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标题 南水北调中线地区土地利用变化及生态环境效应
范文 郭恒亮等



摘要：根据河南境内南水北调中线沿线地区的土地利用数据，分析了土地利用变化的空间特征，并在县域尺度上分析了不同时期土地利用的生态环境效应。结果表明，近年来该区域耕地向建设用地的转移面积较多，但土地利用的整体格局并未发生显著变化，而整个区域内土地利用变化强度的空间分布极不均匀。中线工程施工以来，沿线地区生态环境状况总体上有所改善。
关键词：土地利用；南水北调中线地区；生态环境指数；河南省
中图分类号：X821 文献标志码：A 文章编号：1672-1683（2015）03-0444-04
Abstract：Based on the land use data in the Middle Route of South-to-North Water Transfer Project（SNWTP） in Henan Province，the spatial characteristics of land use change were analyzed，and the eco-environmental effects of land use in different periods at the county scale were investigated.The results indicated that a large area of cultivated land has become the construction land in recent years，but the overall pattern of land use has not changed significantly.Over the whole area，the spatial distribution of land use change intensity is extremely uneven.In addition，since the construction of Middle Route of SNWTP，the ecological environment has improved in general.
Key words：land use；Middle Route of SNWTP；ecological environment index；Henan Province
区域土地利用变化及其生态环境效应已成为地学研究热点问题之一，目前的研究多集中于生态环境脆弱地区[1-2]及城市周边地区[3-4]土地利用变化对生态环境的影响方面。南水北调中线工程是国家的重大基础设施工程[5]，也是一个十分复杂的生态系统工程[6]，以往对该工程沿线土地利用及其生态环境方面的研究相对欠缺[7-10]。
随着国家“中原崛起”和“中原经济区”战略的实施及工业化进程的推进，河南经济在取得巨大发展的同时，也产生了城乡建设用地扩张、资源过度开发和污染物大规模排放等问题，给南水北调中线沿线地区的生态环境带来巨大压力。因此，掌握该地区土地利用及生态环境状况及其变化态势，不仅有助于减少沿线地区生态环境变化对南水北调工程水质安全的影响，更能为沿线地区经济社会、资源环境的可持续发展提供支持。
1 研究区概况
南水北调中线工程干线在河南省境内经过27个区县，东北至安阳县，西南分别到淅川县和邓州市，区域的经纬度范围为32.38°N-36.36°N，110.98°E-114.76°E。在河南境内干渠长度731 km，占南水北调中线工程总干渠全长的36%，区域面积31 109 km2，约占河南省面积的16%。沿途跨越伏牛山、南阳盆地、华北平原等多个地形单元，地形地貌较为复杂。途径长江、淮河、黄河和海河四大流域，具有不同的水生态特征。区域内资源丰富，土地开发历史悠久，土地利用类型复杂多样。
研究区跨越湿润、半湿润的亚热带和半湿润、半干旱的暖温带2个气候带，气候、水资源、生物、土壤等变化多样，社会经济情况也存在很大差异[8]。同时，研究区内的水资源承载能力与经济社会发展不相适应，因此产生了许多河道断流，地下水位持续下降，地面沉降塌陷，水体严重污染等环境问题，严重制约经济社会的可持续发展[9]。
2 数据来源及处理
本文利用ERDAS IMAGINE分别对研究区内2000年、2005年的Landsat5 TM影像和2012年的资源2号卫星影像进行波段合成、几何校正、影像拼接裁剪等一系列预处理；然后通过监督分类划分了土地利用的一级类型[11-14]，三期影像的解译精度分别为91.3%、90.7%和93.1%，满足精度要求；在一级分类的基础上，根据土地资源的自然属性划分了二级类型（见表1）；最后再进行了实地考察验证和纠错，得到各时期的土地利用数据。运用层次分析法并参照相关的研究成果[2-3]，对二级土地利用分类下各土地利用类型所具有的生态环境指数进行赋值（表1）。
3 土地利用变化特征的分析
3.1 土地利用结构变化分析
在2005到2012年7年间，区域内耕地和草地的面积分别减少987.77 km2和312.29 km2，林地增加214.59 km2，水域增加125.34 km2，建设用地和未利用土地分别增加955.31 km2和4.82 km2。其中耕地的净减少面积略高于建设用地的净增加面积，而期内耕地转化为建设用地的面积达到1 210.92 km2，占耕地转移面积的69.06%和总转移面积的39.19%，是区域内主要的土地转移类型。[JP+1]这是由于耕地在整个区域内所有的土地利用类型中占主导地位，2005年耕地占据全区域面积约65.94%；而南水北调中线沿线地区又处于中原经济区的重要位置，因此工业化和城镇化必然导致对耕地的大量占用。另一方面，南水北调工程实施以来，区域内的生态工程建设受到重视，因此林地有较大面积的增加。
分析区域内各类土地利用比重的变化可知，耕地一直占据主导地位， 2012年其面积仍占全区域62.77%。虽然建设用地比重由2005年的11.27%增加到2012年的14.34%，与林地面积基本持平，但并未对区域土地利用整体格局产生根本性影响。
3.2 土地利用变化强度分析
根据GIS的空间分析原理，对土地利用变化的动态图斑进行密度分析。具体方法是以每个图斑的质心点位置为对象，结合其所在图斑的面积进行核密度估算。得到土地利用变化强度的空间分布图（图1）。
2000年-2005年，南水北调中线工程沿线河南境内高强度的土地利用的变化主要集中于郑州市及其周边地区，其他地区的变化强度相对较低。2005年-2012年，整个区域的土地利用变化强度明显增大，但在空间分布上趋于分散。整体呈北高南低的规律，其中以郑州市和博爱县的土地利用变化强度最高，其次是修武县、辉县市北部和方城县南部等一些地区。
由于耕地向建设用地的转移主导了区域内土地利用的变化，因此土地利用的变化强度主要集中于城市及其周边地区。在2000年-2005年间，郑州市的土地利用变化强度最大。其后，城市扩张趋势已扩展至郑州市的外围地区和各县市。这必然导致整个区域用水量的大幅增加，区域内本已紧缺的水资源将变得更为紧张。
3.3 土地利用生态环境效应分析
根据表1中的生态质量指数赋值进行计算，得到区域生态环境指数（EV），它综合考虑了区域内各土地利用类型所具有的生态环境质量及面积比例，用以定量表征某一区域内生态环境质量的总体状况[10]，EV值越高表明生态环境状况越好。
式中：LUi、Ci分别表示该区域内t时期第i种土地利用类型所具有的面积和生态质量指数；TA为区域总面积；n为区域内所有土地利用类型数量。
以县级行政区为单位进行分析，计算每个县各时期的生态环境指数并进行比较，得到全区域和每个行政区内的生态环境状况及其变化情况（图2）。
分析发现生态环境状况较好的有淅川、鲁山、修武以及辉县市，生态环境指数均在0.4以上。因为在这些地区，林地、高覆盖度草地和水域等具有较高生态环境指数的土地利用类型分布较多。此外，新乡市辖区的生态环境状况最差，EV值仅有0.22，安阳市、汤阴县、郑州市、长葛市等地的生态环境指数在整个区域中也处于较低水平。原因在于这些地区均有较大的城市或工业区分布，对生态环境的负面影响极大。
对比三期的EV值，博爱县环境状况改善最大，EV值在2005年-2012年增加0.09，主要原因在于其境内林地大面积增加。此外，郏县、方城和叶县等地区的生态环境也有较大改善，因为其境内林地、草地和水域的面积也有不同幅度的增长。而郑州、新郑和新乡等地区的EV值有较大幅度下降，这些区域的土地利用类型均有较大变化，而且以耕地向建设用地的转移为主。如郑州市在该时期内其他类型用地转为建设用地的面积高达161.27 km2，占各类土地转入面积的73.88%，导致其生态环境恶化情况最严重。从全区域来看，EV值从2000年-2005年虽略有减少但变化并不明显，此后EV值从0.338增加到2012年的0.341，这一增量在全局尺度上已非常显著。表明南水北调中线地区河南省境内2005年-2012年间的生态环境状况有明显改善。由土地利用转移矩阵的分析可知，该时期整个区域林地和水域面积的增加对生态环境的改善有较大贡献。
4 结论
基于土地利用的生态环境效应分析发现，土地利用类型不同，其生态环境质量也有明显差异。从县域尺度来看，河南省境内南水北调中线沿线地区的生态环境质量区域差异明显，一些生态环境指数较低的地区应采取应对措施，谨防其恶化。
土地利用类型的变化必然导致生态环境状况的变化。2005年-2012年，区域内大面积的耕地变为建设用地，而且城市周围的土地利用变化强度往往更高，导致这些地区的生态环境状况趋于恶化。南水北调通水后，应特别重视沿途城市及工矿区的生态保护，尽量减少对南水北调工程的负面影响。
此外，土地利用类型在不同地区虽然有不同强度的变化，但是这些变化并未对土地利用的整体格局产生明显影响，区域内的土地利用情况稳定，2000年-2005年区域生态环境总体变化并不显著。2005年以后，土地利用变化强度明显增强，各区县的生态环境指数虽互有增减，但整个区域的生态环境状况有显著改善。
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更新时间：2025/3/15 8:34:37