长沙市莲花镇土地生态质量分区研究

李巧云，杨鑫荣，关 欣

(1．湖南农业大学生物科学技术学院，长沙 410128;2．湖南农业大学资源环境学院，长沙 410128)

资源与环境密不可分，当前背景下我国生态环境负担很重，资源节约成为一种必然［1］，土地利用方式是否合理影响到生态环境的好坏，不同地域土地的生态质量各不相同［2］。在当前的土地分类中，土地利用现状分类是应用最广泛的分类方式，此种分类方式重视土地的利用现状却忽略了其生态功能，导致许多有重要生态功能的土地被大量侵占。根据生态质量的优劣程度对土地做分区研究，可以保障土地的合理、可持续利用，同时可以保护与改善研究区的生态环境［3］。目前研究较多的是“生态土地分类”，也有一些学者提出将具备重要生态功能的土地从土地利用现状分类中提取出来，单独作为“生态用地”［4-5］。基于以上原因，该文提出对研究区进行土地生态质量区划研究，以湖南省长沙市莲花镇为例，以植被覆盖度、水面覆盖度、农作物产量、土地裸露度、建设用地干扰度为评价指标，通过计算土地生态质量的综合评价值［6］对研究区进行土地生态质量分区，并根据区域特点提出合理化建议，以期为莲花镇土地的可持续利用提供参考。

1 研究区概况

莲花镇位于东经112°40＇46．75″～112°49＇59．83″，北纬28°04＇26．98″～28°11＇40．94″，境内属低山丘陵，地势为西高东低、南高北低。气候属亚热带气候，春季温和多雨，夏季炎热湿润，秋季高温干旱，冬季寒冷干燥，年平均气温16．9℃。截至2011年末莲花镇总人口4．82万人，另有流动人口2 010人。莲花镇辖17个行政村，分别为中长村、金华村、大华村、立马村、桐木村、华宝村、金凤村、龙台村、龙洞村、云盖村、东塘村、五丰村、云友村、集贤村、莲花社区、新桥村、军营村。

根据第二次土地调查及变更数据，2013年莲花镇土地总面积为1．139 126万hm2。其中，已利用地为1．137 92万hm2，土地利用率达99．89%。农用地9 073．07hm2，占总面积的79．65%，农用地中林地与耕地所占比例最大，分别占农用地的 67．69%与31．36%，园地与草地面积小，分别为 69．08hm2与16．97hm2，占农用地总面积的0．76%与0．19%。水域和水利设施用地占总面积的5．52%。建设用地面积为1 677．15hm2，占莲花镇总面积的14．72%。未利用地面积为12．06hm2，仅占总面积的0．11%。

2 研究方法

2.1 评价指标体系说明

根据综合性与主导性相结合原则、动态与静态相结合原则、定性与定量相结合原则、科学性与可操作性相结合原则［7］，以实现莲花镇土地资源的结构优化与可持续发展为目标，结合研究区土地资源的综合特征，从生态功能、生态结构及生态保护3方面构建土地生态质量评价指标体系 (表1)。

表1 土地生态质量评价指标体系

2.2 评价指标的选择与计算方法

(1)农作物单产。是反映土地生长能力与农业生产水平的一种指标，农作物单产高说明土地生态功能高。该文采用研究区粮食作物产量来反映农作物单产的高低。

(2)生态系统服务价值。是指生态系统通过自身的结构、过程及功能向人类提供的生活必需品［8］，生态系统服务价值越高说明土地生态质量越好。

生态系统服务价值的计算采用Costanza等人的估算方法［9］，其公式表达为:

公式中，ESVi代表i类土地利用类型的生态系统服务价值;Ai代表i类土地利用类型的面积;VCi代表i类土地利用类型的生态系统服务价值系数。

其中，生态系统服务价值系数参考谢高地等人［10］的“中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表”。该表定义1hm2全国平均产量的农田每年自然粮食产量的经济价值为1［11］，其它生态系统服务功能的价值当量为相对于食物生产功能的贡献大小。为使研究结果更加准确，本文结合莲花镇现状对该表进行校正。

单位面积农田生态系统食物生产服务功能的经济价值计算公式为:

公式中，Ccrop代表农田生态系统单位面积食物生产服务功能的经济价值 (元/hm2);Ta代表莲花镇平均粮食单产 (kg/hm2);Tb代表莲花镇平均粮食单价 (元/kg)。根据《莲花镇农村统计台账》，莲花镇平均粮食单产为6513．1kg/hm2，粮食平均价格1．5元/kg，由公式 (2)计算Ccrop为2651．34元/hm2·年。参考张晶［12］、朱懋［13］对建设用地价值系数的校正方法，并依据:耕地-农田生态系统;园地取草地与森林的平均值;林地-森林生态系统;草地-草地生态系统;水域取水体与湿地的平均值;未利用地-荒漠，得到莲花镇不同土地利用类型单位面积生态系统服务价值系数 (表2)。根据公式 (1)计算得到生态系统服务价值。

(3)植被覆盖度。是植物群落覆盖地表状况的一个综合量化指标，是描述植被群落及生态系统的重要参数，植被覆盖度越高说明土地生态结构越好。其计算公式为:

(4)水面覆盖度。是指水面总面积占土地总面积的百分比，水面覆盖度越高，说明土地生态结构越好。其计算公式为:

(5)建设用地干扰度。是指建设用地占地面积占研究区土地总面积的百分比，建设用地干扰度越大，说明土地生态质量越差。其计算公式为:

(6)土地裸露度。裸露的土地是指没有被植被覆盖的土地，土地裸露度越大，说明土地生态质量越差。土地裸露度的计算公式为:

表2 莲花镇不同土地利用类型单位面积生态系统服务价值 元/hm2

2.3 各指标评分标准的确定

评价指标标准化处理是指按一定分级给每个指标制定评分值，构建成评价指标体系的评分标准，以该标准为参照系，确定每个指标的得分［14］。聚类分析是一种多元统计分析方法，是根据事物本身的特性来研究个体分类，其原则是同一类中的个体有较大的相似性，不同类中的个体差异很大［15］。该文采用聚类分析法，运用SPSS软件对莲花镇17个行政村近10年的评价指标数据进行标准化处理，从而制定出评分标准 (表3)。

表3 土地生态质量评价体系评分标准 (Ri)

2.4 权重的确定

因子分析是数理统计中一种研究各指标之间相互关系的多因素分析方法［16］。首先计算出各指标之间的相关系数，然后通过矩阵变换计算出特征值与特征向量，根据特征值的大小选出几个主成份，进而计算初始因子矩阵中的因子载荷，公式表达式为:

公式中aij代表第i个指标与第j个主成分之间的相关系数;uij代表指标i的特征向量;代表指标i的特征值;

根据各指标的因子载荷的大小确定各个指标的相对重要程度，从而计算出各指标的权重。公式为:

其中，Wi代表指标i的权重;aij代表主成分j上指标i的系数;k代表指标个数;j代表主成分个数。该文使用SPSS 20．0对标准化处理后的6个评价指标进行因子分析，得到成分矩阵并根据公式(4)计算得到6个评价指标的权重，见表4。

表4 各评价指标的成分矩阵与权重

2.5 综合评价值计算

线性加权和法是指应用线性模型来进行综合评价［17］，公式为:

公式中，U表示行政村土地生态质量的综合评价值;Ri表示指标i的评分等级值;Wi表示指标i的权重值;k表示指标总数。

3 结果与分析

根据各行政村的综合评分值 (表5)，使用“总分频率曲线法”对土地生态质量综合评分值进行等级划分。使用SPSS 20．0制作频率直方图 (图1)并根据结果将研究区的土地生态质量分为四个等级:土地生态质量良好区 (得分大于3．5);土地生态质量较好区 (得分在3与3．5之间);土地生态质量一般区(得分在2．5与3之间);土地生态质量较差区 (得分小于2．5)。运用绘图软件Adobe Photoshop CS4绘制研究区的土地生态质量分区图 (图2)。

表5 莲花镇不同行政村综合评分值

(1)土地生态质量良好区

该区域包括龙洞村、云友村、立马村，总面积 2 480．43hm2，占莲花镇土地总面积的21．77%。区域地处丘陵地带，主要以低山丘陵为主，森林覆盖率达60%以上，山地植被主要以粮经作物、杉木林、国外松、楠竹林、经济林为主;耕地占总面积的15%～30%，粮食作物单产较高，为6 750～7 050kg/hm2;生态系统服务价值较高，在4 000万～6 000万元之间，该区域地处大型水库区，水资源丰富，水源涵养的生态功能较高。

图1 各行政村综合评分值的频率

(2)土地生态质量较好区

该区域包括金凤村、华宝村、龙台村、中长村、金华村、桐木村，总占地面积4 230．86hm2，占莲花镇土地总面积的37．14%。该区域地域广阔，耕地面积较大，地势相对平坦，适宜农作物生长，粮食作物单产较高，为6 700～6 855kg/hm2;植被覆盖度较高，在40%～70%之间;生态系统服务价值较高，在2 100万～3 900万元之间。该区域水塘比较多，地表水资源丰富，应对现有水域加强保护并逐步完善灌溉排水系统。

(3)土地生态质量一般区

该区域包括东塘村、大华村、云盖村、五丰村、莲花社区、集贤村，总占地面积3 919．43hm2，占莲花镇总面积的 34．41%。该区域地处丘陵地带，山陵居多，地表形状复杂。林地面积占总面积比重小于55%，植被覆盖度较低;耕地面积比重较小，均不高于20%，粮食作物单产较低，为6 200～6 650 kg/hm2;水面覆盖度较低，均低于8%;生态系统服务价值较低，为1 250万～2 250万元;建设用地干扰度较高，均在20%左右。

图2 各行政村土地生态质量分区

(4)土地生态质量较差区

该区域包括军营村与新桥村，总占地面积为760．54hm2，占莲花镇总面积的6．68%。该区域耕地少，丘陵多，植被覆盖度不到40%，粮食作物单产小于6 650kg/hm2;生态系统服务价值低，为1 200万～1 500万元;土地裸露度较大，大于0．2%;建设用地干扰度较大，为17%～19%。

4 结论与讨论

土地生态质量良好区 (龙洞村、云友村、立马村)是重点生态保护区，土地具备较高的生态功能。在未来的土地规划方面，应以林地发展为重点，主要保护自然林，扩展生态公益林，适度开发经济林。此外，该区域是优质的水稻种植带，应尽量发挥其土壤优势，种植高产优质的水稻。大力保护区域周围的水库，发展养殖业，扩大养殖规模，建立规模化、科学化的养殖组群。

土地生态质量较好区 (金凤村、华宝村、龙台村、中长村、金华村、桐木村)在未来的土地利用中，应加强对耕地的保护，以发展生态农业为主，发挥农业的生态功能，绿化城镇环境，净化空气。保护品质较好、范围较大的基本农田、园地、林地，可进行农业生产、种植蔬菜、水果等，以满足村民的日常生活所需。此外，可以结合周边生态环境的特色进行旅游资源开发，发展郊区生态旅游，重点发展个性化的生态观光农业与特色农业，严格禁止有污染环境的旅游活动。

土地生态质量一般区 (东塘村、大华村、云盖村、五丰村、莲花社区、集贤村)在未来的土地利用规划中，应严格控制建设用地面积，减少对耕地的侵占，保护耕地，为村庄可持续发展提供更大空间。该区域水资源较匮乏，应充分、合理利用现有水资源，用处理后的污水灌溉农田，污水中的氮与磷既可使土地肥沃，又可减少化肥的使用量保护生态环境。在耕地间穿插布置一些菜田与果园，发展休闲农业、观光农业，将外围新鲜空气引入村区，成为村庄绿色肺叶，形成村庄的生态环境保护网络。以期从根本上改变农村社区的生态环境，为人们营造出舒适、方便、安全、优美的生态居住环境。

土地生态质量较差区 (军营村与新桥村)，该区域麻石资源比较丰富，但由于麻石资源都储藏于林地中，大量的开采势必会对山林造成破坏，带来负面影响，应合理开采麻石以降低对林地的破坏。村域范围内地表水空间分布不均匀，储藏量不够，不能为全村防洪蓄洪、抗旱、养殖及农业生产等提供很好的保证。此外，村民建设用地非常分散，造成土地资源的浪费很严重。在未来的土地利用中，应大力保护耕地，开展以水稻生产为主、以茶叶种植加工为辅的产业发展模式，集约利用土地，保护生态环境，优化人居环境。应立足现有农村资源与产业基础，挖掘农村潜力，对农田进行土地整理，种植优质稻，提高农业收益。该区域的林地皆为自然林，未来可利用现有的林地发展经济林业，可重点发展如花卉苗木、油茶、木本药材等经济林。

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