史培军 潘耀忠 陈晋 王平 周武光

（北京师范大学 资源科学研究所 教育部 环境演变与自然灾害开放研究实验室，北京 100875）

提　要　应用 1980、1988、1994 年的 MSS、TM 资料，编制了相应时期深圳市土地利用/覆盖图，分析了近 20 年来深圳市土地利用变化的时空分异规律。在此基础上，分析了土地利用变化与城市生态环境安全水平的关系。研究结果表明，深圳快速的城市化过程是引起土地利用变化的主要原因；土地利用中城镇用地的增加导致城市洪水的加剧和水土流失的增加；以乡镇为单元的环境污染的空间差异与对应区域城镇用地比例的大小呈明显的正相关关系，显著性水平达到 0.001，由此认为，在城市化过程中，确保相当数量的绿地对缓解城市生态环境问题有着不可替代的作用。

关键词　深圳；遥感与地理信息系统；土地利用/覆盖变化；城市生态环境 安全

中图分类号　F301.2; X171.1

文献标识码　A

文章编号　1000－3037(1999)04－0293－07

　　深圳是 80 年代以来，中国实行对外开放的产物^[1]，面积 2020.5km²，深圳特区是深圳市的主要组成部分，面积为 327.5km²。深圳地处亚热带海洋气候，天然植被有季雨林、常绿阔叶林、红树林、竹林、灌丛和草丛等。全市大部分为山前坡状台地、间以平缓的岗地，沿海一带为滨海平原，全市低山占 9.2%，丘陵占 39.6%，台地占 22.6%，阶地及平原占 26.17%，海岸线长 230km。年平均气温 22.4℃，年平均降水量 1948.4mm，主要河流为深圳河，全长 35km，市区小河密布，多汇集于深圳河，流域面积约 312km²；土壤为黄壤、红壤、赤红壤、滨海沙土、南亚热带水
稻土^[2]。由此可以看出，没有实施对外开放的深圳是一个典型的、南亚热带低山、丘陵与台地相间的、林草茂密、河网交织、人口相对稀少（每平方公里不到 134 人，与陕北北部目前的县级人口密度相当）的滨海生态系统。

　　深圳市人口在 1949～1978 年由 26.8 万人增加到 31.4 万人。改革开放以后，特别是特区的建立，使全市经济面貌发生了根本性的变化，到 1955 年，常住人口 345.12 万人，其中户籍人口 99.16 万人，暂住人口 245.96 万人，人口密度达到 1709 人/km²，其中特区人口密度为 4616 人/km²。国内生产总值从 1979 年的 1.96 亿元增加到 1995 年的 795.7 亿元，人均国内生产总值（1995 年）居全国首位^[1]。

　　从以上可以看出，深圳市的快速经济发展与城市化在世界上也是罕见的，研究分析深圳市经济发展，特别是特区发展与环境问题不仅有着重要的实践意义，而且有很高的理论价值。

1 深圳市土地利用/覆盖变化

1.1 土地利用/覆盖变化的测量

　　表 1 给出了本文所利用的遥感数据。基于这些数字化数据，采用基于光谱特征的最大似然监督分类法和利用象元空间相关性的概算松弛法相结合的结构分类器^[3]，参照 Andersen 的分类体系，并考虑到深圳市的具体情况，将研究区的土地利用/覆盖类型划分为：高密度城市用地、中密度城市用地、农田、果园、灌草地、林地、水体、湿地、裸地，共 9 类，3 个时期土地利用/覆盖测量结果如表 2。

表 1　本文所用遥感数据
Table 1　Data set of remote sensing used in thepaper

表 2　深圳市不同时期土地利用/覆盖遥感测量结果对比表
Table 2　Land use/cover of Shenzhen City revealed by remote sensing data in 1980,1988,1994

　　参考同期的地面资料，通过随机选取若干样本区，计算其分类混淆矩阵（Error－matrix）和 kappa 指数，对上述 3 期遥感测量结果进行精度检验，结果表明：kappa 指数分别为 0.71（1980 年）、0.86（1988 年）、0.84（1994 年），即均达到最低容许判别精度 0.7 的要求^[4]。由此可以认为，上述测量结果可以用来分析其土地利用/覆盖变化规律。

1.2 土地利用/覆盖变化特征分析

　　依据表 2 和三期土地利用/覆盖图，以及深圳市土地利用变化转移矩阵计算结果，可以看出 15 年来深圳市土地利用变化的基本特征：

1.2.1 城镇用地和裸地迅速明显增加，大大降低了地表生态环境的质量

　　依据人类活动对自然生态系统影响程度的景观表现^[5]，把表 2 中的数分为人类强干预（城镇用地、新增裸地）、人类中等干预（农田、果园）、人类弱干预（林地、湿地、灌草地），据此，表 3 给出了人类土地利用对自然生态系统的影响程度。

表 3　深圳市不同时期自然生态系统经受人类活动影响程度对比
Table 3　Comparison of human impact on natural ecosystems in Shenzhen City of differentperiods

　　从表 3 可以看出，以强干预的城镇用地最为突出，14 年间增加了 20.03%，显示出快速城市化所引起的土地利用变化特征，由此，也可以认为由于快速城市化，使代表自然状态的植被迅速减少，14 年间减少了 23.31%，几乎与强干预的城镇用地相当。这些代表自然状态的土地利用/覆盖类型的大幅度减少，暗示出深圳市地表生态环境的容量在明显下降。

1.2.2 水体变化比较平稳，使水环境容量得以维持原有水平

　　从表 2 可以看出，水体所占比例变化不大，1980 年为 25.52%，1988 年为 25.58%，1994 年略增到 27.86%。水体变化不仅受土地利用方式的影响，即城市化占用低湿地，进而占用水域；同时受测量时期降水量的影响。从空间上看，处在沿海的地段，由于填海造地，使部分海域变为养殖用地，使水域面积增加；处在丘陵和台地地区，由于人口的增加对水源地的要求，使水库建设增加了水域的面积。尽管如此，表 2 中所列的 3 个时期的水域面积变化与同时期降水量仍有很好的一致性，1980 年深圳市年降水量为 1947mm，1988 年为 1357mm,1994 年为 2492mm, 由于水域面积变化不大，从而使深圳市水环境容量得以维持原有水平，这对深圳市水污染的控制起到了重要的作用。

2 深圳环境污染的变化

2.1 深圳环境污染现状（1996 年）

　　深圳市环保局于 1996 年 10 月开始，组织有关单位，经过一年多的环境污染源调查（以 1996 年为基准），共调查生产与经营企业 22788 家，其中工业企业 9561 家，饮食、娱乐、服务、交通运输、医院等（以下称“三产业”）13227 家。调查企业数占到全市企业数（深圳市统计局资料：1996 年全市工业企业 9667 个）的 94.8%，因此，这次污染源调查可以反映深圳市环境污染的现状。调查结果如下：

2.1.1 能源消耗与废气排放

　　深圳市能源消耗以燃油、用电、燃煤、燃气为主，其中燃煤、燃油、燃气在燃烧过程中产生的废气是造成本市大气污染的重要原因。从区域上看，在工业能耗中，南山占全市工业能耗的 36.1%, 龙岗 24.1%，福田 20.2%，罗湖 7.1%；在三产能耗中，罗湖 38.1%，福田 33.3%，南山 11.3%，宝安 9.1%，龙岗 8.2%。以每平方公里的能耗强度看，全市为 1965.9t/km²·a（只计对大气产生污染的燃油、燃煤和燃气的指标燃量），其中南山为 14769.0t/km²·a，福田为 8654.1t/km²·a，罗湖为 1965.5t/km²·a，龙岗为 818.6t/km²·a，宝安为 736.0t/km²·a；万元产值能耗全市为 0.22t/万元，其中南山为 0.34t/万元，龙岗为 0.23t/万元，福田为 0.21t/万元，宝安和罗湖均为 0.13t/万元。在废气排放中（表 4），主要以工业废气排放为主，占全市的 99.1%，三产废气排放仅占 0.9%；废气污染物排放多达几十种，其中以 SO₂、烟尘、氟化物、工业粉尘 4 种为主要有害物质。全市废气污染物总量为 328万t，工业和三产分别占总量的 98.8% 和 1.2%。其中南山工业废气排放量占全市废气排放量的 57.8%，依次为龙岗 16.6%，福田 15.1%，宝安 11.8%，罗湖 4.6%，这与万元产值能耗排序基本一样，可见在工业与三产生产中，降低能耗对控制大气污染起着根本的作用。通过对废气污染源评价，发现 SO₂ 烟尘和氟化物是深圳市的主要大气污染物；南山区的工业废气主要污染物是 SO₂、氟化物及烟尘，其他 4 区的工业废气污染物均为 SO₂ 和烟尘两项。南山区的面积负荷达 249.12×10⁶，是全市平均值的 10 倍，福田为 50.58×10⁶，是全市平均值的一半，其余 3 个区均小于全市的平均值（24.13×10⁶），由此可见，南山区是深圳市的主要大气污染区。

表 4　深圳市环境污染现状
Table 4　Comparison of human impact on natural ecosystems in Shenzhen City of differentperiods

2.1.2 企业用水与废气排放

　　全市企业用水主要来源于自来水，特区外的部分工业企业还使用部分地下水。由于深圳市地面水已有不同程度的污染，直接使用地面水的企业为数极少，这与 1989 年的乡镇污染源调查时乡镇企业主要使用地面水状况已有较大不同。工业用水中，南山区占总量的 41.6%，该区的产值用水也占全市第一；三产用水以罗湖和福田最多，分别占 39.9% 和 21.8%。全市企业废水排放以工业为主，三产次之，分别占 64.4% 和 35.6%（表 4）。从区域上看，宝安最多，达 29.6%，依次为龙岗 29.6%，南山 23.9%，福田 9.5%，罗湖 5.5%；从万元产值废水排放量看，龙岗为 4.53t/万元，宝安为 3.89t/万元，南山为 2.35t/万元，福田为 1.68t/万元，罗湖为 1.33t/万元。由此可看出，废水排放与万元产值废水排放量呈反相关关系，因此降低万元产值废水排放量对控制废水排放至关重要。从废水污染物排放看，汞、镉、砷 3 种重金属排放很少，量级达不到 10^-2，有机尘远大于重金属，其中以 COD 排放量最大，SS 次之，重金属中以 Cr 排放量最大；三产废水排放中，以 COD 最大，BOD 次之。就工业和三产业废水排放中的污染物看，COD 排放三产占总量的 64%，而工业占 35%；石油类和 SS 排放三产与工业排放基本相当；挥发酚三产排放远大于工业，各占到 76.5% 和 23.5%；依据对工业废水污染源评价结果，COD 排第一，负荷比为 62.96%，SS 为 23.33%，石油类为 7.82%，氟化物为 4.02%，总 Cr 为 1.84%，Pb 为 0.03%；依据对三产废水污染源评价结果，动植物油排第一，负荷比为 35.50%，BOD 为 29.83%，COD 为 27.54%，SS 为 5.28%，石油类为 1.85%。从流域上看，珠江口流域、深圳湾及龙岗河流域、观澜河流域有机物、悬浮物污染严重。

2.1.3 固体废物

　　工业固废主要产生于南山区，占到全市的 70% 以上，危险固废以龙岗区最多，占到全市的近 40%。固废排放量则以宝安和龙岗最多，分别占全市的 48% 和 40%（表 4）。全市三产固废产生量为 10.81万t，其中生活垃圾 10.28万t，占 99%，固废危险物 690t，全部是由市医院产生的。

　　从以上分析可以看出，深圳市由于工业结构较为单一，高新技术产业比重大，特别是能源结构多样化，使工业污染得到有效控制；三产废水排放量大，处理率低。因此，加强工业污染治理的同时要加大三产发展中的环境污染控制。

2.2 深圳环境污染动态变化

　　1979 年以前的深圳是以农业为主的地区，工业十分落后，交通运输也不发达，各种能源消耗量很低，污染物排放量远低于自然界的净化能力，因此，可以认为那时的深圳环境质量良好。此后近 20 年来，随着经济的快速发展，环境污染也相应发生了很大的变化，其中大气污染、水污染、固体废弃物污染在不同的区、镇都有所加剧。现依据不完全的调查和观测，作出如下分析。

2.2.1 特区环境污染变化

　　表 5 给出了深圳特区 1984～1996 年主要污染指标的变化，从中可以看出，无论是大气污染、水污染，还是固体废物污染都呈明显的增加趋势，其中，废气排放量增加了 130.7 倍多，废水排放量增加了 7.14 倍，SO₂ 排放量增加了 162.1 倍，工业固体废物排放量增加了 13.6 倍。

表 5　深圳市特区环境污染变化 (1984～1996)
Table 5　Changes of environmental pollution in Shenzhen Special Economic Zone from 1984 to1996

2.2.2 特区环境质量变化

　　依据对深圳水库、西丽水库 1986 年和 1994 年的实测结果，深圳水库和西丽水库的水质虽有改变，但仍处在较好的水平，各项指标均未达到超标水平（表 6)，但所选 6 项指标均有明显的变化，显示出水库水质在下降。对大沙河、布吉河、深圳河的水质监测结果表明，上述 6 项指标均呈明显的变化，其中，有些河段已无法作为饮用水使用。海岸带海水监测结果表明，1986 年悬浮物指标已超标，达到 220.6mg/l，显示出近岸海水水质大大下降的特征。此外，空气质量也呈明显下降趋势，特别是在罗湖区，由于汽车尾气污染，使空气质量大大下降，严重塞车地段，出现阶段性超标。由于监测数据极为有限，在此仅能从已有的不完全统计资料中，对深圳市环境污染状况作如上简要分析。与内地一些城市相比，由于本区工业结构明显转向高技术产业，因此，虽然经济高速发展，但没有形成严峻的环境污染状况，这正是深圳发展对中国各大城市区经济发展中如何处理环境污染的重要启示，即：产业转型是区域环境污染控制，即在城市化过程中确保其生态环境安全水平的根本出路。

表 6　深圳市典型水库水质变化对比
Table 6　Comparison of water quality changes of typical reservoir in Shenzhenregion

3 深圳城市化进程与生态环境安全水平变化之间的关系分析

3.1 特区协调度的变化

　　深圳快速的城市化过程突出表现在城市人口的增加和城镇占用土地比例的增加，以及三大产业结构中，第二和第三产业比例迅速增加。为了分析深圳城市化进程与生态环境安全水平之间的关系，我们提出用经济发展与环境状态协调度进行评价，并对深圳市特区 1984～1994 年的协调度进行了计算，结果是从 1984～1990 年，协调度逐渐达到最高，此后，开始趋于下降，到 1994 年降为 0.49，处在勉强协调，甚或失调状态。这就迫切要求我们要高度重视对深圳生态环境的保护，并加强环境保护的基础设施建设。

3.2 土地利用/覆盖变化对生态环境安全水平的影响

　　城镇土地利用/覆盖的增加，使深圳市生态环境容量发生了明显的变化。从空间上看，城镇用地比例高的居民区和乡镇所在地，大气污染、水污染及固废污染程度都明显高于城镇比例低的乡镇和居民区；沿主要交通干线两侧，以及沿海岸带地区城镇用地比例高于其它地区，环境污染的程度也相应高于这些地区。根据我们对城镇覆盖比例变化对地表径流影响的模拟结果，城镇覆盖增加比例与径流系数提高的比例相当。因此可以引致同样雨强条件下的洪峰加剧，且使降雨峰值与洪峰峰值之间出现的时间大大缩短。由于洪水加剧，以不同方式可使水污染相应加重，这不仅把残留在农田上的面源污染汇集到河流，而且还把平时降落在各种建筑面上的污染物汇聚起来，使洪水中位污染物浓度提高。与此同时，由于城镇建筑用地增加大多由农田或灌草地转变而来，从而大大降低了自然生态系统对污染物的降解能力，即使区域环境容量下降，结果可相对加强污染程度。这就使区域生态环境的安全水平大大下降。在深圳市，沿海地带、沿主要交通干线、乡镇所在地，生态环境的安全水平比丘陵地区的森林和灌草地分布区降低近 80%～90% 的程度，为此，我们认为，加大建城区或居民集中住宅区植被盖度，将对提高城市生态环境安全水平有举足轻重的作用。

4 结论与讨论

　　(1) 应用 MSS、TM 资料，进行区域土地利用/覆盖动态变化测量是可行的，所得数据也是可信的，且符合实际情况。

　　(2) 深圳 15 年来的土地利用/覆盖变化，集中反映了深圳快速城市化进程的生态景观上的表现，反映人类强干预的土地利用类型明显增加，而代表自然生态系统的土地覆盖类型大幅度减少，从而使自然生态环境的净化和维系能力下降。

　　(3) 深圳环境污染程度从郊区到城区明显加剧，工业污染以南山区最为严重，三产污染以罗湖区最为明显；大气污染以 SO₂、烟尘、氟化物为主，这与汽车尾气和部分燃煤企业有密切关系；水污染主要表现在海岸带海水和境内河流水污染两个方面，水库水质以开始显示质量下降趋势，但还没有达到超标水平，保护水质是深圳环境污染治理工程建设中迫切需要高度重视的方面；固废污染主要以工业固废和生活固废为主，固废排放程度有下降的趋势。

　　(4) 协调持续发展与生态环境安全水平，关键在于对区域产业结构进行调整，即从“零污染”的目标出发，寻求生态环境安全型的产业，或改造已有企业，实现“零排放”的生产过程。深圳在此方面已取得了阶段成果，进一步强化高新技术企业，发展知识经济，适度控制各种机械制造，改变燃料和能源结构，加大生态环境基础设施建设，仍是深圳城市化进程中生态环境安全建设的主要措施。

参考文献

1	李积勋，史培军．区域环境管理的理论与实践[M]．北京：中国科学技术出版社，1997.
2	陈棠颐，等．深圳特区环境影响评价及环境规划研究[M]．北京：中国环境科学出版社，1988.
3	Kittlev J, E R Hancock. Combining evidence in probabilistic relation [J]. INT. J. Pattern Recognition and Artificial Intelligence, 1989,(1)：30～39.
4	Lucas L F J, F J M Van. Accuracy assessment of satellite derived land cover data [J]. PERS, 1994,60(4)：410～432.
5	P Shi, Y Pan, W Zhou, X Liu. Regional Urbanization and Environmental Security－Case Study on Urbanization and Environmental Security of Shenzhen City [M]. Proceeding of the First China-Japan Conference on Risk Assessment and Management, International Academic Publication, Beijing, China. 1998

作者简介

史培军 (1959-)，男，陕西靖边人，教授，自然地理学博士，主要从事区域资源开发、自然灾害与环境演变方面的研究。

基金项目：国家自然科学基金重大项目资助（39899374）；日本全球环境战略所城市管理（IGES－UE）项目资助。