基于GIS的高陵區(qū)土地生態(tài)狀況評估

1、    基于gis的高陵區(qū)土地生態(tài)狀況評估    楊彤 楊瑾摘要：本文以高陵區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為評價單元，對其土地生態(tài)狀況進行評估，通過對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的整理分析，以土地自然條件指標、土地結(jié)構(gòu)狀況指標、生態(tài)保護指標、土地退化狀況指標4個準則層為基礎(chǔ)，包含7個評估指標、18個元指標，構(gòu)建了高陵區(qū)土地生態(tài)狀況評估指標體系。借助gis分析、景觀格局分析、極差標準化法和熵值法等進行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的處理及指標權(quán)重的測算。通過對生態(tài)狀況的綜合評估分值的計算，研究區(qū)可劃分為優(yōu)秀、良好、較差3個等級，優(yōu)良等級占比近 54.28%，差的等級占比45.72%，通過對優(yōu)良、較差區(qū)域的分布情況的針對

2、性分析，對生態(tài)狀況較差的區(qū)域提出相關(guān)建議，這對高陵區(qū)生態(tài)環(huán)境的改善和保護有積極的意義。關(guān)鍵詞：土地生態(tài);arcgis;評估;高陵區(qū)：s181  ：adoi：10.19754/j.nyyjs.2020022901321世紀以來，我國的經(jīng)濟發(fā)展迅猛，綜合國力不斷增強，以居全球第2大經(jīng)濟體。與此同時，我國的經(jīng)濟發(fā)展也面臨著自然資源的約束，尤其在土地資源上表現(xiàn)的更為明顯。土地資源作為人類社會賴以生存和發(fā)展基本的生活、生產(chǎn)要素1，其不可移動性及位置固定性的特點導致了土地資源成為了越來越稀缺的資源。同時，土地資源作為重要的生態(tài)綜合體，在為各類生物群體提供生產(chǎn)、生活發(fā)展物質(zhì)基礎(chǔ)的同時，又能反作用于

3、生物群體。而土地生態(tài)系統(tǒng)作為兩者有機結(jié)合、相互影響的載體，能夠為人類提供服務(wù)并且持續(xù)滿足人類生產(chǎn)發(fā)展的需要2。伴隨著中國人口的持續(xù)增長，人地矛盾越來越突出，建設(shè)用地無序擴張甚至已經(jīng)侵占了生態(tài)用地，這一系列行為將導致我國很多地區(qū)土地生態(tài)功能的退化，生態(tài)環(huán)境破壞等嚴重問題的產(chǎn)生，這給我國的生態(tài)安全、社會經(jīng)濟發(fā)展和人民的生活帶來了諸多的不良影響。面對土地生態(tài)存在的嚴峻形勢，需對土地生態(tài)進行全面客觀地評估3，本文以高陵區(qū)的實地情況為依據(jù)，從4個準則層方向出發(fā)，選取7個評估指標、18個元指標，對高陵區(qū)的土地生態(tài)狀況進行評估、分析，了解全區(qū)的土地生態(tài)狀況空間分布特征和存在的問題，保護生態(tài)環(huán)境，為土地資源的

4、可持續(xù)利用提供數(shù)據(jù)支撐4，保障高陵區(qū)生態(tài)資源的有序利用。1研究區(qū)概況高陵區(qū)位于西安市北部，地處陜西關(guān)中平原的腹地，東鄰臨潼區(qū)，西連咸陽市渭城區(qū)，南接未央、灞橋區(qū)，北鄰閻良區(qū)、咸陽市三原縣。地理坐標介于e 108°5616109°1115，n 34°250034°3730之間。氣候為暖溫帶半濕潤大陸性氣候，年平均氣溫為 14.1，年平均降水量為 386.6mm，無霜期為 231d左右。土壤以婁土、褐土、淤土、潮土為主，土層厚度在2030cm之間。高陵區(qū)土地總面積 285.03hm2，轄崇皇、鹿苑、張卜、通遠、涇渭和耿鎮(zhèn)6個街道辦事處，2018年高陵區(qū)常住總

5、人口為36.26萬人，城鎮(zhèn)化率為64.6%。2研究數(shù)據(jù)與方法2.1數(shù)據(jù)來源本文以高陵區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為評價單元，采用20142018年土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒，遙感影像數(shù)據(jù)，高陵區(qū)土壤普查資料等作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。運用極差標準化法和熵值法、gis 分析、景觀格局分析法等方法進行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的處理和指標權(quán)重的計算，通過 arcgis、fragstats3.3、excel 等軟件對各項指標進行提取。2.2 指標體系構(gòu)建由于土地生態(tài)狀況是由多種因素組成的復雜系統(tǒng)共同作用的結(jié)果，這些因素包括自然因素、結(jié)構(gòu)因素以及社會因素等，因本文依據(jù)高陵區(qū)的地域特征，以簡便性、可操作性、綜合性、科學性和主導性為原則3，通過查

6、閱文獻、咨詢專家，確定了土地自然條件指標，土地結(jié)構(gòu)狀況指標，土地退化狀況指標，生態(tài)保護指標 4個準則層，7個指標層、18 個元指標層作為評估指標，構(gòu)建了高陵區(qū)的土地生態(tài)狀況評估指標體系。其中，土地自然條件指標層反映了高陵區(qū)的氣候、土壤、以及地形地貌條件等自然屬性的狀況7;土地結(jié)構(gòu)狀況指標層反映了高陵區(qū)景觀多樣性以及土地的利用狀況;土地退化狀況指標層反映了高陵區(qū)的土地退化的比例;生態(tài)保護指標層反映高陵區(qū)的生態(tài)壓力指數(shù)，具體如表1所示。表1土地生態(tài)狀況評估指標體系準則層指標層元指標層指標指向指標權(quán)重土地自然條件指標層土地結(jié)構(gòu)狀況指標層土地退化狀況指標層生態(tài)保護指標層氣候條件土壤條件地形地貌條件景觀

7、多樣性指數(shù)土地利用狀況指數(shù)土地退化指數(shù)生態(tài)壓力指數(shù)年均降水量正向0.0562土壤有機質(zhì)含量正向0.0416土層厚度正向0.0455坡度負向0.0554土地利用類型多樣性指數(shù)正向0.0709土地利用格局多樣性指數(shù)負向0.0993斑塊多樣性指數(shù)負向0.0390耕地比例正向0.0481林地比例正向0.0575草地比例正向0.0346濕地比例正向0.1136建設(shè)用地比例負向0.0547耕地退化比例負向0.0475林地退化比例負向0.0406草地退化比例負向0.0765濕地退化比例負向0.0383人口密度負向0.0405gdp密度負向0.04032.3評估方法2.3.1指標權(quán)重的確定熵值法作為一種較客觀

8、的權(quán)重確定方法8，可以排除一定的主觀因素，其可信度和精確度較高。因此，本文采用熵值法來確定各項指標的權(quán)重，該指標的權(quán)重越小，表明其離散程度越大，對于土地生態(tài)狀況綜合評估結(jié)果的影響就越大9。本文通過以下各式進行計算，從而得到各指標的權(quán)重值（見表1），具體步驟如下。由于不同數(shù)據(jù)的評估指標量綱不同，在確定指標權(quán)重時，應對各個評價單元的指標數(shù)據(jù)進行無量綱化處理10，本文使用極差標準化法，計算公式如式、：x'ij=（xij-xmin）（xmax-xmin） （正向性指標）x'ij=xmax-xij（xmax-xmin） （負向性指標）式中，i=（1，2，3n），j=（1，2，3n），x&

9、#39;ij為第i個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的第j個評價指標的標準化結(jié)果，xij為第i個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的第j個評價指標的原始數(shù)據(jù)。計算第i個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的第j個評價指標的比重，計算方法如式：yij=x'ijmi=1x'ijyij為第i個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的第j個評價指標的比重。再次，計算信息熵及信息熵冗余度。詳見式和：ej=-kmi=1（yij×lnyij）dj=1-ej式中，ej為指標信息熵，k = 1 /lnm，dj代表信息冗余度。計算評估指標的權(quán)重，具體計算方法詳見式：wj=dj/nj=1dj式中，wj為指標權(quán)重， k = 1 /lnm，m為各鄉(xiāng)鎮(zhèn)，n為指標數(shù)。2.3.2土地生態(tài)狀況的綜合評估分值測算本文采用綜合

10、指標法對4個準則層的評估分值與高陵區(qū)土地生態(tài)狀況評估綜合分值進行測算11（公式如下）：si=ni=1（wj×x'ij）其中，s 為土地生態(tài)狀況評估綜合分值，wj是元指標的權(quán)重，x'ij是各指標值經(jīng)過標準化處理后的結(jié)果，m為元指標的數(shù)量。3結(jié)果與分析3.1準則層評價3.1.1土地自然條件指標評價土地自然條件指標層包含的指標有氣候條件、土壤條件及地形地貌條件，主要反映的是高陵區(qū)內(nèi)土地生態(tài)的自然條件狀況。如圖1所示，高陵區(qū)的土地自然條件指標評估值，自南向北呈現(xiàn)出遞減的趨勢。西南方向的涇渭街辦和東南的張卜街辦評估值最高，中部的鹿苑、崇皇和耿鎮(zhèn)街辦次之，西北向的通遠街辦最低。3

11、.1.2土地結(jié)構(gòu)狀況指標評價土地結(jié)構(gòu)狀況指標層主要包括景觀多樣性指數(shù)和土地利用狀況指數(shù)。根據(jù)圖2，高陵區(qū)的土地結(jié)構(gòu)狀況指標值在東南方向的張卜、耿鎮(zhèn)街辦最高，西南方向的涇渭街辦次之，而中部的崇皇，北部的鹿苑、通遠的土地結(jié)構(gòu)狀況指標值最低，結(jié)構(gòu)性較為單一。3.1.3土地退化狀況指標評價土地退化狀況指標層是對耕地、林地、草地、濕地和建設(shè)用地的退化狀況進行提取分析，能夠表現(xiàn)出目前高陵區(qū)土地退化的程度和情況。根據(jù)圖3，土地退化狀況指標值自東北向西南方向呈現(xiàn)遞減的趨勢，東北向的通遠，鹿苑和張卜街辦土地退化狀況指標值最高，土地的退化情況最為嚴重，而涇渭、崇皇街辦由于土地利用結(jié)構(gòu)較為單一，其土地的退化狀況評估

12、分值較低，退化程度較小。3.1.4生態(tài)保護指標評價生態(tài)保護指標層是通過高陵區(qū)的生態(tài)壓力指數(shù)來表達的，由人口密度和gdp密度組成。由圖 4 可以看出，生態(tài)保護指標分布在整體呈現(xiàn)出北部、東西部較高，中部較低，其中涇渭街辦其值最高，通遠、鹿苑、張卜和耿鎮(zhèn)次之，崇皇街辦最低。3.2土地生態(tài)狀況評估綜合結(jié)果分析通過計算，可以得出高陵區(qū)的土地生態(tài)狀況綜合計算分值為0.40300.7847，采用自然斷點法（jenks）將評估結(jié)果劃分為3個等級12，分別為優(yōu)秀、良好、較差3個等級，得到的評分值越高，說明該區(qū)域的生態(tài)狀況質(zhì)量越高，反之則越低（如圖5所示）。本文以高陵區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為評估單元，共6個。土地生態(tài)狀況質(zhì)量較

13、差的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有3個，所占比例為45.72%，主要分布在中部和東北部，分別是通遠、涇渭和崇皇街辦，該區(qū)域有土地的退化現(xiàn)象，土地利用的結(jié)構(gòu)較為單一，土地生態(tài)狀況質(zhì)量相對較差;土地生態(tài)狀況質(zhì)量良好的鄉(xiāng)鎮(zhèn)共2個，所占比例為37.33%，分別為鹿苑和耿鎮(zhèn)街辦，地勢平坦，土壤有機質(zhì)含量含量較高，但是由于這些區(qū)域人口較多，容易受到人類活動的干擾，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量良好;土地生態(tài)狀況為優(yōu)秀的鄉(xiāng)鎮(zhèn)共1個，即張卜街辦，所占比例為16.95%。該鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤條件肥沃，景觀多樣性豐富，受到人類活動的干擾較少，生態(tài)環(huán)境較好。從分布面積上來看54.28%面積的土地，土地生態(tài)狀況為良好或優(yōu)秀。因此，高陵區(qū)總體土地生態(tài)狀況為優(yōu)。通過土地生

14、態(tài)狀況評估，可以看出高陵區(qū)土地生態(tài)狀況評估綜合分值的空間分布與土地結(jié)構(gòu)狀況指標的分布規(guī)律相近。空間分布狀況呈現(xiàn)由東南向西北漸低的趨勢，張卜街辦的綜合分值較高，分值較低的縣區(qū)大多集中于高陵區(qū)的北部與中部。由此可知，高陵區(qū)的土地結(jié)構(gòu)狀況對土地生態(tài)狀況質(zhì)量影響較大，而土地利用方式的改變更容易對土地生態(tài)狀況的質(zhì)量產(chǎn)生負面影響。4結(jié)論與討論本文通過對數(shù)據(jù)的整理分析，根據(jù)土地生態(tài)狀況的自然條件、結(jié)構(gòu)性、土地退化以及生態(tài)保護4個評估準則層，構(gòu)建土地生態(tài)狀況評估指標體系。運用gis技術(shù)、景觀格局分析法、極差法、熵值法等，對高陵區(qū)的土地生態(tài)狀況綜合的評估。從高陵區(qū)的評估結(jié)果來看土地生態(tài)狀況總體向優(yōu)，綜合分值范圍

15、為0.40300.7847。土地生態(tài)狀況結(jié)果為良好及優(yōu)秀的地區(qū)占研究區(qū)面積的54.28%。耿鎮(zhèn)、鹿苑、張卜街辦地勢平坦，耕地較多，土壤有機質(zhì)含量較高，水源充足，自然條件非常優(yōu)越，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重點開發(fā)區(qū)域，該區(qū)域應該在保護生態(tài)環(huán)境的同時，發(fā)展現(xiàn)代化、專業(yè)化、規(guī)?；?、基地化的農(nóng)業(yè)，推進農(nóng)業(yè)生態(tài)開發(fā)，提高糧食產(chǎn)量，確保人與自然的和諧共處。生態(tài)評估結(jié)果中較差的區(qū)域占總面積的45.72%，其為高陵區(qū)的城市發(fā)展區(qū)域，該區(qū)域人口較多，人類活動密集，社會經(jīng)濟條件較好，同時該區(qū)域依托涇渭河水生態(tài)資源，是生態(tài)保護的景觀帶，但在經(jīng)濟發(fā)展的過程中不可避免的對高陵區(qū)的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了一定的影響，因此高陵區(qū)在發(fā)展過程中更應該

16、注重經(jīng)濟和生態(tài)的并行發(fā)展，注重生態(tài)環(huán)境的保護與恢復，使高陵區(qū)在發(fā)展經(jīng)濟的過程中達到與生態(tài)環(huán)境高度耦合的目的。參考文獻1 吳次芳，徐保根.土地生態(tài)學m.北京：中國大地出版社，2003：17，19，107.2 李德勝.新型城鎮(zhèn)化背景下區(qū)域土地生態(tài)安全研究d.武漢：中國地質(zhì)大學，2017.3 劉明遠，張合兵，孫江鋒，陳寧麗，李悅.典型區(qū)域土地生態(tài)狀況精細評估j.中國農(nóng)學通報，2014，30（33）：206-211.4 陳書廣.河南省土地生態(tài)安全評價研究d.開封：河南大學，2009.5 余霞.基于生態(tài)足跡的林業(yè)生態(tài)安全測度研究及其影響因素分析d.南京：南京林業(yè)大學，2017.6 程偉，吳秀芹，蔡玉梅.

17、 基于 gis 的村級土地生態(tài)評價研究以重慶市江津區(qū)燕壩村為例j. 北京大學學報（自然科學版），2012，48（06）：982-988.7李保蓮，申圣潔，陳偉強，焦俊黨，李華超.村域土地生態(tài)狀況動態(tài)評估以河南省新鄭市為例j.中國農(nóng)學通報，2019，35（04）：62-68.8許力飛.我國城市生態(tài)文明建設(shè)評價指標體系研究d.武漢：中國地質(zhì)大學，2014.9 睢黨臣，姚星宇.西安市土地生態(tài)安全評價研究j.西安石油大學學報（社會科學版），2018，27（05）：19-24.10 董曉曉.西部生態(tài)脆弱區(qū)土地生態(tài)狀況評價及預測d.泰安：山東農(nóng)業(yè)大學，2014.11孟莎，陳建龍，孫瑩瑩.基于gis的土地生態(tài)狀況安全評估j.國土與自然資源研究，2018（04）：4-6.12湯陽. 浙江省土地生態(tài)狀況評估及土地生態(tài)分區(qū)研究d.杭州：浙江大學，2018.13鄧曉娟，李晶，殷守強，孫子云，崔綠園，閆蕭蕭，王媛.陳巴爾虎旗土地生態(tài)狀況評價及影響因素分析j.中國農(nóng)業(yè)大學學報，2019，24（11）：162-17