基于生态位理论对福建省土地利用结构的分析与预测

刘双振，张文开，曾凡富

(福建师范大学地理科学学院，福建福州 350007)

基于生态位理论对福建省土地利用结构的分析与预测

刘双振，张文开，曾凡富

(福建师范大学地理科学学院，福建福州 350007)

以福建省为例，用生态元的势与态分析预测了土地利用结构的变化，构建了土地利用类型的数量生态位和生态位扩充压缩度的数学模型，从而反映了各土地利用类型生态元的变化程度与趋势.同时，对各类用地的年度数量生态位进行了横向与纵向分析，得出了各类用地规模的变化趋势及其在土地生态系统中的地位功能，并从土地利用类型的生态位扩充压缩分析进行检核印证，从而得出结论:在整个区域中耕地和林地的数量减少速度比以往更快;园地和建设用地的数量总体将大幅增加，其中基础设施用地快速增加.最后，指出这种土地利用结构是不合理的，应树立科学发展观，走可持续道路.

土地利用类型结构;数量生态位;生态位扩充压缩

土地利用变化是当今社会经济发展中很常见的现象，这是资源流动的一种形式，可以看成是在土地资源利用中不同土地利用需求和土地利用类型的耦合［1］.对土地利用变化的研究先前多过于单一，主要是根据土地利用现状的调查数据来对各种土地利用类型进行统计归类，然后再计算出各自在总面积中所占的比例，这样做只是简单地做了统计工作，对土地利用变化的原因却不能给出解释.目前，土地利用与土地覆盖变化(LUCC)研究是全球环境变化研究的一个重要方面，通过遥感、GIS等手段，分析土地利用以及由此导致的土地覆盖的变化对区域气候、水文、生物地球化学循环及生物多样性等所产生的重大影响，主要是为了探究土地利用变化的主要原因和人们的直接驱动力与土地利用的可持续性.在LUCC社会经济驱动力研究方面，颇受重视的内容是社会经济机制对土地利用决策的影响［2］.土地利用结构的过激或过失的变化，必然会对区域生态系统的功能以及生态环境的质量产生重大影响.土地利用变化的多成因性及其结构的复杂性决定了开展土地综合研究的必要性和价值［3］.土地利用结构的相对变化分析不仅能够反映出研究区域土地利用结构变化的特殊性和时空动态变化特征，而且有利于探讨研究区域土地利用结构变化的驱动因素和驱动机制.

因为土地是一个自然社会经济的综合体，土地利用的效益不仅仅是经济效益，而是在获取最大经济效益的同时还要追求土地的生态效益，保证土地的可持续利用.如从其他简单的数学模型来评价土地利用结构，则不能凸显出土地利用结构对生态变化影响的重要性.所以，研究土地利用结构的变化要从生态的视角入手，而生态位理论作为生态学的重要理论，能够很好地测度土地生态关系持续变动过程中的“定格”，因而能够清晰地反映土地生态系统的演替与发展［4－5］.首先，数量生态位本身表示区域内土地利用类型分布的优势度，其次，土地生态位对其数量变化的反应敏感程度优于绝对面积，所以，运用生态位理论来研究土地利用结构的变动具有重要的理论意义和实用价值.

1 生态位理论的基本内容

生态位的概念是由Joseph Grinnel于1917年提出来的，它是指自然生态系统内的一个种群在时间、空间上的位置及其与相关种群之间的功能关系;Grinnel(1924，1928)、Charles Elton(1927)和Hutchinson(1957)等人又从各自角度来对生态位的概念进行定义和扩展［6］.纵观前面的各个定义内涵，生态位是生态元(可以是生物种群，也可以是其他的生态要素)在区域生态可持续发展过程中的地位、作用和功能以及与其他生态元的相对关系.

生态位理论是生态学最重要的基础理论之一，它在种间关系、生物多样性与稳定性、群落结构及其演变、种群变化等生态学领域得到了广泛的应用，成为20多年来生态学研究的中心之一［7］.

1.1 土地生态位概念的延伸土地生态系统是一个“自然－经济－社会”的复合生态系统，包括耕地生态系统、林地生态系统、草地生态系统、园地生态系统、建设用地生态系统、未利用地生态系统等.因此，土地生态系统包含了多个土地生态元.在这里，生态位综合反映了区域土地利用类型生态元在区域中所占有的空间、所处的地位和所具有的功能以及与其他土地利用类型生态元的相对关系.

1.2 生态位的理论扩展当两种生物共同占有某种资源时，就会出现生态位重叠现象.著名的生态学高斯原理指出，在生态位重叠部分必定会发生竞争排斥，而且生态位重叠部分越大，则被物种所独用的资源空间就会越小，竞争就会越强烈［8］.

土地生态位的扩充和压缩正是通过土地利用类型生态元与其他土地利用类型生态元的竞争而得以实现的.当区域内的自然、经济和社会等生态因子发生变化，由于土地利用类型生态元与其他土地利用类型生态元之间存在着生态位的重叠，因此在各种驱动因素形成的驱动力作用下会产生竞争，它表现为土地生态位在一定时期内的扩充和压缩.这比较容易解释土地利用类型的结构变化.

一是土地生态元的态，即土地生态元在特定时刻的状态，它是过去发展以及与环境相互作用积累的结果;二是土地生态元的势(面积变化量、人口增长率、经济效益变化量、生态效益变化量等)，它是土地生态元在特定时间内对环境的现实影响力或支配力.态和势的有机结合综合体现了土地生态元在区域生态系统中的相对地位和作用，即土地生态位的大小(宽度)［9］.

2 土地利用类型数量相对变化数学测度模型构建

基于以上对土地生态位概念及理论的分析，构建了土地利用类型数量生态位和土地利用类型数量生态位扩充压缩度数学模型.

2.1 土地利用类型数量生态位(宽度)模型的构建态和势的有机结合综合体现了土地生态元在区域生态系统中的相对地位和作用，即土地生态位的大小(宽度).土地生态位(宽度)可采用单个指标或多个指标的综合进行测定.基于此，特定区域内土地利用类型的数量生态位(宽度)数学测度模型［10］为

式(1)中，Ci为土地利用类型的数量生态位(宽度);j=1，2，…，n为不同土地利用类型的生态元;Si为土地利用类型生态元的数量态(面积);Pi为土地利用类型生态元的数量势(面积变化量);Sj为j土地利用类型生态元的数量态;Pj为j土地利用类型生态元的数量势;A和Aj为量纲转换系数.式(1)中的分子项可视为一种土地利用类型生态元的绝对数量生态位，与各种土地利用类型的单元绝对数量生态位之和的比值则是土地生态元的相对数量生态位(宽度).

2.2 土地利用类型数量生态位扩充压缩度模型的构建由于生态位重叠导致了生态元之间竞争作用的增强，在某一或某些生态元的生态位扩充的同时，其他生态元的生态位被压缩.为了表示某种土地利用类型数量生态位的扩充压缩程度，可用这种土地利用类型数量生态位的势(面积变化量，可为正值、零和负值)与态(初始态，面积)的比值进行量度.其数学模型［10］为

式(2)中，T为研究区域某种土地利用类型的生态元数量生态位的扩充压缩度，即某种土地利用类型生态元的“态”在特定时段内的扩充或压缩率(以千分率表示);P为研究区域某种土地利用类型的生态元数量生态位在特定时段内的势;S为研究区域特定时段初期某种土地利用类型的生态元数量生态位的态.

T实质上是表征在特定时段内某种土地利用类型的数量生态位扩充或压缩的方向和速度.一般而言:当T＞0时，表示某种土地利用类型的数量生态位扩充，T越大，这种土地利用类型的数量生态位扩充速度越大;当T＜0时，表示某种土地利用类型的数量生态位压缩，T越小，这种土地利用类型的数量生态位压缩速度越大;当T=0时，表示某种土地利用类型的数量生态位保持稳定状态.

首先，利用各种土地利用类型的生态元的生态位大小来确定该土地利用类型的生态元在研究区域中所占的地位，纵向和横向地比较历年来各土地利用类型的生态位变化，以判断土地利用结构的变化趋势.然后用生态位的扩充或压缩来进一步验证这种趋势及其变化程度.

3 实例研究

3.1 研究区的概况据福建省2006年的统计年鉴显示，福建山地丘陵占全省土地面积的80%以上，其耕地类型比较复杂，有水田与旱田之分.耕地大部分以水田为主，占80.8%，旱地仅占19.2%，且主要是种植粮食作物和经济作物.福建的耕地面积变化幅度较大，建国以来逐年减少，并有继续减少的趋势.1952年全省的耕地面积有1 468 130 hm2，人均耕地0.12 hm2，而到2006年末，全省耕地面积为1 337 020 hm2，人均耕地面积仅有0.03 hm2，是全国人均耕地面积最少的省份之一，素有“八山一水一分田”之称.

福建是中国四大林区之一，其森林覆盖率达62.96%，居全国第一，素有南方“绿色宝库”之称.2006年全省林地面积为9 080 700 hm2，占土地总面积的74.74%，主要包括林地、灌木林地、疏林地、未成林造林地和宜于造林的无林地，其中林地面积为7 649 400 hm2，占林地面积的84.24%，占全国的4%.

3.2 各类用地数量生态位横向与纵向分析根据数量生态位的计算模型，得出福建省各类用地类型的数量生态位数值(表1).

表1 福建省各种土地利用类型数量生态位

1)从表1中可以看出，耕地的生态位占到0.10左右，仅次于林地生态位，但从全国13.5%的水平来看，耕地的生态位则偏低.而且从2000年的0.109 9下降到2006年的0.098 2.虽然中间年份有些起伏，但是从对数据进行线性分析(图1)可以得知，耕地的生态位总的趋势是下降的，特别是2005—2006年的变化幅度最大，这说明福建省近几年来，其耕地生态元在经济发展中所处的地位是处于下降的趋势，也就是说，在生态元的竞争中处于劣势.具体表现为大量的耕地被转为其他利用类型，据统计年鉴显示，2004年福建全省耕地减少9 752.27 hm2，2005年达到13 215.93 hm2，上升了35.52%.随着海西经济区的建设，在将来的几年中耕地的生态位减小幅度会加大，耕地的转化速度会加快.

2)从表1中可以看到，园地的生态位在区域中占到0.05左右，相对比较大，可见园地在土地利用中的地位与作用比较突出.园地的生态位从2000—2005年变动很细微，2006年时有稍大的上升.对数据进行线性分析(图2)得知，园地生态位总的趋势是平缓上升的，但2005—2006年的变化幅度较大.说明福建省近几年来，园地生态元在竞争中处于优势.究其原因是园地的经济效益较耕地和其他非建设型用地高，所以福建农民为追求较多经济利益，将相当一部分的土地转为茶园、果园等.此外，目前种植粮食的收益仍然不是很高，农民将会把那些坡度较大的耕地转为园地，或将那些适合开发成园地的未利用地转为园地，因此，预计未来几年园地的数量还将会增加.

图1 耕地数量生态位

图2 园地数量生态位

图3 林地数量生态位

3)从表1中可以看出，林地的生态位相当大，占0.67左右，说明林地在福建的基数很大，在生态元的竞争中总的来说一直是处于优势，其地位和作用是不容忽视的.但是，同时也可看到，2000—2006年的变动比较大，对数据进行多项式趋势线分析(图3)得知，林地的生态位总的是变动中有下降趋势.究其原因是福建省为了保持水土和减少山体滑坡等地质灾害的发生，曾大力改善生态环境，实施退耕还林工程(把大于25°的坡地退耕)，致使林地在一段时间里有所增加，据统计年鉴显示，2004年福建全省的退耕还林面积达198.93 hm2，2005 年则达到 324.40 hm2，上升了 63.07%;2004 年退耕还果 2 056.13 hm2，2005 年为647.53 hm2.但是，此后伴随着经济的快速发展，林地又有所减少.不过由于林地对生态安全至关重要，加上国家对林地的保护一直很强，所以从林地转为其他土地利用类型的幅度并不是很大.

4)从表1中可以看出，居民点及工矿用地、交通运输用地和水利设施用地的数量生态位大小都不是很高，特别是交通运输用地和水利设施用地的数量生态位都相当低，而且值得注意的是交通运输用地和水利设施用地的数量生态位的增加速度十分缓慢，这主要是由于福建省交通运输和水利设施等基础设施的底子太薄，就算是成倍的增加基础设施用地，但它相对于区域总面积也只是小部份.福建发展慢就是因为基础设施跟不上发展需求.从图4中可以看到，2006年居民点及工矿用地和交通运输用地的数量生态位都有所提升，这也说明在基础设施有所发展时，城市的经济才有大进步.在未来几年海西经济区建设的政策驱动影响下，居民点及工矿用地和交通运输用地的数量生态位都将会有较大的增加.

图4 建设用地生态位

图5 未利用地生态位

5)对于未利用地，不论是在什么情况下，只要经济和科技在发展，它们都将会减少.从图5中也可以看出来，福建省未利用地的生态位也是处于减少状态;同时还看出，福建省未利用地的生态位比较大，一方面，它说明了福建省地理环境的特殊性，另一方面，说明了福建省的土地利用率较低.但是在国家的资金和技术的投入下，福建的土地利用率将提高，所以未利用地的生态位也将下降.值得注意的是，要保住必要的自然保留地，保障生态的和谐发展.

3.3 土地利用类型的生态位扩充压缩分析当T＞0时，表示某种土地利用类型的数量生态位扩充，T越大，这种土地利用类型的数量生态位扩充速度越大;当T＜0时，表示某种土地利用类型的数量生态位压缩，T越小，这种土地利用类型的数量生态位压缩速度越大;当T=0时，表示某种土地利用类型的数量生态位保持稳定状态.

从表2中可以看到，耕地的T值一直小于0，且T值大幅度递减.说明耕地的生态位在一直被压缩，且压缩的速度在加快，也就是说耕地处于减少中，这符合对生态位分析的预测结果.园地的T值大于0，基本稳定在4.5左右，只是2006年时值较大，说明园地在相当一段时间内都是在扩张之中，且近年来的扩张速度更加快速.林地的T值一直小于0，但是很接近0，说明随着经济的快速发展，林地在生态竞争中虽然处于压缩状态，但是减小的速度十分小，到2006年，其值较大，这符合林地减少速度有加快趋势的预测.对于居民点和工矿用地、交通运输用地和水利设施用地等建设用地，可以看到T值一直远远大于0，即建设用地一直是处于扩充状态，而且随着经济的发展，它们扩充的速度越来越快，建设用地的数量也将大量增加.未利用地的T值处于压缩值区，未来几年，在经济和技术的作用下它将压缩更大.这种趋势与对生态位的纵横分析的预测是一致的.

表2 福建省各种土地利用类型的数量生态位扩充压缩度

4 结论与讨论

以上土地利用类型的数量生态位和扩充压缩度的分析验证说明，在福建省的各土地利用类型中，总体上耕地生态位、林地生态位、未利用地等自然保留地的生态位均处于被压缩状态，在生态竞争中处于劣势，而园地、建设用地等的生态位均处于扩充状态，在生态竞争中处于优势，即土地利用类型的变化趋势是:在整个区域中，总量很少的耕地其数量将会更加减少，且减少速度将比以往更快;园地的数量会增加更多;占绝对优势的林地，其数量减少速度将变快，但不会很大;建设用地的数量总体将大幅增加，其中受国家开发海西政策的影响，基础设施用地的增加速度会更快.

耕地的减少对农民的生计和粮食产量会有一定的影响，但只要合理地和适度地减少，并且在总体规划所要求的耕地保有量的范围内，同时符合国家发展的调度安排，那么对经济发展会起到促进作用.国家海西建设的进程在一定程度上可能会减少耕地、林地或自然保留地，同时增加建设用地数量.但只要认真执行国家对海西经济区的政策，建设用地的适度增加，特别是基础设施建设的增加，不但可以减小城乡差距，加快城市化进程，增加社会就业率，而且还可以对生态系统起到保护作用，增加人们生活的舒适度，最终实现社会主义的和谐社会.

但是，如果地方政府在现在这个形势下，仍旧只注重GDP的增长，对土地不合理地征收利用，随意改变土地的用途，乱批乱占土地，那么其发展是不可持续的，对社会经济也是一种严重不负责的破坏.耕地、林地与自然保留地的不断减少，必将导致粮食危机和生态系统危机，同时建设用地的无节制地增加必将引发环境的破坏，从而影响人类生存和居住的环境条件.

所以，在当前的形势下，地方政府要深入地调查、分析和制定合理有效的总体规划，同时还要对土地利用进行研究，做好土地利用的详细规划，并对现有的土地总体规划中不合理的指标和用地政策进行及时修改，以土地利用规划做指导，严格按照土地审批程序批地和用地，积极开展土地整理工作、土地等级评估工作等，合理高效地调配土地的利用，有效保护耕地的质量和数量，控制建设用地的无序扩张，确保粮食安全和生态安全，最佳实现土地的经济效益、社会效益和生态效益.

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Analysis and Prediction of Fujian Province Land Use Structure Based on Niche Theory

LIU Shuang-zhen，ZHANG Wen-kai，ZENG Fan-fu

(College of Geographical Sciences，Fujian Normal University，Fuzhou 350007，China)

In this paper，Fujian Province was used as an example，the potential and state of ecological unit were introduced to analysis and forecast the changes of the land use structure，and the mathematical model of the niche expansion and compression degree of land-use types was constructed to elucidate the various types of ecological land-use changes in levels and trends.The analysis of annual horizontal and vertical niche to various land types were performed，and the change trends of the land use scale and its function in the whole land ecosystem were obtained，which were confirmed by the niche expansion or compression analysis results of land-use type.These data suggested that in the entire region，the amount of cultivated land and forest lands reduce more quickly than ever before;garden land and the construction lands will be greatly increased，the rate of infrastructure land increase will be faster.The point of view that the land use structure is unreasonable and it is necessary to establish the scientific development view and in a sustainable way was proposed.

land-use type structure;quantity niche;niche expansion and compression

C 93 < class="emphasis_bold">文献标志码:A

A

1004－1729(2011)01－0053－06

2010－10－27

刘双振(1987－)，男，河南濮阳人，福建师范大学地理科学学院2009硕士研究生.