晋江市就地城镇化下LUCC特征及其生态安全评价

苏木兰，刘兆辰，戴文远，郭强，姜华伟

（福建师范大学地理科学学院，福建福州350007）

晋江市就地城镇化下LUCC特征及其生态安全评价

苏木兰，刘兆辰，戴文远*，郭强，姜华伟

（福建师范大学地理科学学院，福建福州350007）

文章以晋江市为研究区域，基于2000、2005和2013年三期SPOT遥感数据，在定量分析研究区土地利用程度、土地利用动态变化以及土地覆被变化的基础上，参考P-S-R模型框架，从经济、环境、资源、人口等方面选取19个评价指标构建土地资源生态安全评价指标体系，并结合研究区近年来的经济社会发展情况定量评价其土地资源生态安全状况.结果显示：2000—2013年晋江市土地利用处于发展上升期，建设用地面积持续增加，呈现极端非平衡“涨势”状态，其他土地利用类型均呈现“落势”状态，规模趋于缩减趋势，使晋江市土地利用结构失调，土地覆被状况及宏观生态状况越转越差；13年间土地资源生态安全综合评价指数呈先上升后下降的趋势.2000年土地资源生态安全综合值为0.619，安全等级为Ⅳ，处于风险级（中警状态）；2005年上升至0.741，安全等级为Ⅲ，处于敏感级（预警状态）；2013年又下降至0.674，虽仍处于敏感级（预警状态），但土地资源生态安全综合评价指数有所下降.

土地利用/覆被变化；压力-状态-响应；生态安全评价；晋江市

土地生态安全是21世纪人类可持续发展的重要基础条件，是当前政府相关部门和学术界关注的研究热点之一[1-4].在社会经济持续快速发展以及工业化和城镇化进程不断推进的背景下，土地资源的稀缺性与社会需求不断增长之间的矛盾日益尖锐.目前国内外对土地利用/覆被变化的研究较多并取得丰富成果，研究内容主要涉及相关理论、土地利用格局与变化过程、驱动力与驱动机制、土地利用变化模拟与预测和生态环境效应等方面[5-9].但对土地生态安全的研究还处于初级阶段，其相关理论体系、研究内容与研究方法仍较为单薄，关键性内容如评价标准与准则、评价指标体系构建等均未得到统一[10-14]，因此结合实际开展研究有积极的现实意义.

改革开放以来，晋江市经济持续快速发展，其独具特色的就地城镇化道路被称为“晋江模式”[15].社会经济快速发展的同时，各类建设用地迅速扩张，不合理占用耕地、林地、草地等生态用地，致使土地利用结构失调，自然生态系统遭受严重破坏.因此，本文在深入分析晋江市2000—2013年土地利用/覆盖变化特征的基础上，对其土地资源生态安全进行评价，以期为晋江市土地资源的合理利用提供科学依据.

1　研究区概况和数据来源

1.1研究区概况

晋江市为福建省县级市，位于晋江下游南岸，介于东经118°24′～118°41′，北纬24°30′～24°54′之间，是闽南金三角的核心.晋江三面临海，东北连泉州湾，东南濒临台湾海峡，南与金门岛隔海相望，陆域东与泉州石狮市接壤，西与南安市交界，北和鲤城区相邻；陆域面积649 km2.晋江是福建省经济竞争力最强的县级市，2013年经济发展再上新台阶，全市地区生产总值达到1363.94亿元，比去年增长11.6%，财政总收入182.79亿元，增长13.35%，城镇居民人均可支配收入30825元，同比增长10.9%，农民人均纯收入15213元，同比增长12.7%，均创历年新高.同年全市常住人口为204.5万人，户籍人口为109.02万人，城镇化水平62.8%.

1.2数据来源

1.2.1遥感数据

本研究数据来源于2000、2005、2013年SPOT_5（分辨率5m×5m）遥感影像.结合土地利用调查数据、Google Earth及野外实地调查数据对解译结果进行人工修改，得到2000、2005、2013年三期晋江市的土地利用/覆被变化数据.

本研究的土地利用/覆被的类型参考中国科学院关于资源环境遥感调查数据数据库使用的土地利用二级分类系统[16-17]，将一级分为耕地、林地、园地、草地、水域、建设用地、未利用地7大类.

1.2.2其他数据

土地资源生态安全评价的统计数据来源于福建省统计年鉴（2000、2005、2013年）、泉州市统计年鉴（2000、2005、2013年）、晋江市统计年鉴（2000、2005、2013年）、晋江市环境统计年报（2013年）、晋江市国民经济和社会发展统计公报（2013年）、农业普查资料等.

2　土地利用/覆盖变化特征分析

2.1研究方法

2.1.1土地利用程度变化模型

在对土地资源利用进行分级的基础上，构建土地利用程度变化模型[18-19]，计算土地利用程度综合指数、土地利用程度变化量以及土地利用变化率，分析晋江市2000—2013年土地利用综合水平与变化趋势.

计算公式分别为：

式中，L—土地利用程度综合指数，Ai—第i级土地利用类型的分级指数（见表2），Ci—第i级土地利用类型所占的百分比，n—分级数.

表2　土地利用类型分级表Tab.2The hierarchical form of land use type

2.1.2土地利用动态变化模型

1）单一类型动态度.利用单一土地利用动态度和单一类型空间变化动态度定量分析某一时段内某一土地利用类型的变化速度和空间变化情况，模型如下[20-21]：

式中，ΔUout（ΔUin）—研究期间某一土地利用类型减少（或增加）的面积，T—时间（年），Rs—单一土地利用动态度，Rss—单一土地类型空间变化动态度.

2）土地利用/覆盖变化趋势.利用土地利用变化趋势指数（Ps）分析各土地利用类型在不同时期的变换趋势和所处的平衡状态，模型如下[22]：

式中，Ps—土地利用/覆盖类型变化的趋势与状态指数.当-1≤Ps<0时，土地利用类型呈现出“落势”状态，规模趋于缩减趋势，当0

2.1.3土地覆被变化分析模型

参考土地覆被类型生态意义定级相关研究（见表3）[23-24]，本文在利用马尔科夫转移矩阵模型定量分析土地利用类型之间相互转化状况的基础上，结合土地覆被转类指数定量表征区域土地覆被状况及宏观生态状况转好与转差的程度.计算公式如下：

式中，LCCI—研究区土地覆被转类指数，i—土地覆被类型i=1，…，n，Ai—研究区土地覆被一次转类的面积，A—研究区面积，Da、Db—转类前、后级别.LCCIij值为正，表示土地覆盖与宏观生态状况转好，且值越大，转好程度越高；LCCIij值为负，表示土地覆盖与宏观生态状况转差，且绝对值越大，转差程度越大.

表3　土地覆被类型生态级别Tab.3Ecological levels of land cover types

2.2土地利用/覆盖变化特征分析

2.2.1土地利用程度变化分析

土地利用程度综合指数是一个从100～400之间连续变化的指标，其大小反映了土地利用程度的高低.表4结果显示，2000—2013年间，晋江市土地利用程度综合指数在持续增长，由2000年的300.35增至2005年的308.69，再增至2013年的322.10，13年来土地利用程度变化值为21.79，变化率为7.25%；另外，2005—2013年的土地利用程度变化值、变化率（13.45，4.36%）均比2000—2005年的（8.34，2.78%）大，说明新世纪以来晋江市对土地开发利用程度逐渐加大.从土地利用程度指数极限400来看，到2013年晋江市土地利用程度已经达到了很高的水平，这与晋江市近年来不断扩大经济开发区规模，社会经济持续快速发展情况相符.

表4　晋江市土地利用程度及其变化Tab.4The change and degree of land use in Jinjiang city

2.2.2土地利用类型动态变化分析

利用公式（2）、（3）、（4）计算得到了研究区各土地利用类型的年变化率、空间变化动态度和变化趋势与状态指数（见表5）.从单一类型动态度看，2000—2005年间，晋江市园地＞草地＞建设用地＞林地＞水域＞耕地＞未利用地；2005—2013年间，则是草地＞未利用地＞建设用地＞林地＞园地＞耕地＞水域，因此前后两个时段，晋江各土地利用类型的动态度均发生了不同程度的变化，除建设用地面积呈平稳速度增加外，其余土地利用类型面积均以不同速率减少.

表5　晋江市不同时期各个土地类型年变化率、动态度及其变化趋势Tab.5The annual change rate,dynamic degree and trend for each tye of land in different periods in Jinjiang city

从空间变化率来看，2000—2005年间，园地（6.34%）＞未利用地（5.56%）＞草地（4.61%）＞建设用地（3.25%）＞林地（2.77%）＞耕地（2.32%）＞水域（1.09%），2005—2013年间，草地（15.76%）＞未利用地（15.30%）＞林地（11.19%）＞园地（10.10%）＞建设用地（4.40%）＞耕地（4.20%）＞水域（3.01%）.显然，后一研究时期各土地利用类型的空间变化率均比前一研究时期的大，尤其草地、未利用地以及林地，空间变化率猛然加快，其他类型略有增速.

从土地利用类型发展趋势和状态来看，2000—2013年，建设用地的变化趋势与状态指数大于0，并趋近于1，呈现极端非平衡“涨势”状态，主要表现为其他土地利用类型转为建设用地，使其面积快速增加.除此之外，其他土地利用类型的变化趋势与状态指数均小于0，呈现出“落势”状态，规模趋于缩减趋势.其中，园地、水域、林地和草地的变化趋势与状态指数由2000—2005年间趋近于-1逐步向2005—2013年间趋近于0发展，说明其由前期的极端非平衡“落势”状态（大规模的转化为其他类型）逐渐转向后期的双向均衡转化态势，减少趋势有所缓解，但其转出仍大于转入，尤其是草地.

2.2.3土地覆被变化分析

从土地利用类型转移结果来看，2000—2005年与2005—2013年间均有大量土地转为建设用地，前后期均主要转自耕地、林地和草地，后期的转量（耕地31.67 km2、林地13.44 km2、草地18.90 km2）均比前期（耕地16.80km2、林地7.54km2、草地6.85km2）大.同时，后一时期对未利用地（9.93 km2）和水域（8.55 km2）的开发规模也比前期（未利用地2.38 km2、水域4.59 km2）大.在社会经济不断发展以及城镇化水平持续推进的背景下，各土地类型之间的转换不平衡，建设用地不断扩张占用林地、草地、水域等生态综合功能较高的地类，使得晋江市的生态安全存在一定的隐患.2005年与2013年晋江市土地覆被转类指数均小于0，分别为-5.52与-6.81，绝对值增大，土地覆被状况及宏观生态状况越转越差（见表6）.

表6　晋江市土地覆被转类指数Tab.6The land cover change index of Jinjiang

区域土地利用/覆盖变化是土地资源生态安全状态改变的最主要的驱动因素[11].进入21世纪，随着福建晋江经济开发区动工建设，在晋江市工业化、城镇化水平持续快速发展的同时，其土地利用也在不断发生深刻变化，林地、耕地、水域等生态用地被大量挤占从而对晋江土地生态安全构成一定威胁.本文以“压力-状态-响应”模型为框架，进一步对晋江市三个时期的土地资源生态安全进行评价.

3　土地资源生态安全评价方法

3.1评价指标体系的构建

3.1.1评价指标选取

本文统计分析了近10年关于土地生态安全评价的文献资料20篇[9-12，25-40]，综合考虑研究区实际情况以及数据的可获得性，参考压力-状态-响应模型[41]（P-S-R）的基础上，选取其中使用率高于30%的17个指标，其中压力指标8个、状态指标3个和响应指标6个.由于状态指标数量偏少，可能影响评价结果，另外增加两个关联较大的指数——景观多样性指数和景观破碎度指数来弥补这一不足，最终确定19个评价指标构建土地资源生态安全评价指标体系（见表7）.

3.1.2权重确定

本文采用层次分析法与熵权法组合赋权，综合确定指标权重（见表7）.

式中，wj—指标j的熵权权重；hj—指标j的AHP权重；k1k2通过AHP法确定，其中k1=0.67，k2=0.33；zj—指标j的组合权重.

3.2土地资源生态安全评价指标基准值的确定

生态安全评价标准的来源主要有[34-35]：国际、国家、行业和地方公认的标准，背景和本底标准，类比基准，科学研究已判定的生态环境阈值等.在参照国内外相似城市和地区社会经济发展情况的基础上，结合晋江市土地资源生态系统的实际情况，确定本研究中各指标因子的标准值（见表8）.

3.3土地资源生态安全指数的计算

本研究选取的评价指标包括正向指标和逆向指标，定义正向、逆向指标的标准值分别为安全的下限值和安全的上限值，并利用标准值和评价指标实际值计算生态安全指数：

1）正向指标：

2）逆向指标：

3）单项指标安全值：

式中，Xi—第i项指标的真实值，Si—第i项指标的标准值，Yi—第i项指标的安全指数，M—单项指标的安全值，Zi—第i项指标的综合权重.

4）用指数和法计算土地资源生态安全综合指数：

式中，T—安全综合值，Yi—第i项指标的安全指数，Zi—第i项指标的综合权重，n—指标总个数.

表7　晋江市土地资源生态安全评价指标体系Tab.7The evaluation index system of the land resources ecological security evaluation in Jinjiang

表8　晋江市土地资源生态安全评价指标标准值及说明Tab.8The standard value and its illustration of the land resources ecological security evaluation in Jinjiang

3.4土地资源生态安全评价标准

土地资源生态安全是一个相对的概念，需要定量化的综合结果来进行定性描述，在参考相关研究的基础上[36-37]，结合晋江市的实际情况，将土地资源生态安全划分为5个等级（见表9）.

3.5结果与分析

结果显示：2000—2013年以来，晋江市土地资源生态安全综合评价指数呈现先上升后下降的趋势（见表10）.其中，2000年，晋江市土地资源生态安全综合值为0.619，安全等级为Ⅳ，处于风险级（中警状态）；2005年上升至0.741，安全等级为Ⅲ，处于敏感级（预警状态）；2013年又下降至0.674，但仍处于敏感级（预警状态）.

2000—2005年间，晋江市的土地资源生态安全综合值上升了0.122，土地资源生态安全状况得到了一定改善.此期间，晋江单位农作物播种面积化肥负荷从2000年的870.90 kg/hm2下降到2005年的698.25 kg/hm2，农药负荷从2000年的26.55 kg/hm2下降到2005年的9.00 kg/hm2，城镇化率和就业率分别从2000年的13.18%、13.65%上升到2005年的43.61%、28.17%，一定程度上缓解了建设用地持续扩张不合理占用其他类型土地，土地覆被状况转差，人均耕地面积略微减少，人口自然增长率增加给土地资源生态安全带来的压力，压力指数由2000年的0.175上升到2005年的0.236，增加了0.061（压力指数属于负向指标，数值越大，生态压力越小）.森林覆盖率、水田面积、水土协调度、景观多样性和景观破碎度等状态指标虽然均略有减少，但是农电集约度和机械化水平大幅度增长（分别从2000年的2.13°/hm2、16.35 kW/hm2上升到2005年的9.59°/hm2、140.55 kW/ hm2），大大提高了土地产出能力、农民人均纯收入和单位土地面积GDP，所以土地资源生态安全评价模型中的状态指数和响应指数也相应上升.

表9　土地资源生态安全评价标准Tab.9The criterion of ecological security of the land resources

表10　晋江市土地资源生态安全评价表Tab.10The evaluation of land resources ecological security in Jinjiang

2005—2013年间，晋江市的土地资源生态安全综合值降低了0.067，土地资源生态安全状况略微下降.此期间，晋江市社会经济高速发展，城镇化进程快速推进，建设用地扩张占用大量耕地（31.67 km2），人均耕地面积持续减少，为保证粮食产量，施用大量的化肥和农药（859.65 kg/hm2、18.6 kg/hm2），给土地资源生态安全带来一定压力，但人口自然增长率降低（从2005年的5.31%下降到2013年的4.92%），城镇化水平和就业率大幅度增长（分别从2005年的43.61%、28.17%上升到2013年的62.80%、45.36%），缓解了土地资源的压力，压力指数略微上升了0.008.另外，建设用地扩张占用了大面积的林地（13.44 km2）和其他土地利用类型，对于森林覆盖率本身就不高的晋江市来说影响较大，景观多样性锐减，加之水土协调度和机械化水平的大幅度下降（分别从2005年的80.82%、140.55 kW/hm2下降到2013年的39.17%、24.3 kW/hm2），严重影响了晋江市的粮食产量，使得状态指数和响应指数均减少.2013年安全等级虽仍处于敏感级（预警状态），但土地资源生态安全综合评价指数有所下降.

4　结论

1）进入21世纪，随着福建晋江经济开发区动工建设，晋江市对土地利用程度的广度和深度均在提高，2000年晋江市的土地利用程度已经达到了较高水平，2000—2013年仍然处于发展上升期，土地利用发展态势明显.主要体现在：建设用地面积持续增加，不同发展时期以不同速率占用耕地、园地、林地、草地、水域和未利用地，13a增量103.45 km2，呈现极端非平衡“涨势”状态，而其他土地利用类型均呈现“落势”状态，规模趋于缩减，使晋江市土地利用结构失调，土地覆被状况及宏观生态状况越转越差.

2）2000—2013年间，晋江市土地资源生态安全综合评价指数呈先上升后下降的趋势.2000年安全等级为Ⅳ，处于风险级（中警状态），土地资源人为破坏较大，生态环境较为恶劣.2000—2005年间，单位农作物播种面积的化肥和农药负荷明显下降，城镇化率、就业率、农电集约度和机械化水平大幅度提高，一定程度上改善了晋江市的土地资源生态安全状况.至2005年安全等级为Ⅲ，处于敏感级（预警状态）.2005—2013年间，社会经济迅猛发展，城镇化进程快速推进，建设用地扩张占用大量耕地、林地和其他生态用地，景观多样性锐减，为保证粮食产量，单位农作物播种面积的农药和化肥负荷大增，加之水土协调度和机械化水平的大幅度下降，严重影响了晋江市的粮食产量，使得状态指数和响应指数均减少，2013年安全等级虽仍处于敏感级（预警状态），但土地资源生态安全综合评价指数有所下降.

3）文中所构建的评价指标体系还有待进一步的完善，评价指标除了土地利用/覆盖变化、社会经济、人类活动等宏观方面外，还应该包括水环境和土壤环境等微观方面的要素.另外，本研究仅在时间序列上进行了纵向的评价，对于乡镇内部之间横向的比较因数据获得困难没有开展，还有待以后进一步研究.

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责任编辑：黄澜

LUCC Features of Jinjiang City in Situ Urbanization and Its Ecological Security Evaluation

SU Mulan，LIU Zhaochen，DAI Wenyuan*，GUO Qiang，JIANG Huawei
（School of Geographical Sciences，Fujian Normal University，Fuzhou 350007，China）

This paper,taking Jinjiang City for example,is based on the remote sensing（RS）images of Jinjiang in 2000, 2009 and 2013 to quantitatively analyze the degree of land use,dynamic change of land utilization,and change of land cover. By adopting the pressure-state-response model framework,the authors have selected 19 evaluations from the aspects of pop⁃ulation,resources,economy,environment,developed evaluation criteria,and also studied the land resources ecological secu⁃rity by developing the ecological safety evaluation index system.The results show that:the land use in Jinjiang city is still in developing trend from 2000 to 2013,and construction land areas continue to increase,showing an extreme non-equilibrium "rally"state.Other types of land use tend to reduce,showing a"falling trend".All these lead to the imbalanced land use structure in Jinjiang city,with land cover and macro ecological conditions turning poorer and poorer.The comprehensive in⁃dex of land resource ecological security in the study area rises at the beginning,and then goes down.The comprehensive in⁃dex of land resource ecological security in 2000 was 0.619,then rose to 0.741 in 2005,finally declined slightly to 0.674 in 2013.From the view of the ecological system security,ecological security in Jinjiang changes from risk level to sensitivity level,showing the transition from a poor condition to an overall good one.However,the protection of land resources and eco⁃logical security is still the focus of future work.

land use/cover change；pressure-state-response；ecological security；Jinjiangcity

F301.2

A

1674-4942（2016）01-0075-08

2015-11-27

福建省自然科学基金项目（2014J01152）；福建省科技厅公益类项目（K3-300）；福建省教育厅项目（JB12036）