河北濱海鹽堿土地生態(tài)安全評價*

于淑會, 周向莉, 卿冀川, 陳子康, 郭愛請, 秦 嶺

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河北濱海鹽堿土地生態(tài)安全評價*

于淑會1,2, 周向莉3, 卿冀川1, 陳子康1, 郭愛請1, 秦 嶺1

(1. 河北地質(zhì)大學(xué) 石家莊 050031; 2. 中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所 成都 610041; 3. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 北京 100083)

濱海鹽堿地鹽漬化較嚴(yán)重, 土地生態(tài)環(huán)境脆弱, 了解濱海鹽堿區(qū)的土地生態(tài)安全狀態(tài), 探討其驅(qū)動機(jī)制, 可為濱海鹽堿區(qū)土地結(jié)構(gòu)調(diào)整與土地功能提升提供依據(jù)。本文以河北省黃驊市為研究區(qū)域, 以土地利用類型為基礎(chǔ), 設(shè)計了黃驊市土地利用生態(tài)安全(LUES)分級標(biāo)準(zhǔn), 計算得出研究時段內(nèi)的LUES值, 闡明了黃驊市土地利用生態(tài)安全狀態(tài)并探尋起主要作用的關(guān)鍵土地利用類型。在此基礎(chǔ)上, 利用2000—2010年TM遙感影像數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù), 借助Erdas、ArcGIS與Fragstats軟件平臺, 選擇了包括LUES在內(nèi)16個指標(biāo), 構(gòu)建了黃驊市P-S-R土地生態(tài)安全評價模型, 探討了黃驊市土地生態(tài)安全狀態(tài)。結(jié)果表明: (1)2000—2010年間, 黃驊市LUES值為0.458~0.466, 土地利用生態(tài)安全處于臨界安全狀態(tài), 應(yīng)控制建設(shè)用地、鹽場及重度鹽堿地面積; (2)黃驊市土地利用生態(tài)安全提升主要得益于土壤鹽漬化的降低, 中、重度鹽堿地面積減少及輕度鹽堿地面積增加帶來的生態(tài)正效應(yīng)超過了建設(shè)用地面積增加帶來的生態(tài)負(fù)效應(yīng), 這是LUES提高的主要原因; (3)黃驊市土地生態(tài)安全指數(shù)(LESI)呈逐年上升趨勢, 安全狀態(tài)由2000年的較不安全(LESI為0.431)提升至2010年的較安全(LESI為0.666)狀態(tài); (4)壓力指數(shù)()在逐年減小, 響應(yīng)指數(shù)()在逐年增加, 2010年響應(yīng)指數(shù)對LESI貢獻(xiàn)最大, 其貢獻(xiàn)率為45.3%, 說明人為措施減小了土地生態(tài)風(fēng)險。本研究結(jié)果可為黃驊市土地生態(tài)利用提供科學(xué)依據(jù)。

土地生態(tài)安全; P-S-R模型; 土地利用生態(tài)安全; 濱海鹽堿地; 黃驊市

生態(tài)安全問題的提出, 最早源于20世紀(jì)80年代, 我國生態(tài)安全問題的提出基本始于20世紀(jì)90年代后期, 主要強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性[1]。國外生態(tài)安全研究主要集中在生態(tài)健康、基因工程生物的生態(tài)安全、生態(tài)入侵風(fēng)險、環(huán)境污染風(fēng)險、食品安全等方面, 側(cè)重從不同角度探討生態(tài)安全問題, 關(guān)注的研究尺度多為全球或國家層面[2-5]。國內(nèi)則更多地關(guān)注生態(tài)健康診斷、生態(tài)風(fēng)險評價等生態(tài)安全狀態(tài)的評價研究[1,6], 評價方法趨于多元化, 主要包括壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(P-S-R, press-state-response)模型評價、屬性識別模型、景觀分析等方法[4,7-10]。P-S-R模型從社會經(jīng)濟(jì)與環(huán)境有機(jī)統(tǒng)一的觀點(diǎn)出發(fā), 表明了人與自然的相互影響, 為生態(tài)安全指標(biāo)構(gòu)造提供了一種邏輯基礎(chǔ)[11], 是應(yīng)用較廣泛的評價模型[4,8-9,12]。

土地系統(tǒng)作為人類生存生活的必要棲息場所, 近年來土地利用結(jié)構(gòu)不合理、土地生態(tài)環(huán)境惡化等問題日益凸顯, 隨著GLP(global land project)工作的開展, 土地系統(tǒng)的生態(tài)安全問題已經(jīng)引起了國內(nèi)外學(xué)者的極大關(guān)注。孫奇奇等[13]運(yùn)用主成分分析法對哈爾濱市土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行分析, 并設(shè)定安全閾值。楊賽明等[14]構(gòu)建“自然-社會-經(jīng)濟(jì)”指標(biāo)體系并運(yùn)用數(shù)學(xué)模型評價濟(jì)南市土地資源生態(tài)安全。鑒于P-S-R模型能夠表明人類活動與環(huán)境相互影響的特點(diǎn), 更多學(xué)者選用P-S-R或改進(jìn)的P-S-R模型展開土地生態(tài)安全的評價工作[15-17]。

土地系統(tǒng)的基本構(gòu)成因素包括土地利用結(jié)構(gòu)與功能, 土地利用結(jié)構(gòu)決定了土地功能, 而土地利用結(jié)構(gòu)又與人類活動息息相關(guān), 因此, 整合土地利用與土地生態(tài)安全, 分析區(qū)域土地生態(tài)安全變化, 探討土地利用變化對區(qū)域生態(tài)安全的影響, 可以深入了解區(qū)域土地安全狀態(tài)及驅(qū)動機(jī)制。我國已有學(xué)者在此方面進(jìn)行了研究, 喻鋒等[18]評價了像元水平尺度的皇甫川流域生態(tài)安全, 并在此基礎(chǔ)上分析了土地利用變化與生態(tài)安全的關(guān)系; 呂建樹等[5]在土地利用時空變化分析的基礎(chǔ)上, 構(gòu)建“隱患-狀態(tài)-免疫”生態(tài)安全評價指標(biāo)體系, 應(yīng)用改進(jìn)TOPSI模型展開濟(jì)寧市生態(tài)安全綜合評價分析; 南穎等[19]將土地利用類型作為指標(biāo)之一, 運(yùn)用P-S-R模型評價了圖們江地區(qū)的生態(tài)安全。

河北東部濱海地區(qū)處水陸交接地帶, 地下水埋深淺, 土壤鹽漬化嚴(yán)重, 地上植被類型單一, 水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)對本區(qū)水環(huán)境造成一定的危害, 為生態(tài)脆弱區(qū), 其土地生態(tài)安全問題尤其值得關(guān)注。本研究以河北濱海區(qū)的黃驊市為例, 設(shè)計了基于土地利用類型的黃驊市土地利用生態(tài)安全(LUES)分級標(biāo)準(zhǔn), 計算得出研究時間段內(nèi)的LUES值, 并將其作為評價指標(biāo)帶入P-S-R模型展開黃驊市土地生態(tài)安全狀態(tài)的評價, 以期得到黃驊市土地生態(tài)安全動態(tài)變化, 為濱海鹽堿區(qū)域的生態(tài)安全治理提供可靠依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

黃驊市位于河北省東南部, 渤海灣西岸(117°05′~117°40′E, 38°09′~38°39′N), 總面積22.19萬hm2, 屬于海積平原, 平均海拔高度1~7.5 m, 地形平坦。海岸地貌是海侵又轉(zhuǎn)化為海退以后逐漸形成的, 屬于淤泥型泥質(zhì)海岸。區(qū)內(nèi)地下水水質(zhì)較差, 大部分地區(qū)礦化度超過3 g?L-1, 水化學(xué)類型為Cl-Na型或Cl-Na·Mg型, 土壤貧瘠, 鹽漬化程度高, 部分地區(qū)超過3%。土壤類型主要有黏質(zhì)潮土、壤質(zhì)潮土、砂壤質(zhì)潮土、氯化物鹽化潮土、濱海鹽土和鹽化沼澤土6種類型, 潮土類分布面積最大, 為8.88萬hm2, 是黃驊市農(nóng)業(yè)用地的主要土壤類型。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

1.2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究所用數(shù)據(jù)為2000年、2005年與2010年3期遙感數(shù)據(jù)與統(tǒng)計數(shù)據(jù)(表1)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)主要為社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計數(shù)據(jù), 來自《滄州年鑒》。遙感數(shù)據(jù)來自于Landsat影像(空間分辨率為30 m)。遙感影像預(yù)處理在ERDAS IMAGINE 9.2軟件平臺支持下完成, 取樣方法為三次卷積(CC), 地圖投影采用UTM, 大地基準(zhǔn)與橢球體為WGS84。

表1 黃驊市遙感影像信息

1.2.2 遙感影像數(shù)據(jù)處理

1)遙感影像解譯

根據(jù)我國《土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)》與大量的野外實地調(diào)研, 結(jié)合黃驊市土地地表覆蓋特征, 將黃驊市土地利用類型初步分為建設(shè)用地、沼澤地、鹽場、養(yǎng)殖水面、水域及農(nóng)用地六大類。黃驊市為濱海沖積海積平原, 土地多具鹽漬化特征, 而鹽漬化程度也是土地生態(tài)安全極其重要的指標(biāo), 因此, 本研究將農(nóng)用地分為輕度鹽堿地、中度鹽堿地及重度鹽堿地, 黃驊市鹽堿化分級及TM解譯標(biāo)志參考高會等[20]的解譯標(biāo)志。綜上, 本研究將黃驊市土地利用類型共分為建設(shè)用地、鹽場、養(yǎng)殖水面、水域、輕度鹽堿地、中度鹽堿地、重度鹽堿地及其他用地八大類。其中, 養(yǎng)殖水面與水域的解譯特征區(qū)別在影像結(jié)構(gòu)性, 具有規(guī)整方形格網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的水域解譯為養(yǎng)殖水面, 其他純色部分為水域。

2)遙感數(shù)據(jù)處理

借助ArcGIS 10.2軟件平臺, 利用黃驊市行政區(qū)邊界矢量圖對解譯完成的遙感影像進(jìn)行裁剪得到黃驊市土地利用類型圖, 并對各地類進(jìn)行面積統(tǒng)計。

1.3 黃驊市土地生態(tài)安全評價模型構(gòu)建

本研究采用應(yīng)用較廣泛的P-S-R模型展開研究區(qū)土地生態(tài)安全評價。

1.3.1 評價指標(biāo)體系建立

1)評價指標(biāo)的選取

P-S-R模型從系統(tǒng)壓力、系統(tǒng)狀態(tài)與系統(tǒng)響應(yīng)3個方面構(gòu)建指標(biāo)體系。壓力指標(biāo)指人類活動給系統(tǒng)造成的負(fù)荷; 狀態(tài)指標(biāo)指生態(tài)系統(tǒng)及資源環(huán)境的狀態(tài); 響應(yīng)指標(biāo)指人類應(yīng)對環(huán)境問題所采取的對策與措施[19]。借鑒已有區(qū)域土地生態(tài)安全評價研究的指標(biāo)體系[17,21-22], 考慮數(shù)據(jù)的可獲取性, 本文篩選出具有代表性的16個指標(biāo), 構(gòu)建黃驊市土地生態(tài)安全指標(biāo)體系。景觀指標(biāo)能完整、客觀地反映土地系統(tǒng)的安全狀況[16], 因此, 選取了能代表系統(tǒng)穩(wěn)定性與連通性的邊緣密度與聚集度指數(shù)作為狀態(tài)指標(biāo)中的2個指標(biāo)。邊緣密度是景觀破碎化程度的直接反應(yīng), 邊緣密度值越高, 系統(tǒng)景觀破碎度越大; 聚集度指數(shù)說明同類型斑塊的鄰近程度, 聚集度指數(shù)越高, 此類型用地連通性越好。土地利用生態(tài)安全(LUES)從土地利用用途的廣適性及對環(huán)境的破壞程度說明了研究區(qū)在土地利用方面的安全狀態(tài), 因此也作為狀態(tài)指標(biāo)中的1個指標(biāo)。體系分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層3個層次, 具體見表2。

表2 黃驊市濱海鹽堿土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系

續(xù)表

2)黃驊市土地利用生態(tài)安全評價

本文參考相關(guān)研究[8,16-17]及濱海鹽堿地區(qū)特點(diǎn), 從土地用途廣適性與可變更性及對土地環(huán)境破壞程度的視角出發(fā), 設(shè)計了基于土地利用類型分類的黃驊市土地利用生態(tài)安全分級標(biāo)準(zhǔn)(表3)。為定量化研究黃驊市土地利用生態(tài)安全狀態(tài), 參考南穎等[19]的分級標(biāo)準(zhǔn), 安全級別從高到低分別賦予相應(yīng)的土地利用生態(tài)安全標(biāo)準(zhǔn)值(LUES0)(表3)。

土地利用生態(tài)安全值(11)計算公式為:

11(1)

式中: LUES0i為安全等級的土地利用生態(tài)安全標(biāo)準(zhǔn)值, 具體數(shù)值見表3;W為安全等級土地面積所占權(quán)重, 計算公式[23]見公式(2)。

表3 基于土地利用類型的黃驊市土地利用生態(tài)安全分級標(biāo)準(zhǔn)

LUES為土地利用生態(tài)安全(表2中的11)計算值, LUES0為土地利用生態(tài)安全分級標(biāo)準(zhǔn)。LUES is value of land use ecological security status (index11showed in the table 2). LUES0is classification criteria of land use ecological security.

式中:A為安全等級土地面積, hm2。

1.3.2 評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理

采用極值法對指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理, 轉(zhuǎn)化到[0,1]之間, 具體公式如下:

Z=(X-min{X})/(max{X}-min{X}) (X為正向指標(biāo)) (3)

Z=(max{X}-X)/(max{X}-min{X}) (X為負(fù)向指標(biāo)) (4)

式中:Z表示歸一化值, 即標(biāo)準(zhǔn)值;X為年指標(biāo)的實際值。

1.3.3 利用均方差賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

均方差賦權(quán)法的權(quán)重是由各指標(biāo)在評價指標(biāo)體系中的實際數(shù)據(jù)形成的, 客觀性較強(qiáng)。也就是說, 各指標(biāo)相對權(quán)重的大小取決于在該指標(biāo)下各樣本數(shù)據(jù)值的相對離散程度, 若各樣本在某指標(biāo)下數(shù)據(jù)值的離散程度越大, 該指標(biāo)的權(quán)重也越大, 反之該指標(biāo)權(quán)重應(yīng)越小。

指標(biāo)權(quán)重W計算公式為:

(6)

式中:Z表示年指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值;為指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的均值, 其計算公式為:

計算結(jié)果見表2“權(quán)重”列。

1.3.4 土地生態(tài)安全指數(shù)計算與分級標(biāo)準(zhǔn)

本文利用綜合指數(shù)評價法[17]計算土地生態(tài)安全指數(shù)LESI(land ecological security index), 即將篩選出來的每一個單項參與評價的指標(biāo)自身權(quán)重值與評價指標(biāo)值相乘, 然后求和, 從而計算出研究區(qū)的土地生態(tài)安全指數(shù)。

其計算公式如下:

LESI=(8)

式中: LESI代表年土地生態(tài)安全指數(shù),Z為評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值,W為指標(biāo)權(quán)重值。

在LESI計算基礎(chǔ)上, 借鑒已有研究結(jié)果[5,17,24], 將LESI由高到低分為5個等級, 具體等級劃分及意義見表4。

2 結(jié)果與分析

2.1 基于土地利用類型的黃驊市土地利用生態(tài)安全評價

表5顯示2000年、2005年、2010年黃驊市土地利用生態(tài)安全值分別為0.458、0.459、0.466, 均處于臨界安全狀態(tài), 說明當(dāng)前土地利用結(jié)構(gòu)存在一定問題, 應(yīng)控制土地用途可變更性差的Ⅳ、Ⅴ等級區(qū)域面積。2000年與2005年LUES(土地利用生態(tài)安全)值變化不大, 2010年LUES值略有增加。5個安全等級中, 安全等級Ⅱ所占面積較大(面積比重為32.23%~38.52%), LUES值也最高, 對綜合LUES值的貢獻(xiàn)率超過50%, 高達(dá)57.9%, Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等級LUES值依次減小, 等級Ⅰ與Ⅴ貢獻(xiàn)率均不超過10%。時間尺度上看, 等級Ⅰ與Ⅴ的LUES值逐年增大, 等級Ⅱ與Ⅳ的LUES值呈先減小后增大趨勢, 等級Ⅲ呈先增大后減小趨勢且其變化率最高可達(dá)47.8%。

表4 黃驊市土地生態(tài)安全分級標(biāo)準(zhǔn)

LESI指土地生態(tài)安全指數(shù)。LESI is land ecological security index.

表5 基于土地利用類型的不同年份黃驊市土地利用生態(tài)安全狀態(tài)

2.2 黃驊市土地利用動態(tài)變化

土地利用生態(tài)安全評價的基礎(chǔ)是土地利用類型, 本節(jié)分析了研究時段內(nèi)黃驊市的土地利用動態(tài)變化(圖1), 找出對土地利用生態(tài)安全變化貢獻(xiàn)較大的幾種土地利用類型, 從而進(jìn)行針對性的調(diào)控使其向更安全的方向發(fā)展。

1)2000—2005年間, 建設(shè)用地面積增加量大于其他用地減少量從而導(dǎo)致不安全等級土地的面積增加; 重度鹽堿地面積的減少量遠(yuǎn)大于鹽場的增加量, 因此這5年間較不安全等級面積是減少的; 養(yǎng)殖水面面積與中度鹽堿地面積均有所增加導(dǎo)致臨界安全面積的增加; 隸屬較安全等級的輕度鹽堿地面積是減少的; 隸屬安全等級的水域面積是增加的?？傮w來講, 雖然建設(shè)用地面積增加(1.12萬hm2), 但總LUES值因重度鹽堿地面積減少(1.35萬hm2)的抵消作用變化不大。

2)2005—2010年間, 建設(shè)用地與其他用地面積均增加, 因而不安全等級面積增加; 重度鹽堿地面積與鹽場面積略有增加導(dǎo)致較不安全等級面積的小幅增加; 中度鹽堿地面積的大幅減少是臨界安全等級土地面積減少的主要原因; 輕度鹽堿地、水域面積增加, 因此較安全、安全等級面積是增加的?？偟膩砜? 輕度鹽堿地面積增加(1.37萬hm2)緩沖了不安全與較不安全等級面積增加(0.99萬hm2)帶來的生態(tài)安全風(fēng)險, 而中度鹽堿地面積的大幅減少(3.05萬hm2)更在一定程度上提升了黃驊市的土地利用生態(tài)安全。

3)從2000—2010年10年的時間尺度來看, 除因重度鹽堿地大面積減少帶來的較不安全等級面積減少外, 其他土地利用變化規(guī)律與2006—2010年基本一致。10年間, 建設(shè)用地面積一直處于增加態(tài)勢, 而中、重度鹽堿地面積的減少是黃驊市土地利用生態(tài)安全提升的關(guān)鍵因素。

2000—2010年期間, 隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與城市化規(guī)模的擴(kuò)大, 黃驊市建設(shè)用地面積在逐年增加, 這不利于土地的多用途利用, 會減小土地的利用潛力, 因此, 未來應(yīng)控制建設(shè)用地面積。鹽堿地作為重要的后備耕地資源, 通過科學(xué)的技術(shù)手段進(jìn)行治理后, 滄州濱海地區(qū)的鹽漬化得到很大程度地降低, 大大提高了土地的生態(tài)利用性?？傮w而言, 土壤鹽漬化降低帶來的生態(tài)正效應(yīng)超過了建設(shè)用地增加帶來的生態(tài)負(fù)效應(yīng), 黃驊市土地利用生態(tài)安全逐年增加。

2.3 基于P-S-R模型的黃驊市土地生態(tài)安全綜合評價

基于P-S-R模型的黃驊市土地生態(tài)安全綜合評價結(jié)果見表6。總體上看, 2000—2010年間黃驊市土地生態(tài)安全指數(shù)是逐年上升的, 安全等級由2000年的等級Ⅳ(較不安全)提高至2010年的等級Ⅱ(較安全)。P-S-R模型中, “壓力”(P)表征人類活動對土地系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生的負(fù)面影響, “狀態(tài)”(S)表征可持續(xù)發(fā)展過程中土地系統(tǒng)存在的狀態(tài), “響應(yīng)”(R)表征人類為促進(jìn)土地可持續(xù)發(fā)展所采取的措施。2000年3個準(zhǔn)則層的安全指數(shù)依次為>>, 2005年依次為>>, 2010年依次為>>, 可以看出, 壓力在逐年減小, 響應(yīng)在逐年增加, 到2010年響應(yīng)指數(shù)已超過壓力指數(shù), 說明人類已意識到人為活動對生態(tài)環(huán)境的破壞并采取積極措施去減輕、恢復(fù)或預(yù)防人類活動對環(huán)境的負(fù)面影響, 從而減小土地生態(tài)風(fēng)險。

表6 2000年、2005年和2010年黃驊市土地生態(tài)安全指數(shù)計算結(jié)果

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

1)總體上2000—2010年間黃驊市土地利用生態(tài)安全處于臨界安全狀態(tài), 應(yīng)控制土地用途可變更性差的Ⅳ和Ⅴ等級區(qū)域面積; 安全等級Ⅱ土地面積超過30%, 其對土地利用生態(tài)安全(LUES)貢獻(xiàn)率超過50%, 是研究區(qū)土地利用為臨界安全狀態(tài)的關(guān)鍵, 其他等級貢獻(xiàn)率依次為Ⅲ>Ⅳ>Ⅴ≈Ⅰ。

2)黃驊市土地利用生態(tài)安全提升主要得益于土壤鹽漬化的降低, 中、重度鹽堿地面積減少及輕度鹽堿地面積增加帶來的生態(tài)正效應(yīng)超過了建設(shè)用地面積增加帶來的生態(tài)負(fù)效應(yīng)。2000—2005年間, 雖建設(shè)用地面積增加, 但總LUES因重度鹽堿地面積減少的抵消作用變化不大; 2006—2010年間, 輕度鹽堿地面積增加緩沖了建設(shè)用地及重度鹽堿地面積增加帶來的生態(tài)安全風(fēng)險, 而中度鹽堿地面積的大幅減少在一定程度上提升了黃驊市的土地利用生態(tài)安全。

3)黃驊市土地生態(tài)安全指數(shù)(LESI)呈逐年上升趨勢, 安全等級由2000年的等級Ⅳ(較不安全)提高至2010年的等級Ⅱ(較安全)。時間尺度上看, 壓力指數(shù)在逐年減小, 響應(yīng)指數(shù)在逐年增加, 2010年響應(yīng)指數(shù)對ESI貢獻(xiàn)最大, 其貢獻(xiàn)率為45.3%, 說明人為措施減小了土地生態(tài)風(fēng)險。

3.2 問題與展望

3.2.1 未來可引入生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量, 進(jìn)一步完善P-S-R評價指標(biāo)體系

本文依據(jù)黃驊市鹽漬化重的特點(diǎn)將鹽堿地按照鹽漬化程度細(xì)分為輕度、中度及重度鹽堿地, 結(jié)合建設(shè)用地等5種常見土地利用類型, 將黃驊市土地利用分為8種類型, 并賦予不同土地利用類型以相應(yīng)的生態(tài)安全級別, 量化得到土地利用生態(tài)安全值(LUES), 并將此作為評價指標(biāo)帶入P-S-R模型, 完善了P-S-R模型的指標(biāo)體系。但因本文意在突出鹽堿土地生態(tài)安全狀況, 文中農(nóng)用地總體劃分為輕度、中度及重度鹽堿地, 沒有細(xì)化為耕地、園地、林地等基本農(nóng)用地類型。而耕地、園地、林地的植被覆蓋率與持水量等生態(tài)功能是有差異的, 從土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)角度來講, 這3類土地利用類型的生態(tài)安全性是不一致的。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是表征生態(tài)系統(tǒng)為人類提供生態(tài)福祉的指標(biāo), 因此, 可以嘗試從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)層面展開土地生態(tài)安全的分析。國內(nèi)外也有相關(guān)方面的研究, 何玲等[25]已通過計算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算黃驊市生態(tài)安全底線, 認(rèn)為2081年黃驊生態(tài)安全將會達(dá)到底線42.44億元, 但僅考慮土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù), 僅能說明土地為人類提供的福祉, 不能定量分析人類活動對土地系統(tǒng)的生態(tài)負(fù)效應(yīng)及人類對修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)所做工作的正向效應(yīng)。因此, 本研究接下來將把生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值作為表征生態(tài)狀態(tài)的指標(biāo), 以期進(jìn)一步完善P-S-R模型的指標(biāo)體系, 得到更加科學(xué)合理的土地生態(tài)安全評估結(jié)果。

3.2.2 基于土地利用格局優(yōu)化的土地生態(tài)安全提升

通過本文的分析, 認(rèn)為黃驊市土地利用生態(tài)安全的提升主要得益于中、重度鹽堿地面積的降低, 即黃驊市土壤鹽漬化程度的降低。黃驊市因瀕臨渤海灣, 地下水含鹽量高且埋深淺導(dǎo)致較嚴(yán)重的土壤鹽漬化, 通過明溝排水、暗管改堿等水利工程措施降低地下水位、延長毛細(xì)管上升路徑從而減輕了土壤鹽漬化[26], 但黃驊市瀕臨渤海的位置特點(diǎn)決定了其土壤很難達(dá)到非鹽漬化的狀態(tài)[27], 因此, 未來要從減輕土壤鹽漬化狀態(tài)的角度提升黃驊市土地生態(tài)安全是很難實現(xiàn)的。在這一前提下, 結(jié)合研究區(qū)水資源與土地資源特點(diǎn), 高效利用地下咸水資源與降水資源提升植被覆蓋度與土地利用率及農(nóng)作物產(chǎn)量將是提升黃驊市土地生態(tài)安全的較好途徑。牛君仿等[28]從優(yōu)化農(nóng)田管理農(nóng)藝措施、生物措施、水利工程措施等方面總結(jié)了咸水安全利用農(nóng)田調(diào)控的技術(shù)措施; 張喜英等[29]研究了環(huán)渤海低平原農(nóng)田多水源高效利用的機(jī)理與技術(shù), 綜述了挖掘咸水利用潛力、提高水資源高效利用的一些具體措施, 并針對冬小麥夏玉米水分利用做了較細(xì)致的研究; 孔曉樂等[30]研究認(rèn)為采用外來調(diào)水和淺層地下水、坑糖水混合灌溉可以顯著提高咸淡水的利用率。以上研究可為黃驊市水資源的高效合理利用提供技術(shù)參考, 在此基礎(chǔ)上可開展基于水土耦合的黃驊市土地利用格局優(yōu)化研究, 從優(yōu)化土地利用格局的角度提高其土地生態(tài)安全。

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Evaluation of ecological security of coastal saline land in Hebei*

YU Shuhui1,2, ZHOU Xiangli3, QING Jichuan1, CHEN Zikang1, GUO Aiqing1, QIN Ling1

(1. Hebei GEO University, Shijiazhuang 050031, China; 2. Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China; 3. China University of Geosciences, Beijing 100083, China)

Severe soil salinization and fragile ecological environment are characteristic features of coastal saline land. It is therefore very important to analyze the state of ecological security of coastal saline land and the driving mechanisms in order to lay the basis for structural land adjustment and land function upgrade. Based on the land use types, a classification standard of land use ecological security (LUES) in coastal saline area of Huanghua City, Hebei Province was developed. LUES values in 2000, 2005 and 2010 were calculated in Huanghua City, and key land use types were explored. Based on the above results, we selected 16 indicators (including LUES) combining with TM data and socio-economic data for 2000–2010, coupling with Erdas, ArcGIS and Fragstats platforms, to construct the P-S-R land ecological security evaluation model, and then used this model to evaluate the state of land ecological security status in Huanghua City. The results showed that: (1) LUES value for Huanghua City was 0.458–0.466 during the period of 2000-2010, LUES was at critical security state; and there was an urgent need to control the areas of construction land, salty land and heavily saline land. (2) Improvement of LUES in Huanghua City was mainly due to the decreased of soil salinization. Positive ecological effects of decrease in both moderate and severe saline land areas, and increase in lightly saline land areas exceeded the negative ecological effects of increase in construction land areas. (3) The land ecological security index (LESI) of Huanghua City showed a rising trend year by year, and the safety state improved from less secure (LESI = 0.431) in 2000 to safe (LESI = 0.666) in 2010. (4) The stress index () decreased, while the response index () increased year by year. For 2010,contributed the most to LESI (45.3%), which indicated that the developed measures reduced ecological risk of land in the study area. The results provided a scientific basis for ecological utilization of land in Huanghua City.

Land ecological security; P-S-R model; Ecological security of land use; Coastal saline land; Huanghua City

X171; X22

A

1671-3990(2017)05-0778-09

10.13930/j.cnki.cjea.160705

* 石家莊市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計劃項目(165790095A)和河北省社科基金項目(HB15YJ020, HB15YJ025)資助

于淑會, 主要從事土地生態(tài)安全與生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)管理研究。E-mail: yushuhui126@126.com

2016-08-11

2016-10-24

* The study was funded by the R&D Project of Shijiazhuang Science & Technology (165790095A) and the Social Science Foundation of Hebei Province (HB15YJ020, HB15YJ025).

Corresponding author, YU Shuhui, E-mail: yushuhui126@126.com

Aug. 11, 2016; accepted Oct. 24, 2016

于淑會, 周向莉, 卿冀川, 陳子康, 郭愛請, 秦嶺. 河北濱海鹽堿土地生態(tài)安全評價[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2017, 25(5): 778-786

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