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Journal of Geo-information Science >

2017 , Vol. 19 >Issue 1: 59 - 69

DOI: https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2017.00059

Orginal Article

Study of Land Use Change and Eco-environmental Response in the Core Area ofMid-route of South-to-north Water Transfer Project

  • YIN Gelan , 1 ,
  • SHAO Jing′an , 1, 2, * ,
  • GUO Yue 1, 2 ,
  • DANG Yongfeng 3 ,
  • XU Xinliang 4
Expand
  • 1. College of Geography and Tourism, Chongqing Normal University, Chongqing, 400047, China
  • 2. Key Laboratory of Surface Process and Environment Remote Sensing in the Three Gorges Reservoir Area, Chongqing 400047, China
  • 3. Academy of Forestry Inventory and Planning, State Forestry Administration, Beijing 100714, China
  • 4. State Key Laboratory of Resources and Environmental Information System, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CSA, Beijing 100101, China
*Corresponding author: SHAO Jing′an, E-mail：

Received date: 2016-07-10

  Request revised date: 2016-09-12

  Online published: 2017-01-13

Copyright

《地球信息科学学报》编辑部 所有
Fold

Abstract

Taking Xichuan in the core water source area of the middle route of south-to-north water diversion project as a case, this study obtained land use data of Xichuan by interpreting TM(2004) and GF1(2014) image data and quantitatively analyzed land use change of Xichuan from 2004 to 2014. The effects of land use change on ecological environment in Xichuan during the study period were evaluated by using the model of ecological environment quality at regional scale. Moreover, the driving factors of the change in ecological environment quality in Xichuan were analyzed using the gray correlation method. The results showed that: during 2004 to 2014, the area of forest land, construction land and water increased, and the area of farmland decreased. Also, the evolution trend of forest land, woodland, shrub land and nursery garden was consistent with the overall evolution pattern of forest resources. However, suitable land for forest, non timber forest land, unwoodland showed a decreasing trend. In the spatial distribution, forest land was mainly distributed in the northern mountainous area, with the high altitude, the steep slope. Farmland and construction land were mostly distributed in southeast area, with the low altitude, the relatively gentle slope. In the 2004 and 2014, the ecological environment quality of Xichuan both showed obvious spatial difference, and showed the distribution trend of north high and south low. During the study period, the regional ecological environment quality index of Xichuan increased from 0.5443 to 0.6039, and the quality of ecological environment was improved. Moreover, the contribution of suitable land for forest and non timber forest land being converted into forest land, and returning farmland to forests to the improvement of regional ecological environment was the most greatest. The ecological environment in some areas was the negative development. The negative impact of predatory exploitation, extensive management and deforestation on the ecological environment was the most profound. During 2004 to 2014, the change of ecological environment quality in Xichuan was mainly driven by the policy and the resident' pursuit of maximizing the benefits.

Key words： land use change; forest transformation; marginalization of cultivated land; eco-environmental response; Xichuan country

Cite this article

YIN Gelan , SHAO Jing′an , GUO Yue , DANG Yongfeng , XU Xinliang . Study of Land Use Change and Eco-environmental Response in the Core Area ofMid-route of South-to-north Water Transfer Project[J]. Journal of Geo-information Science, 2017 , 19(1) : 59 -69 . DOI: 10.3724/SP.J.1047.2017.00059

1 引言

土地利用变化是指由于人类活动和自然系统在不同时空尺度上交互作用产生的变化[1-2]。研究土地利用变化过程,分析生态环境对土地利用变化的响应,对于了解土地利用现状,设计合理的土地利用规划有重要的借鉴意义[3-4]。
人类为了获取有利用价值的资源,满足自身的发展需求,不断地对地表环境进行改变,表现出不同的土地利用方式[5-7]。土地利用变化影响水资源利用及水文过程[8]、碳排放[9]、陆地生态系统净初级生产力[10]等,其引起的生态环境效应问题受到了国内外学者的广泛关注[11-17]。Lal研究发现自然生态系统向农业生态系统转变会导致热带和温带地区土壤的有机碳含量降低[12];Pimm研究发现土地利用变化会致使水环境功能退化[14];马晓哲研究发现退耕还林、改善森林管理,可促进森林的碳储[9];郭军庭研究发现在全球气候变化背景下,优化土地利用结构与方式,可以科学管理区域水资源[13]。虽然这些研究从不同侧面分析了区域土地利用变化及其生态环境响应问题,但从时空分异角度,综合分析土地利用变化及其生态环境响应还有待进一步研究[18]。然而,目前关于土地利用环境效应的研究,偏重于流域尺度和经济发达热点区,而对县域尺度的经济欠发达区进行土地利用变化的生态环境响应综合分析尚不多见。
南水北调中线工程实施以后淅川仍是主要淹没区、移民区,作为南水北调核心水源区和扶贫重点县,淅川县面临着生态建设和经济社会发展引发的水土资源需求的的巨大压力。这给淅川县土地利用变化研究提出了新的命题：步入“后移民时代”,怎样实现绿色发展和人民富裕的双赢?县域土地利用变化如何耦合其生态环境效应?因此,本文以淅川县为例,基于遥感目视解译和野外调察,分析了淅川县2004-2014年的土地利用时空变化,并通过生态环境质量指数模型分析研究区生态环境质量和土地利用变化之间的关系,揭示二者的动态变化规律,以期为区域土地利用管理和生态建设提供有益借鉴。

2 数据来源与研究方法

2.1 区域概况

淅川县（110°58′~111°53′E,32°55′~33°23′N）位于河南省西南部,地处鄂豫陕结合部。该县为马蹄状地形,东南部为冲积平原及岗地区,中部为丘陵区,西北部为山区。县域气候属季风性气候区,春季回暖快,夏季降雨集中、旱涝不均,秋季凉爽,冬季干冷。淅川县属汉江水系,丹江纵贯全境。淅川县土壤有潮土、砂姜黑土、黄棕壤土、紫色土4个土类,9个亚类,30个土属,71个土种。受气候影响,淅川县是南北差异的过渡地带,具有丰富的植物资源。2014年,全年生产总值、公共财政预算收入、全社会固定资产投资、城镇居民人均可支配收入、农民人均纯收,分别为181亿元、7亿元、223亿元、 22 639元、8057元,同比分别增长8.6%、53%、20%、10% 和11%。

2.2 数据来源与处理

研究选取淅川县2004年的TM影像,2014年GF1号影像为遥感信息源。GF1号影像从中国资源卫星应用中心获取（http://www.cresda.com/CN/,TM影像从USGS网站（http://earth explorer.usgs.gov/）获取。2009年的淅川县土地利用图、2004-2014年淅川县各乡镇监测年度的营造林、森林采伐及占用征收林地等设计、验收和专项调查资料以及淅川县 3期森林资源清查固定样地调查数据来源于国家林业局调查规划设计院。DEM（空间分辨率为 30 m×30 m）来源于USGS网站（http://earth explorer.usgs.gov/）。本研究使用的其它基础数据来源于《中国县市社会经济统计年鉴》和淅川县统计资料。
遥感影像处理技术方法参照《遥感影像平面图制作规范》（GB 15968-1995）和《森林资源调查卫星遥感影像图制作技术规程》（LY/T 1954-2011）执行。采用PIC软件对遥感影像进行几何校正、地形校正,经过图像融合和增强处理,选取信息提取的波段组合为4、5、3波段,在 ArcGIS 9.3软件里通过目视解译获取淅川县2004年和2014年2期土地利用数据。根据遥感影像变化情况,借助2004-2014年的营造林、森林采伐及占用征收林地等设计、验收等资料,整理了淅川县15个乡镇和2个街道办事处2004年和2014年小班矢量数据。以室内解译的小班为底图,进行以小班为单元的现地验证,对2014年解译出的土地利用图予以修正。
为确保获取的2004年土地利用图的准确性,对2004年土地利用数据的提取采用TM影像解译与参与式农户访谈验证相结合的方法进行：如果只使用2004年的TM遥感影像进行解译,数据获取粒度较粗。但是,若只以2009年解译验证后的土地利用图为底图,在此基础上,通过参与式农户访谈让当地农户进行逐一小班的追溯,无法确保非遥感辅助数据来源准确性。因此,本文使用二者相结合的方法获取2004年土地利用数据,具体的实施过程是：首先,通过一般的遥感影像处理方法对2004年TM遥感影像进行处理,并将其与其他数据一起作为2004年土地利用信息提取的辅助数据;然后,以2009年的土地利用图为底图让当地农户进行逐一小班的追溯,并参照2004年TM遥感影像对追溯反演的结果进行验证,提高结果的正确性。
据此对解译和追溯结果进行野外抽样调查,对解译的结果进行精度检验。根据判读区划结果,2014年机械抽选127个小班,面积为403.37 hm2。经现地核实,变化地块判读正确的有117块,面积为365.52 hm2,正判率为92.13%;2004年机械抽取110块小班,面积为1233.05 hm2。经现地核实,未变化地块判读正确的有93块,面积1144.35 hm2,正判率为92.81%。正判率均达到本文研究的精度要求。
根据《全国土地分类》、研究区土地资源状况及本研究的需要,将土地利用类型划分到二级用地。一级主要根据土地的利用属性分为林地和非林地2个类型;再根据林地的自然属性划分为有林地、疏林地、灌木林地、未成林造林地、宜林地和无立木林地、苗圃地6个二级用地;非林地划分为建设用地、耕地、水域3个二级用地。参考国内相关文献,结合专家评分,对各土地利用类型赋予生态环境质量 数值[19-20]。

2.3 研究方法

（1）土地利用变化分析
用ArcGIS 9.3软件对研究区2004年和2014年的土地利用类型数据进行叠置分析（Arc Toolbox/Analysis Tools/Overlay/Intersect）,即将2个土地利用图层的公共区域提取出来,形成一个新的数据层,落在公共区域的特征被保留,输出的结果将继承2个层面的所有属性。然后,用Excel数据透视表处理,建立2期土地类型转移矩阵。
（2）生态环境质量指数
综合考虑研究区各土地利用类型的面积和所赋予的生态质量数值,定量评估区域整体生态环境质量状况,计算方式如下[21-22]：
E V i = ∑ i n L U i × C i / TA （1）
式中： E V i 为第 t 期研究区生态环境质量指数; TA 为研究区各用地类型之和; C i 为研究区第 t 期第 i 种用地类型的生态质量赋值; L U i 为该研究区第 t 期第 i 种用地类型的面积; n 为研究区土地利用类型的数量。
（3）区域土地利用类型变化生态贡献率
区域土地利用变化类型的生态贡献率是指某一土地利用类型由初期到末期变化所致使的区域生态质量状况的变化,计算公式如下[19,23]：
LEI = L E 1 - L E 0 ∙ LA / TA （2）
式中： LEI 为研究区某一土地利用变化类型生态贡献率; L E 0 为某一土地利用变化类型在变化初期所赋予的生态质量; L E 1 为某一土地利用变化类型在变化末期所赋予的生态质量; TA 为研究区各土地利用类型的面积之和; LA 为该变化用地的面积。
Tab. 1 Classification of land use types and evaluation of ecological environment index

表1 土地利用类型分类及其生态环境赋值

一级分类 二级分类 生态质量赋值
林地 有林地 0.95
疏林地 0.45
灌木林地 0.65
未成林造林地 0.40
苗圃地 0.40
宜林地和无立木林地 0.05
非林地 建设用地 0.20
耕地 0.28
水域 0.61

注：各用地类型的生态环境质量赋值来源如下：有林地、灌木林地、疏林地、未成林造林地、苗圃地的赋值来自张扬[22]和李晓文[19]的研究结果;宜林地和无立木林地的赋值来自李晓文、吕立刚[20]等研究的平均值;建设用地的赋值来自张扬的研究结果;耕地和水域的赋值来自吕立刚的研究结果

3 结果与分析

3.1 土地利用变化时空特征

（1）总体变化
由表2可知,林地是整个研究区的景观基质,对整体景观有较大的贡献。而且,所有土地利用类型中,有林地均占据研究区2个截面年份的优势位置,占比分别达总面积的35.84%和42.81%;其次是耕地,分别为33.49%和32.71%;水域、建设用地、疏林地、灌木林地、苗圃地、宜林地和无立木林地其累计占比与耕地基本相当,分别为30.67%和24.48%。
2004-2014年,研究区林地、建设用地和水域面积增加,耕地面积减少,面积变化大小排序为耕地>林地>建设用地>水域。11年间研究区林地资源总体净增加1850.08 hm2,比重由48.15%增加至48.79%。耕地减少2180.71 hm2,比重由2004年的33.49%减少至32.71%。建设用地增加202.31 hm2,比重由5.92%增加至5.99%。水域增加128.32 hm2,比重由12.44%增加至12.49%。从面积变幅度化来看,各类型的大小排序为耕地>林地>建设用地>水域,其中耕地的变化幅度为2.31%,林地的面积变化幅度为1.36%,建设用地变化幅度为1.21%,水域为0.37%。
Fig. 1 Topography and slope in the study site

图1 研究区高程和坡度图

Tab. 2 The main types of land use change in the study area during 2004-2014

表2 研究区2004-2014年土地利用变化主要类型

地类 2004年 2014年 2004-2014年
面积/hm2 比例/% 面积/hm2 比例/% 面积变化/hm2 面积变化幅度/% 比例/%
有林地 100 989.56 35.84 120 646.00 42.81 19 656.44 19.46 6.97
疏林地 2313.66 0.82 2335.00 0.83 21.34 0.92 0.01
灌木林地 4625.65 1.64 4674.87 1.66 49.22 1.06 0.02
未成林造林地 2334.04 0.83 801.08 0.28 -1532.96 -65.68 -0.55
苗圃地 180.00 0.06 201.21 0.07 21.21 11.78 0.01
宜林地和无立木林地 25 261.09 8.96 8895.92 3.16 -16 365.17 -64.78 -5.80
建设用地 16 691.69 5.92 16 894.00 5.99 202.31 1.21 0.07
耕地 94 360.94 33.49 92 180.23 32.71 -2180.71 -2.31 -0.78
水域 35 055.75 12.44 35 184.07 12.49 128.32 0.37 0.05
Tab. 3 land use type area transfer matrix of Xichuan in 2004-2014 (hm2)

表3 2004-2014年淅川县土地利用面积转移矩阵（hm2）

土地利用类型 有林地 疏林地 灌木林地 未成林
造林地		 苗圃地 宜林地和无立木林地 建设用地 耕地 水域
有林地 100 550.66 2.71 229.69 34.03 171.09 1.38
疏林地 14.82 2298.18 0.16 0.50
灌木林地 4625.65
未成林造林地 1713.33 3.46 481.50 0.43 135.32
苗圃地 180.00
宜林地和无立木林地 15 224.38 30.14 37.87 195.34 21.21 8665.46 25.07 1015.39 46.23
建设用地 79.16 0.77 16 545.52 55.79 10.45
耕地 3054.10 6.68 5.18 124.24 288.67 90 798.05 84.02
水域 9.55 0.12 4.09 35 041.99
在林地资源演化趋势上,有林地、疏林地、灌木林地和苗圃地与林地资源的整体演化格局一致,而宜林地和无林木林地、未成林造林地呈减少的趋势。在变化强度上,有林地、疏林地、灌木林地和苗圃地分别增加19 656.44、21.34、49.22和21.21 hm2,宜林地和无林木林地、未成林造林地分别减少了16365.17 hm2、1532.96 hm2。从面积变化幅度来看,各林地类型的大小排序为未成林造林地>宜林地和无立木林地>有林地>苗圃地>灌木林地>疏林地。未成林造林地和宜林地和无立木林地是变化最为剧烈的用地,二者的面积在研究期内分别减少了65.68%、64.94%;其次为有林地、苗圃地、灌木林地、疏林地,面积分别增加了19.46%、11.78%、1.06%、0.92%。
（2）转换轨迹
利用淅川县2004年、2014年的土地利用数据,运算获取2004-2014年土地利用面积转移矩阵 （表3）,可知2004-2014年土地利用变化情况为：
① 有林地面积增加明显,有林地的增加主要依靠宜林地和无立木林地、耕地转换而来,有林地面积的12.62%、2.53%、1.42%分别来自宜林地和无立木林地、耕地、未成林造林地。有林地的主要去向为宜林地和无立木林地、耕地,转移面积分别为0.23%、0.17%。
② 宜林地和无立木林地面积减少明显,宜林地和无立木林地面积的60.27%、4.02%、0.77%分别转为有林地、耕地、未成林造林地。宜林地和无立木林地主要来源于有林地,其面积的2.58%来源于有林地。
③ 未成林造林地的面积呈减少趋势,未成林造林地面积的73.41%、5.80%分别转为为有林地和耕地。从转入角度来看,未成林造林地的面积24.38%来源于对宜林地和无立木林地造林,15.51%来源于退耕还林。
④ 疏林地、灌木林地、苗圃地的面积均呈上升趋势,但是增长缓慢。疏林地面积主要来源于于宜林地和无立木林地、耕地,疏林地面积的1.29%、0.27%分别来源于宜林地和无立木林地、耕地。疏林地主要去向为有林地和耕地,转移面积分别为0.64%、0.02%。灌木林地主要来源于宜林地和无立木林地、耕地,灌木林地面积的0.81%、0.11%分别来源于宜林地和无立木林地、耕地。灌木林地的主要去向为有林地和耕地,转出的面积分别为0.64%、0.02%。由于宜林地和无立木林地的转入,苗圃地的面积增加,其面积的10.54%来源于宜林地和无立木林地的转入,而且在研究期内苗圃地没有转为其他用地。
⑤ 耕地面积大幅度减少,耕地主要转出为有林地、建设用地和未成林造林地,转移面积分别3.24%、0.31%、0.13%。从转入角度来看,耕地面积的1.10%来自对宜林地和无立木林地开垦,0.19%、0.15%分别来自对有林地、未成林造林地毁林开荒。
⑥ 建设用地和水域面积均有所增加,建设用地面积的1.71%、0.20%、0.15%分别来自对耕地、有林地、宜林地和无立木林地占用,水域面积的0.24%、0.13%分别来源于耕地、宜林地和无立木林地。
（3）空间格局
2004年和2014年2期土地利用类型格局基本保持一致。有林地主要分布在海拔较高的北部山区、中部丘陵区,伴随着海拔的上升,有林地的分布呈增加的趋势;耕地和建设用地主要分布于县域的中部丘陵区、东南部岗地及冲击平原,伴随着海拔的下降,二者的分布呈增加的趋势;其他景观类型呈镶嵌格局,分散于研究区主要基质性景观中 （图2）。在分布形态上,有林地、耕地呈面状分布,水域呈带状分布,建设用地、宜林地和无立木林地、灌木林地、疏林地、未成林造林地呈点状分布。
Fig. 2 Spatial pattern of land use type of Xichuan in 2004 and 2014

图2 淅川县2004年和2014年各土地利用类型空间格局

2004年和2014年2期土地利用类型格局显示有地理扩展。有林地的扩张主要集中于北部山区,其次为中部山丘与平原的交错带,此外,在靠近丹江口水库的西南角有林地的覆盖率也略有提升。疏林地、灌木林地、苗圃地的增加离散分布于北部和中部。林地与耕地、建设用地、水域、道路等接壤区容易受到人为扰动。对比图2发现,有林地、疏林地、未成林造林地的减少主要发生在中部森林和其它地类交错分布的区域。宜林地和无立木林地在西北部和中部缩减明显,在丹江口水库附近也有部分宜林地转化为有林地和耕地。耕地的缩减集中分布于中部山区与丘陵、丘陵与平原的交错带。水域的扩张以丹江口水库以及原有的河流附近为主,建设用地的扩张以原有的农村居民点附近和城市边缘为主。

3.2 土地利用变化的生态环境响应

（1）生态环境质量时空演变
淅川县2004年区域生态环境质量指数为0.5443,2014年区域生态环境质量指数为0.6039（表4）。2004-2014年,淅川县的生态环境质量指数共提升了0.0596,平均每年提升0.54%,研究期间淅川县整体生态环境质量有所改善。
Tab. 4 Ecological environment qualityindex of land use type

表4 各土地利用类型的生态环境质量指数

土地利用类型 2004年生态环境
质量指数		 2014年生态环境
质量指数
有林地 0.3404 0.4067
疏林地 0.0037 0.0037
灌木林地 0.0107 0.0108
未成林造林地 0.0033 0.0011
苗圃地 0.0003 0.0003
宜林地和无立木林地 0.0045 0.0016
建设用地 0.0118 0.0120
耕地 0.0938 0.0916
水域 0.0759 0.0762
汇总 0.5443 0.6039
2004年和2014年2期生态环境质量在空间分布上展现出明显的异质性,呈现出北高南低的空间格局（图3）。受大的地貌格局所影响,海拔高、坡度较陡的北部山区,人为扰动少,有林地连片分布,生态环境质量较优;海拔较低,坡度平缓的的东南部地区,人为扰动强烈,耕地和居民点密集分布,生态环境质量较差。
Fig. 3 Spatial pattern of ecological environment quality of Xichuan in 2004 and 2014

图3 淅川县2004年和2014生态环境质量空间格局

研究期内淅川县整体环境质量改善明显。其中,北部的生态环境质量提升最为明显（尤其是西北部）,中部次之,此外丹江口库区周围生态环境质量有明显改善。林地与耕地、建设用地、水域等接壤区容易受到人为扰动,是生态环境恶化发生的主要区域。城市边缘区和原有居民点附近,由于建设用地的扩张,生态环境也发生了不同程度的恶化。
（2）土地利用变化生态贡献率
区域内往往存在着生态质量改善和恶化两种趋势,这两种趋势相互抵消,使得区域生态环境总体趋向相对稳定[22]。表5为2004-2014年致使县域生态环境改善和恶化的主要土地利用变化类型的贡献率。由表5可以看出,有林地转化为宜林地和无立木林地,有林地转化为耕地,是淅川县生态环境质量退化的主导因素。其中有林地转化为宜林地和无立木林地占生态贡献率的53.15%,有林地转出为耕地占生态贡献率的29.47%。有林地转出为建设用地,耕地被建设用地占用、未成林造林地转化为耕地也在一定程度上导致了生态环境质量的恶化,三者总和占生态贡献率的16.66%。而宜林地和无立木林地转化为有林地是区域生态环境改善的关键因素,占生态贡献率的79.82%。致使淅川县生态环境质量改善的主要土地利用变化还有退耕还林、宜林地和无立木林地转化为耕地、林地之间的内部转化,其中退耕还林占生态贡献率的11.92%、未成林造林地转化为有林地占生态贡献率的5.49%。虽然局部地区生态环境呈负向发展,但总体上,区域生态环境改善的趋势大于环境恶化的趋势。
Tab. 5 Main land use change and contribution rate to influence study area ecological environment

表5 致使淅川县生态环境改善和恶化的主要土地利用变化类型及生态贡献率

主要土地利用变化类型 生态贡献率 占贡献率的百分比/% 主要土地利用变化类型 生态贡献率 占贡献率的百分比%
致使
生态
环境
改善		 宜林地和无立木林地-有林地 0.04862 79.82 致使
生态
环境
恶化		 有林地-宜林地和无立木林地 0.00073 53.15
宜林地和无立木林地-未成林造林地 0.00024 0.40 有林地-建设用地 0.00009 6.56
宜林地和无立木林地-耕地 0.00083 1.36 有林地-耕地 0.00041 29.47
耕地-有林地 0.00726 11.92 未成林造林地-耕地 0.00006 4.17
未成林造林地-有林地 0.00334 5.49 耕地-建设用地 0.00008 5.93
汇总 0.06030 98.99 汇总 0.00137 99.28
（3）区域生态环境变化驱动因子分析
研究区生态环境变化主要由林地和耕地的变化所驱动。本文采用灰色关联分析法[24]通过对研究区主要土地利用变化（林地和耕地的变化）的驱动力进行量化,找出其生态环境质量变化的主要影响因素并分析其内部联系[25]。参考相关文献,并考虑数据可获取性,遴选4大类驱动因素,共13个指标（表6）。
Tab. 6 The analysis of driving factors of degraded primary forest evolution in the study site

表6 研究区生态环境质量变化的驱动因素指标体系

因素 指标
人口 年末总人口 x1
乡村从业人口 x2
从事农林牧渔的人口 x3
社会经济 GDP x4
第一产业增加值 x5
第二产业增加值 x6
规模以上工业企业个数 x7
城乡居民储蓄存款 x8
农民人均纯收入 x9
劳均耕地量变化 x10
全国平均非农工资水平 x11
城市化水平 城镇化率 x12
政策 林业工程建设面积（包括退耕还林、
生态公益林等工程建设） x13
2004-2014年的生态环境质量变化主要由政策和居民追求收益最大化的行为所驱动（图4）。淅川县位于汉江中上游,是南水北调中线工程的核心水源地,区域环境的维持和改善关系着南水北调中线工程沿线城市的用水安全。根据淅川县经济社会发展现状和资源环境状况,《南阳市林业生态建设规划(2008-2012)》提出淅川县在规划期内的战略定位为生态县。受“生态县”战略政策所驱动,政府大搞造林绿化攻坚战,在长江中下游防护林工程、退耕还林工程、生态公益林建设等方面进行倾斜,提高森林覆盖率,大面积耕地、宜林地和无立木林地转化为有林地,这是区域生态环境整体改善的重要因素。
Fig. 4 Driving factors correlation degree of ecological environment quality change in Xichuan

图4 导致淅川县生态环境质量变化的主要土地利用类型变化驱动因子关联度

2004-2014年在工业化、城镇化快速提升的背景下,经济增长对劳动力的需求持续增加,非农务工工资迅速攀升（刘易斯拐点）[26],促使淅川县大量劳动力从农村“析出”,农业人口所占比重下降[27-28]。此外,2009年到2011年,因南水北调移民至外县市的人口达16.2万。农村人口向城市迁移、南水北调移民,劳动力成本的上升使得农业在与森林竞争土地资源的过程中丧失优势,耕作成本较高的劣质耕地退出农业生产[29],“进入被边际化”的过程中（即耕地去农化转移如耕地向林地转移）。自然生态用地呈现扩张的状态,即人们常说的“森林转型。受农业收入占家庭收入比重不断下降和非农务工工资不断上涨的双重作用,随着农村劳动力资源的继续“析出”和人口老龄化问题的进一步加剧[30],耕地弃耕还会进一步加剧,自然生态用地扩张的状态在未来仍将持续。从长远看,耕地弃耕造成的耕地边际化、森林转型,可能会成为区域生态环境质量进一步提高最坚实稳固的驱动力。

4 结语

（1）2004-2014年,淅川县林地、建设用地和水域面积增加,耕地面积减少。从面积变化和面积变幅度化来看,各类型的大小排序均为耕地>林地>建设用地>水域。
（2）在林地资源演化趋势上,有林地、疏林地、灌木林地和苗圃地与林地资源的整体演化格局一致,而宜林地和无立木林地、未成林造林地呈减少的趋势。
（3）研究期内淅川县土地利用转换的主要类型为：宜林地和无立木林地和有林地的转化,宜林地和无立木林地向耕地、未成林地转化,有林地和耕地的转化,耕地和未成林造林地的转化,耕地向建设用地、水域的转化,未成林向有林地转化。
（4）在空间格局上,海拔高、坡度较陡地的北部山区,人为扰动难以施加,林地的地理扩展明显。水域的扩张以丹江口水库以及原有的河流附近为主,建设用地的扩张主要分布于城市边缘区以及原有的农村居民点附近。耕地的缩减集中分布于中部山区与丘陵、丘陵与平原的交错带。
（5）生态环境质量在空间分布上展现出明显的异质性,呈现出北高南低的空间格局。研究期内淅川县存在生态环境改善和恶化2种趋势,这2种趋势相互抵消。总体来看,11年间淅川县的生态环境质量指数呈现出上升的趋势,区域总体生态环境质量提升。研究发现宜林地和无立木林地转化为有林地,退耕还林是区域生态环境改善的主要驱动因子。虽然淅川县在2004-2014年总体生态环境质量改善,但不能忽视局部生态环境的恶化。在研究区局部地区仍然存在对森林资源采取掠夺式开采和粗放型管理、毁林开地等现象。
（6）淅川县生态环境质量变化主要由政策和居民追求利益最大化的行为所驱动。政府行为的天然林资源保护工程、退耕还林工程、生态公益林工程建设是区域生态环境改善的重要驱动因素。南水北调移民、农村劳动力资源的“析出”和留守劳动力老龄化程度的加重,劳动力成本上升,造成的耕地弃耕、森林转型,可能会成为区域生态环境进一步改善最坚实稳固的驱动力。
在非农务工工资不断上涨的“拉力”和农业收入占家庭收入比重不断降低的“推力”的综合作用下,农村青壮劳动力资源可能会继续“析出”,人口老龄化问题在农村可能会进一步加剧,耕地进一步被边际化的可能性较大。而人口的外迁、耕地的边际化,会导致农村的衰落,进入"后移民时代",淅川县面临着经济发展和生态建设引发的水土资源需求的的巨大压力。对于立地条件差的北部山区,可采取“顺边际化”的策略,实行退耕还林补偿年限高于退耕还林规定[30]。同时,进一步加强生态公益林工程、天然林资源保护工程建设,以保护生态环境。对于地形起伏较大,居民点较为分散的中部地区,区位是限制耕作的重要条件,应合理布局新居民点的位置,使承包地靠近新居民点,以便于留守劳动力在耕种之时将农用物资运到承包地,并在收获之际将农产品运回家[31]。同时,在协调好耕地与林地之间用地矛盾的前提下,对山地中的部分陡坡耕地实施退耕还林,以保护生态环境。对于地形平坦的东南部地区,可采取“反边际化”的策略。通过增加种粮补贴、加大对农民购买农机的补贴、提高农民耕作意愿、同时实施适度规模经营,来提高耕地使用效率。此外,在丹江口库区和境内河流附近可以通过补植造林、退耕还林、防护林建设等措施大力培育有林地,保证整个区域水质达标,从而促进良性循环保证可持续发展。

The authors have declared that no competing interests exist.

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张杨,刘艳芳,顾渐萍,等.武汉市土地利用覆被变化与生态环境效应研究[J].地理科学, 2011,31(10):1280-1285. ]利用1996年和2006年两期TM遥感影像解译图获取武汉市土地利用变化数据。基于GIS空间分析与数理统计方法对1996—2006年武汉市土地利用／覆被变化特征进行了定量分析。运用区域生态环境质量指数和区域土地利用变化类型生态贡献率，对研究时段内武汉市土地利用变化的生态环境效应以及导致武汉市生态环境质量变化的土地利用变化类型进行了分析与评价。研究结果表明：①1996～2006年期间武汉市土地利用变化主要表现为耕地、草地和未利用土地的减少，林地、建设用地和水域面积的增加的态势。②1996年～2006年武汉市的区域生态环境质量指数从0．451上升至0．468。生态环境在一定程度上维持着相对平衡，并呈现出一种上升趋势。但生态环境改善和恶化的两种趋势并存。③局部地区生态环境呈负向发展，其中城市化引起的空间扩张对区域土地利用／覆被变化产生影响最为深刻。

[ Zhang Y, Liu Y F, Gu J P, et al. Land use / land cover change and its environmental effects in Wuhan city[J]. Scientia Geographica Sincia, 2011,31(10):1280-1285. ]

[23]
Liu Y S, Gao J, Yang Y F .A holistic approach towards assessment of severity of land degradation along the great wall in northern Shaanxi province, China[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2003,82(2):187-202.The farming and grazing interlocked transitional zone along the Great Wall in northern Shaanxi Province is particularly vulnerable to desertification due to its fragile ecosystem and intensive human activity. Studies reveal that desertification is both a natural and anthropogenic process. Four desertification indicators (vegetative cover, proportion of drifting sand area, desertification rate, and population pressure) were used to assess the severity of desertification in a GIS. The first three factors were derived from multitemporal remote sensing and land inventory data. The last factor was calculated from census data. It was found that the overall severity of land degradation in the study area has worsened during the last two decades with severely, highly and moderately degraded land accounting for 84.2% of the total area in 1998. While the area affected by desertification has increased, the rate of desertification has also accelerated from 0.74 to 0.87%. Risk of land degradation in the study area has increased, on an average, by 155% since 1985. Incorporation of both natural and anthropogenic factors in the analysis provides realistic assessment of risk of desertification.

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陶建格. 基于灰色关联度模型的城市化滞后性定量分析[J].经济地理,2013,33(12):68-72.采用工业化率与城市化率作为工业化水平与城市化水平的衡量指标,分别从东、中、西部选取上海、湖北、内蒙作为对象,并结合全国平均水平,通过灰色系统分析方法探讨城市化与工业化的关系,计算其灰色绝对关联度,得出不同省份城市化滞后工业化的时间,并分析其原因。结论表明:我国城市化滞后于工业化程度为3年;就不同省份而言,选取的上海、湖北、内蒙滞后程度依次减弱。原因是东部外向型工业经济发达,国际城市体系为中国工业品提供了市场服务功能;西部地区外向型经济较弱,工业化与城市化发展较均衡,工业化带动城市化。

[Tao J G.Hysteresis quantitative analysis of urbanization based on Gray Correlation Degree model[J]. Economic Geography, 2013,33(12):68-72. ]

[25]
马晴,李丁,廖杰,等.疏勒河中下游绿洲土地利用变化及其驱动力分析[J].经济地理,2014,34(1):148-155.通过1990、2000、 2005和2010年4期遥感影像解译结果,获取了近20年来疏勒河流域中下游绿洲的土地利用变化数据,进一步利用土地利用动态变化模型,对疏勒河流域中 下游绿洲土地利用变化过程、趋势及其驱动机制进行了深入分析。结果表明:近20年来疏勒河流域中下游绿洲土地利用类型仍以草地、水域和耕地为主,土地利用 整体特征未发生显著改变,但不同土地利用类型的变化差异较大;其中,研究期内耕地呈持续高速增长态势,草地出现较大的波状起伏,水域面积于2000年后持 续减少;1990—2005年草地和水域面积减少引起绿洲缓慢萎缩,2005—2010年草地和耕地面积增大导致绿洲缓慢扩张;人口、政策方向、城市化程 度和技术水平等人文因子是绿洲变化的主要驱动力。

[ Ma Q, Li D, Liao J, et al.Analysis of land use change and its driving forces in the oasis of Shule River Middle and Lower Reaches[J]. Economic Geography, 2014,34(1):148-155. ]

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蔡昉. 人口转变、人口红利与刘易斯转折点[J].经济研究,2010(4):4-13.对于人口转变的阶段性变化从而人口发展动态缺乏一致性认识，以及对于人口红利在二元经济发展中的作用的不同看法，常常导致学者们在经济发展阶段判断上的分歧。本文从理论上尝试揭示人口转变与二元经济发展的一致关系，即两个过程具有共同的起点、相关和相似的阶段特征、甚至重合的变化过程；进而利用人口预测结果等经验材料，论证和检验人口红利逐渐消失和刘易斯转折点到来的判断。本文还指出，保持稳定的经济增长，尽早进入高收入国家的行列，是缩小“未富先老”缺口的关键和唯一途径。为此，本文就挖掘第一次人口红利的潜力、创造第二次人口红利的条件，以及依靠转变发展方式获得新的经济增长源泉提出政策建议。

[ Cai F.Demographic transition, demographic dividend, and Lewis turning point in China[J]. Economic research, 2010,4:4-13. ]

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崔敏,曹荣林.南水北调工程背景下的城镇化动力机制研究——以河南省淅川县为例[J].河南科学,2010,28(8):1019-1023.基于城市化动力的角度,通过对我国南水北调中线工程渠首所在地,淅川县城镇化发展的现状分析,提出水库移民、产业支撑、南水北调中线工程以及行政力量是淅川县城镇化发展的主要动力因素,依此提出城镇化发展的基本思路和基本对策.

DOI

[ Cui M, Chao R L.The South-to-North Water Diversion Project under the background of urbanization dynamic mechanism research: Take the Henan province Xichuan county as the example[J]. Henan Science, 2010,28(8):1019-1023. ]

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王艳慧,钱乐毅,段福洲.县级多维贫困度量及其空间分布格局研究——以连片特困区扶贫重点县为例[J].地理科学,2013,33(12):1489-1497.lt;p>贫困人口及其分布区域的有效瞄准和识别是新阶段连片特困区农村扶贫开发需要解决的首要问题。从多维角度把握贫困的实质并进行多维贫困的具体度量和分析成为近年来国内外研究的焦点。在系统设计多维贫困识别指标体系及多维贫困测算算法流程的基础上，以河南省南阳市连片特困区扶贫重点县为研究区域，构建基于&ldquo;双临界值&rdquo;的&ldquo;维度加总/分解&rdquo;算法进行了&ldquo;县级-村级&rdquo;的贫困人口多维贫困量算和分析；借助Kriging 法对村级多维贫困测算结果进行空间插值处理，系统分析研究区多维贫困状况空间分布格局。结果显示：研究区多维贫困发生率和多维贫困指数都呈现&ldquo;西高东低&rdquo;趋势，其中，内乡县和淅川县的综合贫困指数MPI最大，镇平县MPI最小。其主要致贫因素为收入和健康，收入指标对贫困的贡献度在空间上呈现&ldquo;西北-东南&rdquo;条带状分布，健康问题集中在镇平县；次要致贫因素为教育年限、儿童入学率以及燃料类型。此外，淅川县山区地区多维贫困发生率最高，县城附近的MPI相对较低。</p>

[ Wang Y H, Qian L Y, Duan F Z.Multidimensional poverty measurement and Sspatial distribution patternat the country scale:a case study on key country from national contiguous special poverty-stricken areas[J]. Scientia Geographica Sincia, 2013,33(12):1489-1497. ]

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李秀彬,赵宇鸾.森林转型、农地边际化与生态恢复[J].中国人口·资源与环境,2011,21(10):91-95.中国20世纪80年代迎来了国 家土地利用形态的转型,即代表自然生态空间的森林面积降至低谷后反转向上,代表人类干扰较强的耕地面积从扩张到收缩。这是生态状况从整体恶化向整体改善转 变的最直接原因。森林转型对应着国家经济社会发展的阶段性演进过程,存在着必然性。其直接原因,是农林交错带的农业在与森林竞争土地资源的过程中失去优 势。伴随工业化和城市化的劳动力价格上升,生活水平提高带来的林木产品需求增加,是森林竞争力提高和农业竞争力下降的经济驱动力;而转型前农业扩张引起的 生态退化,则是其政策驱动力。在中国森林转型初期,政策起到了关键的促进作用。随着城市化的加速发展,人口年龄结构向老年型转变,中国迎来了劳动力工资持 续上涨的阶段。以坡耕地为代表的劳动力密集型农地利用方式,由于难以实现机械化,劳动生产率与平原区农业的差距将越来越大,被"边际化"的可能性越来越 高。这给森林面积或自然生态空间的进一步扩张提供了机会。

DOI

[ Li X B, Zhao Y L.Forest transition, agricultural land marginalization and ecological restoration[J]. China Population, Resource Environment, 2011,21(10):91-95. ]

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邵景安,张仕超,李秀彬.山区土地流转对缓解耕地撂荒的作用[J].地理学报,2015,70(4):636-649.lt;p>耕地撂荒是目前山区发展较快的一种土地利用变化,耕地流转能否缓解这一过程,促进土地资源有效配置,以避免耕地资源浪费,是一个值得探讨的课题。借助前期研究成果,使用多视角两因素散点分析和单因素相关分析方法,旨在查明山区耕地流转对缓解耕地撂荒的作用,结果表明：① 在村级尺度上,样区耕地流转与耕地撂荒间呈现显著负相关关系,流转率高的村庄,撂荒率低,尤其在优等耕作条件的耕地中表现更为突出,说明耕地流转可以减少优等耕作条件的耕地撂荒;② 在地块尺度上,优等耕作条件的耕地撂荒率显著低于劣等耕作条件,样区耕地的撂荒主要由&#x02163;等耕作条件的耕地所贡献;③ 在村级尺度上,样区耕作条件对耕地撂荒率的作用较弱,村样本间耕作条件对撂荒率差异的解释能力不强,优等耕作条件的耕地撂荒仍然存在,说明以耕地流转率代表的土地租赁市场尚不发育;④ 但是,样区耕地流转率高的村庄,优等耕作条件的耕地撂荒率低,说明耕地撂荒仍然受到土地租赁市场的完善程度所左右,且土地租赁市场在优化耕地资源利用方面的作用已有一定程度的显现;⑤ 进一步完善土地租赁的市场化程度,有助于减少或降低耕地撂荒现象的发生,可以避免优等耕作条件的耕地浪费。</p>

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[ Shao J A, Zhang S C, Li X B.The role of rural farmland transfer in preventing farmland abandonment in the mountainous areas[J]. Acta Geographica Science, 2015,70(4):636-649. ]

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邵景安,张仕超,李秀彬.山区耕地边际化特征及其动因与政策含义[J].地理学报,2014,69(2):227-242.利用SPOT-5影像、1:1万地形图、退耕还林和森林工程图、社会经济统计等数据,分析了重庆市石柱县耕地边际化的特征和发生原因。结果发现:①10年间研究区耕地边际化率16.18%,主要分布于七曜山的北部高山区和南部中山区,而且伴随农村劳动力的非农化和留守劳动力的老龄化,边际化在很大程度上还会加剧。②海拔、地块相对村庄的分布半径和道路连接度对耕地边际化的发生影响较大。边际化率随海拔升高而增加,特别是≥1000 m集中边际化的60.88%,在坡度和地块相对村庄的分布半径上也有类似规律。③劳均耕地面积和务农劳均年龄是影响耕地边际化的主要因素,耕地流转和微型农机台数是从适度规模经营、提高劳动生产率上影响耕地边际化。④"比较劣势主导边际化"分布最广,占总边际化的55.32%,其次是"区位主导边际化",占33.80%。⑤"地形主导边际化"实施类似退耕还林继续扩大的"顺边际化"政策,"区位主导边际化"从合理安排新居点、完善农村道路体系上实施"反边际化","比较劣势主导边际化"从提高适度规模经营、微型机械化程度上开展"反边际化"。

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[ Shao J A, Zhang S C, Li X B.Farmland marginalization in the mountainous areas: Characteristics, influencing factors and policy implications[J]. Acta Geographica Science, 2014,69(2):227-242. ]

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