而上游地区人均生态承载力变化量最小, 人均减少
0.034 7 hm2。
3.5 生态承载力和土地利用类型的变化趋势
从图 4中可以发现 , 林地、城镇用地面积
1989–2009年一直处于增加趋势, 而园地、未利用地
面积一直处于减少趋势, 人均生态承载力呈下降的
趋势, 总生态承载力在“十年绿化广东”结束之后的
十五年(1994–2009年)一直呈增长的趋势, 说明其后
土地利用类型在优化发展。从时间来看, 在生态效
应逐步得以发挥的5年(1999–2004年), 即使在人口
增长的压力下, 人均生态承载力仍呈增加的趋势。
而之前的改革开放初期5年(1989–1994年), 人均生
态承载力下降较明显, 在“十年绿化广东”刚完成的
第一个5年里(1994–1999年), 在总生态承载力有少
量增加的情况下, 由于人口增长的速度更快, 人均
生态承载力仍然呈下降的趋势, 在2004–2009年间,
由于只剩很少的未利用地可以优化, 在总生态承载
力有限增加和人口快速增长的情况下, 人均生态承
载力仍然在减少。
4 讨论和结论
影响生态承载力的4个关键因素为土地利用类
型、人口数量、均衡因子和产量因子。因为均衡因
子为某类生物生产面积的世界平均潜在生产力与全
球各类生物生产面积的平均潜在生产力的比值, 而
产量因子为不同类型生态生产性土地产量调整系数
(World Wide Fund for Nature, 2004)。因此, 某一区域
的生态承载力主要由各地类在空间格局上的面积比
例和人口数量决定。均衡因子和产量因子越高的土
地利用类型所占的比例越大, 其总生态承载力越
高。东江流域近20年中, 总体表现为均衡因子和产
量因子较小的灌草地和未利用地减少, 而均衡因子
和产量因子较大的林地在增加, 因而其总生态承载
力在持续增加。当土地利用类型中均衡因子和产量
因子最低的未利用地向价值更高的地类转变时, 其
生态承载力会增加, 相同的规律也在鄱阳湖有所体
现(蔡海生等, 2007); 反之, 其生态承载力就会减少,
如泾河流域(岳东霞等, 2011)。在人口增长对生态资
源需求增长的情况下, 可以通过优化土地利用类型
来提高总生态承载力而缓冲人均生态承载力下降的
趋势。
土地利用变化受政策的影响较大, 改革开放初
期(1989–1994年), 东江下游的城镇化明显, 上游的
耕地增加明显, “十年绿化广东”期间, 荒山荒地等
未利用地明显减少, 林地明显增加。对泾河流域的
研究发现国家实施的退耕还林还草工程是该流域生
态承载力变化的主要驱动力(岳东霞等, 2011)。基于
东江流域土地利用变化和生态承载力特征, 本文提
出以下针对性区域发展策略: 上游区在农业用地调
整过程中, 加强对林地的保护; 中游区在城镇化发
展中加强对新丰江水域的保护, 防止其退化或恶
化; 下游区在快速城镇化发展的过程中, 应注意城
市扩张带来的诸如耕地存量不足、河流水质恶化、
自然生态系统失衡等问题。总体来看, 要增加生态
建设和环境保护力度, 提高区域土地资源的集约利
用水平, 并通过土地资源在空间和结构上的合理配
置, 实现流域内土地利用格局的整体优化和生态与
环境的健康发展。
在生态承载力的计算中, 虽然考虑了土地利用
类型面积的变化, 但是并没有考虑同样的土地利用
类型的质量也存在差异。同样是城镇用地, 可能存
在不同级别的环境污染; 同样是水域, 可能存在不
同级别的水质恶化; 同样是耕地, 可能有不同程度
的点源或面源污染等。如何将生态质量指标纳入到
生态承载力的计算中, 并对区域进行评价, 有待于
今后研究。
本文通过对东江流域土地利用类型和生态承载
力的研究, 得出以下主要研究结论:
(1) 1989–2009年间, 东江流域在城镇化加剧的
同时, 森林植被也在改善, 两者并非消长关系。
(2) 1989–2009年20年间东江流域土地利用格局
表现出明显的空间差异, 上游和中游以园地向林地
转移为主, 下游以耕地向城镇用地转移为主。
(3)在东江流域人口持续增长的情况下, 虽然流
域人均生态承载力呈下降的趋势, 但其下降的幅度
低于人口的增长速度, 总生态承载力仍呈增长的趋
势, 说明近20年土地利用类型在优化发展。在人口
增长对生态资源需求增长的情况下, 可以通过优化
土地利用类型, 提高总体生态承载力, 来缓冲人均
彭资等: 东江流域 1989–2009年土地利用变化对生态承载力的影响 685

doi: 10.3724/SP.J.1258.2014.00063
生态承载力下降的趋势。
基金项目 国家林业局公益性行业专项(201204-
104和 201104005)和国家林业局 948引进项目
(2011-4-76)。
致谢 感谢广东省林业科学研究院祁文菁在工作中
给予的协助。
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