| 首页 | 学术研究∶新技术 |
中国土地资源生态环境质量状况分析 |
|
（中国科学院遥感应用研究所 北京 100101）
为深入研究土地利用和其生态环境之间的相互关系，为了更好地利用和保护我国有限的土地资源，作者利用数字环境模型方法和多指标大数据量，全方位地展开对中国土地资源生态环境质量的评价，为中国土地资源的保护和利用提供科学的依据和策略。中国土地资源生态环境状况分析就是基于用数字环境模型对中国土地资源生态环境质量评价的基础上作的[2]。 1 用数字环境模型对中国土地资源生态环境质量评价 数字环境模型是基于“数字地面模型”(Digital Terrain Models) 的基础上发展起来的，着重反映生态环境特征的数字地面模型叫数字环境模型 (Digital Environmental Model)。 数字环境模型可以采用矢量数据结构，也可以采用栅格数据结构。数字环境模型主要应用于环境的评价分析，采用栅格结构更易于其应用。虽存贮时数据量大，但栅格数据的叠加容易，逻辑代数运算简单，恰恰满足了环境分析和评价的需要。在本文的土地资源生态环境评价模型中全部采用栅格数据结构，所有的环境因子，经过统一的投影变换，以统一的尺寸转换成栅格数据结构，以栅格结构为基础实现各种代数和逻辑运算。 1.1 指标的选择 影响土地资源及土地利用的因子是多方面的，有自然和社会两方面。指标群的选取是为了全面反映研究目标，而指标体系的建立则是为了科学性、系统性实现土地资源生态环境质量评价的目标。 人类活动及自然界的许多变化，同土地资源的作用最直接最集中的体现在水、热两个方面，土地资源是以地形、地貌为其存在的骨架，上覆有土壤、植被、岩石和水体；人类利用土地资源（土地利用）的结果：建筑物、道路及耕地等构成土地资源的实体。 故在评价指标群的选择中，为了达到对土地资源生态环境质量进行评价的目的，选择了水热、地形地貌、土壤植被和土地利用/土地覆被 4 组指标。 水热：选择了年大于 0℃积温、年平均温度、年降水量、湿润度 4 个指标；地形地貌：选择了平均海拔、坡度、坡向、地貌类型 4 个指标；土壤植被：选择了土壤类型、植被类型两个指标；土地利用/土地覆盖：选择了土地利用程度指数、土地垦殖率、植被指数 (NDVI) 3 个指标。 1.2 数字环境模型的构造方法 用数字环境模型法对中国土地资源生态环境进行全方位的评价，涉及水热、地形地貌、土壤植被、土地利用/土地覆盖 4 个方面 13 个指标，因影响环境变化的因子是多方面的，因子获取方式也不一样，有矢量数据格式、栅格数据格式以及点数据格式之分。数据的来源及投影方式也各不相同。水热的 4 个指标是点位数据，是用《中国地面气候资料 1951～1980》的 671 个站点资料，将全国 671 个台站经纬度坐标按投影变换公式换算成等面积圆锥投影体系，投影系数为：中央经线为 110°，双割圆锥线为北纬 25°和 47°，起算点为赤道 0°。4 个水热指标同 671 个空间点位相联系，用 arc/info 的 build 命令中的 point 参数建立拓朴关系，之后用 arctin 及 tinlattice 命令，最终将点位数据经插值转化为栅格数据，网格单元为 2×2km2，全国 1∶400万等面积圆锥投影的水热指标点图被转换为 2075×2517 的栅格阵列数据；地形地貌中的 4 个指标和土壤植被中的 2 个指标是用《中国自然环境数据库》中的中国土壤、中国植被、中国地形和中国地貌的 1∶400万等面积圆锥投影的矢量数据，用 arc/info 中的 arctin 带 line 参数和 tinlattice 及 polygrid 转化为 2075×2517 的栅格数据；土地利用/土地覆盖中的 3 个指标：土地利用程度和垦殖率是用《中国环境资源数据库》中的土地资源数据，计算出全国每一个县的土地利用程度和垦殖率，之后将以上两个指标联结到 1∶400万等面积圆锥投影的中国分县的行政界线矢量数据上，用 arc/info 中的 polygrid 转为 2075×2517 阵列的栅格数据；土地利用/土地覆盖中的植被指数 NDVI 数据用的 LCWG/AARS (The Information of the Land Cover Working Group (LCWG) of the Asian Associationon Remote Sensing (AARS)），提供的 CD－ROM1994 年全球 8km 分辨率的 AVHRR 数据，此数据本是栅格数据，只需将中国数据切出再进行等面积圆锥投影变换，再将此 8×8km2 的 NDVI 的数据进行重采样变为 2×2km2 的全国 2075×2517 的阵列规格即可。13 个指标经过以上变化就全部转换为具有 1∶400 同一比列尺、同一的圆锥投影和同一分辨率 (2×2km2)、同一行列数 (2075×2517) 的栅格阵列形式，每一个栅格即是一个分析单元，代表实地 2×2km2。整个中国版图被分成 2075×2517 个分析单元。由于采用统一的地理坐标、统一的转换方法，不同专题层面的栅格数据相对实地位置具有良好的空间重合性。每个基本分析单元具有土地资源生态环境评价用的 13 个指标属性，基于栅格单元基础上，可以进行逻辑代数运算，可以满足评价和查询的需要。以上 13 个指标群数字环境模型的生成为进行中国土地资源生态环境的评价奠定了基础①。 1.3 评价指标的量化分级 13 个评价指标确定以后，直接用它们去进行评价是困难的，因为各系数间的量纲不统一，没有可比性，故必须对参评的指标因子进行量化处理。量化处理的方法较多，比较简单的方法是将它们量化分级，根据它们对土地资源利用中正向影响的大小，从高到低分若干级，以反映环境状况从优到劣的变化。 1.4 评价因子权重系数的确定 在土地资源生态环境评价中，因子系数权重的确定是整个评价过程中不可缺少的一步，它关系到评价结果是否与实际相符的关键一环。 传统的确定权重的方法有两大类，即群体方法和个体方法。近年来因数学方法的发展，人们将层次分析法（TheAnalyticHierarchyProcess 简称 AHP）引入了权因子的确定中，避免了以上两种方法的不足。此法理论严谨，便于操作，它是在定性方法基础上发展起来的确定因素权重的一种科学方法，是美国运筹学家 ALSaaty 于本世纪 70 年代提出的，是一种定性与定量相结合的决策方法，它是一种将决策者对复杂系统的决策思维过程模型化、数量化的过程[5]。 AHP 确定因子权重的具体步骤为：确定目标和评价因子集 U；构造判断矩阵；计算重要性排序；检验。 根据以上 AHP 的原理及步骤，整个土地利用环境评价因子权重系数如表 1 所示。 表 1 土地资源生态环境评价的指标体系及权重系数
1.5 用数字生态环境模型对土地资源生态环境质量进行评价 生态环境是一个复杂的系统整体，各子系统相互影响，相互作用，本数字环境模型的建立是基于土地资源利用基础上建立的，将整个生态环境分为 4 个子系统。它们是水热子系统、地形地貌子系统、土壤植被子系统、土地利用/土地覆盖子系统。它们的相互关系为：水热子系统为土地利用/土地覆盖生态系统提供了水分和能源，地形地貌子系统为整个生态系统的演化和相互作用提供了空间和骨架，土壤植被子系统是本生态系统作用的实体，土地利用/土地覆盖子系统是土壤植被子系统在自然因子和人为因子作用的结果体现，是本生态环境系统相互作用的结果和核心。根据以上各子系统的相互关系，利用各指标的等级量值和权重系数，用如下模型：
W 为指标量值，C 为对应指标的权重，i 为某子系统的指标数。利用以上模型分别计算水热子系统指数值 A，地形地貌子系统指数值 B，土壤植被子系统指数值 C，土地利用/土地覆盖子系统指数值 D，之后以 4 个子系统指数值为基础，加上 4 个子系统的权重，最后生成土地资源生态环境系统综合环境指数 enindex，即 enindex=Aa＋Bb＋Cc＋Dd。A，B，C，D 为指数量值，a,b,c,d 为权系数。最后生成的中国土地资源生态环境系统评价综合指数图②。 2 中国土地资源生态环境质量状况分析 中国土地资源生态环境是中国位于亚欧大陆东南部和东临太平洋的地理位置，中国三大阶梯奠定的地形地貌格局，由太阳提供能量，太平洋、印度洋等提供水汽，由太平洋和印度洋季风同西风气流共同作用形成[1]。在中国特有的地形地貌和季风气候的作用下，形成了中国纬度地带性和非纬度地带性相互控制下的土壤、植被分布规律，又加上人类为了生存同大自然抗争，产生了社会作用力，在以上大自然作用的生态环境里，又参入了人类社会作用的因素，最终自然力和社会力相互作用形成今天中国土地资源生态环境背景状况[1]。中国土地资源生态环境质量分布规律是由以上中国地理环境决定和控制的，由评价图可见，中国土地生态环境质量可分为三组：五、六、七级为一组，代表生态环境是 A 等；四为一组，代表生态环境的 B 等；一、二、三为一组，代表生态环境的 C 等。A，B，C 三等也构成了中国土地生态环境质量的三级阶梯。A 等除四川盆地等分布很少的土地资源面积外，全部分布在地势的一级阶梯上；B 等大部分分布在地势二级阶梯上，在东北三省，B 等分布在一级阶梯上；C 等全部分布在地势的二级和三级阶梯上。由评价图可见，在中国土地生态环境质量最好的七级，全部分部在东南沿海及西南四川盆地亚热带和暖温带平原区和盆地区，这是中国土地生态环境最好的地区，也是人口密度最高，土地利用程度最高的地区。 中国土地生态环境的质量等级空间分布如评价图。中国总的土地资源面积为 9533281km2。其五、六、七级相加才占了整个土地资源面积的 29.48%，此生态环境区是我国人口分布最集中的地区，是最易于人类生存的地区；而四级占了整个土地资源面积的 17.52%；一、二、三级占了土地资源面积的 53%，此部分是人类难以生存的地区，竟占了我国土地资源面积的一半多。由此可见，我国国土面积虽大，但适合我们生存和发展的土地资源面积却是有限的，又加上我国人口众多，故我们应该珍惜每一寸国土资源，更应该加倍保护珍惜我们生态环境好的土地资源面积及其上的一草一木。 中国生态环境三级以下（包括三级）的土地资源面积，几乎全部分布在西北各省份。生态环境为一级的土地资源面积共 93448km2，其中新疆占了 59.17%，西藏占了 27.82%，青海占了 12.1%，3 个边远省份就占了 99.1%；生态环境质量为二级的土地资源面积为 2346271km2，其中西藏占了 37%，新疆占了 30.64%，青海占了 21%，3 个省份就占了 88.7%；生态环境为三级的土地资源面积为 2612977km2，其中，新疆占了 30.54%，内蒙占了 29.8%，西藏占了 11.6%，青海占了 8%，4 个省份就占了 80%。 生态环境四级以上的土地资源面积主要分布在东部沿海各省。生态环境为四级的土地资源面积为 1670097km2, 主要分布在中国地势的二级阶梯上；生态环境为五级的的土地资源面积为 1740285km2，生态环境为六级的的土地资源面积为 根据以上生态环境质量等级在各省的分布状况，又算出每个省的生态环境平均指数，按生态环境质量的高低将全国 31 个省市排序，中国生态环境质量好的省份是上海、江苏、山东、安徽、河南，全部位于东部沿海，为黄淮海平原和长江三角洲地区；生态环境质量较差的是西藏、青海、新疆。 生态环境质量各等级土地资源面积在各省内的基本分布规律为，东部沿海各省份的等级面积构成以四级以上为主，西部各省份的等级面积构成以三级（包括三级）以下为主。 3 结论 (1) 中国生态环境质量最好的七级土地资源全部分布在东南沿海及四川盆地暖温带及亚热带平原和盆地区，这是中国生态环境最好的地区，也是人口密度、土地资源利用程度最高的地区。 (2) 我国国土面积虽大，但适合人类生存的五、六、七级的土地资源面积仅占了我国土地资源面积的 29.48%，即不足 1/3；1/3 的土地资源面积养活了我国 80% 以上的人口。 (3) 我国人口众多，而易于人类生存的高等级的生态环境下的土地资源面积占了不足 1/3 的中国国土面积，故我们应该科学利用和保护好这部分土地资源，更应保护好这部分土地资源上的耕地，因为这是我国人民赖以生存的基础。 参考文献
第一作者简介 高志强，男，1966 年 3 月生，中国科学院遥感应用研究所在读博士，1989 年毕业于山东师大地理系，1993 年毕业于中科院新疆地理所，获地图学与遥感硕士学位。从事过多项遥感和 GIS 的应用和研究工作，现正从事“九五”国家重中之重“3S”课题的研究任务。
|
| 关闭窗口 |