生态脆弱城市三峡库区重庆市万州区土地资源可持续利用评价

张珂，叶妍君*，李新锋

（1.河北工程大学地球科学与工程学院，河北 邯郸 056038；2.山东正元数字城市建设有限公司，山东 烟台 264670；3.烟台市智慧城市及物联设施工程技术研究中心，山东 烟台 264670）

《全国生态脆弱区保护规划纲要》指出，我国是世界上生态脆弱区分布面积最大、脆弱生态类型最多、生态脆弱性表现最明显的国家之一[1，2]。土地是人类生存和发展的重要载体，提升区域内土地良性循环具有重要的现实意义[3～6]。区域生态脆弱情况、土地资源可持续利用水平是判断土地资源可持续利用的重要指标。学者们对我国生态脆弱区进行了深入研究，如丘壑纵横的黄土高原区[7]、经济发展迅速的沿海地区、海陆交界带[8，9]、干旱少雨的西北内陆地区[10，11]；并且采用“经济―社会―生态”评价体系构建评价标准，如经济因素中包括区域人均GDP，社会因素中包括区域人口，生态因素中包括的降水、水土流失情况[12]、区域气候[9]、土壤土质[13]等；根据研究内容选取层次分析法[14，15]、熵值法[16]、综合指数法[17]、模糊层次法[13]等方法进行评价，其中综合指数法被广泛应用，而该方法注重对整体评价土地可持续利用程度，并没有关注各指标对土地资源可持续利用评价结果的影响[18]。我国西南山区自然要素相互交错，气候复杂多变，地质灾害和自然灾害频发，容易形成水土流失型生态脆弱区[19～21]，以西南三峡库区城市重庆市万州区为研究对象，采用综合指数与单指标多角度分析相结合的方法，对研究区域的生态脆弱区土地资源可持续利用进行评价，为生态脆弱区的可持续发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

选取国家统计局、重庆市统计局的统计数据，涉及指标包括空气污染指数、人均绿地面积、土地侵蚀量、森林覆盖率、人均年收入、国民生产总值、非农人口比重、城市化率、人均住房面积等。通过国家基础地理信息中心（https：//www.webmap.cn/main.do?method=index）下载万州区行政边界和各区县边界的矢量文件。

1.2 研究方法

1.2.1 绘制遥感影像图 根据2020 年万州区土地利用数据，参照GB/T 21010―2017[22]，并结合万州区土地利用规划（2006-2020 年）对研究区域的土地利用类型进行划分。以sentinel-2 精度10 m 的遥感影像图为基础，运用ArcGIS 10.2 软件叠置，绘制万州区土地利用现状图。

1.2.2 土地资源可持续利用评价方法

1.2.2.1 评价指标体系构建。根据研究区域的实际情况，采用“经济―社会―生态”模型框架[23，24]，选取4个准则层和19 个指标层因子，构建万州区土地资源可持续利用评价指标体系（表1）。

表1 评价指标体系构建Table 1 Construction of evaluation index system

1.2.2.2 数据标准化。根据指标的正向与负向作用，对汇总的数据进行量化处理。计算公式如下所示：

其中，A+为正向指标量化值；A-为负向指标量化值；Xi为i指标的实际统计值；Yi为i 指标的目标值。

1.2.2.3 确定指标权重及一致性检验。采用AHP 方法确定指标权重[25，26]。万州区土地可持续利用评价指标体系由目标层、准则层、指标层构成，对各元素的相对重要性进行判断，按AHP 方法设计的范围标度，对生成的判断矩阵进行赋值。然后对矩阵中的每一列进行归一化处理，计算准则层、指标层权重，计算公式如下所示：

其中，Bij为准则层指标权重；Cij为矩阵中i 行j列的指标层权重。

计算矩阵的特征向量。对新矩阵各行求和，得到矩阵的特征向量。对特征向量归一化处理，得到排序权重。计算公式如下所示：

其中，W 为排序权重；Wi为矩阵的特征向量。

计算最大特征根，公式如下所示：

其中，λmax为矩阵最大特征根；n 为矩阵阶数。

最后进行一致性检验。计算公式如下所示：

其中，λmax为矩阵最大特征根；n 为矩阵阶数；CI为一致性指标。

其中，CR 为一致性比率；RI 为平均随机一致性，当CR＜0.1 时，评价满足一致性要求。

1.3 综合指数法及评价等级确定

1.3.1 综合指标法。综合指数法就是通过消除量纲的影响，不同的指标都从不同的侧面反映土地资源可持续利用的状况，因此可通过多目标加权求和计算综合评价指数[27]，计算公式如下所示：

式中，ESI 为综合评价指数；fi为第i 个指标的分值；ai为第i 个评价指标的权重。

1.3.2 评价的等级确定。土地资源可持续利用的等级标准可用来衡量土地资源可持续发展水平。根据文献[28]，将土地利用划分为4 个等级（表2）。

表2 土地可持续利用等级评价标准Table 2 Evaluation standard for sustainable land use levle

1.4 单指标多角度评价

根据指标的重要性，构建土地资源可持续利用评价指标矩阵，采用最大特征根进行一致性检验。然后按照要素的相对重要性进行层次总排序，同样进行一致性检验，得到评价体系的最终权重值（表3）。

表3 万州区土地资源可持续利用评价指标权重Table 3 Weights of evaluation indicators for sustainable utilization of land resources in Wanzhou District

2 结果与分析

2.1 研究区域概况

2.1.1 研究区概括 重庆市万州区位于长江中上游，地处三峡库区的核心地段，辖52 个乡镇，区域面积3 456 km2，地貌类型复杂，多山川丘陵，地形起伏较大（图1）；境内河流大多呈枝状分布，地表水以河流、湖泊为主，水量补给主要依靠大气降水。地表植被被破坏，水土流失严重。全区山多地少，石灰岩广泛分布，加剧了土地的脆弱程度[22]。

图1 万州区地形Fig.1 Landform of Wanzhou District

2.1.2 万州区土地资源利用现状分析 万州区土地面积3 456 km2，林地面积1 600.80 km2，耕地面积1 080.18 km2，占比分别为46.31%和31.25%，林地面积最大，耕地面积次之，森林覆盖率较高。该地区以农业产业为主（表4）。结合万州区2020 年土地利用现状遥感影像图（图2），结合相关数据发现万州区土地资源利用存在以下4 个问题：

图2 2020 年万州区土地利用现状遥感影像图Fig.2 Remote sensing image map of land use status in Wanzhou District in 2020

表4 2020 年万州区土地利用现状Table 4 Land use status of Wanzhou District in 2020

2.1.2.1 耕地存在撂荒现象。2020 年万州区的粮食播种面积为10 万hm2，比2019 年下降了0.7%，农村劳动力转到到非农市场，是造成耕地撂荒的主要原因。

2.1.2.2 水土流失有所好转。2020 年万州区土壤轻度侵蚀面积867.43 km2，中度侵蚀面积257.95 km2，强烈侵蚀面积251.32 km2，极强烈侵蚀面积35.46 km2，水土流失面积共计1 413.94 km2，占区域总面积的40.95%。水土流失面积大，水土流失严重，表土层土壤流失，导致生态脆弱程度加剧。

2.1.2.3 土地集约利用程度较低。宅基地分布分散，进一步加剧了土地碎片化，是影响土地资源可持续利用的主要因素。

2.1.2.4 水体污染严重。境内有长江横贯，小支流和坑塘众多，坑塘水面水生浮游生物覆盖率较高，水体富营养化和污染较严重。

2.2 万州区土地可持续利用评价结果

综合指数法评价结果（表5）显示，土地资源可持续利用综合指数为0.603 2，处于基本可持续的阶段。土地资源稳定性和生态环境保护性都处于弱可持续阶段。因此，万州区土地资源处于弱可持续阶段。

表5 2020 年万州区土地资源可持续利用评价结果Table 5 Evaluation results of sustainable utilization of land resources in Wanzhou District in 2020

3 主要结论与建议

基于4 个准则层和19 个指标层因子评价指标体系，采用综合指数、单指标多因素相结合的方法，对三峡库区重庆市万州区的土地资源可持续利用进行评价，结果显示，该地区土地资源可持续利用综合指数0.603 2，处于基本可持续的阶段；而土地资源稳定性和生态环境保护性都处于弱可持续阶段。因此，万州区土地资源处于弱可持续阶段。提出增加绿化防治水土流失、提高有效灌溉率、整合土地以提高土地利用率的对策建议。