生态学报2010,30(24):6749 6761
ActaEcologicaSinica
中国土地利用多功能性动态的区域分析
甄 霖
1,*
,魏云洁,谢高地,HELMINGKatharina,曹淑艳,
1,213
杨 莉,潘 影,KOENIGHannes
1,2134
(1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101;2.中国科学院研究生院,北京 100049;3.德国莱布尼兹农业景观研究中心,柏林,慕钦堡 15374;4.北京石油化工学院,北京 102617)
摘要:当前,国际学术界针对土地利用的研究正由土地利用格局变化向土地空间多功能变化及其可持续性的方向发展,其宗旨是确定和度量土地多元化利用所提供的产品、服务和功能,及其带来的环境和社会经济效应,实现对土地利用的科学管理。基于可持续发展三维度的理念及其指标体系,界定并定量评价了我国区域土地利用的10项功能,深入研究了在经济快速发展、生态环境保护紧密相随的过去20a间,各项功能的时空变化特征。研究表明,我国土地多功能性的10项功能中,就业支持功能表现出区域增减不一的特点,生态过程维持功能具有高度的稳定性。健康保障、交通功能、居住家园、生物性土地生产、人工化土地生产、资源供给与维持、污染接收器、景观与文化支持功能在各个区域得到了不断改善与提高,但各个功能变化的强势区和弱势区在时空分布上表现出了很强的区域性特点。区域自然条件禀赋、社会经济条件以及土地利用政策在功能变化中起着关键作用。研究结果揭出中国区域土地多功能性尚存在巨大的提升空间;土地政策应具有系统性、功能针对性和时空针对性,并应关注土地利用功能变化的链发效应。
关键词:土地空间利用;土地多功能性;生态系统服务功能;时空尺度;中国
RegionalanalysisofdynamiclandusefunctionsinChina
ZHENLin
1,*
,WEIYunjie,XIEGaodi,HELMINGKatharina,CAOShuyan,YANGLi,PANYing,
3
1,21341,21
KOENIGHannes
1InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China2GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China
3LeibnizCentreforAgriculturalLandscapeResearch(ZALF),Berlin,15374M ncheberg,Germany4BeijingInstituteofPetrochemicalTechnology,Beijing102617,China
Abstract:Recentstudiesoflandusearoundtheworldhavebeenshiftingfromthespatialandtemporaldynamicsoflandusepatternstofunctionalchangesinlanduseandassessmentsofthesustainabilityofsuchchanges.Thepurposeistoidentifyandmeasuretheproducts,goods,andservicesprovidedbymultiplelanduses,andtheassociatedenvironmentalandsocioeconomiceffects.Land usefunctions(LUFs)arethegoodsandservicesprovidedbyalanduse,andsummarizearegion smostrelevanteconomic,environmenta,landsocialissues.TheLUFframeworkintegrateschangesinalargesetofindicatorstoassessthemipactofpoliciesonsustainabilityatvariouslevelsofspatialaggregation.Itisthereforeagoodmethodtotraceinterrelationsbetweenlandusechangesandfunctionalchanges.Here,weidentify10relevantLUFsforChinainaccordancewiththreedmiensions economic,environmentalandsocialdmiensionsofsustainabledevelopment,investigatemethodsfortheirassessment,andanalyzespatialandtemporalchangesinthefunctionsfor31provincesandmunicipalitiesfrom1985to2005.TheLUFsincludesocialfunctions(theprovisionofwork,humanhealth,andlivingconditions);economicfunctions(coverlandbasedproduction,artificialland basedproduction,andtransportation);and
基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2009CB421106);中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2-EW-306);科技部中欧科技合作专项资助项目(0813);国家科技支撑计划资助项目(2006BAC18B01,2008BAK50B05)收稿日期:2009 11 06; 修订日期:2010 09 20
*通讯作者Correspondingauthor.E mai:[email protected].
6750 生 态 学 报 30卷
environmentalfunctions(theprovisionandmaintenanceofresources,pollutantreception,maintenanceofecologicalprocesses,andconservationofrurallandscapes).Significantspatialandtemporalvariationswereobserved.Ofthe10LUFsweidentified,
theprovisionofworkincreasedanddecreasedindifferentperiods,whereasmaintenanceofecosystem
includinghumanhealth,
transportation,
land basedproduction,
artificialland basedproduction,
provisionandmaintenanceofresources,
processesremainedstable,butinacriticalcondition.OtherLUFsmiproved,livingconditions,
pollutantreception,andlandscapeandculturalservices.Ingenera,ltheoverallLUFofChinahasmiprovedfrom1985to2005,andcoefficientofvariationofLUFsamongtheChineseprovinceshasdecreasedfrom0.63to0.27,suggestingthattheregionaldisparityofLUFshasdecreased,exceptforthefunctionsrelatedtotheprovisionofworkandtheconservationofrurallandscapes.Maintenanceofecologicalprocessesremainedstableovertmie,buttherestoftheLUFstendedtoexhibitmiprovementpatternsfrom1985to2005.Ofthe10LUFsthatwestudied,thepollutantreceptionfunctionwasweakest,suggestingthatthereishighpotentialtomiprovethisLUFbyenhancingenvironmentalconservationmeasures,andthatthismiprovementisnecessary.Rurallandscapeconservationmiprovedduemainlytothemiplementationofprogramstoconvertagricultureonslopinglandtolessdamagingusesthroughoutthecountry,leadingtotheconversionofvastareasofarablelandintoforestandgrassland.Themainfactorsleadingtosuchdifferencesarevariationsinnaturalresourcesandsocioeconomicdevelopment;landusepolicyplaysanespeciallymiportantrole.Forinstance,land basedproductionandartificialland basedproductionhaveincreasedslowlyinthenorthwesternpartofthecountry,whereeconomicdevelopmentlevelisrelativelylow,whereasthehumanhealthfunctionismiprovinginregionswitharelativelylowpopulationdensityandahighpercapitagrainandlivestockproduction.ThereisgreatpotentialtomiproveLUFsbothnationallyandinspecificregions.SupportingscientificmanagementoflandresourceswillrequireasystematiclandusepolicytargetedatLUFsandspecifictoeachregion,andtheconsequencesofLUFchangesmustalsobeconsidered.KeyWords:spatiallanduse;multi functionallanduse;ecosystemservices;scaling;China
土地利用多功能性(multifunctionalityoflanduse)指一个区域土地利用功能及其环境、经济和社会功能的状态和表现,是评价土地利用变化对其功能影响的重要概念和方法体系
[1 4]
,通常以土地利用功能(landuse
[5 6]
functions,LUFs)来表示,即不同的土地利用方式所提供的产品和服务。土地利用的多样化和集约化及技术的改进影响了生态系统的状态和功能,使生物地球化学循环、水文过程和景观动态发生显著变化及其主要的驱动力和动力机制的研究,并评价由不同土地系统变化引起的后果念被广泛采纳并成为农业、林业、公共产品、就业等领域的重要研究内容可持续性影响评估等研究领域
[7]
[3]
[7 8]
;同时,又
影响着生态系统服务的供给和人类的生存。已有研究表明,人们需要加强人类行为对土地系统自然过程影响
。
多功能性的概念最早源自农业部门,到了20世纪90年代后期,随着全球和欧洲农业政策的变化,这一概
。可持续发展理念的提出和迅速
应用使得多功能性研究从农业领域过渡和发展到区域环境、经济、社会可持续发展,并很快应用到土地利用的
。生态系统产品和服务概念
[9]
的出现,使人们认识到了土地利用变化对其
[10]
可持续性的多维度影响,并作为方法论应用于千年生态系统评估地利用的环境、社会、经济效应∀实施的第一阶段,Mander等人
[11]
,由此引出了!景观功能∀的概念。在
2004年正式启动的由欧洲25个国家38个机构参与的欧盟第六框架项目!可持续性影响评估:欧洲多功能土
对此概念和方法进一步发展,!生态系统功,认为由土地利用变化所引起的功能变化
能∀首次作为理论框架的重要组成部分应用于区域可持续性评价
[12]
是决定区域可持续发展的重要组成部分。由此可见,国际土地利用相关研究正由土地利用变化向土地利用功能变化和可持续性研究方向发展。在欧洲,土地利用的可持续性研究已成为国家各个管理层次可持续发展决策和管理的重要组成部分。
中国地域辽阔,自然资源禀赋与社会经济发展的区域差异显著,土地资源的利用方式、结构、强度等具有高度的空间异质性。中国期刊全文数据库查询结果显示,1980 2008年,以土地和土地利用为关键词的发表
24期 甄霖 等:中国土地利用多功能性动态的区域分析 6751
记录有30484条,这些研究对不同时空尺度土地利用格局的演变机理和影响因素有了较为全面的认识,为理解土地多功能性奠定了科学基础功能分析框架构建
[4]
[13 18]
。然而,我国土地多功能性研究仍多集中在农业多功能性研究
[23]
[19 22]
,个
别研究涉及快速城市化进程中,多功能的农地利用与提高农民生活水平的最佳途径研究讨了土地利用变化和生态系统服务功能变化的互动性,强调了相关研究的迫切性地多功能性研究奠定了理论基础。
[5]
,以及我国土地多
。近年在国际产生重大影响的权威性计划 全球土地计划(GLP)从理论角度深入探
,从生态学的角度,为土
总体来说,目前为数不多针对土地多功能性的研究仅仅涉及到多功能性中的某些方面,如多功能性对土地利用决策的影响,农业生产对环境污染、生物多样性、动物养殖、农村就业的影响保育功能
[24]
[2]
,以及粮食生产和景观
;缺乏对土地多功能性及其区域变化的研究,难以满足土地可持续利用和管理的需求。可以预
见,相关研究将为土地利用研究和评价土地利用变化的效应开创一个崭新的领域。本研究旨在界定和分析我国土地利用的多功能性,关注区域土地利用指标与功能关系的空间异质与时间变化,分析区域土地利用多功能性差异的特征和内在原因,为土地利用综合效应评估和决策提供方法基础和科学依据。1 研究方法
1.1 建立LUFs评估关键性指标体系
在全面分析LUFs测度指标的基础上,依据简约性、敏感性、整体性、代表性、科学性和适应性原则选取表征土地利用主要功能的关键性指标,组建指标体系。在充分浏览文献资料,综合专家知识,以及考虑数据的可获得性等基础上,共选取了28个指标研究我国土地多功能利用的环境、社会及经济效应(表1)。
表1 土地利用功能 指标选取与描述
Table1 Landusefunctions indicatorselectionanddescription
序号No.[***********]4
指标Indicators人口密度/(人/km)农业从业人员/%农村恩格尔系数(无量纲)城镇登记失业率/%
城市化率(城镇人口比例/%)粮食自给率/%
22
序号No.[***********]2425262728
指标Indicators人均草地面积/hm2人均水资源量/m3
单位耕地化肥使用量/(t/hm2)单位耕地农药使用量/(kg/hm2)交通网密度/(km/km2)客运周转量占全国的比重/%货运周转量占全国的比重/%森林覆盖率/%水土流失面积比例/%
自然保护区面积占国土面积的比例/%
COD排放面积/(t/(km2#a))SO2排放面积强度/(t/(km2#a))
CO2排放压力(人均能源足迹,/(gha/(人均#a)))工业废水排放达标率/%
社会指标Socialindicators经济指标(续)Economicindicators(continued)
城镇人均绿地面积/m
经济指标Economicindicators
人均GDP/元农业GDP比例/%
环境指标Environmentalindicators
粮食产量/(kg/hm2)
土地生产力(气候生产潜力实现率,无量纲)农村人均劳动生产率/元人均畜牧产品占有量/kg人均耕地面积/hm2
1.2 识别指标与土地利用功能之间的关系
指标与LUFs一般表现为多维度性(n∃n)的关系。一般而言,在识别指标与LUFs关系时,应该遵循四项基本标准:(1)指标应该与功能有直接或间接的因果关系;(2)指标对研究区域可持续发展具有重要意义;(3)指标应该覆盖可持续发展的3个维度;(4)避免选取重复性的指标。根据这些原则,甄霖等指标与功能关联性的基础上,将我国土地利用多功能性划分为10项(表2)。1.3 构建指标对区域可持续发展的重要性(权重W)矩阵
采用0、1、2三个等级表征指标对区域可持续发展的重要性,分为没有影响、有一定的影响和有重要影响。本研究依据表3内的准则确定指标对中国及其以省为单元的区域1985年和2005年两个时段可持续发展的重要性,并建立不同时期评价单元的指标权重矩阵(W)。
[4]
在深入分析
6752 生 态 学 报
表2 中国土地利用多功能的界定
Table2 ThetenlandusefunctionsdefinedforChina
30卷
社会功能Socialfunction就业支持(LUF1)健康保障(LUF2)居住家园(LUF3) 来源:参考文献4.
经济功能Economicfunction生物生产性土地的生产功能(LUF4)人工化土地的生产功能(LUF5)交通(LUF6)
环境功能Environmentalfunction资源维持与供给(LUF7)减轻污染物排放(LUF8)农业景观保育(LUF9)生态过程维持(LUF10)
表3 指标对区域可持续发展重要性评判准则
Table3 CriteriaforsettinguptheweightsofLUFindicatorsforregionalsustainabledevelopment
指标Indicators
农业从业人员Ruralemployees/%
城镇登记失业率Registeredurbanunemploymentrate/%农村恩格尔系数(无量纲)RuralEngelcoefficient(dimensionless)粮食自给率Foodself sufficiencyrate/%
城镇人均绿地面积Greenareaperurbanresident/m2*人口密度Populationdensity/(人/km2)
城市化率(城镇人口比例)Urbanizationrate(rateofurbanpopulation/%)人均GDP/元GDPpercapita/RMB
农业GDP比例PercentageofagriculturalGDPtothelocaltotal/%粮食产量Grains(equivalent)output/(kg/hm2)
土地生产力(气候生产潜力实现率,无量纲)Landproductivity(achievementrateofcropclimateproductivepotentia,ldimensionless)农村人均劳动生产率/元Peragriculturallaborproductivity/RMB
单位耕地化肥使用量Chemicalfertilizerappliedperunitarablearea/(t/hm2)单位耕地农药使用量/(kg/hm2)
Pesticideandherbicideappliedperunitarablearea人均耕地面积Arableareapercapita/hm2人均草地面积Grasslandareapercapita/hm2
人均畜牧产品占有量Percapitashareoflivestockproducts(equivalentmeat)交通网密度Transportationdensity/(km/km2)
客运周转量占全国的比重/%
Percentageofpassengerturnovervolumetothenationaltotal货运周转量占全国的比重/%
Percentageofcargoturnovervolumetothenationaltotal人均水资源量Waterresourcepercapita/m3
工业废水排放达标率Dischargestandard meetingrateofindustrialwastewaters/%COD排放面积强度EmissionintensityofCODperunitarea/(t/(km2#a))
CO2排放压力(人均能源足迹)EmissionintensityofCO2percapita(fossilenergyfootprintpercapita/(gha/(人均#a)))
SO2排放面积强度EmissionintensityofSO2perunitarea/(t/(km2#a))自然保护区面积占国土面积的比例/%**
Percentageofnaturereserveareatothelocaltotalarea森林覆盖率Forestcoverage/%
水土流失面积比例Percentageofsoilerosionareatothelocaltotallandarea/%
W=2%60%5%55-U%55%300%55%14000%35%8000%0.5%15000%0.45%3%0.19%0.67%36%0.35%10%10%7500-%4.4%4.0%36K%5%25%35
W=1(5,60)(2,5)
W=0&5&2--U&10-&10-&5&1000&0.2-&0.07&0.45--------&0.22&0.20&1.8K
*U=城镇化水平/%;**K是人口密度、水土流失面积比例、农业从业人员3个指标的权重之和
1.4 确定区域(或区域不同时期)土地利用指标 功能关系专用矩阵
表4是在专家评估打分的基础上形成的1985年中国部分省份可持续发展指标重要性评估结果,该表的每一列即为某一省份的可持续发展指标权重矩阵W。截取表4中的部分结果作为案例区,以说明如何采用乘
24期 甄霖 等:中国土地利用多功能性动态的区域分析 6753
积方法,基于区域指标权重表W与土地利用指标 功能关系通用表得到区域土地利用指标 功能关系专用矩阵(ST)。
LUF1LUF1LUFI1I2
由通用矩阵GT=I3
I4I5I6
210000
00-1210LUF1I1I2
ST=I3
I4I5I6
2∋11∋10∋10∋10∋20∋2
000001LUF10∋10∋0-1∋12∋11∋20∋2
LUF0∋10∋00∋11∋21∋I1I2I4I5I6
I1I2
各列与权重矩阵W=I3
I4I5I6
w101122
元素对应做乘即可得到区
域土地利用指标 功能关系专用矩阵ST,即:
LUF1LUF1LUF200000
00-1220
000022
0∋1=I3
表4 中国部分省份可持续发展指标重要性评估结果(1985年)
Table4 WeightsofLUFindicatorstosustainableregionaldevelopmentbyprovinceofChina(1985)
指标Indicators
农业从业人员Ruralemployees/%城镇登记失业率/%
Registeredurbanunemploymentrate农村恩格尔系数(无量纲)RuralEngelcoefficient(dimensionless)粮食自给率/%
Foodself sufficiencyrate城镇人均绿地面积/m2
Greenareaperurbanresident人口密度/(person/km2)Populationdensity
城市化率(城镇人口比例,/%)Urbanizationrate(rateofurbanpopulation)
人均GDP/元GDPpercapita/RMB农业GDP比例/%
PercentageofagriculturalGDPtothelocaltotal
粮食产量/(kg/hm2)
Grains(equivalent)output
土地生产力(气候生产潜力实现率,无量纲)
Landproductivity(achievementrateofcropclimateproductivepotentia,ldimensionless)
京101122
津111122
冀201111
晋101111
蒙112111
辽111111
吉101111
黑111111
沪101122
苏111112
浙111112
皖212112
闽212111
赣212111
211
211
111
111
111
111
111
111
211
111
111
112
112
112
[1**********]111
[1**********]111
6754 续表
生 态 学 报 30卷
指标Indicators
农村人均劳动生产率/元
Peragriculturallaborproductivity单位耕地化肥使用量/(t/hm2)Chemicalfertilizerappliedperunitarablearea
单位耕地农药使用量/(kg/hm2)
Pesticideandherbicideappliedperunitarablearea
人均耕地面积/hm2Arableareapercapita人均草地面积/hm2
Grasslandareapercapita
人均畜牧产品占有量/kg
Percapitashareoflivestockproducts(equivalentmeat)交通网密度/(km/km2)Transportationdensity
客运周转量占全国的比重/%
Percentageofpassengerturnovervolumetothenationaltotal
货运周转量占全国的比重/%
Percentageofcargoturnovervolumetothenationaltotal
人均水资源量/m3
Waterresourcepercapita工业废水排放达标率/%Dischargestandard meetingrateofindustrialwastewaters
COD排放面积强度/(t/(km2#a))EmissionintensityofCODperunitareaCO2排放压力(人均能源足迹,
/gha/(人均#a))
EmissionintensityofCO2percapita(fossilenergyfootprintpercapita)SO2排放面积强度/(t/(km2#a))EmissionintensityofSO2perunitarea自然保护区面积占国土面积的比例/%Percentageofnaturereserveareatothelocaltotalarea
森林覆盖率Forestcoverage/%
水土流失面积比例/%
Percentageofsoilerosionareatothelocaltotallandarea
京1
津1
冀1
晋1
蒙1
辽1
吉1
黑1
沪1
苏1
浙1
皖1
闽1
赣1
[1**********]111
[1**********]222
[1**********]111
[1**********]111
[1**********]111
[1**********]111
[1**********]111
[1**********]111
[1**********]111
[1**********]111
[1**********]111
[1**********]111
[1**********]101
111
110
111
112
111
111
111
111
110
111
121
211
121
121
1.5 确定指标阈值和指标标准化处理
指标阈值是指土地资源在现阶段可持续利用状态下,各指标能够达到的合理值。研究遵照以下3个准则和优先顺序确定指标阈值:(1)尽可能揭示自然的承压阈值(应用指标编号:17、18、23、25、26、27,参照表1);(2)系统资源约束与开放系统相结合(应用指标编号:6、14、15、16、22);(3)高标准且可以追求的发展目标(1、2、3、4、5、7、8、9、10、11、12、13、19、20、21、24、28)。LUFs评估指标既有数量指标与比率指标之分,又有正指标和逆指标之别,为了使不同量纲、数量级的各指标具有可比性,需要对指标进行标准化处理。根据指标的
24期 甄霖 等:中国土地利用多功能性动态的区域分析 6755
正逆性特征与指标数值分布区间的跨度,本研究指标划归为如下3组:(1)逆向(且分布跨度相对不大的指标()):城镇登记失业率、农业GDP比例(%)、单位耕地化肥施用量及单位耕地农药施用量;(2)分布跨度相对较大的指标(∗):见表5;(3)正向且分布跨度相对不大的指标(+):见表6。
对于第)、+组指标采用线性变换进行标准化处理,计算方法分别见式(1)、(2);对于第∗组指标,综合采用分段法与线性变化法见式(3)。在本研究中,经过标准化处理的指标的值表示相对影响力大小,值域为[1,5],以3作为临界影响的分水岭。
1 (Ri&Ri)Ri-Rilowactupp
R 3+2∋)i= (Ri&Ri&Ri
|Ri-Ri|
5 (Ri&Ri)1 (Ri&Ri)Ri-Riuppactlow
R 3+2∋i= (Ri&Ri&Ri)
|Ri-Ri|
5 (Ri%Ri)
式(1)、(2)中,R 为标准化指标值,下标i为指标编号,R为指标实际值,R、R与R依次为某指标的最可持续阈值、可持续临界阈值、最不可持续阈值。
Ri-TLj
,2,3,4)Lj+ (Lj=1
TLj-TLjR5 (Lj=5)
式(3)中,TLj
max
act
min
act
upp
thr
low
act
upp
act
thd
act
low
act
low
act
thd
act
upp
(1)
(2)
(3)
与TLj分别表示某一指标的第j级的上、下阈值,其他同式(1)、(2)。
表5 值域跨度相对较大的指标的分级
Table5 LUFsindicatorswithrelativelylargethresholdranges
min
分级Group等级范围
LjRange
54321
[4,5)[3,4)[2,3)[1,2)
人口密度
Populationdensity/(人/km2)
%1200[600,1200)[300,600)[100,300)[0,100)
COD排放面积强度
Emissionintensity
ofCOD/(t/(km2#a))%3.80[1.32,3.80)[0.44,1.32)[0.33,0.44)[0,0.33)
CO2排放压力Emissionintensity
ofCO2/(gha/(人均#a))
%3.0[1.2,3.0)[0.4,1.2)[0.3,0.4)[0,0.3)
SO2排放面积强度Emissionintensity
ofSO2/(t/(km2#a))
%14.4[7.2,14.4)[3.6,7.2)[2.7,3.6)[0,2.7)
水土流失面积比例
Percentageofsoilerosionarea
/%
%40[20,40)[10,20)[5,10)[0,5)
1.6 土地利用多功能性的综合评价方法
土地利用功能量(F)的含义分别为:F>0,表示土地利用某项功能被合理利用,值越大,表示功能效用越大;F
土地利用各功能存在理论上的最大值和最小值。在所有对区域土地利用某项功能具有促进作用的指标的值均达到最可持续即R =5而所有对区域土地利用某项功能具有抑制作用的指标的值均达到最小即R =1时,区域土地利用的该项功能达到理论最大值;反之则达到最小值。例如上面所举某区域的ST矩阵中,
(
这里的指标正逆性是相对于指标及其对土地功能影响的大小确定的,不涉及影响发生的方向(影响方向在权重系数表中用正号或负号表达);对于某一指标,如果其值越高,对土地利用的某项功能的影响就越大,则称该指标为正指标;反之,如果其值越高,对土地利用的某项功能的影响越小,则称该指标为逆指标
6756 生 态 学 报 30卷
LUF1、LUF2、LUF3的理论最大值依次为10、19、20,最小值分别为2、-1、4。
表6 值域跨度相对不大的指标的阈值
Table6
指标
Indicators
农业从业人员Ruralemployees/%
城镇登记失业率Registeredurbanunemploymentrate/%*
农村恩格尔系数(无量纲)RuralEngelcoefficient(dimensionless)粮食自给率Foodself sufficiencyrate/%
城镇人均绿地面积Greenareaperurbanresident/m2城市化率(城镇人口比例)
Urbanizationrate(rateofurbanpopulation,人均GDPGDPpercapita/元
农业GDP比例PercentageofagriculturalGDPtothelocaltotal/%*粮食产量Grains(equivalent)output/(kg/hm2)
土地生产力(气候生产潜力实现率,无量纲)Landproductivity(achievementrateofcropclimateproductivepotentia,ldimensionless)农村人均劳动生产率Peragriculturallaborproductivity/元单位耕地化肥使用量/(t/hm2)*
Chemicalfertilizerappliedperunitarablearea单位耕地农药使用量/(kg/hm2)*
Pesticideandherbicideappliedperunitarablearea人均耕地面积Arableareapercapita/hm2人均草地面积Grasslandareapercapita/hm2人均畜牧产品占有量/kg
Percapitashareoflivestockproducts交通网密度Transportationdensity/(km/km2)
客运周转量占全国的比重/%
Percentageofpassengerturnovervolumetothenationaltotal
货运周转量占全国的比重Percentageofcargoturnovervolumetothenationaltotal/%
人均水资源量Waterresourcepercapita/m3
工业废水排放达标率/%Dischargestandard meetingrateofindustrialwastewaters自然保护区面积占国土面积的比例/%
Percentageofnaturereserveareatothelocaltotalarea森林覆盖率Forestcoverage/% *逆指标
/%)
LUFsindicatorswithrelativelysmallthresholdranges
最不可持续阈值上限
Upperlimitoftheleastsustainable
(Rlow)57.00.[***********].1010000.4252.80.010.0320.151.01.01003025
可持续临界阈值Thresholdvalueofsustainability
(Rthr)404.50.[***********]00.30105000.2251.50.090.33110.304.54.[1**********]
最可持续阈值下限
Lowerlimitofthemostsustainable
(Rupp)752.00.[***********]000.50200000.0250.20.170.63200.458.08.[1**********]5
研究构建土地利用功能理论最大值实现率(简称土地利用功能实现率)指标测度某一时期区域土地利用某项功能的实现程度,等于一定时期区域土地利用某项功能的实际值与理论最大值的比率,最大值为1。当研究涉及不同时期时,采用土地利用功能量倍比系数( )与增长量( )两个指标分别反映土地利用功能的相对变化程度和绝对变化程度。其中,土地利用功能倍比系数( )和增长量( )分别等于t+1时期区域土地利用某项功能(Ft+1)与t时期该项功能(Ft)的比值和差值。据此,区域土地利用功能的变化可能出现良性逆转、恶性逆转、维持不变(良性维持、恶性维持、闲置维持)、良性提高(超强利用、合理利用)与退化(合理衰减、恶性退化)5类9种情况。2 结果与讨论
2.1 土地利用总功能的区域差异
中国土地利用总功能存在的区域差异性(图1)表现为:1985 2005年期间,土地利用总功能的区域差异
24期 甄霖 等:中国土地利用多功能性动态的区域分析 6757
明显下降,各省份间土地利用总功能的变异系数由0 63下降至0.27。研究依照1985 2005年各省份土地利用功能倍比率( i)与国家尺度土地利用倍比率( )的对比关系,将所有省份划归为A、B、C、D四类区域(图2):
(1)A类区 i
(3)C类区:0.9& &1.9的省份;i/
(4)D类区: >1.9的省份,包括中国的!四西∀i/ (山西、陕西、江西、广西)、!二南∀(云南、河南)、湖北、 山东、安徽等9个省区。
图1 1985 2005年中国各省份土地利用总功能变化Fig.1 DynamicsoftotallandusefunctionsbyprovinceinChinain1985 2005
图2 1985 2005年中国各省份土地利用功能变化倍比率
Fig.2 IncreaserateoftotallandusefunctionsbyprovinceinChinain1985 2005
1985年,这四类区依次是土地利用功能的负值区、相对高值区、相对中值区和低值区。在发展过程中,BI
和BIII亚区由于资源与环境容量约束、BII亚区由于发展基础制约,土地利用功能提高相对缓慢。而D类区快速的城镇化进程(较全国平均水平高10% 50%)从两个方面显著提高了土地利用功能:一是加快了资源开发利用的强度与效率,二是降低了人口对农业的依赖性,农业生产率和农民生活条件得到了显著提高,加上土地利用功能基数低,功能的提升最为显著。在一些D类地区,土地利用功能的提高暗含着未来的发展风险,例如,1985 2005年云南水土流失面积占区域面积的比重由5%提高到36%,山西与陕西由40%提高到60%。
1985年土地利用总功能实现率的变异系数为0.58。该年中国土地利用总功能的区域差异主要应归因于
6758 生 态 学 报 30卷
区域社会、经济与环境发展能力差异。例如1985年D类区土地利用总功能的实现率仅为0.05 0.11,到了2005年,省份间总功能实现率的变异系数下降到0.21,土地利用功能潜力得到了发挥。2005年,中国土地利用总功能实现率的低值区集中分布在西部,值域主要分布在0.25 0.35间,而其他区域的总功能实现率主要分布在0.40 0.45间。2005年,天津市土地利用总功能的实现率居全国之首,达到0.52,这主要是其人均GDP、农业生产率、对外交通能力和工业废水达标排放率显著提高的综合贡献。2005年,天津市人均GDP为3 57万元,仅次于上海和北京,居全国第3位,是全国平均水平的2.5倍;农业人均劳动生产率为1.37万元,仅次于海南,居全国第1位,是全国平均水平的1.9倍;交通网密度为0.97km/km,仅次于上海和江苏,居全国第3位,是全国平均水平的4.4倍;货运周转量居全国榜首,占全国总货运周转量的16%。2.2 土地利用多功能的区域差异及其变化
1985 2005年土地利用各功能中(图3),就业支持功能与景观与文化支持功能的区域(省份尺度)差异有所扩大,生态过程维持功能基本保持不变,其他功能均朝相对更均质化的方向发展。
2
图3 中国土地利用功能的区域差异
Fig.3 SpatialvariationsoflandusefunctionsinChina
(1)就业支持功能(LUF1) 1985 2005年,山西、云南、辽宁3省土地利用的就业支持功能分别提高了92%、14%与37%,这主要与交通条件普遍改善和辽宁省城镇失业率变化密切相关;北京市就业支持功能衰退,主要原因是农业生产率提高,郊区丰富的土地资源没有得到有效利用,交通网络的输运功能受到周边省份挤压。相比之下,天津与上海人均土地资源紧缺,加上物流活跃,就业支持功能下降幅度较小。其他省份LUF1均有不同程度的衰退。2005年,各省份LUF1实现率主要分布在0.40 0.60区间,超过0.60的有河北(0.64)、河南(0.66)、安徽(0.62)、山东(0.61)、湖南(0.64)、云南(0.70)等6省,其共同特点是城镇化水平低、人均土地资源紧张(云南除外),但自然条件好,便于精耕细作。同年,内蒙古、黑龙江、吉林、青海、新疆、宁夏、甘肃、上海、江苏等9省(市、区)土地功能实现率均在0.35以下。
(2)健康保障功能(LUF2) 1985年中国省际LUF2普遍处于不良状态,主要是人民食物消费压力大、粮食生产存在农药过度施用的安全隐患以及资源超强度利用。在人口密度相对较低且人均粮食或畜牧产品具有优势的省份,其LUF2处于合理利用状态,包括吉林、黑龙江、内蒙古、甘肃、青海、新疆、宁夏等。随着粮食生产效率与畜牧业生产能力的提高和社会生活条件的改善,1985 2005年所有省份LUF2得到了显著的改善与提高。但是,2005年LUF2实现率除在内蒙古(0.65)、黑龙江(0.52)、吉林(0.46)、西藏(0.45)、宁夏(0 51)、新疆(0.49)等6省区接近或超过0.5以外,大部分省份低于0.25。其中,重庆、四川、贵州、广西、广东、海南、湖北、山东、浙江、上海、江苏、山西等12省(市、区)甚至低于0.15,主要系各省存在农药超强施用与
24期 甄霖 等:中国土地利用多功能性动态的区域分析 6759强环境污染负荷的威胁,构成了对LUF2未来发展的制约。
(3)居住家园功能(LUF3) 1985 2005年,城镇化进程的推进与交通网络的建设与完善,使得各省LUF3均得到不同程度的提高。内蒙古(0.37)、西藏(0.27)、甘肃(0.31)、新疆(0.32)、宁夏(0.40)、广西(0 44)、陕西(0.44)、黑龙江(0.46)、四川(0.39)、贵州(0.41)等10省区LUF3实现率接近或低于全国0.38的平均水平,生态环境脆弱是这些省份的共同特征,而其他省份的值在0.6以上,其中北京(0.82)、天津(0 77)、上海(0 84)、山东(0.71)、广东(0.69)、浙江(0.67)、河南(0.66)等7省市已经接近或超过0.70,区位优势起了重要作用。
(4)生物性土地生产功能(LUF4) 各省份LUF4均明显提高,特别是云南和西藏的功能扭亏为盈。沿海省份是这一时期LUF4提高最为明显的区域。2005年,北京、天津、上海三大直辖市的LUF4实现率已经接近最大限值,达到0.95及以上;江苏(0.87)、广东(0.84)、福建(0.81)、山东(0.81)、辽宁(0.71)、河北(0.76)、湖北(0.72)、河南(0.69)、海南(0.67)等9省的实现率明显高于全国0.55的平均水平。
(5)人工化土地生产功能(LUF5) LUF5也取得了不同程度的提高,并在安徽、福建、江西、广西、贵州、西藏等6省区实现了由负到正的转变。相对于LUF4,各省LUF5的变化极其不均衡(图4)。1985 2005年,四川省LUF5仅提高了1.8个单位,不及山东省增长量的1/14。LUF5变化具有明显的区域性规律,低增长量区域集中在经济水平相对不发达的西部,即实现率低的区域。
图4 省份尺度上中国生物性土地与人工化土地的生产功能实现程度对比
Fig.4 RealizationrateofLUF4andLUF5byprovinceofChina
(6)交通功能(LUF6) 1985年中国LUF6优势区域主要是天津、广东、上海、江苏、浙江等5个临海省份,2005年优势区向东部临海和近临海省份延伸,同时中国腹地省份河南的交通枢纽功能也明显提升,形成中国LUF6东强西弱的空间格局。这很大程度上是中国经济倾斜发展战略的结果。辽宁、黑龙江、内蒙古和西部地区LUF6实现率低,是中国目前经济发展相对滞后的区域。
(7)资源供给与维持功能(LUF7) 1985 2005年大部分省份LUF7均有所提高,其中提高幅度最大的省份集中在西部和东北地区,如青海、新疆和西藏,形成了目前中国LUF7的三大弱势区:京津冀地区、华南地区与华东地区。这里也是中国LUF7实现率的低值区,在京津冀平均为0.4左右,不足全国平均水平的一半,在华南和华东地区多不超过0.5。这三类地区应是未来中国资源开发、利用与保育的潜力地区。
(8)污染接收器功能(LUF8) 各省LUF8理论最大值均为正值,但1985与2005年,实际发生值在各省(1985年西藏除外)均为赤字。主要因为在1985 2005年间,除四大直辖市、辽宁、山东、湖南、陕西、宁夏、贵州的环境压力有所舒缓外,其他省份的环境压力均有所扩大。LUF8是中国土地利用各项功能中最为薄弱的
一项。
(9)景观与文化支持功能(LUF9) LUF9理论最大值均为正值,而在1985年与2005年两个年度,各省(2005年上海、广东除外)实际发生值均为赤字。与LUF8不同的是,LUF9总体上在不断改善。这主要是各地重视生物多样性保护与植树造林的结果。
(10)生态过程维持功能(LUF10) 与其他土地利用功能相比,LUF10具有高度的稳定性。1985 2005年间,其值在全国各省基本持平。但是,这是一种赤字承压维持。要扭转这种维持状态,必须在退化土地管理、农业辅助投入方面做出更大的努力。
3 结论
土地利用多功能性是土地可持续性利用和管理的重要组成部分。本文全面系统研究了土地利用多功能性的理论基础与方法体系,基于区域可持续发展三维度的理念及其指标体系,界定了我国区域土地利用功能的10项功能,研究了过去20a间,各项功能的时空变化特征。其中社会功能包括就业支持、健康保障与居住家园功能,经济功能包括生物性土地生产功能、人工化土地生产功能和交通功能,环境功能包括资源维持与供给、污染接收器、景观与文化支持和生态过程维持功能。
研究得出的主要结论有:1985 2005年间,我国土地多功能性的10项功能中,表现为不断改善与提高的功能包括健康保障、交通、居住家园、生物性土地生产、人工化土地生产、资源供给与维持、污染接收器、景观与文化支持功能,但各项功能变化的强势区和弱势区在时空分布上表现出了很强的区域性特点。生物性土地生产和人工化土地生产功能的低增长区域集中在经济水平相对不发达的西部,即实现率低的区域;健康保障功能在人口密度相对较低且人均粮食或畜牧产品具有优势的省份。区域自然条件禀赋、社会经济条件差异、以及土地利用政策因素在功能变化中起着关键作用。未来中国及各省土地利用政策必须关注土壤环境、水环境与大气环境的保育,只有在农业生态环境健康的前提下,土地利用的健康支持功能才能切实得到保障与提高。研究揭示了在区域空间尺度上,我国土地利用总功能与各项功能及其实现率均存在明显的差异,但1985 2005年区域差异总体缩小。
研究构建的LUFs评估框架和指标体系有三大突出优点:一是方法简捷,系统地涵盖了土地的多功能性;二是关注区域土地利用指标与功能关系的空间异质与时间变化;三是具有良好的土地利用政策评估与决策支持功能,建议国家尺度的土地利用政策效果评估,宜采用自下而上的LUFs评估框架。
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ActaEcologicaSinica
中国土地利用多功能性动态的区域分析
甄 霖
1,*
,魏云洁,谢高地,HELMINGKatharina,曹淑艳,
1,213
杨 莉,潘 影,KOENIGHannes
1,2134
(1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101;2.中国科学院研究生院,北京 100049;3.德国莱布尼兹农业景观研究中心,柏林,慕钦堡 15374;4.北京石油化工学院,北京 102617)
摘要:当前,国际学术界针对土地利用的研究正由土地利用格局变化向土地空间多功能变化及其可持续性的方向发展,其宗旨是确定和度量土地多元化利用所提供的产品、服务和功能,及其带来的环境和社会经济效应,实现对土地利用的科学管理。基于可持续发展三维度的理念及其指标体系,界定并定量评价了我国区域土地利用的10项功能,深入研究了在经济快速发展、生态环境保护紧密相随的过去20a间,各项功能的时空变化特征。研究表明,我国土地多功能性的10项功能中,就业支持功能表现出区域增减不一的特点,生态过程维持功能具有高度的稳定性。健康保障、交通功能、居住家园、生物性土地生产、人工化土地生产、资源供给与维持、污染接收器、景观与文化支持功能在各个区域得到了不断改善与提高,但各个功能变化的强势区和弱势区在时空分布上表现出了很强的区域性特点。区域自然条件禀赋、社会经济条件以及土地利用政策在功能变化中起着关键作用。研究结果揭出中国区域土地多功能性尚存在巨大的提升空间;土地政策应具有系统性、功能针对性和时空针对性,并应关注土地利用功能变化的链发效应。
关键词:土地空间利用;土地多功能性;生态系统服务功能;时空尺度;中国
RegionalanalysisofdynamiclandusefunctionsinChina
ZHENLin
1,*
,WEIYunjie,XIEGaodi,HELMINGKatharina,CAOShuyan,YANGLi,PANYing,
3
1,21341,21
KOENIGHannes
1InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China2GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China
3LeibnizCentreforAgriculturalLandscapeResearch(ZALF),Berlin,15374M ncheberg,Germany4BeijingInstituteofPetrochemicalTechnology,Beijing102617,China
Abstract:Recentstudiesoflandusearoundtheworldhavebeenshiftingfromthespatialandtemporaldynamicsoflandusepatternstofunctionalchangesinlanduseandassessmentsofthesustainabilityofsuchchanges.Thepurposeistoidentifyandmeasuretheproducts,goods,andservicesprovidedbymultiplelanduses,andtheassociatedenvironmentalandsocioeconomiceffects.Land usefunctions(LUFs)arethegoodsandservicesprovidedbyalanduse,andsummarizearegion smostrelevanteconomic,environmenta,landsocialissues.TheLUFframeworkintegrateschangesinalargesetofindicatorstoassessthemipactofpoliciesonsustainabilityatvariouslevelsofspatialaggregation.Itisthereforeagoodmethodtotraceinterrelationsbetweenlandusechangesandfunctionalchanges.Here,weidentify10relevantLUFsforChinainaccordancewiththreedmiensions economic,environmentalandsocialdmiensionsofsustainabledevelopment,investigatemethodsfortheirassessment,andanalyzespatialandtemporalchangesinthefunctionsfor31provincesandmunicipalitiesfrom1985to2005.TheLUFsincludesocialfunctions(theprovisionofwork,humanhealth,andlivingconditions);economicfunctions(coverlandbasedproduction,artificialland basedproduction,andtransportation);and
基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2009CB421106);中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2-EW-306);科技部中欧科技合作专项资助项目(0813);国家科技支撑计划资助项目(2006BAC18B01,2008BAK50B05)收稿日期:2009 11 06; 修订日期:2010 09 20
*通讯作者Correspondingauthor.E mai:[email protected].
6750 生 态 学 报 30卷
environmentalfunctions(theprovisionandmaintenanceofresources,pollutantreception,maintenanceofecologicalprocesses,andconservationofrurallandscapes).Significantspatialandtemporalvariationswereobserved.Ofthe10LUFsweidentified,
theprovisionofworkincreasedanddecreasedindifferentperiods,whereasmaintenanceofecosystem
includinghumanhealth,
transportation,
land basedproduction,
artificialland basedproduction,
provisionandmaintenanceofresources,
processesremainedstable,butinacriticalcondition.OtherLUFsmiproved,livingconditions,
pollutantreception,andlandscapeandculturalservices.Ingenera,ltheoverallLUFofChinahasmiprovedfrom1985to2005,andcoefficientofvariationofLUFsamongtheChineseprovinceshasdecreasedfrom0.63to0.27,suggestingthattheregionaldisparityofLUFshasdecreased,exceptforthefunctionsrelatedtotheprovisionofworkandtheconservationofrurallandscapes.Maintenanceofecologicalprocessesremainedstableovertmie,buttherestoftheLUFstendedtoexhibitmiprovementpatternsfrom1985to2005.Ofthe10LUFsthatwestudied,thepollutantreceptionfunctionwasweakest,suggestingthatthereishighpotentialtomiprovethisLUFbyenhancingenvironmentalconservationmeasures,andthatthismiprovementisnecessary.Rurallandscapeconservationmiprovedduemainlytothemiplementationofprogramstoconvertagricultureonslopinglandtolessdamagingusesthroughoutthecountry,leadingtotheconversionofvastareasofarablelandintoforestandgrassland.Themainfactorsleadingtosuchdifferencesarevariationsinnaturalresourcesandsocioeconomicdevelopment;landusepolicyplaysanespeciallymiportantrole.Forinstance,land basedproductionandartificialland basedproductionhaveincreasedslowlyinthenorthwesternpartofthecountry,whereeconomicdevelopmentlevelisrelativelylow,whereasthehumanhealthfunctionismiprovinginregionswitharelativelylowpopulationdensityandahighpercapitagrainandlivestockproduction.ThereisgreatpotentialtomiproveLUFsbothnationallyandinspecificregions.SupportingscientificmanagementoflandresourceswillrequireasystematiclandusepolicytargetedatLUFsandspecifictoeachregion,andtheconsequencesofLUFchangesmustalsobeconsidered.KeyWords:spatiallanduse;multi functionallanduse;ecosystemservices;scaling;China
土地利用多功能性(multifunctionalityoflanduse)指一个区域土地利用功能及其环境、经济和社会功能的状态和表现,是评价土地利用变化对其功能影响的重要概念和方法体系
[1 4]
,通常以土地利用功能(landuse
[5 6]
functions,LUFs)来表示,即不同的土地利用方式所提供的产品和服务。土地利用的多样化和集约化及技术的改进影响了生态系统的状态和功能,使生物地球化学循环、水文过程和景观动态发生显著变化及其主要的驱动力和动力机制的研究,并评价由不同土地系统变化引起的后果念被广泛采纳并成为农业、林业、公共产品、就业等领域的重要研究内容可持续性影响评估等研究领域
[7]
[3]
[7 8]
;同时,又
影响着生态系统服务的供给和人类的生存。已有研究表明,人们需要加强人类行为对土地系统自然过程影响
。
多功能性的概念最早源自农业部门,到了20世纪90年代后期,随着全球和欧洲农业政策的变化,这一概
。可持续发展理念的提出和迅速
应用使得多功能性研究从农业领域过渡和发展到区域环境、经济、社会可持续发展,并很快应用到土地利用的
。生态系统产品和服务概念
[9]
的出现,使人们认识到了土地利用变化对其
[10]
可持续性的多维度影响,并作为方法论应用于千年生态系统评估地利用的环境、社会、经济效应∀实施的第一阶段,Mander等人
[11]
,由此引出了!景观功能∀的概念。在
2004年正式启动的由欧洲25个国家38个机构参与的欧盟第六框架项目!可持续性影响评估:欧洲多功能土
对此概念和方法进一步发展,!生态系统功,认为由土地利用变化所引起的功能变化
能∀首次作为理论框架的重要组成部分应用于区域可持续性评价
[12]
是决定区域可持续发展的重要组成部分。由此可见,国际土地利用相关研究正由土地利用变化向土地利用功能变化和可持续性研究方向发展。在欧洲,土地利用的可持续性研究已成为国家各个管理层次可持续发展决策和管理的重要组成部分。
中国地域辽阔,自然资源禀赋与社会经济发展的区域差异显著,土地资源的利用方式、结构、强度等具有高度的空间异质性。中国期刊全文数据库查询结果显示,1980 2008年,以土地和土地利用为关键词的发表
24期 甄霖 等:中国土地利用多功能性动态的区域分析 6751
记录有30484条,这些研究对不同时空尺度土地利用格局的演变机理和影响因素有了较为全面的认识,为理解土地多功能性奠定了科学基础功能分析框架构建
[4]
[13 18]
。然而,我国土地多功能性研究仍多集中在农业多功能性研究
[23]
[19 22]
,个
别研究涉及快速城市化进程中,多功能的农地利用与提高农民生活水平的最佳途径研究讨了土地利用变化和生态系统服务功能变化的互动性,强调了相关研究的迫切性地多功能性研究奠定了理论基础。
[5]
,以及我国土地多
。近年在国际产生重大影响的权威性计划 全球土地计划(GLP)从理论角度深入探
,从生态学的角度,为土
总体来说,目前为数不多针对土地多功能性的研究仅仅涉及到多功能性中的某些方面,如多功能性对土地利用决策的影响,农业生产对环境污染、生物多样性、动物养殖、农村就业的影响保育功能
[24]
[2]
,以及粮食生产和景观
;缺乏对土地多功能性及其区域变化的研究,难以满足土地可持续利用和管理的需求。可以预
见,相关研究将为土地利用研究和评价土地利用变化的效应开创一个崭新的领域。本研究旨在界定和分析我国土地利用的多功能性,关注区域土地利用指标与功能关系的空间异质与时间变化,分析区域土地利用多功能性差异的特征和内在原因,为土地利用综合效应评估和决策提供方法基础和科学依据。1 研究方法
1.1 建立LUFs评估关键性指标体系
在全面分析LUFs测度指标的基础上,依据简约性、敏感性、整体性、代表性、科学性和适应性原则选取表征土地利用主要功能的关键性指标,组建指标体系。在充分浏览文献资料,综合专家知识,以及考虑数据的可获得性等基础上,共选取了28个指标研究我国土地多功能利用的环境、社会及经济效应(表1)。
表1 土地利用功能 指标选取与描述
Table1 Landusefunctions indicatorselectionanddescription
序号No.[***********]4
指标Indicators人口密度/(人/km)农业从业人员/%农村恩格尔系数(无量纲)城镇登记失业率/%
城市化率(城镇人口比例/%)粮食自给率/%
22
序号No.[***********]2425262728
指标Indicators人均草地面积/hm2人均水资源量/m3
单位耕地化肥使用量/(t/hm2)单位耕地农药使用量/(kg/hm2)交通网密度/(km/km2)客运周转量占全国的比重/%货运周转量占全国的比重/%森林覆盖率/%水土流失面积比例/%
自然保护区面积占国土面积的比例/%
COD排放面积/(t/(km2#a))SO2排放面积强度/(t/(km2#a))
CO2排放压力(人均能源足迹,/(gha/(人均#a)))工业废水排放达标率/%
社会指标Socialindicators经济指标(续)Economicindicators(continued)
城镇人均绿地面积/m
经济指标Economicindicators
人均GDP/元农业GDP比例/%
环境指标Environmentalindicators
粮食产量/(kg/hm2)
土地生产力(气候生产潜力实现率,无量纲)农村人均劳动生产率/元人均畜牧产品占有量/kg人均耕地面积/hm2
1.2 识别指标与土地利用功能之间的关系
指标与LUFs一般表现为多维度性(n∃n)的关系。一般而言,在识别指标与LUFs关系时,应该遵循四项基本标准:(1)指标应该与功能有直接或间接的因果关系;(2)指标对研究区域可持续发展具有重要意义;(3)指标应该覆盖可持续发展的3个维度;(4)避免选取重复性的指标。根据这些原则,甄霖等指标与功能关联性的基础上,将我国土地利用多功能性划分为10项(表2)。1.3 构建指标对区域可持续发展的重要性(权重W)矩阵
采用0、1、2三个等级表征指标对区域可持续发展的重要性,分为没有影响、有一定的影响和有重要影响。本研究依据表3内的准则确定指标对中国及其以省为单元的区域1985年和2005年两个时段可持续发展的重要性,并建立不同时期评价单元的指标权重矩阵(W)。
[4]
在深入分析
6752 生 态 学 报
表2 中国土地利用多功能的界定
Table2 ThetenlandusefunctionsdefinedforChina
30卷
社会功能Socialfunction就业支持(LUF1)健康保障(LUF2)居住家园(LUF3) 来源:参考文献4.
经济功能Economicfunction生物生产性土地的生产功能(LUF4)人工化土地的生产功能(LUF5)交通(LUF6)
环境功能Environmentalfunction资源维持与供给(LUF7)减轻污染物排放(LUF8)农业景观保育(LUF9)生态过程维持(LUF10)
表3 指标对区域可持续发展重要性评判准则
Table3 CriteriaforsettinguptheweightsofLUFindicatorsforregionalsustainabledevelopment
指标Indicators
农业从业人员Ruralemployees/%
城镇登记失业率Registeredurbanunemploymentrate/%农村恩格尔系数(无量纲)RuralEngelcoefficient(dimensionless)粮食自给率Foodself sufficiencyrate/%
城镇人均绿地面积Greenareaperurbanresident/m2*人口密度Populationdensity/(人/km2)
城市化率(城镇人口比例)Urbanizationrate(rateofurbanpopulation/%)人均GDP/元GDPpercapita/RMB
农业GDP比例PercentageofagriculturalGDPtothelocaltotal/%粮食产量Grains(equivalent)output/(kg/hm2)
土地生产力(气候生产潜力实现率,无量纲)Landproductivity(achievementrateofcropclimateproductivepotentia,ldimensionless)农村人均劳动生产率/元Peragriculturallaborproductivity/RMB
单位耕地化肥使用量Chemicalfertilizerappliedperunitarablearea/(t/hm2)单位耕地农药使用量/(kg/hm2)
Pesticideandherbicideappliedperunitarablearea人均耕地面积Arableareapercapita/hm2人均草地面积Grasslandareapercapita/hm2
人均畜牧产品占有量Percapitashareoflivestockproducts(equivalentmeat)交通网密度Transportationdensity/(km/km2)
客运周转量占全国的比重/%
Percentageofpassengerturnovervolumetothenationaltotal货运周转量占全国的比重/%
Percentageofcargoturnovervolumetothenationaltotal人均水资源量Waterresourcepercapita/m3
工业废水排放达标率Dischargestandard meetingrateofindustrialwastewaters/%COD排放面积强度EmissionintensityofCODperunitarea/(t/(km2#a))
CO2排放压力(人均能源足迹)EmissionintensityofCO2percapita(fossilenergyfootprintpercapita/(gha/(人均#a)))
SO2排放面积强度EmissionintensityofSO2perunitarea/(t/(km2#a))自然保护区面积占国土面积的比例/%**
Percentageofnaturereserveareatothelocaltotalarea森林覆盖率Forestcoverage/%
水土流失面积比例Percentageofsoilerosionareatothelocaltotallandarea/%
W=2%60%5%55-U%55%300%55%14000%35%8000%0.5%15000%0.45%3%0.19%0.67%36%0.35%10%10%7500-%4.4%4.0%36K%5%25%35
W=1(5,60)(2,5)
W=0&5&2--U&10-&10-&5&1000&0.2-&0.07&0.45--------&0.22&0.20&1.8K
*U=城镇化水平/%;**K是人口密度、水土流失面积比例、农业从业人员3个指标的权重之和
1.4 确定区域(或区域不同时期)土地利用指标 功能关系专用矩阵
表4是在专家评估打分的基础上形成的1985年中国部分省份可持续发展指标重要性评估结果,该表的每一列即为某一省份的可持续发展指标权重矩阵W。截取表4中的部分结果作为案例区,以说明如何采用乘
24期 甄霖 等:中国土地利用多功能性动态的区域分析 6753
积方法,基于区域指标权重表W与土地利用指标 功能关系通用表得到区域土地利用指标 功能关系专用矩阵(ST)。
LUF1LUF1LUFI1I2
由通用矩阵GT=I3
I4I5I6
210000
00-1210LUF1I1I2
ST=I3
I4I5I6
2∋11∋10∋10∋10∋20∋2
000001LUF10∋10∋0-1∋12∋11∋20∋2
LUF0∋10∋00∋11∋21∋I1I2I4I5I6
I1I2
各列与权重矩阵W=I3
I4I5I6
w101122
元素对应做乘即可得到区
域土地利用指标 功能关系专用矩阵ST,即:
LUF1LUF1LUF200000
00-1220
000022
0∋1=I3
表4 中国部分省份可持续发展指标重要性评估结果(1985年)
Table4 WeightsofLUFindicatorstosustainableregionaldevelopmentbyprovinceofChina(1985)
指标Indicators
农业从业人员Ruralemployees/%城镇登记失业率/%
Registeredurbanunemploymentrate农村恩格尔系数(无量纲)RuralEngelcoefficient(dimensionless)粮食自给率/%
Foodself sufficiencyrate城镇人均绿地面积/m2
Greenareaperurbanresident人口密度/(person/km2)Populationdensity
城市化率(城镇人口比例,/%)Urbanizationrate(rateofurbanpopulation)
人均GDP/元GDPpercapita/RMB农业GDP比例/%
PercentageofagriculturalGDPtothelocaltotal
粮食产量/(kg/hm2)
Grains(equivalent)output
土地生产力(气候生产潜力实现率,无量纲)
Landproductivity(achievementrateofcropclimateproductivepotentia,ldimensionless)
京101122
津111122
冀201111
晋101111
蒙112111
辽111111
吉101111
黑111111
沪101122
苏111112
浙111112
皖212112
闽212111
赣212111
211
211
111
111
111
111
111
111
211
111
111
112
112
112
[1**********]111
[1**********]111
6754 续表
生 态 学 报 30卷
指标Indicators
农村人均劳动生产率/元
Peragriculturallaborproductivity单位耕地化肥使用量/(t/hm2)Chemicalfertilizerappliedperunitarablearea
单位耕地农药使用量/(kg/hm2)
Pesticideandherbicideappliedperunitarablearea
人均耕地面积/hm2Arableareapercapita人均草地面积/hm2
Grasslandareapercapita
人均畜牧产品占有量/kg
Percapitashareoflivestockproducts(equivalentmeat)交通网密度/(km/km2)Transportationdensity
客运周转量占全国的比重/%
Percentageofpassengerturnovervolumetothenationaltotal
货运周转量占全国的比重/%
Percentageofcargoturnovervolumetothenationaltotal
人均水资源量/m3
Waterresourcepercapita工业废水排放达标率/%Dischargestandard meetingrateofindustrialwastewaters
COD排放面积强度/(t/(km2#a))EmissionintensityofCODperunitareaCO2排放压力(人均能源足迹,
/gha/(人均#a))
EmissionintensityofCO2percapita(fossilenergyfootprintpercapita)SO2排放面积强度/(t/(km2#a))EmissionintensityofSO2perunitarea自然保护区面积占国土面积的比例/%Percentageofnaturereserveareatothelocaltotalarea
森林覆盖率Forestcoverage/%
水土流失面积比例/%
Percentageofsoilerosionareatothelocaltotallandarea
京1
津1
冀1
晋1
蒙1
辽1
吉1
黑1
沪1
苏1
浙1
皖1
闽1
赣1
[1**********]111
[1**********]222
[1**********]111
[1**********]111
[1**********]111
[1**********]111
[1**********]111
[1**********]111
[1**********]111
[1**********]111
[1**********]111
[1**********]111
[1**********]101
111
110
111
112
111
111
111
111
110
111
121
211
121
121
1.5 确定指标阈值和指标标准化处理
指标阈值是指土地资源在现阶段可持续利用状态下,各指标能够达到的合理值。研究遵照以下3个准则和优先顺序确定指标阈值:(1)尽可能揭示自然的承压阈值(应用指标编号:17、18、23、25、26、27,参照表1);(2)系统资源约束与开放系统相结合(应用指标编号:6、14、15、16、22);(3)高标准且可以追求的发展目标(1、2、3、4、5、7、8、9、10、11、12、13、19、20、21、24、28)。LUFs评估指标既有数量指标与比率指标之分,又有正指标和逆指标之别,为了使不同量纲、数量级的各指标具有可比性,需要对指标进行标准化处理。根据指标的
24期 甄霖 等:中国土地利用多功能性动态的区域分析 6755
正逆性特征与指标数值分布区间的跨度,本研究指标划归为如下3组:(1)逆向(且分布跨度相对不大的指标()):城镇登记失业率、农业GDP比例(%)、单位耕地化肥施用量及单位耕地农药施用量;(2)分布跨度相对较大的指标(∗):见表5;(3)正向且分布跨度相对不大的指标(+):见表6。
对于第)、+组指标采用线性变换进行标准化处理,计算方法分别见式(1)、(2);对于第∗组指标,综合采用分段法与线性变化法见式(3)。在本研究中,经过标准化处理的指标的值表示相对影响力大小,值域为[1,5],以3作为临界影响的分水岭。
1 (Ri&Ri)Ri-Rilowactupp
R 3+2∋)i= (Ri&Ri&Ri
|Ri-Ri|
5 (Ri&Ri)1 (Ri&Ri)Ri-Riuppactlow
R 3+2∋i= (Ri&Ri&Ri)
|Ri-Ri|
5 (Ri%Ri)
式(1)、(2)中,R 为标准化指标值,下标i为指标编号,R为指标实际值,R、R与R依次为某指标的最可持续阈值、可持续临界阈值、最不可持续阈值。
Ri-TLj
,2,3,4)Lj+ (Lj=1
TLj-TLjR5 (Lj=5)
式(3)中,TLj
max
act
min
act
upp
thr
low
act
upp
act
thd
act
low
act
low
act
thd
act
upp
(1)
(2)
(3)
与TLj分别表示某一指标的第j级的上、下阈值,其他同式(1)、(2)。
表5 值域跨度相对较大的指标的分级
Table5 LUFsindicatorswithrelativelylargethresholdranges
min
分级Group等级范围
LjRange
54321
[4,5)[3,4)[2,3)[1,2)
人口密度
Populationdensity/(人/km2)
%1200[600,1200)[300,600)[100,300)[0,100)
COD排放面积强度
Emissionintensity
ofCOD/(t/(km2#a))%3.80[1.32,3.80)[0.44,1.32)[0.33,0.44)[0,0.33)
CO2排放压力Emissionintensity
ofCO2/(gha/(人均#a))
%3.0[1.2,3.0)[0.4,1.2)[0.3,0.4)[0,0.3)
SO2排放面积强度Emissionintensity
ofSO2/(t/(km2#a))
%14.4[7.2,14.4)[3.6,7.2)[2.7,3.6)[0,2.7)
水土流失面积比例
Percentageofsoilerosionarea
/%
%40[20,40)[10,20)[5,10)[0,5)
1.6 土地利用多功能性的综合评价方法
土地利用功能量(F)的含义分别为:F>0,表示土地利用某项功能被合理利用,值越大,表示功能效用越大;F
土地利用各功能存在理论上的最大值和最小值。在所有对区域土地利用某项功能具有促进作用的指标的值均达到最可持续即R =5而所有对区域土地利用某项功能具有抑制作用的指标的值均达到最小即R =1时,区域土地利用的该项功能达到理论最大值;反之则达到最小值。例如上面所举某区域的ST矩阵中,
(
这里的指标正逆性是相对于指标及其对土地功能影响的大小确定的,不涉及影响发生的方向(影响方向在权重系数表中用正号或负号表达);对于某一指标,如果其值越高,对土地利用的某项功能的影响就越大,则称该指标为正指标;反之,如果其值越高,对土地利用的某项功能的影响越小,则称该指标为逆指标
6756 生 态 学 报 30卷
LUF1、LUF2、LUF3的理论最大值依次为10、19、20,最小值分别为2、-1、4。
表6 值域跨度相对不大的指标的阈值
Table6
指标
Indicators
农业从业人员Ruralemployees/%
城镇登记失业率Registeredurbanunemploymentrate/%*
农村恩格尔系数(无量纲)RuralEngelcoefficient(dimensionless)粮食自给率Foodself sufficiencyrate/%
城镇人均绿地面积Greenareaperurbanresident/m2城市化率(城镇人口比例)
Urbanizationrate(rateofurbanpopulation,人均GDPGDPpercapita/元
农业GDP比例PercentageofagriculturalGDPtothelocaltotal/%*粮食产量Grains(equivalent)output/(kg/hm2)
土地生产力(气候生产潜力实现率,无量纲)Landproductivity(achievementrateofcropclimateproductivepotentia,ldimensionless)农村人均劳动生产率Peragriculturallaborproductivity/元单位耕地化肥使用量/(t/hm2)*
Chemicalfertilizerappliedperunitarablearea单位耕地农药使用量/(kg/hm2)*
Pesticideandherbicideappliedperunitarablearea人均耕地面积Arableareapercapita/hm2人均草地面积Grasslandareapercapita/hm2人均畜牧产品占有量/kg
Percapitashareoflivestockproducts交通网密度Transportationdensity/(km/km2)
客运周转量占全国的比重/%
Percentageofpassengerturnovervolumetothenationaltotal
货运周转量占全国的比重Percentageofcargoturnovervolumetothenationaltotal/%
人均水资源量Waterresourcepercapita/m3
工业废水排放达标率/%Dischargestandard meetingrateofindustrialwastewaters自然保护区面积占国土面积的比例/%
Percentageofnaturereserveareatothelocaltotalarea森林覆盖率Forestcoverage/% *逆指标
/%)
LUFsindicatorswithrelativelysmallthresholdranges
最不可持续阈值上限
Upperlimitoftheleastsustainable
(Rlow)57.00.[***********].1010000.4252.80.010.0320.151.01.01003025
可持续临界阈值Thresholdvalueofsustainability
(Rthr)404.50.[***********]00.30105000.2251.50.090.33110.304.54.[1**********]
最可持续阈值下限
Lowerlimitofthemostsustainable
(Rupp)752.00.[***********]000.50200000.0250.20.170.63200.458.08.[1**********]5
研究构建土地利用功能理论最大值实现率(简称土地利用功能实现率)指标测度某一时期区域土地利用某项功能的实现程度,等于一定时期区域土地利用某项功能的实际值与理论最大值的比率,最大值为1。当研究涉及不同时期时,采用土地利用功能量倍比系数( )与增长量( )两个指标分别反映土地利用功能的相对变化程度和绝对变化程度。其中,土地利用功能倍比系数( )和增长量( )分别等于t+1时期区域土地利用某项功能(Ft+1)与t时期该项功能(Ft)的比值和差值。据此,区域土地利用功能的变化可能出现良性逆转、恶性逆转、维持不变(良性维持、恶性维持、闲置维持)、良性提高(超强利用、合理利用)与退化(合理衰减、恶性退化)5类9种情况。2 结果与讨论
2.1 土地利用总功能的区域差异
中国土地利用总功能存在的区域差异性(图1)表现为:1985 2005年期间,土地利用总功能的区域差异
24期 甄霖 等:中国土地利用多功能性动态的区域分析 6757
明显下降,各省份间土地利用总功能的变异系数由0 63下降至0.27。研究依照1985 2005年各省份土地利用功能倍比率( i)与国家尺度土地利用倍比率( )的对比关系,将所有省份划归为A、B、C、D四类区域(图2):
(1)A类区 i
(3)C类区:0.9& &1.9的省份;i/
(4)D类区: >1.9的省份,包括中国的!四西∀i/ (山西、陕西、江西、广西)、!二南∀(云南、河南)、湖北、 山东、安徽等9个省区。
图1 1985 2005年中国各省份土地利用总功能变化Fig.1 DynamicsoftotallandusefunctionsbyprovinceinChinain1985 2005
图2 1985 2005年中国各省份土地利用功能变化倍比率
Fig.2 IncreaserateoftotallandusefunctionsbyprovinceinChinain1985 2005
1985年,这四类区依次是土地利用功能的负值区、相对高值区、相对中值区和低值区。在发展过程中,BI
和BIII亚区由于资源与环境容量约束、BII亚区由于发展基础制约,土地利用功能提高相对缓慢。而D类区快速的城镇化进程(较全国平均水平高10% 50%)从两个方面显著提高了土地利用功能:一是加快了资源开发利用的强度与效率,二是降低了人口对农业的依赖性,农业生产率和农民生活条件得到了显著提高,加上土地利用功能基数低,功能的提升最为显著。在一些D类地区,土地利用功能的提高暗含着未来的发展风险,例如,1985 2005年云南水土流失面积占区域面积的比重由5%提高到36%,山西与陕西由40%提高到60%。
1985年土地利用总功能实现率的变异系数为0.58。该年中国土地利用总功能的区域差异主要应归因于
6758 生 态 学 报 30卷
区域社会、经济与环境发展能力差异。例如1985年D类区土地利用总功能的实现率仅为0.05 0.11,到了2005年,省份间总功能实现率的变异系数下降到0.21,土地利用功能潜力得到了发挥。2005年,中国土地利用总功能实现率的低值区集中分布在西部,值域主要分布在0.25 0.35间,而其他区域的总功能实现率主要分布在0.40 0.45间。2005年,天津市土地利用总功能的实现率居全国之首,达到0.52,这主要是其人均GDP、农业生产率、对外交通能力和工业废水达标排放率显著提高的综合贡献。2005年,天津市人均GDP为3 57万元,仅次于上海和北京,居全国第3位,是全国平均水平的2.5倍;农业人均劳动生产率为1.37万元,仅次于海南,居全国第1位,是全国平均水平的1.9倍;交通网密度为0.97km/km,仅次于上海和江苏,居全国第3位,是全国平均水平的4.4倍;货运周转量居全国榜首,占全国总货运周转量的16%。2.2 土地利用多功能的区域差异及其变化
1985 2005年土地利用各功能中(图3),就业支持功能与景观与文化支持功能的区域(省份尺度)差异有所扩大,生态过程维持功能基本保持不变,其他功能均朝相对更均质化的方向发展。
2
图3 中国土地利用功能的区域差异
Fig.3 SpatialvariationsoflandusefunctionsinChina
(1)就业支持功能(LUF1) 1985 2005年,山西、云南、辽宁3省土地利用的就业支持功能分别提高了92%、14%与37%,这主要与交通条件普遍改善和辽宁省城镇失业率变化密切相关;北京市就业支持功能衰退,主要原因是农业生产率提高,郊区丰富的土地资源没有得到有效利用,交通网络的输运功能受到周边省份挤压。相比之下,天津与上海人均土地资源紧缺,加上物流活跃,就业支持功能下降幅度较小。其他省份LUF1均有不同程度的衰退。2005年,各省份LUF1实现率主要分布在0.40 0.60区间,超过0.60的有河北(0.64)、河南(0.66)、安徽(0.62)、山东(0.61)、湖南(0.64)、云南(0.70)等6省,其共同特点是城镇化水平低、人均土地资源紧张(云南除外),但自然条件好,便于精耕细作。同年,内蒙古、黑龙江、吉林、青海、新疆、宁夏、甘肃、上海、江苏等9省(市、区)土地功能实现率均在0.35以下。
(2)健康保障功能(LUF2) 1985年中国省际LUF2普遍处于不良状态,主要是人民食物消费压力大、粮食生产存在农药过度施用的安全隐患以及资源超强度利用。在人口密度相对较低且人均粮食或畜牧产品具有优势的省份,其LUF2处于合理利用状态,包括吉林、黑龙江、内蒙古、甘肃、青海、新疆、宁夏等。随着粮食生产效率与畜牧业生产能力的提高和社会生活条件的改善,1985 2005年所有省份LUF2得到了显著的改善与提高。但是,2005年LUF2实现率除在内蒙古(0.65)、黑龙江(0.52)、吉林(0.46)、西藏(0.45)、宁夏(0 51)、新疆(0.49)等6省区接近或超过0.5以外,大部分省份低于0.25。其中,重庆、四川、贵州、广西、广东、海南、湖北、山东、浙江、上海、江苏、山西等12省(市、区)甚至低于0.15,主要系各省存在农药超强施用与
24期 甄霖 等:中国土地利用多功能性动态的区域分析 6759强环境污染负荷的威胁,构成了对LUF2未来发展的制约。
(3)居住家园功能(LUF3) 1985 2005年,城镇化进程的推进与交通网络的建设与完善,使得各省LUF3均得到不同程度的提高。内蒙古(0.37)、西藏(0.27)、甘肃(0.31)、新疆(0.32)、宁夏(0.40)、广西(0 44)、陕西(0.44)、黑龙江(0.46)、四川(0.39)、贵州(0.41)等10省区LUF3实现率接近或低于全国0.38的平均水平,生态环境脆弱是这些省份的共同特征,而其他省份的值在0.6以上,其中北京(0.82)、天津(0 77)、上海(0 84)、山东(0.71)、广东(0.69)、浙江(0.67)、河南(0.66)等7省市已经接近或超过0.70,区位优势起了重要作用。
(4)生物性土地生产功能(LUF4) 各省份LUF4均明显提高,特别是云南和西藏的功能扭亏为盈。沿海省份是这一时期LUF4提高最为明显的区域。2005年,北京、天津、上海三大直辖市的LUF4实现率已经接近最大限值,达到0.95及以上;江苏(0.87)、广东(0.84)、福建(0.81)、山东(0.81)、辽宁(0.71)、河北(0.76)、湖北(0.72)、河南(0.69)、海南(0.67)等9省的实现率明显高于全国0.55的平均水平。
(5)人工化土地生产功能(LUF5) LUF5也取得了不同程度的提高,并在安徽、福建、江西、广西、贵州、西藏等6省区实现了由负到正的转变。相对于LUF4,各省LUF5的变化极其不均衡(图4)。1985 2005年,四川省LUF5仅提高了1.8个单位,不及山东省增长量的1/14。LUF5变化具有明显的区域性规律,低增长量区域集中在经济水平相对不发达的西部,即实现率低的区域。
图4 省份尺度上中国生物性土地与人工化土地的生产功能实现程度对比
Fig.4 RealizationrateofLUF4andLUF5byprovinceofChina
(6)交通功能(LUF6) 1985年中国LUF6优势区域主要是天津、广东、上海、江苏、浙江等5个临海省份,2005年优势区向东部临海和近临海省份延伸,同时中国腹地省份河南的交通枢纽功能也明显提升,形成中国LUF6东强西弱的空间格局。这很大程度上是中国经济倾斜发展战略的结果。辽宁、黑龙江、内蒙古和西部地区LUF6实现率低,是中国目前经济发展相对滞后的区域。
(7)资源供给与维持功能(LUF7) 1985 2005年大部分省份LUF7均有所提高,其中提高幅度最大的省份集中在西部和东北地区,如青海、新疆和西藏,形成了目前中国LUF7的三大弱势区:京津冀地区、华南地区与华东地区。这里也是中国LUF7实现率的低值区,在京津冀平均为0.4左右,不足全国平均水平的一半,在华南和华东地区多不超过0.5。这三类地区应是未来中国资源开发、利用与保育的潜力地区。
(8)污染接收器功能(LUF8) 各省LUF8理论最大值均为正值,但1985与2005年,实际发生值在各省(1985年西藏除外)均为赤字。主要因为在1985 2005年间,除四大直辖市、辽宁、山东、湖南、陕西、宁夏、贵州的环境压力有所舒缓外,其他省份的环境压力均有所扩大。LUF8是中国土地利用各项功能中最为薄弱的
一项。
(9)景观与文化支持功能(LUF9) LUF9理论最大值均为正值,而在1985年与2005年两个年度,各省(2005年上海、广东除外)实际发生值均为赤字。与LUF8不同的是,LUF9总体上在不断改善。这主要是各地重视生物多样性保护与植树造林的结果。
(10)生态过程维持功能(LUF10) 与其他土地利用功能相比,LUF10具有高度的稳定性。1985 2005年间,其值在全国各省基本持平。但是,这是一种赤字承压维持。要扭转这种维持状态,必须在退化土地管理、农业辅助投入方面做出更大的努力。
3 结论
土地利用多功能性是土地可持续性利用和管理的重要组成部分。本文全面系统研究了土地利用多功能性的理论基础与方法体系,基于区域可持续发展三维度的理念及其指标体系,界定了我国区域土地利用功能的10项功能,研究了过去20a间,各项功能的时空变化特征。其中社会功能包括就业支持、健康保障与居住家园功能,经济功能包括生物性土地生产功能、人工化土地生产功能和交通功能,环境功能包括资源维持与供给、污染接收器、景观与文化支持和生态过程维持功能。
研究得出的主要结论有:1985 2005年间,我国土地多功能性的10项功能中,表现为不断改善与提高的功能包括健康保障、交通、居住家园、生物性土地生产、人工化土地生产、资源供给与维持、污染接收器、景观与文化支持功能,但各项功能变化的强势区和弱势区在时空分布上表现出了很强的区域性特点。生物性土地生产和人工化土地生产功能的低增长区域集中在经济水平相对不发达的西部,即实现率低的区域;健康保障功能在人口密度相对较低且人均粮食或畜牧产品具有优势的省份。区域自然条件禀赋、社会经济条件差异、以及土地利用政策因素在功能变化中起着关键作用。未来中国及各省土地利用政策必须关注土壤环境、水环境与大气环境的保育,只有在农业生态环境健康的前提下,土地利用的健康支持功能才能切实得到保障与提高。研究揭示了在区域空间尺度上,我国土地利用总功能与各项功能及其实现率均存在明显的差异,但1985 2005年区域差异总体缩小。
研究构建的LUFs评估框架和指标体系有三大突出优点:一是方法简捷,系统地涵盖了土地的多功能性;二是关注区域土地利用指标与功能关系的空间异质与时间变化;三是具有良好的土地利用政策评估与决策支持功能,建议国家尺度的土地利用政策效果评估,宜采用自下而上的LUFs评估框架。
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