地理研究 ›› 2019, Vol. 38 ›› Issue (9): 2173-2187.doi: 10.11821/dlyj020180659
陈万旭1,2,李江风1,2(),曾杰1,冉端1,2,杨斌1,2
收稿日期:
2018-07-02
修回日期:
2018-09-06
出版日期:
2019-09-20
发布日期:
2019-09-11
通讯作者:
李江风
作者简介:
陈万旭(1989-),男,河南信阳人,博士研究生,研究方向为资源环境、区域经济。E-mail: 基金资助:
CHEN Wanxu1,2,LI Jiangfeng1,2(),ZENG Jie1,RAN Duan1,2,YANG Bin1,2
Received:
2018-07-02
Revised:
2018-09-06
Online:
2019-09-20
Published:
2019-09-11
Contact:
Jiangfeng LI
摘要:
中国复杂的自然要素、社会经济要素、区域发展战略和政策调控形成了当前中国不均衡的经济发展空间格局、土地利用空间格局和生态环境质量空间格局。厘清中国生态环境质量的空间格局及形成机理对中国土地资源的可持续利用和生态环境的有效保护具有重要的实践意义和价值。以往研究缺乏对中国县域尺度土地利用/土地覆被变化生态环境效应的空间分异性及形成机理的相关研究,本研究基于1995—2015年间中国土地利用现状遥感监测数据,尝试采用生态环境质量指数方法测度中国土地利用变化的生态环境效应,并且综合运用重心分析、热点分析工具(Getis-Ord Gi*)和地理探测器等研究方法,分析1995—2015年中国生态环境质量时空演变特征及形成机理。研究结果如下:① 东部季风区生态环境质量指数高于青藏高寒区和西北干旱区,东部季风区生态环境质量低值区主要分布在人口和经济集聚的城市群以及省会城市周边地区。研究期间中国生态环境质量重心持续向西北方向迁移;② 1995—2015年间中国生态环境质量变化的热点区域主要分布在西藏地区、新疆、重庆、贵州以及位于黄土高原的省份(青海、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、陕西以及河南)境内,冷点区域主要分布在长江经济带沿线地区省份以及东南部沿海地区省份;③ 土地利用程度对于生态环境质量影响力显著强于其他因子,东部季风区的社会经济和交通区位因子对生态环境质量影响力强于青藏高寒区、西北干旱区和生态大区过渡带;④ 影响因子之间相互作用主要包括非线性增强作用和双因子增强作用两种类型,以非线性增强作用为主。
陈万旭,李江风,曾杰,冉端,杨斌. 中国土地利用变化生态环境效应的空间分异性与形成机理[J]. 地理研究, 2019, 38(9): 2173-2187.
CHEN Wanxu,LI Jiangfeng,ZENG Jie,RAN Duan,YANG Bin. Spatial heterogeneity and formation mechanism of eco-environmental effect of land use change in China[J]. GEOGRAPHICAL RESEARCH, 2019, 38(9): 2173-2187.
表1
地理探测指标体系"
一级指标 | 二级指标 | 具体指标(变量) | 数据来源 | 计算方法 |
---|---|---|---|---|
自然 环境 | 地形 因子 | 地形起伏度 (X1) | DEM数据源于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台(http://www.gscloud.cn) | 通过填洼处理后的DEM在ArcGIS10.3中使用Block Statistics工具提取 |
平均海拔 (X2) | DEM数据中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台(http://www.gscloud.cn) | 通过填洼处理后的DEM在ArcGIS10.3中使用Zonal Statistic工具提取 | ||
气候 因子 | 年平均降水量 (X3) | 中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn) | 通过ArcGIS10.3的Arc Toolbox/Spatial Analyst Tools/Zonal/Zonal Statistics工具提取 | |
年平均气温 (X4) | 中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn) | 通过ArcGIS10.3的Arc Toolbox/Spatial Analyst Tools/Zonal/Zonal Statistics工具提取 | ||
土地 利用 | 土地利用强度 (X5) | 中国科学院资源环境科学数据中心 (http://www.resdc.cn) | 借鉴庄大方,刘纪远等(1997年)提出的土地利用程度测度模型,测度中国土地系统在社会因素影响下自然平衡保持状态[ | |
土地利用多样性(X6) | 中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn) | 借鉴Shannon-Wiener指数,测度中国土地利用的丰富程度,复杂程度和有序程度[ | ||
社会 经济 | 人口与经济 | 人口密度 (X7) | 中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn) | 通过ArcGIS10.3的Arc Toolbox/Spatial Analyst Tools/Zonal/Zonal Statistics工具提取 |
地均GDP (X8) | 中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn) | 通过ArcGIS10.3的Arc Toolbox/Spatial Analyst Tools/Zonal/Zonal Statistics工具提取 | ||
交通 区位 | 高等级道路密度(X9) | 2015年交通数据源于国家基础地理信息中心(NGCC)(http://ngcc.sbsm.gov.cn/),1995年、2000年、2005年、和2010年份交通数据通过最新版交通数据矢量化获取 | 铁路、高速公路和国道密度(线路长度/面积) | |
距地级城市距离(X10) | 地级市中心点数据来源于国家基础地理信 息中心(NGCC)(http://ngcc.sbsm. gov.cn/) | 通过ArcGIS10.3的Arc Toolbox/Spatial Analyst Tools/Distance计算到最近的地级城市距离 | ||
政策 调控 | 生态工程 | 林业工程 (X11) | 林业工程项目主要包括重点防护林建设、天然林保护和退耕还林项目 | 参考Li 等确定中国林业工程的空间分布数据[ |
表2
土地利用分类及其生态环境质量背景指数"
一级地类 | 代码 | 二级地类 | 生态环境质量指数 | 一级地类 | 代码 | 二级地类 | 生态环境质量指数 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
耕地 | 11 | 水田 | 0.30 | 水体 | 45 | 滩涂 | 0.45 |
12 | 旱地 | 0.25 | 46 | 滩地 | 0.55 | ||
林地 | 21 | 有林地 | 0.95 | 建设用地 | 51 | 城镇用地 | 0.20 |
22 | 灌木林 | 0.65 | 52 | 农村居民点 | 0.20 | ||
23 | 疏林地 | 0.45 | 53 | 其他建设用地 | 0.15 | ||
24 | 其他林地 | 0.40 | 未利用地 | 61 | 沙地 | 0.01 | |
草地 | 31 | 高覆盖度草地 | 0.75 | 62 | 戈壁 | 0.01 | |
32 | 中覆盖度草地 | 0.45 | 63 | 盐碱地 | 0.05 | ||
33 | 低覆盖度草地 | 0.20 | 64 | 沼泽地 | 0.65 | ||
水体 | 41 | 河渠 | 0.55 | 65 | 裸土地 | 0.05 | |
42 | 湖泊 | 0.75 | 66 | 裸岩石砾地 | 0.01 | ||
43 | 水库坑塘 | 0.55 | |||||
44 | 永久性冰川雪地 | 0.90 |
表3
主要交互因子及其变化"
全国 | 东部季风区 | 青藏高寒区 | 西北干旱区 | 生态大区过渡带 | |
---|---|---|---|---|---|
1995年 | X2∩X5(0.846) X3∩X5(0.890) X4∩X5(0.844) X6∩X5(0.846) | X2∩X5(0.870) X4∩X5(0.785) X6∩X5(0.800) X10∩X5(0.823) | X1∩X5(0.813) X4∩X5(0.806) X6∩X5(0.834) X7∩X5(0.797) | X1∩X5(0.825) X6∩X5(0.799) X7∩X5(0.798) X10∩X5(0.805) | X1∩X5(0.859) X6∩X5(0.860) X7∩X5(0.837) X8∩X5(0.825) |
2000年 | X2∩X5(0.859) X3∩X5(0.901) X4∩X5(0.851) X6∩X5(0.858) | X2∩X5(0.883) X3∩X5(0.794) X8∩X5(0.838) X10∩X5(0.842) | X1∩X5(0.827) X4∩X5(0.805) X8∩X5(0.806) X9∩X5(0.846) | X1∩X5(0.823) X7∩X5(0.790) X10∩X5(0.807) X11∩X5(0.786) | X1∩X5(0.857) X6∩X5(0.860) X7∩X5(0.840) X8∩X5(0.828) |
2005年 | X2∩X5(0.859) X3∩X5(0.900) X4∩X5(0.848) X6∩X5(0.853) | X2∩X5(0.877) X3∩X5(0.811) X8∩X5(0.831) X10∩X5(0.847) | X1∩X5(0.826) X6∩X5(0.844) X7∩X5(0.805) X8∩X5(0.806) | X1∩X5(0.823) X6∩X5(0.803) X10∩X5(0.806) X11∩X5(0.787) | X1∩X5(0.858) X6∩X5(0.866) X7∩X5(0.841) X8∩X5(0.828) |
2010年 | X2∩X5(0.860) X3∩X5(0.901) X4∩X5(0.849) X6∩X5(0.857) | X2∩X5(0.878) X3∩X5(0.812) X8∩X5(0.832) X10∩X5(0.849) | X1∩X5(0.826) X4∩X5(0.805) X6∩X5(0.843) X8∩X5(0.807) | X1∩X5(0.825) X6∩X5(0.791) X7∩X5(0.825) X10∩X5(0.806) | X1∩X5(0.857) X6∩X5(0.863) X8∩X5(0.831) X7∩X5(0.866) |
2015年 | X2∩X5(0.862) X3∩X5(0.903) X4∩X5(0.851) X6∩X5(0.862) | X2∩X5(0.878) X3∩X5(0.801) X8∩X5(0.835) X10∩X5(0.843) | X1∩X5(0.824) X6∩X5(0.851) X7∩X5(0.805) X8∩X5(0.811) | X1∩X5(0.828) X6∩X5(0.803) X10∩X5(0.807) X11∩X5(0.788) | X1∩X5(0.856) X6∩X5(0.868) X8∩X5(0.832) X7∩X5(0.841) |
[1] | Rind D . Complexity and climate. Science, 1999,284(5411):105-107. |
[2] | Arrow K, Bolin B, Costanza R , et al. Economic growth, carrying capacity, and the environment. Science, 1995,268(5210):520-521. |
[3] | Liu Y, Huang X, Yang H , et al. Environmental effects of land-use/cover change caused by urbanization and policies in Southwest China Karst area: A case study of Guiyang. Habitat International, 2014,44:339-348. |
[4] | Vitousek P M . Beyond global warming: Ecology and global change. Ecology, 1994,75(7):1861-1876. |
[5] | 后立胜, 蔡运龙 . 土地利用/覆被变化研究的实质分析与进展评述. 地理科学进展, 2004,26(6):96-104. |
[ Hou Lisheng, Cai Yunlong . An essential analysis and review on land use/cover change research. Progress in Geography, 2004,23(6):96-104.] | |
[6] | Dewan A M, Yamaguchi Y . Land use and land cover change in Greater Dhaka, Bangladesh: Using remote sensing to promote sustainable urbanization. Applied Geography, 2009,29(3):390-401. |
[7] | Lambin E F, Turner B L, Geist H J , et al. The causes of land-use and land-cover change: Moving beyond the myths. Global Environmental Change-Human and Policy Dimensions, 2001,11(4):261-269. |
[8] | Tan R, Liu Y, Zhou K , et al. A game-theory based agent-cellular model for use in urban growth simulation: A case study of the rapidly urbanizing Wuhan area of central China. Computers, Environment and Urban Systems, 2015,49:15-29. |
[9] | Du X, Huang Z . Ecological and environmental effects of land use change in rapid urbanization: The case of Hangzhou, China. Ecological Indicators, 2017,81:243-251. |
[10] | Houghton R A, Hackler J L, Lawrence K T . The US carbon budget: Contributions from land-use change. Science, 1999,285(5427):574-578. |
[11] | Chase T N , Pielke Sr R A, Kittel T G F, et al. Simulated impacts of historical land cover changes on global climate in northern winter. Climate Dynamics, 2000,16(2):93-105. |
[12] | Sala O E, Chapin F S, Armesto J J , et al. Biodiversity-global biodiversity scenarios for the year 2100. Science, 2000,287(5459):1770-1774. |
[13] | Li Y, Cao Z, Long H , et al. Dynamic analysis of ecological environment combined with land cover and NDVI changes and implications for sustainable urban-rural development: The case of Mu Us Sandy Land, China. Journal of Cleaner Production, 2017,142:697-715. |
[14] | Matsushita B, Yang W, Chen J , et al. Sensitivity of the Enhanced Vegetation Index (EVI) and Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) to topographic effects: A case study in high-density cypress forest. Sensors (Basel), 2007,7(11):2636-2651. |
[15] | Plutzar C, Kroisleitner C, Haberl H , et al. Changes in the spatial patterns of human appropriation of net primary production (HANPP) in Europe 1990-2006. Regional Environmental Change, 2016,16(5):1225-1238. |
[16] |
谢高地, 甄霖, 鲁春霞 , 等. 一个基于专家知识的生态系统服务价值化方法. 自然资源学报, 2008,23(5):911-919.
doi: 10.11849/zrzyxb.2008.05.019 |
[ Xie Gaodi, Zhen Lin, Lu Chunxia , et al. Expert knowledge based valuation method of ecosystem services in China. Journal of Natural Resources, 2008,23(5):911-919.]
doi: 10.11849/zrzyxb.2008.05.019 |
|
[17] | 王士远, 张学霞, 朱彤 , 等. 长白山自然保护区生态环境质量的遥感评价. 地理科学进展, 2016,35(10):1269-1278. |
[ Wang Shiyuan, Zhang Xuexia, Zhu Tong , et al. Assessment of ecological environment quality in the Changbai Mountain Nature Reserve based on remote sensing technology. Progress in Geography, 2016,35(10):1269-1278.] | |
[18] | Song W, Deng X . Land-use/land-cover change and ecosystem service provision in China. Science of The Total Environment, 2017,576:705-719. |
[19] | 董智新, 刘新平 . 新疆土地利用的生态环境效应分析. 资源开发与市场, 2009,25(4):301-303. |
[ Dong Zhixin, Liu Xinping . Land-use and assessment of its eco-environment effects in Xinjiang. Resource Development & Market, 2009,25(4):301-303.] | |
[20] | Yi L, Zhang Z, Zhao X , et al. Have changes to unused land in China improved or exacerbated its environmental quality in the past three decades? Sustainability, 2016,8(2):184. |
[21] | Lv L, Li Y, Yan S . The Spatio-temporal pattern of regional land use change and eco-environmental responses in Jiangsu, China. Journal of Resources and Ecology, 2017,8(3):268-276. |
[22] | Zhang H, Xu E, Zhu H . Ecological-living-productive land classification system in China. Journal of Resources and Ecology, 2017,8(2):121-128. |
[23] | 宋戈, 李娜, 李静 , 等. 建三江垦区土地利用/覆盖变化与生态环境效应作用机理研究. 经济地理, 2011,31(5):816-821. |
[ Song Ge, Li Na, Li Jing , et al. The land use/land cover change and its environmental effects the interaction mechanism in Jian Sanjiang. Economic Geography, 2011,31(5):816-821.] | |
[24] | Stern D I, Common M S, Barbier E B . Economic growth and environmental degradation: The environmental kuznets curve and sustainable development. World Development, 1996,24(7):1151-1160. |
[25] | Miao Z, Marrs R . Ecological restoration and land reclamation in open-cast mines in Shanxi Province, China. Journal of Environmental Management, 2000,59(3):205-215. |
[26] | John P . Holdren P R E. Human population and the global environment: Population growth, rising per capita material consumption, and disruptive technologies have made civilization a global ecological force. American Scientist, 1974,62(3):282-292. |
[27] | Cuperus R , Bakermans M M G J, Haes H A U D, et al. Ecological compensation in Dutch Highway planning. Environmental Management, 2001,27(1):75-89. |
[28] | Rennings K . Redefining innovation — eco-innovation research and the contribution from ecological economics. Ecological Economics, 2000,32(2):319-332. |
[29] | Macdonald D, Crabtree J R, Wiesinger G , et al. Agricultural abandonment in mountain areas of Europe: Environmental consequences and policy response. Journal of Environmental Management, 2000,59(1):47-69. |
[30] | 刘纪远, 张增祥, 庄大方 , 等. 20世纪90年代中国土地利用变化时空特征及其成因分析. 地理研究, 2003,22(1):1-12. |
[ Liu Jiyuan, Zhang Zengxiang, Zhuang Dafang , et al. A study on the spatial-temporal dynamic changes of land-use and driving forces analyses of China in the 1990s. Geographical Research, 2003,22(1):1-12.] | |
[31] | 刘纪远, 张增祥, 徐新良 , 等. 21世纪初中国土地利用变化的空间格局与驱动力分析. 地理学报, 2009,64(12):1411-1420. |
[ Liu Jiyuan, Zhang Zengxiang, Xu Xinliang , et al. Spatial patterns and driving forces of land use change in China in the early 21st century. Acta Geographica Sinica, 2009,64(12):1411-1420.] | |
[32] | Zhang Y, Liu Y, Zhang Y , et al. On the spatial relationship between ecosystem services and urbanization: A case study in Wuhan, China. Science of The Total Environment, 2018, 637- 638:780-790. |
[33] | Peng J, Tian L, Liu Y , et al. Ecosystem services response to urbanization in metropolitan areas: Thresholds identification. Science of The Total Environment, 2017, 607- 608:706-714. |
[34] | 李晓文, 方创琳, 黄金川 , 等. 西北干旱区城市土地利用变化及其区域生态环境效应: 以甘肃河西地区为例. 第四纪研究, 2003,23(3):280-290. |
[ Li Xiaowen, Fang Chuanglin, Huang Jinchuan , et al. The urban land use transformations and associated effects on eco-environment in northwest China arid region: A case study in Hexi region, Gansu Province. Quaternary Sciences, 2003,23(3):280-290.] | |
[35] | 杨振, 雷军, 段祖亮 , 等. 新疆人口的空间分布特征. 地理研究, 2016,35(12):2333-2346. |
[ Yang Zhen, Lei Jun, Duan Zuliang , et al. Spatial distribution of population in Xinjiang. Geographical Research, 2016,35(12):2333-2346.] | |
[36] | Li G, Fang C , Wang S. Exploring spatiotemporal changes in ecosystem-service values and hotspots in China. Science of the Total Environment, 2016, 545- 546:609-620. |
[37] | 武鹏, 李同昇, 李卫民 . 县域农村贫困化空间分异及其影响因素: 以陕西山阳县为例. 地理研究, 2018,37(3):593-606. |
[ Wu Peng, Li Tongsheng, Li Weimin . Spatial differentiation and influencing factors analysis of rural poverty at county scale: A case study of Shanyang county in Shaanxi province, China. Geographical Research, 2018,37(3):593-606.] | |
[38] | Wang J, Zhang T, Fu B . A measure of spatial stratified heterogeneity. Ecological Indicators, 2016,( 67):250-256. |
[39] | 刘春芳, 王川, 刘立程 . 三大自然区过渡带生境质量时空差异及形成机制: 以榆中县为例. 地理研究, 2018,37(2):419-432. |
[ Liu Chunfang, Wang Chuan, Liu Licheng . Spatio-temporal variation on habitat quality and its mechanism within the transitional area of the Three Natural Zones: A case study in Yuzhong county. Geographical Research, 2018,37(2):419-432.] | |
[40] | 叶妍君, 齐清文, 姜莉莉 , 等. 基于地理探测器的黑龙江垦区农场粮食产量影响因素分析. 地理研究, 2018,37(1):171-182. |
[ Ye Yanjun, Qi Qingwen, Jiang Lili , et al. Impact factors of grain output from farms in Heilongjiang reclamation area based on geographical detector. Geographical Research, 2018,37(1):171-182.] | |
[41] | 杨改河, 王得洋, 冯永忠 . 江河源区生态环境演变与质量评价研究. 北京: 科学出版社, 2008: 302-332. |
[ Yang Gaihe, Wang Deyang, Feng Yongzhong. Study on the Evolution and Quality Evaluation of Ecological Environment in the Source Region of the Yangtze and Yellow Rivers. Beijing: Science Press, 2008: 302-332.] | |
[42] | 庄大方, 刘纪远 . 中国土地利用程度的区域分异模型研究. 自然资源学报, 1997,12(2):10-16. |
[ Zhuang Dafang, Liu Jiyuan . Study on regional differentiation model of land use level in China. Journal of Natural Resources, 1997,12(2):10-16.] | |
[43] | Trincsi K, Pham T, Turner S . Mapping mountain diversity: Ethnic minorities and land use land cover change in Vietnam's borderlands. Land Use Policy, 2014,41:484-497. |
[1] | 谢玉欢, 贺灿飞. 地方集群网络、信息溢出效应与中国ICT产品出口地理网络扩张[J]. 地理研究, 2021, 40(3): 689-707. |
[2] | 汪洋, 杨丹, 闵婕, 翟非同, 王雨, 吴晓娇, 张洪睿. 山地高密度城市热岛效应的多约束因子格局分析与定量探测——重庆都市区案例研究[J]. 地理研究, 2021, 40(3): 856-868. |
[3] | 姚作林, 金凤君, 陈卓. 全球产业转移与GVC区域竞争——基于中国与中南半岛四国的分析[J]. 地理研究, 2021, 40(2): 326-342. |
[4] | 刘一鸣, 辜婧玲, 张梓钰, 刘青, 李贵才. 基于地理探测器的地域社会认同空间分异研究[J]. 地理研究, 2021, 40(2): 495-512. |
[5] | 刘桂芳, 诸云强, 关瑞敏, 冯亚飞, 刘情, 夏梦琳, 张亚星, 卢鹤立. 大数据时代中国气候变化科学数据共享服务的发展现状与趋势分析[J]. 地理研究, 2021, 40(2): 571-582. |
[6] | 钱肖颖, 孙斌栋. 基于城际创业投资联系的中国城市网络结构和组织模式[J]. 地理研究, 2021, 40(2): 419-430. |
[7] | 朱佩娟, 郎泽慧, 贺清云, 张美芳, 吴国权. 长沙城市空间破碎化的格局特征及其影响因素[J]. 地理研究, 2020, 39(8): 1739-1754. |
[8] | 王萍, 刘敏. 地理要素在传统无形文化传承中的空间印迹——以山西省非物质文化遗产为例[J]. 地理研究, 2020, 39(8): 1807-1821. |
[9] | 周佳宁, 邹伟, 秦富仓. 等值化理念下中国城乡融合多维审视及影响因素[J]. 地理研究, 2020, 39(8): 1836-1851. |
[10] | 李艳, 孙阳, 姚士谋. 基于财富中国500强企业的中国城市群城市网络联系分析[J]. 地理研究, 2020, 39(7): 1548-1564. |
[11] | 刘振, 戚伟, 齐宏纲, 刘盛和. 1990—2015年中国县市尺度人口收缩的演变特征及影响因素[J]. 地理研究, 2020, 39(7): 1565-1579. |
[12] | 张博胜, 杨子生. 中国城镇化的农村减贫及其空间溢出效应——基于省级面板数据的空间计量分析[J]. 地理研究, 2020, 39(7): 1592-1608. |
[13] | 宁志中, 王婷, 杨雪春. 2001年以来中国旅游景区时空格局演变与景区群形成[J]. 地理研究, 2020, 39(7): 1654-1666. |
[14] | 杨帆, 何凡能, 李美娇. 中国西部地区历史草地面积重建的方法——以甘宁青新区为例[J]. 地理研究, 2020, 39(7): 1667-1679. |
[15] | 李娜, 伍世代. FDI技术转化及制造业集聚创新空间响应[J]. 地理研究, 2020, 39(6): 1311-1328. |
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