退耕还林背景下寒地山区土地生态安全格局动态变化

侯大伟，刘 艳，孙 华



退耕还林背景下寒地山区土地生态安全格局动态变化

侯大伟，刘 艳，孙 华※

（南京农业大学土地管理学院，南京210095）

为了研究退耕还林工程引起的土地生态安全格局变化，该文应用遥感和GIS技术对牡丹江地区2000－2014年土地利用变化特征进行了分析，并基于DPSIR概念框架构建评价指标体系，从空间上揭示了研究区退耕还林期间土地生态安全水平及格局变化。结果表明，退耕还林工程的实施对研究区土地利用结构产生了极大的影响，林地面积增加1 520.16 km2，草地、耕地面积分别减少878.50、517.14 km2，土地利用强度先下降后上升；退耕还林工程在有效控制坡地垦殖、增加林地面积的同时，能够显著提高区域土地生态安全水平，2000－2014年，各坡度等级内安全、较安全、临界安全面积共增加1 088.6 km2；14 a来研究区土地生态安全水平总体呈“先改善后恶化”的趋势，但仍较2000年工程实施前有了较大幅度的提升，西部、东部及南部地区土地生态安全水平显著提高，但中部牡丹江河谷盆地土地生态安全水平提升缓慢，建议新一轮退耕还林工程将此地区作为重点调控整治区域。

土地利用；生态；植被；退耕还林；土地生态安全；寒地山区

0 引 言

土地资源作为人类活动的载体，保障其生态安全是实现社会可持续发展的基础[1]。土地生态安全受自然因素和人为因素的共同影响，一般指土地生态系统的结构和功能在其弹性限度内处于不受或少受威胁的动态平衡状态，并能够为区域的可持续发展提供稳定的生态服务价值[2]。近年来，人类活动导致的土地利用/覆被变化（LUCC），不仅改变了自然景观面貌，而且影响着物质循环和能量分配，极大地威胁着土地生态系统的平衡与稳定[3-5]。因此，保证区域土地生态安全，促进土地资源可持续利用已成为生态学、地理学等领域研究的前沿课题。

退耕还林工程旨在有步骤有计划地治理水土流失严重和产量低而不稳的坡耕地和沙化耕地，造林还草，恢复植被，逐步提高区域生态环境质量，是迄今为止世界范围内投入力度最大、政策性最强的生态修复工程[6]。因此，从空间上准确把握退耕还林期间土地生态安全水平及格局变化，对于合理规划土地用途、维持区域生态系统平衡尤为重要。现阶段，针对退耕还林生态效应的研究主要集中在退耕生态效益、生态补偿机制、生态格局建立等方面[7-10]，对于退耕期间土地生态安全水平及格局变化分析尚属薄弱环节，且已有研究多以矢量边界为评价单元，一定程度上不能揭示其单元内部的空间异质性和诸如社会、经济等因素对区域生态系统所产生的影响[11-17]，亟待进行空间上更精细的动态变化研究以指导具体生态修复工程的实施。

高凤杰等[17]研究了牡丹江地区2000－2014年土地利用变化特征，并基于DPSIR概念框架构建评价指标体系，从空间上揭示了研究区退耕还林前后土地生态安全水平及格局变化。本文在其研究的基础上，从指标选取及评价单元确定方面做出了相应改进与完善。指标选取方面，以往研究[17]选取压力、状态、影响因子时，过分强调社会经济发展对生态系统造成的影响，忽略了对生态系统自身变化的探讨（如选取人口密度及公路里程表征生态压力，同时选取工业产值能耗、生活污水排放量反映人类行为对生态系统的影响），导致其结果以地区经济发展水平为导向，难以真实反映地区实际生态环境质量（如东宁县由于经济发展水平低而导致其始终处于不安全水平）；本研究在选取驱动力、压力因子时，充分考虑社会、经济发展等驱动因素对生态系统造成的影响，状态、影响因子则更多反映生态系统自身承载能力、恢复能力及脆弱性（如生态弹度、景观稳定性、土壤侵蚀强度），较之以往[17]，指标体系及评价结果能够更加真实地反映退耕还林工程实施期间土地生态安全水平及格局的变化情况。评价单元选取方面，本研究以空间栅格为具体评价单元，能够清晰反映各行政单元内部的空间分异特征，也在一定程度上避免了由于各别指标值差异过大对行政单元整体生态安全水平的影响。指标体系的优化以及评价单元的精细化，将为衡量退耕还林工程的实施效果提供理论支撑及判定依据，为第三轮退耕还林工程划定重点生态修复区域提供借鉴参考。同时，将土地利用变化和土地生态安全格局动态变化分析两个热点问题相结合，深化了研究的理论深度及现实意义。

1 研究区概况

牡丹江地区（128°02′38″－131°18′9″E，43°24′50″－45°59′12″N）位于黑龙江省东南部，地处北温带中部，多年平均气温2.2～4.5 ℃，冰冻期180 d左右，系张广才岭、老爷岭山脉，行政区划上包括牡丹江市、林口县、东宁县、穆棱县、宁安县、绥芬河市、海林市，以中部牡丹江河谷盆地农业生态系统及四周环绕的森林景观组成，区域内人均耕地面积少，坡耕地比重大，是中国典型的寒地山区。随着经济发展及人口的增加，区域森林覆盖率急剧下降，水土流失严重，区域生态安全形势不容乐观。图1为研究区位置示意图。

图1 研究区位置示意图

2 数据来源和研究方法

2.1 数据及处理

本研究采用的基础资料主要包括2000年、2007年、2014年的LandsatTM影像；研究区30m数字高程模型（DEM）；1∶10万土壤类型图、土壤可蚀性分布图；牡丹江地区2000年后各气象站点的观测数据（气象站点编号：54093/54092/54099/54094/54096）、2000－2014年牡丹江市社会经济统计年鉴以及牡丹江市土地利用总体规划（2006－2020）等相关规划文件。首先对影像进行图像配准、波段融合等处理，其次采用人工目视解译的方法进行相应年期的土地利用分类。参考全国第二次土地调查分类体系，将土地利用类型分为耕地、林地、草地、建设用地、水域及未利用地6类。解译完成后，核对当地土地利用详查资料并进行实地调查，林地、耕地、建设用地解译精度在90%以上，未利用地、草地、水域精度在85%以上，成果可信度较高，可为本研究使用。

本研究数据可划分为矢量数据和栅格数据2种，前者主要包括人口分布、工业产值能耗分布等行政单元统计数据，后者则主要包括利用遥感数据衍生获得的土壤侵蚀强度、坡度、植被覆盖度等。由于统计单元不同，不便于数据计算和结果分析，为此以栅格像元为基本评价单元（30 m×30 m），利用网格转化方法对矢量数据进行栅格化、配准、重采样等处理，将所有数据统一校正到能与TM影像配合套准。

2.2 土地利用变化分析

2.2.1 土地利用结构分析

土地利用结构是指在一定区域内各种土地利用类型的空间分布格局及数量的比例关系[18]。在GIS软件中以2000、2007、2014年土地利用类型图为输入图层，利用统计分析工具，对3期土地利用类型的数量、比例结构进行统计。

2.2.2 土地利用程度分析

土地利用程度主要反映土地利用的广度和深度，他不仅反映了土地利用中土地的自然属性，同时也反映了人类因素与自然环境因素的综合效应。其计算公式为

式中L为土地利用综合程度指数，为土地利用程度变化率，A为研究区第级土地利用程度分级指数，C为第级土地利用程度面积比，C、C分别为研究期初和研究期末第级土地利用程度土地所占总面积比。此外，如果>0，该地区土地利用处于发展阶段；<0，处于衰退期；=0，则处于稳定期。

根据刘纪远等[19-20]提出的数量化土地利用程度分析方法，将土地利用程度按照土地自然综合体在社会因素影响下的自然平衡保持状态分为4级，并分别赋予指数：未利用地赋值1，林地、草地、水域赋值2，耕地赋值3，城镇用地赋值4。

2.3 评价体系的构建

生态系统的演变是一个复杂的动态过程，尤其是全球气候变化以及人类干扰活动日趋剧烈的背景下，生态系统的受损程度及动态变化愈发受到重视。研究表明，土地生态安全的变化是驱动力（D）、压力（P）、状态（S）、影响（I）、响应（R）等因素相互作用的过程：发展驱动力导致人类对生态系统的干扰增加，产生压力迫使生态系统发生改变，对人类社会和生态系统产生影响，促使人类做出响应，响应机制反作用于以上过程以保证系统平衡与稳定。牡丹江地区地形起伏较大，降水所引起的土壤侵蚀以及人类活动对生态系统的干扰是导致区域水土流失、生态环境质量下降的重要因素。因此，分别从自然条件及社会经济发展方面选取评价因子以表征驱动力因素及其对于生态资源的需求和压力。状态指生态系统中各成分的背景值，是驱动力和压力共同作用的结果，选取土壤侵蚀强度、景观稳定性及生态环境弹度作为状态因子，揭示人类改造后土地资源的现实表现及动态变化规律。人类在改造自然的同时，不仅改变了区域自然条件，而且对其他方面也会产生深刻影响，因此在选取评价因子时，应综合考虑自然、社会、经济等多方面因素，系统地反映人类行为对于生态系统的影响[21-24]。基于以上认识，遵循科学性、代表性等原则，构建土地生态安全评价指标体系（表1）。

表1 土地生态安全评价指标体系

2.4 指标标准化

由于各因子量纲不同，所以不具有可比性。因此，必须对其进行标准化处理，以消除不同量纲之间的影响。各项指标与生态安全指数之间存在正向或逆向的关系，正向关系采用公式（3），负向关系采用公式（4）。

式中F为评价指标的作用分值，X、min、max分别为评价指标的实际值、最小值和最大值。

2.5 指标权重确定

每个指标在土地生态安全研究中所起作用不同，所以需要通过权重来反映各指标的贡献率。熵权法是根据指标的变异程度，利用信息熵计算指标的熵权，再通过熵权对指标权重进行修正，从而得到指标权重。与其他方法相比，熵权法精度较高，客观性较强，避免了主观因素造成的误差。其步骤如下：

1）计算第个指标下第个项目的指标值比重P

式中r为标准化之后的指标值。

2）计算指标信息熵

3）计算指标权重W

2.6 土地生态安全评价

在确定研究区各评价因子空间分布及相应指标权重后，采用综合指数法在ArcGIS软件中进行空间叠加处理，获取土地生态安全指数及空间分布。

（10）

（13）

式中为生态安全指数，用于表示生态安全水平的高低。越高，说明土地生态状况越好；越低，说明土地生态状况越差。分别代表驱动力、压力、状态、影响、响应因子的综合指数值。X为驱动力指标量化后的值，W为驱动力指标的权重，其他同理。利用自然断点法（natural breaks）划定生态安全指数（ESI）的临界阈值，并将生态安全指数与土地生态安全水平做出关联（表2）。

表2 生态安全指数分级标准

3 结果分析

3.1 土地利用/覆被变化分析

土地利用变化分析表明：退耕还林工程的实施极大地影响了牡丹江地区土地利用结构，其中林地、草地及耕地变化尤为明显。截止2014年，林地面积共增加1 520.16 km2，面积比例由2000年的69%上升到2014年72.91%；耕地、草地面积则分别减少517.14、878.5 km2（表3）。林地、耕地、草地为研究区主要土地利用类型，经过14 a的退耕还林改造，牡丹江地区林地面积持续增加，草地面积比例持续下降，耕地面积则呈现先减少后增加的趋势。退耕还林工程旨在抑制坡地垦殖，恢复植被，提高区域生态承载力[25]。然而，在工程实施过程中，人们往往过分强调造林面积，且将坡度指标作为衡量退耕与否的唯一标准，这种做法虽然能够在短期内快速提高区域植被覆盖度，但也会对地区粮食安全产生威胁，造成坡地复垦现象的发生[26-27]。因此，2007－2014年，研究区耕地面积出现反弹，林地增速放缓。

从土地利用程度变化来看，研究区2000年、2007年、2014年土地利用程度指数总体保持稳定且3个年份土地利用程度指数范围均在200～300之间，反映土地利用程度处于中等水平；2000－2007年间，土地利用程度变化率为=−0.01＜0，此阶段耕地、建设用地面积减少，林地面积大量增加，土地利用强度下降；2007－2014年，土地利用程度变化率=0.005＞0，此阶段耕地面积增加，草地、未利用地面积减少，土地利用强度提高[28-29]。

表3 土地利用/覆被变化

3.2 土地生态安全格局变化分析

3.2.1 时间特征

2000－2007年，研究区安全面积净增加9 226.41 km2；其中，由较安全等级转化而来6 682.46 km2，占2000年较安全面积的73.07%，由临界安全转化而来4 063.81 km2，占2000年临界安全面积的41.98%；安全面积退化3 199.54 km2，其中，转出为较安全等级3 049.1 km2，占2007年较安全等级总面积的37.58%。研究区不安全和极不安全面积共减少5 501.31 km2，分别转化为临界安全面积1 339.79、1 586.88 km2，占2000年不安全、极不安全面积的26.13%、29.47%。至2007年，不安全、极不安全面积比例已由2000年的13.25%、13.92%下降到8.38%及4.58%（表4）。

表4 2000－2007年土地生态安全数量转移

2007－2014年间，研究区安全面积减少949.41 km2，较安全面积减少1 279.14 km2，临界安全面积减少879.95 km2，而不安全面积、极不安全面积分别增加703.7、2 404.8 km2；其中，不安全、极不安全面积主要由临界安全面积转化而来，共2 691.66 km2，占2007年临界安全面积的38.02%；2014年不安全、极不安全面积比例分别为9.95%、10.79%，与2007年比较有所下降，但仍低于2000年。此外，安全、较安全、临界安全等级之间的相互转化数量明显大于2000－2007年（表5）。

从14 a整体变化来看，研究区土地生态安全水平有了显著提高。与2000年相比，2014年的不安全、极不安全土地面积共减少2 487.99 km2，安全面积增加8 211.29 km2，由2000年的24.15%增加到2014年的45.38%，2000－2014年，各坡度等级内安全、较安全、临界安全面积共增加1 088.6 km2。

然而，也应该清楚地认识到，研究区较安全及临界安全面积较2000年分别下降了5.80%和9%。因此，下一轮退耕还林工程应在保证退耕数量的前提下，兼顾较安全、临界安全地区土地质量的巩固与提升，注重提高现存耕地垦殖效率，由传统粗放耕作向集约化经营转变，在不影响地区粮食安全的前提下逐步提高研究区临界安全及以上水平地区面积比例[29]。

表5 2007－2014年土地生态安全数量转移

3.2.2 空间特征

牡丹江地区退耕还林工程实施期间土地生态安全水平总体呈“先改善后恶化”的趋势。2000年土地生态安全指数最低（0.688），2007年最高（0.832），2014年土地生态安全指数（0.732）稍有下降，但仍较2000年退耕还林工程实施前有了显著提高。

2000年，东宁大部分地区、穆棱南部地区处于安全水平，海林西部、宁安南部呈现较安全水平。临界安全、不安全、极不安全地区主要分布在中部牡丹江河谷盆地、海林东部以及林口大部分地区。此外，牡丹江市区土地生态安全水平较差，几乎全部处于不安全和极不安全水平。2007年，西部及南部地区包括海林大部分地区和宁安南部、穆棱南部在内的大面积土地已经转化为安全水平，这主要得益于区域植被覆盖度的提高以及坡地水土保持能力的增强；同时，分布在中部牡丹江河谷盆地的大量临界安全水平以下土地的生态水平也显著提高，牡丹江市区极不安全土地面积大幅度减少。至2014年，中部牡丹江河谷盆地的生态安全水平稍有下降，但整体生态安全面积仍明显高于2000年。

图2 研究区生态安全空间分布图

2000－2007年间，研究区整体生态安全状况呈上升趋势。其中，由较安全、临界安全、不安全、极不安全水平转化为安全水平的土地主要分布在研究区西部、南部地区，以上地区地形起伏较大，水土流失严重，加之常年形成的以资源消耗为主体的经济发展模式，造成退耕还林工程实施前该地区生态环境较为恶劣。以上地区被划定为退耕还林工程的首批重点整治区域，经过7 a的土地整治及退耕还林，安全面积大幅增加，区域生态环境显著改善（图3a）。2007－2014年间，土地生态安全水平提高的区域主要分布在研究区东南部即东宁北部地区（图3a）。该地区地形起伏较大，同时坡耕地的大量存在以及农药化肥的不合理施用在一定程度上造成了土壤质量下降，进而影响区域土地生态安全水平。退耕还林工程的实施缓解了地区生态压力，提高了水土保持能力，生态安全、较安全面积显著提高。2007－2014年间的生态退化主要发生在中部牡丹江河谷盆地（图3b），该地区地形起伏不大，土壤肥力较高，存在大量优质耕地。近年来，随着地区经济及城镇化水平不断发展，粮食安全日益受到重视，为增加土地利用效益，土地利用强度不断提高，导致该地区土地生态水平退化。

图3 研究区生态安全格局变化图

指标体系构建合理与否直接影响研究结果的准确性。以往研究[17]中，东宁县土地生态安全水平始终处于不安全、极不安全状态，而牡丹江市区土地生态安全水平则始终高于其他地区，究其原因，主要在于以往研究[17]在构建评价指标体系时过分强调社会经济发展对区域土地生态系统的人为干扰，选取诸如城镇化水平、生活污水排放量及公路密度等指标，导致评价结果多以社会经济发展水平为导向，难以真实反映退耕还林期间土地生态系统自身状态的变化。本文对其指标体系进行了改进与完善，除充分考虑社会经济发展对区域生态系统产生的压力及驱动作用外，更多选取能够反映生态系统承载力、恢复力、脆弱性的评价因子，以区域生态系统自身变化为导向，使其评价结果能够更加准确合理。指标体系优化及完善后，东宁县大部分土地生态安全状态处于较安全及安全水平，而牡丹江市及周边区域虽经过退耕还林工程的改造，土地生态安全水平得以提高，但大部分地区尚处在临界安全水平以下，此区域仍是未来生态修复工程的重点整治区域。

3.3 退耕还林的坡地改造效果分析

退耕还林工程是针对易造成水土流失的6°以上坡耕地及沙化耕地退耕造林，恢复植被，逐步提高区域生态承载力的过程[30]。因此，定量地分析不同坡度等级内土地生态安全格局及林地、耕地数量变化对测度区域退耕还林生态效应具有重要意义。结果表明，2000－2014年间，各坡度等级内林地面积持续增加，耕地面积先减少后增加。其中，林地面积在不同坡度等级内均呈现逐年增加趋势，10～15°范围内面积增加最多，为449.1 km2，占退耕前该坡度等级内林地面积的6.21%；大于25°面积增长最少，为26.74 km2。各等级内耕地面积均减少，但呈现先减少后增加的趋势。其中，第一阶段10～15°等级内耕地减少最多，为291.98 km2，占退耕前该坡度等级内耕地面积的24.62%。由于退耕还林工程造成研究区耕地保有量下降[29]，且人口增长对粮食的需求量日益增加，因此2007－2014年，各坡度等级内出现小规模的复垦现象，耕地面积小幅增加。各坡度等级内安全、较安全、临界安全面积共增加1 088.6 km2（表6）。其中，安全面积在不同坡度等级内均呈现先大幅增加后小幅减少的趋势，6～10°增加最多，为2 043.58 km2，占退耕前该坡度等级内安全面积的79.19%；此外，10～15°、15～20°、20～25°、以及大于25°内安全面积则分别增加1 989.81、1 131.73、420.11、160.66 km2。通过分析各坡度等级耕地、林地、土地生态安全格局变化趋势发现，增加林地面积、减少陡坡开垦能够有效提高土地生态安全水平。陡坡开垦、森林覆盖率下降是造成研究区水土流失加剧、土地生态安全水平下降的主要原因，退耕还林工程的实施，能够有效控制坡地垦殖，显著增加林地面积，在提高区域土地生态安全水平方面效果显著。

a. 各坡度等级内林地面积比例

a. Proportion of forest land area in each slope level

b. 各坡度等级内耕地面积比例

表6 各坡度等级内土地生态安全格局变化

4 讨 论

4.1 未来重点整治区域及主要土地利用类型调控

土地生态安全水平在一定程度上揭示了人类活动对生态系统承载力的影响[31]。因此，保证土地生态安全是实现可持续发展、促进区域生态系统与社会经济系统协调的基础。从研究结果来看，退耕还林工程的实施明显增加林地面积，改善区域土地生态安全水平，抑制生态退化，尤其在坡耕地治理方面发挥着愈加重要的作用。牡丹江地区属中国典型寒地山区，降水集中所造成的土壤侵蚀以及较大的地形起伏是区域生态退化的主要原因，加之经济发展和粮食安全的双重压力，生态系统十分脆弱。在这种背景下，新一轮退耕还林工程的实施重点应是平衡粮食生产、生态保护与经济发展之间的关系，摒弃粗放的土地利用模式，实现地区协调发展。

1）严格控制新的退耕与复垦，高度重视粮食自给能力。2000－2014年，牡丹江地区耕地面积共减少517.14 km2，存在着粮食自给不足的风险。粮食安全问题将直接影响退耕还林成果的巩固和生态恢复的效果。2007－2014年，牡丹江地区耕地面积增加295.88 km2，其中除耕地布局调整、永久基本农田划定及未利用地开荒外，不少地区开始出现了复垦现象，相关研究也表明一些退耕农户有复垦意愿。为了确保粮食安全并巩固退耕还林成果，首先应严格遵守耕地保护制度，对于基本农田划定区域停止退耕并通过采取间作套种、精准施肥等措施，提高现有耕地的生产潜力；其次，对25°以上水土流失严重的耕地进行坚决退耕，25°以下尤其是15°以下水土流失不严重的耕地可以通过梯改等措施适当增加耕地存量；最后，对闲置率较高的农村居民点进行适当合并以增加耕地存量[32-33]。

2）未来应重点加强对中部牡丹江河谷盆地的生态修复力度。2000－2014年，中部牡丹江河谷盆地土地生态安全水平呈“先改善后恶化”的总体趋势，但较2000年退耕还林工程实施前有了较大幅度的提高。然而，该地区临界安全以下的面积仍有很多，属牡丹江地区土地生态安全水平较低的地区。与其他地区相比，该地区地形起伏不大，土壤肥力较高，存在大量优质耕地，同时也是牡丹江地区的经济及工业中心。近年来，随着地区经济及城镇化水平的不断发展，为提高土地利用效益，不断提高土地利用强度，导致该地区土地生态水平提升缓慢。下一轮退耕还林工程应将此区域作为重点整治区域，在保证粮食安全的前提下，提高植被覆盖度，增强其水土保持能力；加大土地整治力度，针对土地质量较高的撂荒地进行适当的复垦，针对土壤侵蚀严重的土地进行植树造林，提高其水土保持能力，针对废弃居民点尝试合并，提高建设用地集约化水平；法制建设应紧跟政策导向，根据牡丹江市区及周边的企业排污状况制定更加严格的环境保护条例及监督机制，防治与修复同步推进。

4.2 数据源及方法的拓展

退耕还林工程的实施直接改变了土地利用结构及生态安全水平，而土地利用/覆被类型的变化与区域土地生态安全格局的变化密切相关。因此，精确估算土地利用/覆盖变化，合理评价土地生态安全水平，对测度及巩固退耕还林效果尤为重要。但从研究过程来看，在数据源选择、指标权重确定等方面尚存在一定的局限性，需要在未来研究中深入探讨。

1）提高遥感影像的解译精度。本文利用Landsat影像进行土地利用解译发现，与单纯利用地物光谱特征进行监督分类与非监督分类相比，人工目视解译具有更高的精度，能够有效判读林地、建设用地和水域，但由于耕地、草地及部分未利用地在遥感影像中显示的光谱特征比较相似，加之影像分辨率只有30或15 m，对三者进行有效区分比较困难。因此，本研究主要借助Google Earth 高空间分辨率影像对人工目视解译结果进行判读与修正，有效提高了解译精度。随着国产高分系列卫星的投入使用，高分辨率影像的获取与直接应用将更加便利。

2）应用多源数据进行土地生态安全空间评价。由于本研究以空间栅格为评价单元，但部分统计数据以行政单元进行统计，针对这部分指标，研究中主要采用栅格化的方法，导致评价结果在空间上可能出现边界差异。随着信息技术的快速发展，利用多源遥感数据进行空间评价已逐渐成为一种趋势，未来研究可考虑应用诸如DMSP/OLS夜间灯光数据等能够从空间上表征研究区经济发展水平的遥感数据，进而提高评价精度。

3）进行退耕还林工程综合效益分析评价。退耕还林是一项历时较长、投入较大的生态修复工程，其实施过程中必然对地区土地利用方式及产业结构产生深刻影响。因此在重点评价所取得的生态效益的同时，还应综合考虑工程实施对区域经济效益及社会效益的影响。因此，进一步的研究可以将系统动力学、多目标线性规划等方法有机结合，进行不同情景下退耕还林工程的综合效益模拟分析，探讨能够平衡生态效益、经济效益及社会效益的发展模式，缓和地区生态保护与经济发展之间的矛盾。

5 结 论

本文首先应用遥感和GIS技术对牡丹江地区2000－2014年土地利用/覆盖变化进行分析，其次基于DPSIR概念框架构建评价指标体系，对研究区退耕还林期间土地生态安全水平进行评价，并从空间上揭示了其土地生态安全格局变化。与以往研究[17]相比，本研究所选评价因子以区域生态系统自身变化为导向，更能准确反映其承载力、恢复力及脆弱性，提高了结果的准确性；同时，以空间栅格为评价单元，能够清晰表达研究结果的空间分异特征，为区域未来生态修复工程的实施提供借鉴及参考，提高了研究的适用性。主要得到以下结论：

1）退耕还林工程的实施极大地影响了牡丹江地区土地利用/覆被变化。其中，林地增加1 520.16 km2且呈持续增加趋势，草地面积持续减少，两阶段共减少878.5 km2，耕地呈先减少后增加的趋势，共减少517.14 km2。2000－2007年，研究区林地面积大幅度增加，草地、耕地面积下降，土地利用强度下降，2007－2014年，耕地面积增加，草地、未利用地面积减少，土地利用强度提高。

2）退耕还林工程的实施能够有效控制坡地垦殖，增加林地面积，提高坡地生态安全水平。2000－2014年，林地在不同坡度等级内持续增加，耕地先减少后增加，其中10°～15°内林地增加最多，为449.1 km2，占退耕前该坡度等级林地面积的6.21%，此外，退耕还林期间各坡度等级安全、较安全、临界安全面积共增加1 088.6 km2，区域生态安全水平显著提高。

3）退耕还林工程实施以来，牡丹江地区土地生态安全水平呈“先改善后恶化”的趋势，但仍较退耕还林前有了显著提高。研究区不安全、极不安全面积共减少2 487.99 km2，安全面积增加8 211.29 km2，面积比例由24.15%增加到45.38%。研究区西部及南部地区生态恢复较快，2007年后始终保持安全水平；东部地区自2007年后其生态水平也得到了显著提高；中部牡丹江河谷盆地土地生态安全水平虽有提高，但部分区域仍处于临界安全水平以下，该地区地势较为平坦，土壤肥力较高，是牡丹江地区经济及工业中心，新一轮退耕还林工程应将此地区划定为重点整治区域。

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Analysis on dynamic change of ecological security pattern of land in cold mountainous region under background of Grain for Green Project

Hou Dawei, Liu Yan, Sun Hua※

(,,210095,)

Over the last few decades, humanity has been facing increasingly serious environmental challenges at local and global scales due to industrial revolution and population growth. Moreover, the consumption of forest and the degeneration of grassland and arable land have engendered a frequent alteration in land cover that often leads to a decreased stability of ecosystems. Land has been considered as the foundation of human life, so paying attention to ensure the ecological security of land resources is essential to realize sustainable development of social activities. Land ecological security, which is restricted by natural and human factors, is driven by land use and cover change, and it can be mainly characterized by the appearance of landscape and material cycle, which are essential to regional ecological security. Hence, the Chinese government launched “the Grain for Green Project” in 1999, which aimed at curbing water loss and soil erosion to improve ecological conditions by converting cultivated land with a slope greater than 25° to forest or grassland. Up to now, the Grain for Green Project is an ecological restoration engineering which has the largest investment and the strongest policy all over the world. As a consequence, methods of the land eco-security during the Grain for Green Project in China have gradually become the focus of research by international scholars in recent years. Many scholars attempt to make some breakthrough from the quantity and structure of land resources, and have taken some empirical studies in the region where the ecological environment is typical and fragile. Most of these studies belong to the static research which is combined with LUCC (land use/cover change) and focus on the current environment, and it rarely reflects the dynamic change patterns of land eco-security for the study area. However, the concept of ecological security emphasizes the sustainability of ecosystems, focusing on reducing the probability of ecological disaster with social development. So the land eco-security will be the focus in ecosystem evolution process due to the systemic complexity. The study of pattern changes in the land ecological level caused by the project has an important theoretical significance and practical value for speeding up regional vegetation restoration, reducing the intensity of soil erosion and achieving a sustainable social and economic development. This paper, by using remote sensing and GIS (geographic information system) technologies, analyzes the characteristics of changes in land use from 2000 to 2014. Based on the DPSIR framework, it also reveals the ecological security level and pattern changes of land during the implementation of the project. The results show that: 1) The implementation of the project has significantly influenced the structure of land use in the study area with an increase of forest area by 1 520.16 km2and a reduction of grassland and arable land respectively by 878.50 and 517.14 km2. The intensity of land use increases after a fall in the first place. 2) While controlling land reclamation and increasing the forest area, the project can remarkably improve the ecological level of regional land. Between 2000 and 2014, the safe, relatively safe and moderately safe areas in different slope levels have increased altogether by 1 088.6 km2. It can see an improvement and then a degradation in the ecological security of land in the study area, but it is still an improvement compared with that in 2000 when the project was not implemented. The ecological levels of land in the east, west and southwest of the areas have increased significantly, but in the middle basin of Mudanjiang River, the improvement is slow. It is recommended that during further implementation of the project, that area should be treated as one area which requires particular regulation and renovation.

land use; ecology; vegetation; the Grain for Green project; land eco-security

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.18.035

TP79; S157.2

A

1002-6819(2017)-18-0267-10

2017-04-27

2017-09-04

国家自然科学基金（项目编号：41371484）

侯大伟，博士生，主要从事土地可持续利用及土地资源管理研究。Email：326052061@qq.com

孙 华，博士，博士生导师，主要从事资源环境评价与规划管理研究。Email：hsun@sina.com