基于空间统计的宜宾市生态环境质量格网化监测与评价

鲁小丫，彭 颖，文学虎

(1.西南民族大学计算机科学与技术学院，四川 成都 610041；2.国家测绘地理信息局第三地理信息制图院，四川 成都 610102)

2016年3月，国家《长江经济带发展规划纲要》正式印发，明确长江经济带“生态优先、绿色发展”的基本思路，提出了长江经济带要建设成为生态文明建设的先行示范带的战略定位要求.

科学发展，测绘先行.2017年4月，修订通过的《测绘法》明确了测绘在生态保护服务方面的职责，彰显了测绘对于生态文明建设的服务支撑作用.2015年，我国完成了第一次全国地理国情普查工作，全面摸清了全国地表覆盖现状，掌握了交通、水系及人类活动等要素的现状和空间分布情况.普查成果精度高、现势性好、详细可靠，可为社会经济发展提供准确、丰富的资源空间数据支撑.

从地理国情项目启动之初，就一直重视成果数据的应用问题[1].由于国情数据的土地、水、生态等要素的内容十分丰富，因此在土地、水、生态等几方面的研究比较多，分析方法也比较成熟.比如潘凯能、尹鹏程均对土地资源管理进行了研究[2-3]，王海云等对批而未用的土地进行了专项监测[4].水资源的研究有湿地以及江河源头的监测[5-6]，也有对城市水景观的监测[8].随着生态文明建设的蓬勃发展，针对生态协调、自然生态资源方面的监测也是比较丰富的[9-14，16].

四川省是长江上游重要的水源涵养区，其生态环境保护意义重大，关系到整个长江经济带的绿色发展.宜宾市作为万里长江第一城，是四川省进行生态文明建设和构建长江上游生态屏障的重点城市和典型区域.本次研究以宜宾市为试点，对区域的地表空间分布规律、生态环境状况进行分析评价，为长江经济带绿色生态廊道建设提供基础数据支撑与技术服务支撑.

1 研究区概况

宜宾位于四川盆地南部，是川、滇、黔三省交汇地，面积约1.33万平方千米.全市地形整体呈西南高、东北低态势，地貌以中低山地和丘陵为主.境内水系以长江为主脉，河流多、密度大、水量丰富，年拥有总水量2428.4亿立方米，实际可利用水能资源居四川省第一.

2 研究数据获取

本次采用的研究数据包括地理国情普查成果(含地表覆盖分类数据和地理国情要素数据)；2015年优于1米的高分辨率正射影像；MODIS系列数据；2015年覆盖研究区域的污染物、气象、规划、地质等专题资料数据.

3 地表覆盖空间分布规律

从宜宾市2015年的地表覆盖数据中提取林地、草地、水域湿地、耕地、建设用地及未利用地的信息，得到2015年宜宾市格网化地表覆盖空间分布图(见图1)和2015年宜宾市地表覆盖情况表(见表1).

图1 宜宾市2015年地表覆盖空间分布Fig 1 Surface coverage maps of Yibin city in 2015

表1 宜宾市各区(县)地表覆盖情况表(单位：km2)Table 1 Surface coverage tables of the districts of Yibin in 2015(unit：km2)

使用“区位熵”分析法衡量各类型地表覆盖要素在研究区域的集中化程度，得到其空间分布格局，分析全市及下辖各区(县)地表覆盖空间分布规律.“区位熵”的计算公式为:

其中:qij表示j区(县)一级地类i的面积；qj表示j区(县)的行政面积；qi表示全宜宾市一级地类i的面积；q表示全宜宾市行政面积.

采取基于区位熵和变异系数统计方式，获得对各区(县)地表覆盖要素组成结构的比较信息(见表2).

表2 宜宾市各区(县)各类型地表覆盖要素区位熵统计Table 2 the entropy statistics of each type of element of surface coverage of the districts of Yibin

从表2中可以看出，宜宾市各区(县)自然资源禀赋差异较为明显，但其地表覆盖要素结构保持着总体均衡的态势，尤其是耕地、林地及建设用地三种表征主动利用的类型，尽管各区(县)绝对数量差异较大，但是三者占各自区(县)总面积的比例大致相当.这充分说明了宜宾市各区(县)根据各自土地资源的总量做出了相似的土地利用安排.

为了进一步研究宜宾市生态环境状况，将宜宾市各区(县)的生态类用地、建设用地进行汇总，并再次开展区位熵和变异系数的统计分析.生态类用地是指表征生态环境功能的林地、草地、水域湿地、耕地，以区别于对于生态环境起着负向影响的建设用地.通过统计分析研究两种功能类型用地的均衡程度(见表3).

表3 宜宾市各区(县)生态类用地和建设用地区位熵统计Table 3 the entropy statistics of ecological land and construction land of the districts of Yibin

从表3反映出，宜宾市生态类型的土地利用在各区(县)的占比相似度极高，分布结构保持高度一致.但建设用地，由于具有实施主动性和空间分布离散性的特点，在不同区(县)间的结构差异化就凸显了出来.

4 生态环境状况评价

利用综合指数(生态环境状况指数:EI)来评价研究区域的生态环境状况整体状态和质量，指标体系由污染负荷指数、土地胁迫指数、水网密度指数、植被覆盖指数和生境质量指数五个分指数构成.

5个分指数的计算公式如下:

其中:Abio为生境质量的归一化系数，参考值为511.2642131067.

其中:Aveg为归一化系数，其值即取示范区范围内所计算单元中植被覆盖指数的极大值进行归一化处理.

注:lak为湖库面积的归一化系数；riv为河流长度的归一化系数.

土地胁迫指数、污染负荷指数参照《生态环境状况评价技术规范》(HJ/T 192-2015)[15]分析计算.

通过空间统计分析，得到2015年宜宾市生态环境状况指数格网化分布(见图2)，可以看出:由于人为活动剧烈，沿江生态环境状况较差，在西北和中东部地方，地处山区，自然保护成效显著，生态环境状况较好.

图2 宜宾市2015年生态环境状况指数分布图Fig.2 The distribution of ecological index of Yibin in 2015

生态环境状况指数可划分为5个等级(见表4).

表4 生态环境状况分级Table 4 The classification table of environmental status

经各指标计算，得到宜宾市及各个区(县)的生态环境状况指数表(见表5).

表5 宜宾市及县(区)域生态环境状况指数表Table 5 The ecological index table of the districts of Yibin

从表中结果可以看出，2015年宜宾市2区8县生态环境状况指数均在60以上，生态环境质量均为良.分值在70以上的区(县)有6个，占区(县)数量的60%.因此，可以说无论是宜宾市整体，还是其下辖的各区(县)，其环境质量状况均较为良好.

在此基础上，采取指数平均值和标准差构成的统计分析方法，获得上述五项指数和整体生态环境质量在各区(县)的相对差异性(见表6).

表6 基于平均值和标准差的生态环境质量相对差异性统计Table 6 Relative differential statistics of ecological environmental quality based on the mean and the standard deviation

通过表5和表6比较，宜宾市在各区(县)的生态环境状况EI指数均达到“良”的背景下，其各区(县)的生态环境差异性还是较为明显.主城区的翠屏区的生态环境状况，相对其他区(县)而言，明显处于相对较差的状况；而作为新近开发的南溪区，生态环境状况也不理想.造成两区生态环境状况相对落后的原因，主要是两区内的生物多样性和植被覆盖度的状况在全市范围内相对不理想；同时，翠屏区还存在污染负荷相对过高的问题.另一方面，屏山县和筠连县由于其地貌状况所带来的土地侵蚀问题，使得两县的“土地胁迫指数”在全市范围处于较落后的位置.

5 结论

①绝对生态环境质量:全市及各区(县)均达到良好.

宜宾市全城生态环境状况指数为69.96，生态环境状况类型为“良”；2区8县生态环境状况指数均在60以上，均为“良”，分值在70以上的区(县)有6个.

②相对生态环境质量:各区(县)差异明显，问题各异.

主城区翠屏区和新近开发的南溪区的生态环境状况处于相对较差的状况，主要是两区内的生物多样性和植被覆盖度的状况在全市范围内相对较差；翠屏区还存在污染负荷在全市内相对过高的问题.屏山县和筠连县由于区域的地貌状况所带来的土地侵蚀问题，使得两县的“土地胁迫指数”在全市范围处于较落后的位置.

综上所述，宜宾市的生态环境质量依然面临着城市的建设对生态性用地的侵占和污染物排放加剧的问题.作为长江上游生态屏障的代表性区域，应在保持总体生态环境状况良好的现有基础上，探索环境友好型的发展新模式，避免建设开发过程中，生态环境状况向不良方向发展.

③宜宾市各区(县)用地结构总体均衡，资源禀赋差异明显.

宜宾市各区(县)的土地利用类型结构均衡，尤其是对耕地、林地及建设用地三种表征主动利用的土地类型，占各自区(县)总面积的比例都大致相当.在总体均衡态势之下，各区(县)的土地要素禀赋以及未来土地利用增长的潜力却存在较为明显的差异，这主要反映在水域和未利用类型土地，这类自然资源类型的土地要素禀赋在各行政区之间分布的差异性，提示了宜宾市各区域进行土地利用开发时，应充分利用环境优势，因地制宜.

④生态本底各区一致，建设影响形成差异.

各区(县)生态地类的占比相似程度极高.同时，由于建设活动具有实施主动性和空间分布离散性的特点，因此，不同区(县)的结构差异化明显.从城市开发效益和建设利用效率的角度出发，这种差异性是不可避免的.

从宜宾整体均衡发展的角度来考虑，生态类型和建设类型土地的比例安排或许更应该具备一种互补性，即通过推行包括“增加挂钩”在内的一系列占补平衡措施，将建设用地区位熵较低的区域内形成较高的生态类型用地，以此实现整体的结构平衡.

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