伊犁河流域绿洲城市土地资源利用的生态风险评价:以伊宁市为例

伊犁河流域绿洲城市土地资源利用的生态风险评价：以伊宁市为例唐利华;张永福【摘要】为伊犁河流域土地资源的合理利用及土地利用总体规划提供参考,根据伊宁市2009-2013年的土地利用变化数据,建立土地利用生态风险评价指标,以1km×1 km的单元网格进行系统采样,借助GIS技术与半方差分析方法,对区域土地利用变化的生态效益风险及其社会影响进行综合评价,并对2013年土地利用/覆盖现状存在的生态风险进行空间量化分析.结果表明:1)2013年,伊宁市土地利用/覆盖存在风险集中在耕地、牧草地和城乡建设用地,三者比例占全区总面积的83.14％;2)土地利用结构与数量变化复杂,耕地、园地向建设用地转换是主要土地利用变化形式,突出表现为耕地锐减与建设用地大幅扩展;3)土地利用程度指数逐年上升,不断推进土地利用的广度和深度;4)伊宁市土地利用生态风险时空分异显著,伴随建设用地扩展,高生态风险区由北向南逐渐转移,人类活动在一定程度上增加了区域潜在的生态风险.【期刊名称】《贵州农业科学》【年(卷),期】2016(044)004【总页数】6页(P165-170)【关键词】伊犁河流域;绿洲城市;土地利用;土地资源;生态风险;伊宁市;新疆【作者】唐利华;张永福【作者单位】新疆大学资源与环境科学学院,新疆乌鲁木齐830046;新疆大学绿洲生态教育部重点实验室,新疆乌鲁木齐830046;新疆大学资源与环境科学学院,新疆乌鲁木齐830046;新疆大学绿洲生态教育部重点实验室,新疆乌鲁木齐830046【正文语种】中文【中图分类】S-9;F301.24生态风险是自然和社会经济等无法预料的因素和事件，在某一特定的区域内对该生态系统及其部分结构造成影响，最终破坏生态系统的组分和功能，威胁生态系统的安全，削弱承受外界风险的能力。

其产生的原因带有客观不确定性、危险性和内在价值性。

土地利用以景观尺度为基础，直接或间接地揭示生态系统的作用方式和健康受到人类影响程度，并反映人为活动与自然环境变迁间的相互作用[1-2]。

近年来，土地利用/覆盖变化(LUCC)作为人类活动对全球变革驱动的不可或缺的组分以及区域响应机制，逐渐成为自然地理学、人文地理学、生态水文学和土地科学等相关学科的前沿核心领域[3-5]。

西北伊犁河流域社会经济发展相对落后，城市化、工业化进程伴随着生态环境安全问题[6]。

绿洲被称为人地关系最为敏感的区域，伊犁河流域绿洲即为受到伊犁河流域干旱区自然因素和人文因素双重作用的复合自然生态系统[7]。

前人针对特定区域内土地资源利用的生态风险进行了大量研究，衷平等[8]构建符合研究区的生态风险指标，利用主成分分析法筛选出能反映石羊河流域生态风险的敏感性因子；宋冬梅等[9]运用GIS、RS技术研究民勤地区绿洲景观格局变化及其驱动影响因素；刘引鸽[10]采用层次分析法和综合指数法对陕西省进行基于土地利用的生态风险综合分析研究；吴文婕等[11]借助GIS技术，结合马尔可夫概率转移矩阵，评价甘州区土地利用生态风险。

目前，关于伊犁河流域近期土地资源利用风险尚无相关研究。

为此，笔者以2013年伊宁市土地利用现状图为源信息，基于伊宁市2009—2013年土地利用变更数据，对伊犁河流域绿洲城市土地利用的变化及其区域导致的生态风险进行时空分异研究，探讨流域土地的生态系统问题，构建集土地、生态和社会经济平衡于一体的科学利用土地模式，以期为伊犁河流域合理利用土地资源及新一轮土地利用总体规划提供依据。

1.1 研究区概况伊宁市地处新疆维吾尔自治区西部边境伊犁河流域中部，北纬43°50′～44°09′、东经80°04′～81°29′，东边接伊宁县，西边接霍城县，北边靠天山西部的科古琴山，南边倚伊犁河。

境内平均海拔1 083.10 m，城市中心海拔662.5 m，具有特殊的地貌单元，可分为中低山地、冲洪积扇和河谷阶地。

土壤类型多样，水资源富饶。

近年来，伊宁市着力调整经济结构，强力推进城镇化、工业化和农业化进程，忽视生态环境的脆弱性，导致土地利用的生态问题日益突出。

全市辖8乡、1镇、1场和1市区，2013年总人口55.97万人，具有较高的城市化水平(达64.83%)。

全市(除兵团)土地总面积62 279.94 hm2，其中，耕地面积15 727.31 hm2，园地867.03 hm2，牧草地22 831.12 hm2，林地4 594.46 hm2，城乡建设用地13 219.65 hm2，交通用地2 104.8 hm2，水域1 941.35 hm2，未利用地994.2 hm2。

1.2 数据来源根据研究区2013年1∶10万土地利用现状图(MapGIS格式)及2009—2013年土地利用变化数据，结合伊宁市土地的实际状况，把伊宁市的土地覆盖类别划为耕地、园地、牧草地、林地、城乡建设用地、交通用地、水域和未利用地8大类。

将伊宁市2013年1∶10万土地利用现状底图转换为EOO格式，在ArcCatalog中转为coverage格式，拓扑重建，得到Shp格式的土地利用现状图，并借助ArcGIS 9.3将地类图斑分类、提取和归类，获取2013年土地利用/覆盖情况(图1)。

1.3 研究方法1.3.1 采样根据伊宁市土地利用类型的面积(62 279.94 hm2)情况，利用ArcGIS9.3软件，采用1 km×1 km的单元网格将景观格局进行空间化，应用等间隔距离采样法，形成697个样本区(图2)，确保更好的呈现空间分异特征。

根据公式得出每一样区内各个土地类型的综合R值(用作样区中心点的R值)。

1.3.2 景观生态风险分析区域景观生态风险分析是在景观变化的基础上，阐述和评定生态环境污染、人类行为对整个生态系统的组分和功能造成不良作用的不确定性和威胁点，也属于生态风险评价[12]。

依据2013年土地覆盖数据，计算各土地类型的面积和景观生态风险指数来反映土地覆盖生态风险的大小，使其转换为空间化的生态风险变量[11]。

R值计算方法：式中，RE为景观生态风险指数，n为土地利用类型的数量，Ai为第i种土地利用类型的总面积，A为土地利用类型总面积，Ri为第I种土地利用类型的的生态风险强度。

土地生态风险强度参数Ri参考韦仕川等[13]的结果，耕地、园地、牧草地、林地、城乡建设用地、交通用地、水域和未利用地的Ri分别取0.112 7、0.069 3、0.755 7、0.017 4、0.295 6、0.211 9、0.079 1和0.084 4。

1.3.3 生态风险指标动态分析1) 土地利用程度综合指数。

土地利用程度用其广度和深度描述，一方面体现土地利用的自然属性，另一方面也体现其受人为活动作用的社会属性[14]。

参考相关学者提出的土地利用分级指数，定义其计算公式：(I∈[100,400])式中，I为土地利用程度综合指数，Qi为第i类土地利用程度分级指数，参考刘纪远[15]赋值指标的研究成果：赋1为未利用地，赋2为牧草地、林地、水域，赋3为耕地、园地，赋4为城乡建设用地、交通用地。

Pi为第i类土地面积比例。

2) 耕地垦殖指数。

耕地垦殖指数是指某地区总耕地面积与其土地总面积的比值，反映土地开发利用程度，尤其是耕地。

耕地垦殖指数越高，该区域的耕地开发程度明显，但可能不合理。

说明城镇化、工业化进程中，区域内将耕地向建设用地转化时具有潜在的生态风险性。

×100%式中，K为耕地垦殖指数，F为耕地面积，A为土地总面积。

3) 植被覆盖指数。

植被覆盖指数是指研究区域内土地被植被覆盖的比例。

在一定程度上，草场过渡放牧及退耕还林会改变牧草地、林地的生态风险大小[14]。

×100%式中,C为植被覆盖指数，W为林地面积，G为草地面积，A为土地总面积。

4) 土地多样性指数。

土地多样性指数用来评价区内土地类型的复杂程度和多样性，是衡量其丰富度和均匀度的综合指标。

计算公式：(Pi)log2(Pi)式中,D为土地多样性指数，Pi为第i类土地面积比例，n为研究区土地利用类型的总数。

5) 土地利用优势度指数。

土地利用优势度指数是指某种土地利用在整个评价区域中的优势度，可用来评定景观格局组成分中土地利用类型支配景观的程度[16]。

计算公式如下：(Pi)log2(Pi)式中,S为土地利用优势度指数，Pi为第i类土地面积比例，n为研究区土地利用类型的总数，Dmax=lnN(N=n)。

最后，根据伊宁市实际情况，并参照6位土地高级工程师、环境影响评价专家的意见，均赋予各项指标权重，由归一化加权得到综合风险指数。

1.3.4 生态风险空间分析由于半方差函数能密切关联到评价样本间的属性空间独立量，能够更好地反映地理现象的分布规律。

因此，根据统计学中的半方差函数法来进行生态风险指数的空间分析[17]。

γ(h)[Z(xi)-Z(xi+h)]2式中,γ(h)为变异函数；Z(xi)、Z(xi+h)为系统某属性Z在空间位置x，x+h处的值；N(h)为样本对数；h为空间距离。

1.3.5 生态风险可视化表达根据系统采样的样区分布，用ArcGIS9.3中的Geostatistical Analyst，获取试验变异函数，然后拟合理论半变异函数。

采用Ordinary Kriging模型进行球状表面模拟预测，并检测该模型的适用性，得出研究区域生态风险空间状况分布图，直观预测伊宁市土地利用生态风险空间分布状况。

2.1 伊宁市土地覆盖的生态风险特征2.1.1 2013年各生态风险等级面积及比例从表1可知，2013年伊宁市土地利用覆盖存在的生态风险多分布在耕地、牧草地和城乡建设用地，三者的比例占全区总面积的83.14%。

其中，牧草地生态风险指数为0.277 031，属于高风险区，究其原因一是牧民放牧频繁，对牧草地破坏的现象严重；二是牧草地面积占全区面积比例达36.66%，对海拔高的区域利用不充分，荒废现象严重，导致牧草地生态风险指数最高。

被自然植被覆盖的林地和零星分布在农村居民点周边的园地以及人为活动较少的未利用地整体上面积较少，三者在2013年总面积6 455.69 hm2，属于生态低风险区域。

交通用地和连片水域，生态系统较稳定，其风险等级也低，潜在的威胁性也相应小。

伊宁市中心城区及周边的城乡建设用地由2009年的9 191.9 hm2增加至2013年的13 219.65 hm2，主要来源于城市周边的耕地、园地及林地，满足中心城区不断扩展，以及各类交通水利用地的增长需求。

人类活动较为频繁，对其影响明显，生态风险发生的几率相对较高，因此，城乡建设用地存在较高程度的生态风险。

2.1.2 伊宁市土地各生态风险级面积比例变化由图3、图4可知，研究区内2009年、2013年的生态风险指数面积比例不同。