济源市土地利用变化及其环境效应分析

济源市土地利用变化及其环境效应分析

郭恒亮;王宇飞;赫晓慧;田智慧;李颖

【摘要】以位于中原城市群的济源市为研究区,综合运用遥感、GIS空间分析和数理统计方法,结合区域生态环境指数以及生态环境状况指数,定量分析了济源市2000-2012年土地利用与生态环境状况的相关性,并综合评价了土地利用变化的生态环境效应.结果表明:济源市土地利用变化剧烈,其中耕地面积减少了115.38km2,建设用地面积增加了88.67km2;与此相应,2000、2006、2012年济源市区域生态环境指数及生态环境状况指数均呈现上升趋势,说明在土地利用变化影响下的生态环境状况在不断改善.土地利用格局变化中,林地、草地、水域面积增长是促进环境改善的主要原因,而因经济发展引起的城市建设用地范围的扩张、耕地的开垦和工业的发展等因素则对环境改善具有抑制作用.

【期刊名称】《安徽师范大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2015(038)005

【总页数】6页(P479-484)

【关键词】土地利用;环境效应;济源市

【作者】郭恒亮;王宇飞;赫晓慧;田智慧;李颖

【作者单位】郑州大学水利与环境学院,河南郑州450001;郑州大学水利与环境学院,河南郑州450001;郑州大学水利与环境学院,河南郑州450001;郑州大学水利与环境学院,河南郑州450001;中国气象局河南省农业气象保障与应用技术重点实验室,河南郑州450003

【正文语种】中文

【中图分类】X820.2

环境变化中人的行为非常复杂，而比较能体现出人类活动对环境影响过程的是土地利用/覆被变化(LUCC).LUCC直接反映了当今全球变化的主导因子——人类活动，作为引起全球变化的主要原因之一，土地利用/土地覆盖变化引起了相关学者的广

泛关注，在LUCC过程、驱动力及变化趋势预测等方面进行了大量的研究[1].现阶段，国内学者对土地利用的研究侧重于城市土地利用时空动态变化与驱动机制方面，如柯新利等[2]通过对已有的土地利用编码方式进行改进，并结合土地利用动态度

模型，分析了武汉城市圈1990-2005年土地利用数据，形成对武汉城市圈1990

年以来土地利用变化的基本规律、阶段性趋势和空间差异的基本认识；崔晓临等[3]利用土地利用动态度和转移矩阵，分析了靖边县1990-2010年土地利用变化及其驱动因素；常春艳等[4]通过土地利用动态度分析黄河口垦利县1989-2011年土地空间变化及其驱动因素.相对而言，对城市土地利用变化及其引起的生态环境效应

研究较少[5].如张杨等[6]运用生态环境质量评价模型分析了武汉市1996-2006年

土地利用变化的生态环境效应；祖木拉提·伊布拉音等[7]对塔里木河干流区土地利

用与土地覆被变化速度和趋势及其生态环境效应进行了定量的分析和研究.

济源市处于中原城市群紧密层，近几年发展迅速，土地利用变化较大，进而引发了环境的改变.为了研究济源市的宜居情况，探究随着经济发展导致的环境效应影响，本文从济源市土地利用现状入手，通过分析土地利用变化情况以及经济社会行为，研究其带来的环境效应，为解决土地利用中存在的问题，切实保护和合理利用土地资源提供依据.

1.1 研究区概况

济源市地处河南西北部太行山南麓，与山西省毗邻.介于北纬34°53′-35°16′，东经

112°01′-112°45′之间.济源市土地面积为1898.71km2.是新兴的旅游城市，全市总人口超过70万，其中城区人口30万左右.随着市域内黄河小浪底水利枢纽工程建设、亚洲最大火电项目沁北电厂开工等国家重点项目的投资兴建，济源成为中国中西部发展的热点，城市规模迅速扩大.但该区山地多平原地少，而且土地自然环境条件较差，水土流失较严重，城市生态环境规划和建设显得尤为重要.

1.2 数据来源与方法

以2000年、2006年和2012年获得的遥感影像作为基本信息源，经野外实地考察后，采用人-机交互的方式解译出3期土地利用现状图.用ArcGIS软件分析并提取各类用地信息，并进行统计和计算.三期影像的解译精度KAPPA系数均高于98%，满足进行土地利用变化格局与动态分析的数据精度要求.自然、社会经济相关数据来源于济源市2000-2012年统计年鉴以及济源市国民经济和社会发展统计公报.

解译的指标体系沿用2000年土地利用/覆盖分类系统，采用全国二级分类系统：一级分为6类，采用土地的自然生态及利用属性为分类依据；二级分为25类，主要根据土地经营特点、利用方式和覆盖特征.对二级分类体系下的土地利用类型所具有的生态环境质量进行赋值，建立土地利用/土地覆盖与区域生态环境质量的关联，从而揭示区域土地利用/覆被变化及其生态环境质量的时空特征.首先对二级分类体系下各土地利用类型所具有的生态环境质量进行模糊赋值(表1)[8].

2.1 土地利用转移类型分析方法

在GIS环境下，对不同时期土地利用图进行叠置分析，求出各时期土地利用类型变化的转移矩阵，进而分析土地利用的变化过程[9].根据用地类型的不同，提取各类用地的面积等信息，得到土地利用类型相互转化的数量关系的原始转移矩阵. 2.2 土地利用类型单一动态度与综合动态度计算

某一研究区域的单一土地利用类型动态度可表示为[10]：

K=[(Ub-Ua)/Ua]×T1×100%

式中：Ua、Ub为研究初期、末期某种土地利用类型的面积；T为研究时段，当T 的单位是年时，K值即为该研究区某种土地利用类型的年变化率.

某研究区域的综合土地利用类型动态度可表示为[11]：

式中：LUi为研究阶段起始时间第i类土地利用类型的面积；ΔLUij为研究期内第i 类土地利用类型转化为非i类土地利用类型面积的绝对值；T为监测时间段.当T的单位为年时，LC即是该研究区的综合土地利用动态度.综合土地利用动态度定量描述了土地利用变化的快慢，对预测未来土地利用的变化趋势很有帮助.

2.3 区域生态环境指数分析方法

2.3.1 区域生态环境指数(EV) 综合考虑某一区域内各用地类型所对应的生态环境质量及其面积比例，以定量表征区域内生态环境质量的总体状况[12].其表达式为：

式中：LUi，Ci为该区域t时期第i种用地类型所具有的面积和生态环境指数；n

为该区域内所具有用地类型的数量；TA为该区域总面积.

2.3.2 土地利用类型转变生态贡献率衡量某一种土地利用类型变化而导致的区域生态质量的变化，表达式为

LEi=(LEi+1-LEi)LA/TA

式中：Lei+l，Lei为某种土地利用变化类型所反映的变化末期和初期土地利用类型所具有的生态质量指数；LA为该变化类型的土地面积；TA为该研究区域的总面积. 通过遥感解译、空间分析以及土地利用转移矩阵可获得不同时期的土地利用及其变化情况，从而为深入研究土地利用变化对区域生态环境的影响奠定基础，并且也有利于探讨区域生态环境变化的主导因素.

2.4 生态环境状况指数(EI)计算方法

生态环境状况指数(Ecological Index，EI).在《生态环境状况评价技术规范(试行)》中，通过对生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地退化指数和环境质