全 文 ：土地利用结构变化对区域生态健康的影响*



以重庆市沙坪坝区为例
王  成1* *  魏朝富1  高  明1  罗光莲2  蒋  伟3
( 1 西南农业大学,重庆 400716; 2 重庆工商大学, 重庆 400700; 3 重庆市土地勘测规划院,重庆 400700)
摘要!  运用景观生态学原理与方法, 对重庆市沙坪坝区近 10 年土地利用变化进行研究; 通过对土地利
用类型赋予相应的相对生态价值, 探讨土地利用结构变化对区域生态健康状况的影响. 结果表明, 各土地
利用类型间相互转移, 各时段土地利用结构差异明显; 不同土地利用结构下 ,各子生态系统的相对生态价
值高低悬殊, 对区域生态健康的贡献程度表现不一; 从总体上看, 区域相对生态价值在研究时段内有升有
降;未来各生态子系统的相对生态价值变化可表现为:先降后升区、持续下降区和持续增长区 3 种趋势 ;区
域生态健康状况趋势由较健康型向健康型转变.
关键词  土地利用变化  土地利用结构  相对生态价值  生态系统  区域生态健康
文章编号  1001- 9332( 2005) 12- 2296- 05 中图分类号  Q149; X171
1  文献标识码  A
Effects of land use structure change on regional ecological health- Taking Shapingba County of Chongqing as
an example. WANG Cheng1 , WEI Chaofu1, GAO Ming1, LUO Guang lian2 , JIANG Wei3 ( 1Southw est Agricul
tural Univer sity , Chongqing 400716, China; 2Chongqing T echnology and Business University , Chongq ing
400700, China; 3L and Surv ey ing and Planning Academy of Chongqing , Chongqing 400700, China ) . Chin .
J . A pp l. Ecol . , 2005, 16( 12) : 2296~ 2300.
Land resource is the carr ier for the exchange of matter , energ y and info rmat ion flows, while t he change velocity
and the intensity of land use has strong effects on the ecological processes such as matter cir culation, energy flow ,
and biolo gic diversity. L and use structure change w ill alter the type, area, and spatial distr ibution of ecosystem,
and in the meantime, result in the changes of regional ecological health. Employ ing the principles and methods of
landscape ecolog y, and through endowing relative ecological value to land use type, this paper analyzed the charac
ter istics of recent 10 years land use change in Shapingba County of Chongqing, and discussed the effects of land
use change on reg ional eco logical health, aimed to provide scientific references for land use planning and sustain
able land resource utilization. The results indicated t hat tr ansformation often occurr ed among different land use
types, and the land use str ucture in each transformation phase differed quite obv iously. Under different land use
structure, ther e w as a great dispar ity in relative ecolog ical value of subecosystems, which played var ious roles in
regional ecolog ical health. In general, the reg ional relative eco logical v alue embodied bo th increase and decrease. I n
the future, the relative ecolog ical value of subecosystem w ould represent three tendencies, i . e. , increase first and
decrease then, continuous decrease, and continuous incr ease. The situation of regional ecological health would
gradually become better .
Key words  Land use change, Land use structure, Relative ecolog ical v alue, Ecosystem, Regional ecological
health.
* 重庆市教委重点资助项目( 020206) .
* * 通讯联系人. T el: 02368399802; Email : w chorange@ 163. com
2005- 01- 04收稿, 2005- 05- 23接受.
1  引   言
生态系统健康是指一个生态系统能维持自身正
常新陈代谢的一种状态, 自身恢复能力可缓和外界
对其的不良冲击,从而保持系统的稳定性和可持续
性. Leopold于 1941年提出了∀土地健康#概念,直至
20世纪 90 年代这一全新的研究领域才全面兴
起[ 24, 25] .目前, 国内外学者从不同角度研究与讨论
了生态健康问题[ 1~ 6, 8~ 13, 15, 18, 20~ 23, 26~ 30] , 1988年,
Schaeffer等[ 19]首次探讨了有关生态系统健康度量
的问题;欧阳毅[ 14]等运用数学模型对生态健康状况
进行诊断.安树青等[ 32]指出生态健康与生态系统服
务功能密切相关, 服务功能完善、正常的生态系统才
是健康的生态系统. Costanza 等[ 7]测算了全球 16种
土地利用类型对应的生态系统的服务功能的经济价
值.土地资源是一切资源的基础, 是人类活动的载
体,土地利用变化速率以及土地利用强度将对区域
景观物质循环、能量流动和生物多样性等重要生态
过程产生深远影响, 土地利用变化是导致各类生态
系统类型、面积以及空间分布格局变化的重要原因.
为此,本研究以重庆市沙坪坝区为研究对象, 应用
1996年、2002年的 TM 遥感影像以及 1996 年建立
应 用 生 态 学 报  2005 年 12 月  第 16 卷  第 12 期                              
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Dec. 2005, 16( 12)∃2296~ 2300
的土地利用现状数据库等资料, 采用景观生态学的
空间格局指数的分析方法,分析了沙坪坝区近 10年
来的土地利用动态变化特征, 并对各种土地利用类
型赋予相应的相对生态价值, 探讨不同土地利用结
构对区域生态健康状况的影响, 旨在为区域土地利
用总体规划和土地资源的可持续利用提供科学依
据.
2  研究地区与研究方法
2
1  研究区概况
沙坪坝区( 106%14&36∋~ 106%31&35∋ E, 29%27&13∋ ~ 29%46&
36∋N)是重庆市经济、科技文化比较集中和繁荣发达的地区
之一. 其地势南高北低, 自西向东为华蓥山状褶皱束的温塘
峡背斜(缙云山) , 白市驿向斜 ,观音峡背斜(歌乐山)和重庆
复向斜的石马河向斜的中北段,及其次一级构造


磁器口
向斜和沙坪坝短轴背斜.属亚热带季风气候, 气候温和、雨量
充沛,四季分明, 冬多云雾、湿度大、日照少、霜雪少、风力小,
年平均降雨 1 085
3 mm,年平均气温 18
3 ( . 全区辖 12 个
镇, 13 个街道办事处, 2 个国营农场, 土地总面积 396
2
km2 .截至 2003 年末, 全区总人口为 613 316 人,其中城市人
口 436 646 人,占全区总人口的 71
19% ; 农村人口 176 670
人,占 28
81% .
研究区土地利用变化数据主要来源于沙坪坝区 1992 年
土地详查、1996 土地利用现状数据库、2002 年第 3 期 TM 影
像解译数据, 并结合沙坪坝区各年的变更数据, 1992 年、
1996年、2002 年重庆市沙坪坝区土地利用现状图 ( 1∃
35 000)、重庆市沙坪坝区行政区划图( 1∃35 000)以及各年环
境变化、实地调查和社会经济相关资料.
2
2  研究方法
2
2
1 土地利用变化分析  运用景观生态学的斑块数、平均
斑块面积以及景观多样性分析土地利用类型变化特征. 其中
景观多样性的计算公式[ 11] :
H = - )m
i= 1
Pci ∗ log ( Pc i) ( 1)
其中, H 为景观多样性; Pc i为第 i 类土地利用类型占土地总
面积的百分比; m 为区域土地利用类型的数量.
运用 ERDAS软件,采用监督分类和目视修正相结合的
方法, 获得 2002 年土地利用现状图, 运用 ARCGIS 8
02 软
件,将多期土地利用矢量数据进行∀ Intersection#两两叠加运
算,并用∀ Eliminate# 去除因叠加而产生的碎屑多边形, 提取
土地利用变化的信息, 即对于任意两期土地利用类型图 A ij
和B ij运用地图代数方法,求得由 A 时期到 B 时期的土地利
用变化图 Cij ,以反映土地利用变化的类型及其空间分布. 据
此可得出各时期土地利用类型转移矩阵,并对重庆市沙坪坝
区土地利用类型转移模式及动态变化进程进行初步分析.
C ij = A ij ∗ 10+ B ij  (土地利用类型< 10 时适用) ( 2)
2
2
2 土地利用类型的相对生态价值  以 Costanza 等[ 7]测
算的全球不同生态系统类型服务价值的平均值间的比例关
系为基础,参照彭建等[ 16]对云南省永胜县不同土地利用类
型的相对生态价值和宗跃光等[ 31]从不同土地利用方式产生
不同价值, 同时结合特尔菲法,根据研究区水域(主要以河流
和坑塘)内部物种构成比较单一,其赋值较低; 未利用土地相
对比较少, 其生态结构相对简单,其赋值较低, 确定不同土地
利用类型的相对生态价值( E V i) :水田 0
325、旱地 0
295、林
地 1
000、园地 0
975、水域 0
623、城建用地 0
015、未利用
土地 0
035.
2
2
3 生态系统的健康状况判定  为便于土地利用结构对
区域的生态健康的影响分析, 根据对不同土地利用类型进行
的生态赋值, 以土地利用现状分类系统(八大一级地类)为基
础,结合研究区土地利用现状和土地资源特点, 将研究区分
成水田生态子系统、旱地生态子系统、林地生态子系统、园地
生态子系统、水域生态子系统、城建生态子系统和其他生态
子系统 7 类生态子系统.
基于研究区的土地总面积不变, 各土地利用类型的面积
与区域总面积的比例与其相应的相对生态价值的积,求出各
子生态系统的生态价值, 然后进行加权求和求出区域的生态
系统价值, 从而根据区域生态价值在不同土地利用结构下的
变差对区域生态健康状况进行判定, 如果该生态系统提供服
务的价值量不随时间的推移而减少, 则通常认为该生态系统
处于比较理想的健康状态[ 17] .
V =
)m
i
P i ∗ E V i
mf
( 3)
其中, V 为区域的生态价值; m 为土地利用类型数量; P i 为
第 i类土地利用类型的面积占土地总面积的百分比; E Vi 为
第 i类土地利用类型的相对生态价值; f 为权数.
3  结果与分析
3
1  沙坪坝区土地利用变化特征
研究表明,随着时间的推移,沙坪坝区各用地类
型呈现相应的增减(表 1) .水田、旱地及未利用土地
明显减少, 其中水田减少了 3
64%、旱地减少了
2
31%、未利用土地减少了 1
04%; 城建用地、林地
及园地迅速增加, 其中城建用地增加了 3
45%、林
地增加了 2
31%、园地增加了 1
46% .同时,自然景
观总体变化较大, 全区斑块数减少了 3 618个, 平均
斑块面积增加了 3
7675 hm 2. 这主要是由于沙坪坝
区近 10年城市面积的扩大和退耕地还林以及对中
低田的整理,形成了较大的图斑.
各景观分组中, 水田的平均斑块面积变化增加
最 大, 1992 ~ 2002 年 平 均 斑 块 面 积 增 加
6
1568 hm2,主要是近几年通过对中低产田的整理,
对田、水、路、林、村的重新安排; 林地的平均斑块面
229712 期              王  成等: 土地利用结构变化对区域生态健康的影响           
表 1  1992~ 2002年沙坪坝区土地利用变化特征
Table 1 Land use change from 1992 to 2002 in Shapingba County
斑块特征
Patch characteristics
年份
Year
水 田
Paddy fields
旱 地
Dry land
园 地
Garden land
林地
Forest land
城建用地
Builtup land 水 域Water area 未利用土地Unused land 总计T otal
斑块数 1992 1672 2786 258 447 2303 386 385 8237
Patch numbers 1996 1278 2049 267 469 2196 263 212 6734
2002 769 1028 298 895 1275 186 168 4619
斑块总面积 1992 28
86 18
38 2
31 15
23 16
95 4
01 14
26 100
00
T otal area of patch 1996 28
26 17
93 2
57 15
11 17
93 4
03 14
17 100
00
( % ) 2002 25
22 16
07 3
77 17
54 20
40 3
79 13
21 100
00
平均斑块面积 1992 6
8384 2
6141 3
5397 13
4994 2
9160 4
1250 14
6693 4
8100
Average area of patch 1996 8
7285 3
4676 3
8183 12
8449 3
2360 6
0702 26
4758 5
8835
( hm 2) 2002 12
9952 6
1919 5
0129 7
7635 6
3398 8
0708 31
1574 8
5775
百分比 1992 28
86 18
38 2
31 15
23 16
95 4
02 14
25 100
Percent( % ) 1996 28
16 17
93 2
57 15
21 17
94 4
03 14
17 100
2002 25
22 16
07 3
77 17
54 20
40 3
79 13
21 100
景观多样性 1992 - - - - - - - 0
7606
Landscape diversity 1996 - - - - - - - 0
7644
2002 - - - - - - - 0
7756
表 2  1992~ 2002年沙坪坝区土地利用类型转移矩阵
Table 2 Land use transition matrix of Shapingba county, 1992~ 2002( hm2)
土地利用类型
Land use type
水田
Paddy
fields
旱 地
Dry
land
园 地
Garden
land
林地
Forest
land
城建用地
Builtup
land
水 域
Water
area
未利用土地
Unused
land
占有率
Occupancy
( 1992)
水 田 A ij( hm2) 0
0000 67
3200 11
2700 2973
7500 3627
7700 10
0800 0
0000 0
5900
Paddy fields B ij( % ) 0
0000 0
0059 0
0010 0
2601 0
3173 0
0009 0
0000
occupan cy C ij( % ) 0
0000 0
0101 0
0017 0
4445 0
5423 0
0015 0
0000
旱 地 A ij( hm2) 0
0000 0
0000 25
5900 897
1100 2419
1200 28
8700 0
0000 0
4600
Dry land B ij( % ) 0
0000 0
0000 0
0035 0
1232 0
3322 0
0040 0
0000
C ij( % ) 0
0000 0
0000 0
0076 0
2662 0
7177 0
0086 0
0000园 地 A ij( hm2) 0
0000 206
3200 0
0000 228
0900 64
4700 1
5000 67
1200 0
6200
Garden land B ij( % ) 0
0000 0
2259 0
0000 0
2498 0
0706 0
0016 0
0735
C ij( % ) 0
0000 0
3636 0
0000 0
4019 0
1136 0
0026 0
1183
林 地 A ij( hm2) 0
0000 334
4700 25
0700 0
0000 185
2000 0
0000 154
9400 0
1200
Forest land B ij( % ) 0
0000 0
0554 0
0042 0
0000 0
0307 0
0000 0
0257
C ij( % ) 0
0000 0
4780 0
0358 0
0000 0
2647 0
0000 0
2214城建用地 A ij( hm2) 14
5700 48
1900 0
5800 63
8200 0
0000 0
0000 50
7700 0
0300
Builtup C ij( % ) 0
0022 0
0072 0
0000 0
0095 0
0000 0
0000 0
0076
land C ij( % ) 0
0819 0
2708 0
0033 0
3587 0
0000 0
0000 0
2853
水 域 A ij( hm2) 82
8000 0
0000 1
6000 7
4600 182
2700 0
0000 0
0000 0
1700
Builtup B ij( % ) 0
0520 0
0000 0
00 100
0047 0
1145 0
0000 0
0000
land C ij( % ) 0
3020 0
0000 0
0058 0
0272 0
6649 0
0000 0
0000未利用土地 A ij( hm2) 58
2100 184
1900 91
0200 168
2800 80
3400 0
0000 0
0000 0
1000
U nused land B ij( % ) 0
0103 0
0326 0
0161 0
0298 0
0142 0
0000 0
0000
C ij( % ) 0
1000 0
3165 0
1564 0
2891 0
1380 0
0000 0
0000
积减少最大, 1992~ 2002年间平均斑块面积减少了
5
7 359 hm2, 主要是对原来的林地, 特别是对歌乐
山自然风景区保护,再加上对图斑比较破碎的坡度
> 25%的坡耕地进行退耕还林,从而导致了其斑块数
量增加而平均斑块面积减少. 城建用地的平均斑块
面积相应增加, 是城市的扩张占用大量的水田、旱
地、水域以及其它地类, 使用图斑数减少、平均斑块
面积迅速增加.
  沙坪坝区 1992~ 2002 年的土地利用类型转移
矩阵(表 2)表明: 1)各地类间都存在着相互转移, 以
水田、旱地向城建用地、林地转移为主和未利用土地
向旱地和城建用地转移为主; 2)从占有率来看,园地
的占有率最高, 为 0
6200, 其主要是由于沙坪坝区
大多以低产茶园为主, 为了改善由于城市扩张带来
对区域的生态效益的影响,大部份低产园都转移为
生态林; 3)从转移率来看, 水田转移为城建用地最
大,为 0
3173,主要是城市的外延扩张大部分分布
在 8%~ 15%的水田.
3
2  土地利用结构对生态健康状况的影响
从总体来看,沙坪坝区生态健康状况为较健康
生态系统(表 3) .在研究时段内, 区域生态价值有升
有降. 1992~ 1996年,区域生态价值呈下降趋势,而
在 1996~ 2002年区域生态价值有所提高,年均增加
3
30% .这表明区域土地利用变化逐渐带来较好的
生态效益,土地利用整体生态效益持续提高,尽管城
市不断向外扩张, 但在土地利用过程中,充分考虑了
土地利用的社会、经济和生态效益,并没有以牺牲生
态环境为代价来发展城市,区域生态系统逐渐由较
2298                    应  用  生  态  学  报                   16 卷
健康型向健康型转变.
表 3  沙坪坝区各生态子系统的生态价值变化( 1992~ 2002)
Table 3 Change of ecological value of ecologic subsystem in Shapingba
county, 1992~ 2002
生态子系统
Subeco
system
1992 1996 2002 变 差Variation ( % )
1996~ 1992 2002~ 1992 2002~ 1986
水 田
Paddy field
9
3792 9
1505 8
1975 - 22
87 - 118
17 - 95
30
旱 地
Dry land
5
4226 5
2904 4
7394 - 13
22 - 68
32 - 55
10
园 地
G arden land
2
2474 2
5089 3
6762 26
15 142
88 1 16
73
林 地
Forest land
15
3304 15
2052 17
5376 - 12
52 220
72 2 33
24
城 市
City
0
2543 0
2690 0
3060 1
47 5
17 3
70
水 域
Water area
2
5037 2
5104 2
3605 0
67 - 14
32 - 14
99
其 它
O ther
0
4989 0
4958 0
4624 - 0
31 - 3
65 - 3
34
区 域
Region
4
4546 4
4288 4
6510 - 0
0258 0
2054 0
2312
  由表 3可见,林地生态子系统的生态价值 1996
~ 2002年较 1992~ 1996年增加了 2倍多, 园地增
加了 1倍多.这主要是由于国家宏观经济的影响, 在
1996~ 2002年大量进行坡耕地还林、还园. 与此同
时,沙坪坝区进行外围城市扩张, 注重引用∀生态城
市#的观点, 使区域的生态环境得到改善, 逐渐向健
康生态类型转移.水田、旱地生态子系统对区域生态
系统贡献的相应生态价值逐渐减少,其中水田生态
子系统 1996 ~ 2002 年较 1992 ~ 1996 年减少了
72
34%, 旱地生态子系统减少了 41
88% .
根据研究区土地利用变化特征、未来的土地利
用变化方向、各类用地逐渐向城建用地和林地转移
可以预测, 沙坪坝区未来土地利用变化的各子系统
的生态健康状况可表现为 3种类型(图 1) : 1)先降
后升区,主要源于未来城市的扩张,大量的其它土地
图 1  沙坪坝区各子生态系统生态健康分区图
Fig. 1 Choropleth map of ecologicsl h ealth of ecologic sub system.
类型被建设用地占用, 特别是水田与旱地.水田与旱
地的生态价值远远超过城建用地的生态价值,加之
城市建设需要一定周期,导致生态价值降低,区域生
态系统的健康状况受到一定影响, 但随着城市的建
成(运用∀生态城市#观点) , 生态价值得到回升. 2)持
续下降区,主要是由于大量水田和旱地被其它地类
占用,其面积持续减少;大量的农业人口加大了对现
有的水田与旱地的利用强度和化肥的投放量,耕地
质量下降趋势加快,土地污染的程度加剧,水田与旱
地的生态价值将持续下降. 3)持续增长区,主要是由
于区域的林地的覆被度和郁闭度增加.
4  结   论
重庆市沙坪坝区近 10年来的土地变化特征表
明,各土地类型间转移频繁, 土地利用结构差异明
显.不同土地利用结构下,土地利用类型对区域各生
态子系统影响明显, 林地生态子系统的生态价值
1996~ 2002 年较 1992~ 1996年增加了 2 倍多, 园
地生态子系统增加了 1倍多;而水田、旱地生态子系
统的生态价值相对减少, 其中水田生态子系统减少
了 72
34% ,旱地生态子系统减少了 41
88%. 但从
总体上看, 1992~ 1996 年区域生态价值呈下降趋
势, 1996~ 2002年区域生态价值有所提高, 年均增
加 3
30% ,区域生态健康状况逐渐由较健康型向健
康型过渡.
本研究中运用生态系统服务功能对不同土地利
用类型的赋予相对生态价值,通过生态子系统的生
态价值加权求得区域生态价值以及不同土地利用结
构下的变差. 如果该生态系统提供服务的价值和变
差不随时间的推移而减少,通常认为该生态系统是
处于比较理想的状态, 从而对区域生态健康的状况
进行判断.对土地利用类型进行精确的生态赋值是
一个长期的实践过程, 以生态系统长期定位研究为
基础,结合实验观测与系统模拟将是今后研究的重
心.
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作者简介  王  成, 男, 1975 年生,博士生. 主要从事土地利
用变化对区域生态系统的影响研究. T el: 02368399802; E
mail: wchorange@ 163. com
2300                    应  用  生  态  学  报                   16 卷