基于生态位理论的安徽省江淮分水岭地区农用地变化研究

李养兵，王秋龙



基于生态位理论的安徽省江淮分水岭地区农用地变化研究

李养兵，王秋龙

研究运用土地生态位理论的数量生态位(宽度)和扩充压缩度数学模型，以安徽江淮分水岭地区1998～2013年农用地利用变更调查数据为基础，分析了江淮分水岭农用地生态位的变化过程。分析表明:(1)各种类型农用地之间生态位态势差变化不明显,耕地生态位突出，其他类型农用地生态位较低,农地利用结构不够合理，影响江淮分水岭的生态环境保护。(2) 区域内各类型农用地的生态位竞争不明显，系统相对稳定。农用地的变化主要表现为园地、其他农用地与耕地、林地、牧草地之间弱的生态位竞争。农用地生态位整体在不断压缩,整体向系统外其他类型用地流转。(3)农用地生态系统经过15年的发展变化,目前系统比较稳定，变化小,但耕地与园地的生态位矛盾竞争使区域农用地生态系统潜伏着一定的危机。(4)需要提高园地、林地等生态保护功能用地的生态位，适当缩减耕地生态位，增加生态多样性。

生态位理论；农用地；江淮分水岭；安徽省

土地利用导致的土地覆盖变化不但会对区域水文、气候、地理环境及生物多样性等产生显著的影响,还会对区域生态环境的质量以及生态系统的功能产生重大影响。研究土地生态系统各土地类型的变化可以用传统的信息熵、土地利用类型转移矩阵及土地利用类型动态度指数等模型[1]。与之相比，土地生态位理论也是土地生态系统演替规律研究的有力工具之一，不但能检测土地生态系统各要素的变化速度，还能反映出土地生态系统变化的态势和方向[2]。土地生态位理论对反映土地生态系统整体的演替与发展规律有重要的理论意义和应用价值。一些学者利用土地生态位理论进行了土地生态适宜度评价、土地生态位的利用变化、土地经济生态位等应用研究[3]，取得了不少研究成果，丰富了土地生态位应用研究。但是较少研究涉及到利用土地生态位理论研究农用地生态系统各类型土地的发展变化及其对区域环境的影响。分水岭地区是十分重要的自然地理单元，尤其是该区域的农用地变化对区域生态环境变化影响显著。研究拟以江淮分水岭地区为例，利用土地生态位数学模型和理论方法，对该地区的农用地生态系统的变化过程进行系统分析，以期为该区合理调整农用地结构，促进农地生态系统和谐、可持续发展提供参考。

1 土地生态位理论模型构建

生态位又称小生境、生态区位、生态栖位，是一个物种所处的环境以及其本身生活习性的总称。把生态位理论应用到土地生态系统中即是土地利用的生态位。土地利用的生态位是不同土地利用类型在系统中所处的地位、作用和空间状态及在系统中所具有的功能[5]，即土地利用类型占用新生境的能力。根据牛海鹏等人研究的的生态位数学测度模型[6]，一定区域内各土地利用类型生态元的数量生态位可以用以下两个数学测度模型进行测量分析：

1.1 农用地类型的数量生态位(宽度)模型

由生态位的态势理论可知,系统单元均具有位和势两方面的属性。因此，各类型农用地在农用地生态系统中位和势两方面的属性可以用土地利用的数量生态位数学公式1表示[4]：

(1)

公式1中Ci代表某类型的农用地数量生态位(宽度),Pi代表该类型农用地生态单元的数量势,Pj代表j类型农用地生态元的数量势,j表示不同类型农业用地，即土地生态单元；Sj代表j类型农用地生态元的数量态,Si代表该类型农用地生态元的数量态；A为量纲转换系数,一般表示年数[4]。因此，分子计算结果代表某类型农用地生态元的绝对数量生态位[4],分母则是与土地生态系统中所有土地利用类型单元的绝对数量生态位之和，两者的比值则是该类型农用地生态元的相对数量生态位(宽度)[4。Ci的值越大,表示该类型农用地在一定的农用地地生态系统中中发挥的生态作用越明显,并且从Ci历年的变化趋势中还可以看出该类型农用地生态位的态和势的变化[4]。

1.2 农用地类型的生态位扩充压缩度模型

在农用地生态系统中，农用地类型的生态位扩充是指由于某种类型的农用地生态元不断地增长导致其态和势的不断增加。而农用地类型的生态位压缩则是指由于某类型农用地生态元之间竞争增强导致其与其他不同类型农用地生态位重叠；结果该类型农用地生态元生态位扩充,而使得其它类型农用地生态元生态位的态与势减小。任何生态元要发挥更大的生态作用,对环境产生更大的影响[7]，都必须不断扩充其生态位的生境能力,试图占据更大的生存空间和发展空间。

根据生态位的态势理论，农用地类型的生态位扩充压缩度可以用该类型农用地数量生态位的态与势的比值来度量[11]。数学模型如公示2:

(2)

在公式2中，P代表在特定时间内一定区域中某类型农用地生态元的数量生态位的势，即面积变化量，可为正值和负值；S代表该研究区域特定时间该生态元数量生态位初始的态，即该时段土地利用类型初始面积；T代表研究区该类型农用地生态位扩充压缩度。当T<0时，表示该类型农用地生态位压缩，T越小，压缩速度越大；当T=0时，表示该类型农用地生态位处于相对的稳定状态；当T>0时,表示该类型农用地生态位在扩充,T越大,扩充速度越大[4]。

2 安徽江淮分水岭地区农用地生态位分析

2.1 研究区概况

江淮分水岭是指秦岭、大别山向东的延伸部分，为长江与淮河的分水岭，又称江淮丘陵。在安徽省江淮分水岭面积约2万km2，地处安徽省中部，包括长丰、肥西、肥东、霍邱、寿县、滁州、凤阳、全椒、来安、天长、定远等县市，是古代吴楚相连之地(位置见图1)。海拔在100-300m之间，位于北亚热带向暖温带的过渡带上，气候、植被、土壤等都有明显的过渡性特征。该地区降水量丰富，人均坡地多，6度以上的坡地人均近667m2，是安徽重要的粮食生产基地，但土壤不肥沃，分水岭上缺水易旱，传统农业在分水岭上前景不容乐观。由于农业生产方式落后，生态环境不容乐观，贫困人口较多，所以加快分水岭生态环境治理、调整农业生产结构、改变农用地结构尤为重要。

图1 安徽江淮分水岭地区空间分布

2.2 农用地生态位分析

根据生态位数学测度模型，区内各类型农用地生态位生态元的“态”用特定时间各类农用地土数量( 面积)作为测量标准，各类型农用地生态位生态元的“势”用其数量 ( 面积) 变化量作为作为测量标准，并以1年为时间尺度 ( 此时，量纲转换系数为 1a)。以江淮分水岭各地区1998-2013年土地利用变更调查与监测资料的农用地数据为数据源计算得出各农用地数量生态位和扩充压缩度数值 (表1) 和各类农用地数量生态位变化图(图2)及各类农用地生态位扩充压缩度变化图(图3)。

表1 1998—2013安徽江淮分水岭农用地生态位和扩充压缩度表

图2 安徽江淮分水岭各类农用地数量生态位变化

图3 安徽江淮分水岭各类农用地生态位扩充压缩度变化

通过分析可以得出如下结论：

(1)从农用地利用类型的生态位数量(生态位宽度)上看，研究时段生态位宽度较高的是耕地，一直稳定在0.623—0.677，生态位十分突出。其次是其他农用地，生态位宽度在0.133—0.187之间，变化不大，总体呈下降趋势。对区域生态环境具有重要作用的林地、园地和牧草地生态位较低， 尤其是园地的的生态位数量一直较低，最高也只有0.01，而且呈逐渐降低的趋势。只有林地的生态位稍高，并呈增长趋势，但最高值也只有2011年的0.186，对区域生态环境的贡献有限。

(2)从农用地数量生态位变化方向看，耕地生态位在2001年受生态退耕政策的影响下降明显，随后快速回升并保持稳定。其他农用地生态位在2009年国家大力实施土地整理之后下降显著。生态位竞争主要表现在林地和其他农用地、耕地之间以及林地与园地之间，表现为其他农用地向耕地和林地流转，园地向林地和牧草地流转，但是生态位竞争较小。总体上区域农用地的生态位势差稳中有降，用地结构调整不明显，生态系统多样性增加不显著。

(3)从土地生态位扩充压缩度上看，园地和其他农用地的生态位扩充压缩度基本为负值，生态位逐年压缩，其中，园地的压缩度最快,2011年更是达到44.13%。耕地除了2011年因土地整理补充耕地表现为扩充外，基本上也表现为压缩，牧草地同样如此。只有林地的生态位扩充压缩度总体表现为正值，但是扩充速度不明显。说明了园地和其他农用地在向林地、牧草地、耕地流转。从整体上看，农用地的生态位扩充压缩度表现为负值，说明农用地的生态位整体受到压缩，农用地不断地向系统外用地流转。

(4)从土地生态系统演化看，由于耕地、林地向其他农用地、园地扩充，目前阶段耕地与园地的是系统的主要矛盾。一方面为了粮食安全在扩大生产，另一方导致农业生产结构比例不均衡，使系统潜伏着危机。如果江淮分水岭农用地生态系统不进行调节和干预，那么系统的平衡被打破，将走向不稳定的局面。

3 结语

通过对安徽江淮分水岭地区15年来农用地生态位结构的变化分析，得出以下结论和建议:

(1)安徽江淮分水岭地区虽然在生态治理，农用地经过15年的结构的优化和调整，依然是耕地的的地位十分突出，土地利用结构单一、生态多样性没有明显增加。生态功能较强的园地、林地、牧草地对保护江淮分水岭的生态环境作用不显著。

(2)区域内各类型农用地的生态位竞争不明显，系统相对稳定。农用地的变化主要表现为园地、其他农用地与耕地、林地、牧草地之间弱的生态位竞争。

(3)从农用地结构发展来看一直处于相对稳定状态，但也存在着一定的矛盾。表现为园地和林地、牧草地之间的生态位竞争，虽然不激烈，但对地区的生态环境保护依然不利。可能考虑到地方粮食安全因素，耕地生态位调整不明显，系统仍然存在不稳定的因素，潜伏着一定程度的危机。

(4)根据安徽江淮分水岭土壤贫瘠、易旱的特点，需要提高园地、林地等生态保护功能用地的生态位，适当缩减耕地生态位，增加生态多样性。研究结果为安徽江淮分水岭综合治理和保护提供调整农业生产结构的理论依据和发展方向。

总之，建立在土地利用生态位理论基础上的土地生态位模型在研究土地利用变化及其影响中具有一定的现实意义。对农地生态系统各要素的动态变化态势、方向和速度以及农地利用类型间的相互转变过程都可以从自然生态系统演化理论方面得到很好的解释和验证。

[1] 马礼,苏海霞.河北沽源县土地利用动态变化研究[J].干旱区资源与环境，2010(1): 131-136

[2] 倪九派,魏朝富,谢德体.土地利用的生态位及调控机制的研究[J]. 农业工程学报，2005，21(4)：113-115.

[3] 王汉花,刘艳芳.基于生态位与约束CA的土地资源优化配置模型研究—以武汉市黄陂区为例[J]. 中国人口(资源与环境，2008,18(2): 97-102.

[4] 邓晶,刁承泰.土地利用结构的生态位分析及可持续发展——以重庆市为例[J].西南大学学报(自然科学版),2005(2): 10-15.

[5] 朱春全.生态位态势理论与扩充假说[J].生态学报,1997,17(3): 324-332.

[6] 牛海鹏.耕地生态位及其数学测度模型构建研究[J].水土保持研究,2006,3(13):11-14.

[7] 陈英,张仁陟,陈蓓等.土地利用生态位理论构建与应用[J].干旱区地理，2010,33(5)：791-800.

责任编辑：刘海涛

Analyzing Changes of Agricultural Land Based on the Niche Theory in Jianghuai Watershed of Anhui Province

Li YangBing, Wang Qiulong

Land Niche theory is one of powerful tools to study the laws of succession of land ecological system. It could not only clearly measure the changing situation, direction and speed of land ecosystem among the elements of the land ecosystem, but also reflect the succession and development of the whole system. By constructing the model of niche theory, this paper analyzes the change process of agricultural landuse from 1998 to 2013 in Jianghuai watershed. The results show that: (1) Difference of niche situation among all sorts of land type does not significantly change; the farmland ecosystem diversity does not significantly increase; land use structure is still not reasonable. These affect the ecological environment protection in Jianghuai watershed; (2) Niche competition is not obvious in the area of each type of agricultural land, relatively stable system. Change of agricultural land is mainly manifested in the garden, among other agricultural land and cultivated land, wood land, grass land and weak ecological niche competition. Ecological niche is continuously compressed, and farmland is transferring to other types of land outside ecological system; (3) After 15 years development, farmland ecological system is currently in the stable stage. But the latent crisis is the contradiction between cultivated and garden land; (4) We must adjust the structure of agricultural production, improve the niche of ecological protection function, such as the garden land, woodland etc. Moreover we should appropriately reduce the niche of cultivated land to increase the ecological diversity. The results provide the theory basis of adjusting agricultural production structure and development direction for the comprehensive treatment and protection of Jianghuai watershed in Anhui province.

Niche Theory; agricultural land; Jianghuai watershed; Anhui province

TU981

A

1673-1794(2016)05-0014-04

李养兵，滁州学院地理信息与旅游学院讲师，安徽师范大学国土资源与旅游学院博士研究生(安徽 芜湖 241003)；王秋龙，滁州学院地理信息与旅游学院(安徽 滁州 239012)。

安徽省哲学社科规划项目(AHSKY2014D20)

2016-02-03