3.2.1 功能结构转型
运用ArcGIS分别获得延边州2000—2010年以及2010—2020年土地利用转移矩阵,通过该矩阵分析功能用地间内部转换情况,明确其相互转化的数量和方向,最终得出延边州2000—2020年土地利用功能结构转型特征如下:
(1)2000—2010年,农业生产用地降幅最大,城镇和农村生活用地略有增加,林地和牧草生态用地显著增加。生产用地中,农业生产用地由林地生态用地转入,比例为21.91%; 工矿生产用地转为林地生态用地,转移比例为17.94%。生态用地中,林地生态用地转移面积占比较小; 有572.84 km2牧草生态用地和220.95 km2其他生态用地主要转化为林地生态用地; 水域生态用地由农业生产用地转入比例为26.23%。生活用地的增加由农业生产用地转入比例为47.21%(表3)。
表2 2000-2020年延边州各功能用地面积变化km2
表3 2000-2010年延边州地区土地利用变化转移矩阵km2
(2)2010—2020年,林地生态用地降幅最大,生活用地持续增加,农业生产用地显著增加。生产用地中,林地生态用地的转入是农业生产用地增加的主要来源,比例为21.76%; 工矿生产用地变化不明显。生态用地中,有1 409.11 km2林地生态用地转换为农业生产用地; 林地生态用地转入其他生态用地,其转移比例为20.87%。生活用地的主要转入来源是农业生产用地,由其转入城镇和农村生活用地面积分别为33.66,28.75 km2(表4)。
3.2.2 功能空间转型
以延边州县级行政区为基本单元,运用ArcGIS获取2000—2020年延边州各功能用地重心动态转移图(图1)。
生产用地中,2000年农业、工矿生产用地重心分别位于几何重心西北部、东南部。2000—2020年,农业生产用地重心持续向西北偏移13.69 km,空间分布不均衡有所加剧; 工矿生产用地重心前期向西南偏移34.04 km,后期向西北偏移26.83 km,空间分布不均衡性有所减少。
表4 2010-2020年延边州地区土地利用变化转移矩阵km2
生态用地中,2000年水域和其他生态用地重心都位于几何重心西北部,林地、牧草生态用地重心分别位于几何重心南部和西南部。其中,林地生态用地重心偏移较小,水域生态用地重心先向东南偏移22.67 km,再向西南偏移16.05 km,两者空间分布不均衡性均有所加剧; 其他生态用地重心在研究期间持续向东南偏移18.46 km,空间分布不均衡略微缓和; 2010年牧草生态用地重心较2000年向东南偏移了23.08 km,2020年向东偏移7.51 km,空间分布不均衡呈现出先缓和后加剧趋势。
图1 2000-2020年延边州各功能用地重心动态转移
生活用地重心均位于几何重心东部。城镇生活用地重心先向西南偏移3.62 km,再向东偏移6.61 km,其中延吉市和敦化市城镇用地面积明显高于州内其他区域,但由于延边州地区区域整体经济发展活力欠缺,城镇生活用地面积增幅较小; 2000—2020年农村生活用地重心持续向东北偏移6.17 km,城镇和农村生活用地空间分布不均衡均略微增加。
3.3 生态质量响应
利用ArcGIS对延边州地区2000年、2010年、2020年生态质量指数样本数据进行统计,结果显示其接近正态分布,且具有空间相关性,适用于普通克里金插值法[30-31]。通过GS+9.0进行函数拟合,得到生态质量指数拟合结果(表5)。基台值从2000年的0.029 8增加至2020年的0.034 2,显示出该地区生态质量空间分布不均匀,且不断加剧。2000年、2010年、2020年的块金基台比值在0.7~0.8浮动,总体比较稳定,表明EV的相关性中等。可决系数R2都在0.95以上,且残差值较小,表明该拟合结果可靠。
因此,本研究中采用普通克里金插值法,选取球形模型为半变异函数模型。并将插值结果分为5级[32],即高质量区(EV>0.75)、较高质量区(0.6<EV≤0.75)、中质量区(0.45<EV≤0.6)、较低质量区(0.30<EV≤0.45)和低质量区(EV≤0.30)。
3.3.1 生态质量结构变化特征
延边州总体生态质量指数明显下降,从2000年的0.789下降至2020年的0.772,表明区域内生态质量不断恶化。2000—2020年,随着生活用地的不断扩大,低和较低质量区面积不断增加,低质量区占研究区总面积比例从2.65%增长至4.72%,年均增长面积为44.83 km2; 较低质量区占研究区总面积比例从3.46%增长至5.77%,年均增长面积为50.03 km2; 中质量区面积持续减少,前期变化剧烈后期变化逐渐平缓; 较高质量区面积占比变化不大,整体上显示出小幅增加; 高质量区面积持续减少,且是面积变化最剧烈的区域,占研究区面积比例从72.94%下降至69.25%,年均减少面积为79.75 km2(表6)。
表6 2000-2020年延边州生态质量等级面积变化
3.3.2 生态质量空间差异分析
从附图7可以看出,研究期间,延边州地区生态质量的低质量区和较低质量区主要集中分布在敦化市中部、和龙市北部、延吉市南部以及珲春市西南部地区,该区域内以农业生产用地和城镇生活用地为主。中质量区和较高质量区主要集中分布在敦化市、图们市、安图县中部以及汪清县西南部地区,其中较高质量区地类主要为林地生态用地和农业生产用地,中质量区地类主要是其他生态用地和农业生产用地。而高质量区广泛分布在延边州范围内,是分布最为广泛的类型区,其地类主要是林地生态用地且占高质量区面积90%以上。
分析结果得出,延边州生态质量的时空变化特征与政府政策、城市化进程、农业现代化保持高度一致性。2000—2010年,由于国家颁布的“退耕还林”政策以及该地区城市化进程较慢,社会经济发展水平低,导致大量的农业种植土地转变为林地生态保护用地,较高质量区面积有所增加,低质量区面积变化不显著。2010—2020年,由于城市化进程的加快以及经济的发展,城镇化建设不断扩大,人口规模增加,需要增加农作物的种植以满足人们的粮食需求,最终导致农业生产用地和生活用地的增加,其表现为低和较低质量区面积增加,高质量区面积大幅减少。
3.3.3 功能用地转型对生态质量影响分析
通过分析2000—2020年延边州功能用地转型生态贡献率,获取其生态质量响应规律,得到表7。
可以看出,2000—2010年农业生产用地被大量的林地生态用地占用是延边州生态质量改善的主要原因,占生态贡献率的66.01%。农业生产用地转换成牧草、其他和水域生态用地也对生态质量改善具有一定积极作用,三者共计占生态贡献率的14.29%。而生态质量恶化的主要原因是林地生态用地被开发为农业生产用地,占生态贡献率的66.66%。此外,林地生态用地转化成牧草、其他和水域生态用地也加剧了生态质量的恶化,三者共计占生态贡献率的18.30%。2010—2020年各功能用地转型对生态质量的影响与前期基本相同。总的来说,延边朝鲜族自治州土地利用转型过程中同时存在生态质量改善和恶化两种趋势,生态质量改善小于恶化,总体上生态质量恶化趋势加大。