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基于压力状态响应模型的信阳市土地生态安全评价

日期:2023-12-17 11:45:31     作者:梁晨    浏览:0    
核心提示:为了充分了解信阳市土地生态状况,为土地生态安全及可持续发展提供科学参考,利用PSR框架模型,建立一个生态安全评价指标体系,并采用熵权法,对信阳市2010-2020年的土地生态安全进行综合评价。结果表明,人口密度和土地利用类型是影响土地生态安全的主要因素,近十年来,信阳市土地生态安全水平不断提高。
基于压力—状态—响应模型的信阳市土地生态安全评价
 
梁晨,马桂花*,杜昕,王泗飞(信阳农林学院,河南信阳464000)
 
摘要:为了充分了解信阳市土地生态状况,为土地生态安全及可持续发展提供科学参考,利用PSR框架模型,建立一个生态安全评价指标体系,并采用熵权法,对信阳市2010-2020年的土地生态安全进行综合评价。结果表明,人口密度和土地利用类型是影响土地生态安全的主要因素,近十年来,信阳市土地生态安全水平不断提高。
 
土地作为生存和发展的基础及生产资料,不能被任意转让或交易[1-3],然而随着经济的发展和气候变化的影响,土地生态安全问题逐渐凸显,给土地可持续利用带来了诸多挑战[4]。土地生态安全的维护与促进,对于经济和农业的发展具有重要意义。通过采取相应的措施,可以确保土地资源的可持续利用,促进农业生产稳定增长,为经济可持续发展提供有力保障[5]。在实践中,土地生态安全保护涉及多个方面。首先,应加强对土地的监测和评估,及时发现和解决土地生态系统中存在的问题。其次,需要制定和实施科学合理的土地利用政策,合理规划土地的开发和利用,避免出现过度开发和滥用土地资源的现象。最后,加强对土地的保护,重视生态修复工作,促进生态系统的恢复和土地的自然更新[6-7]。

生态安全指的是能为人们提供足够的环境资源和生活条件[8]。许多学者都高度关注全球气候极端异常、生物多样性减少、生态链脆弱、土地荒漠化、土壤盐碱化等生态安全问题,生态安全评估已成为生态研究的重要研究方向[9]。目前,随着计算机技术的发展,“3S”技术得到快速发展,被广泛应用于国内外环境科学研究中[10],使得我国生态环境评价研究得到一定的发展。例如,王连喜等[11]依靠GIS和传统区域划分融合的方案,确立更加精细的区划,胡远东等[12]以遥感数据为基本数据源进行定量分析。本研究以信阳市为研究区,利用“压力—状态—响应”(PSR)模型框架,对土地生态安全进行定量分析。
 
1研究区概况
 
信阳市属于河南省地级市,位于我国华中地区,地处鄂、豫、皖三省交界处。豫南地区四面环山,西面与南面分别为桐柏山与大别山,国土面积约7000km2,占全省国土总面积的36.9%,豫南山脉北部属于丘陵区,一般海拔50~100m。在淮南流域内,因受到较强的切割和冲淀作用影响,具有山岗、谷地地貌组合的特点。信阳年均气温15.2~15.9℃,无霜期220~230d,年均降水量992~1295mm,空气湿润,年均相对湿度73.0%~78.2%。域内河流众多,属长江、淮河两大水系,其中,淮河流域占全市总面积的98.2%,属长江水系的流域面积占比1.8%。
 
2数据来源与研究方法
 
2.1数据来源
 
行政区划矢量数据来源于自然资源环境科学与数据中心,landsat遥感影像、信阳市的高程数据来源于地理空间数据云,土地利用数据来源于GlobeLand,社会经济数据来源于河南省统计年鉴和信阳市统计年鉴。
 
2.2研究方法

基于压力状态响应模型的信阳市土地生态安全评价
 
2.2.1评价指标体系的构建。以PSR模型框架为基础,选取地形、气候和植被3个最主要的自然因素,综合评价信阳市生态安全(见表1)。
 
2.2.2指标标准化处理。根据指标的属性特点,应用固定的尺度与标准,对各大指标的真实参数进行标准化处理[18]。指标标准化处理公式:

基于压力状态响应模型的信阳市土地生态安全评价

 
式中,Y为标准化处理后的值,X为指标的原始值,Xmax为原始指标的最大值,Xmin为原始指标的最小值,详见表2。
 
2.2.3植被覆盖度的计算。运用李苗苗等[13]设计的模型,计算NDVI。计算公式为:式中,NIR为近红外波段,R为红波段。值位于-1~1,-1可见光高反射;0代表有碎石、裸露土壤等,且NIR值与R值接近;数值为正数,表明地区有植物,并随植物覆盖率的增加而增加。采用NDVI和NDVI两种不同的方法,得到了不同的结果。计算公式为:
 
考虑到噪声问题,通常选取置信度区间的最大值和最小值作为参考,具体的置信度参数需要结合图像的实际情况来确定。
 
2.2.4熵权法。指标熵值越大,表示信息量越小,对应的权重也会更小;反之则会更高。公式初步计算出各项指标的权重。根据公式(1)标准化后的原始数据用矩阵表示,将该矩阵记为Y=(Yij)m×n:
 
式中,k=I/Inm,m为年份数,m=2,i=1,2,j=1,2,3,

基于压力状态响应模型的信阳市土地生态安全评价
 
确定各指标的具体权重,将指标标准化,使用层次分析法,具有操作简便、内容简单等多种特性,可一定程度上反应出思维过程。最后计算得到各项指标的权重(见表3)。
 
3结果与分析
 
3.1土地利用

基于压力状态响应模型的信阳市土地生态安全评价
 
土地在生态环境中占据着重要地位,其利用类型的改变会对环境质量产生深远影响。选取相同季节成像的遥感影像数据,数据来源为GLOBALLAND30,将信阳市土地资源分为耕地、草地、湿地、水体、人造地表五类,然后进行统计分析。由图1可知,信阳市植被覆盖区域主要是耕地和林地,其中,林地主要分布在南部海拔较高的区域。近年来,信阳市加强对河道的管理,大力推动生态河流建设,使得淮河流域面积得到增加,部分支流和湖泊水流量明显上升。
 
由图1和表4可知,2010-2020年,一是草地、耕地、裸地面积不断减少,其中耕地面积减少幅度最大,为510.57km2,其次是裸地。二是林地、人造地表、水体、湿地面积增加,人造地表面积增加最为明显,为358.61km2,增幅约1.9%。三是因信阳市经济的快速发展,人口数量的增长,建设用地类型面积有所增加。
 
3.2信阳市植被覆盖度
 
植被覆盖度是生态文明的关键数据之一,通过研究其具体的空间分布,可以反映生态文明建设效果。此外,
植被覆盖度的时空变化,还可用来评估实际生态文明的发展和环境状况。使用ENVI软件分析遥感影像,计算NDVI指数的同时,并对图像进行分类,最终得出研究区的植被覆盖分布图。
 
由图2可知,信阳市2010年平均植被覆盖度为0.350,2020年平均植被覆盖度为0.489。2020年植被覆盖度比2010年要高,10年间整体植被覆盖度呈上升趋势。从地理位置上看,受人类活动影响,导致北部地区生态环境明显恶化,造成植被覆盖度的下降。
 
4结论
 
将各个指标的权重相加,得出生态安全评估的综合指数,并分析地区生态安全状况。由图3可知,信阳市综合指数值主要介于0.3~0.6,2010年信阳市综合指数均值为0.451,2020年均值为0.562。2010年数值低的区域较多,主要原因是人类活动较少、地形复杂、山地较多且植被覆盖度低。到2020年,数值高的区域较多,因为随着社会经济的发展,人类活动不断增多,导致生态环境发生变化。由此可知,在发展经济的过程中,应更加重视对森林环境的保护,这是一个具有正向发展的趋势。
 
 
南方山地生态安全综合指数较低,生态环境相较于北方平原较差。区域以裸地、山地和林地为主,3种土地类型相互交织,尤其是裸地生态环境脆弱,自然因子对生态环境的演化产生了较大影响。2010-2020年,信阳市整体生态环境发展良好,西部、南部和东部区域生态安全综合指数均较高,植物覆盖率较高。
 
尽管区域内还存在不同程度的人为因素对区域生态环境造成破坏,但人类部分活动也对生态环境保护产生了正向作用。从总体上看,地区生态安全指标呈现出由北向南的恶化趋势;从时间分布差异上来看,2020年的生态环境比2010年要好很多,北部耕地、建设用地区域发生了显著变化,林业生态环境得到改善,植被覆盖率有所增加,河流分布区域整体生态环境维持着较好的情况。
 
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