干旱區(qū)生態(tài)移民空間遷移特征與生態(tài)影響
——以甘肅省古浪縣為例

張 偉， 周 亮， 孫東琪， 胡鳳寧

（1.蘭州交通大學建筑與城市規(guī)劃學院，甘肅 蘭州 730070；2.蘭州交通大學測繪與地理信息學院，甘肅 蘭州730070；3.中國科學院地理科學與資源研究所，北京 100101）

生態(tài)文明建設和鄉(xiāng)村振興是關系著中華民族發(fā)展的千年大計，而干旱區(qū)生態(tài)移民是中國生態(tài)保護和鞏固脫貧攻堅成果至關重要的一環(huán)。生態(tài)移民空間遷移和生態(tài)環(huán)境影響，激發(fā)生態(tài)移民生計活力及其可持續(xù)發(fā)展，這是中國扶貧時代成功的關鍵［1］。生態(tài)移民不僅可以減少人類活動對生態(tài)環(huán)境的持續(xù)破壞，還有利于移民遷出地生態(tài)系統(tǒng)的恢復和重建，這對改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有重要意義［2］。1985年聯(lián)合國環(huán)境署將生態(tài)移民定義為：由于生存環(huán)境崩潰導致人民生活質量受到嚴重影響，甚至對生命產(chǎn)生威脅而必須遷移的人［3］。國內學者不僅將生態(tài)移民看作是一種調整生態(tài)系統(tǒng)服務供給與需求空間不匹配的有效措施［4］，還認為生態(tài)移民工程是中國有效減貧和緩解人與生態(tài)環(huán)境矛盾的關鍵舉措［5］。

已有研究針對不同的生態(tài)移民地區(qū)，采用不同的研究視角，運用多元的分析方法對生態(tài)移民進行探究。研究區(qū)聚焦在三峽庫區(qū)［6］、三江源自然保護區(qū)［7-8］和寧夏紅堡寺區(qū)［9-10］；研究視角，分別從移民實踐［11-12］、農(nóng)民牧戶［13-14］、空間結構調整和人地耦合出發(fā)［15-16］，對生態(tài)移民政策和移民安置造成的生態(tài)影響進行綜合評價，還借用“文化轉向”范式預測生態(tài)移民地理學的發(fā)展趨勢［17］；采用參與式半結構訪談法和定性聚合法、偏相關分析［18-19］，基于實地調研和問卷調查數(shù)據(jù)［20］，運用GIS技術和Logistic回歸模型［21-23］，結合土地利用轉移矩陣、地理探測器等方法［24］，構建多元回歸模型框架分析生態(tài)移民主體的意愿、生計資本與穩(wěn)定性［25］，進而驗證生態(tài)移民政策對移民的綜合影響。而國外學者更多聚焦外來移民對遷入地的經(jīng)濟社會環(huán)境的影響、移民前后心理變化及后續(xù)發(fā)展問題預測［26-27］，但是對移民遷移過程形成的生態(tài)影響研究較少。

縱觀已有研究發(fā)現(xiàn)，國內外學者前期聚焦在生態(tài)移民的安置、生計資本以及對移民政策的響應，后期關注移民對生態(tài)環(huán)境影響預測和移民主體的可持續(xù)發(fā)展，但是對生態(tài)移民的空間遷移特征，以及利用歸一化植被指數(shù)（Normalized difference vegetation index，NDVI）與植被恢復度（Vegetation restoration degree，VRD）等數(shù)據(jù)結合空間分析方法，對干旱區(qū)生態(tài)移民形成的環(huán)境影響研究較為鮮見。因此，文章選取具有干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境敏感特征、移民安置點特殊、移民人數(shù)規(guī)模較大的甘肅省古浪縣，結合NDVI、VRD 等指標與生態(tài)移民內在聯(lián)系，利用統(tǒng)計年鑒、土地利用和MODIS 遙感數(shù)據(jù)，探究2010—2018 年古浪縣生態(tài)移民遷移的時空特征及生態(tài)影響，以期為干旱區(qū)鄉(xiāng)村振興和生態(tài)環(huán)保等相關部門提供政策制定的科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

古浪縣位于河西走廊東段，地處甘肅省中部，地理位置介于37°09′～37°54′N，102°38′～103°54′E之間，縣域內包含祁連山國家生態(tài)公園沿線，是國家筑牢西部生態(tài)安全屏障的關鍵。全縣地勢南高北低，海拔1583～3703 m（圖1），坡度0～65.72°，平均氣溫5.6 ℃，年降水量約300 mm，屬于典型的西北干旱區(qū)，截至2020 年，全縣國土總面積5046 km2。文章按照研究區(qū)地理位置和《古浪縣2018—2035總體規(guī)劃》將生態(tài)移民區(qū)域劃分為整體移民區(qū)（鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口全部搬遷）、核心移民區(qū)（鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口部分搬遷）、移民安置區(qū)（鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口遷入?yún)^(qū)域），其中整體移民區(qū)包含縣域內橫梁鄉(xiāng)、干城鄉(xiāng)、新堡鄉(xiāng)，核心移民區(qū)包含縣域內十八里堡鄉(xiāng)、黃羊川鎮(zhèn)、黑松驛鎮(zhèn)、定寧鎮(zhèn)、裴家營鎮(zhèn)、民權鎮(zhèn)、古豐鎮(zhèn)、大靖鎮(zhèn)，移民安置區(qū)包含縣域內黃花灘鎮(zhèn)和西靖鎮(zhèn)。

圖1 研究區(qū)示意圖Fig.1 Diagram of the study area

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)收集與處理

（1）遙感數(shù)據(jù)來源于中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心(http://www.gscloud.cn)提供的中國地區(qū)多時相MODIS NDVI 合成產(chǎn)品，數(shù)據(jù)空間分辨率為250 m，時間分辨率為16 d。根據(jù)研究區(qū)的植被物候特征，7—9 月是該區(qū)域植被區(qū)系的生長季節(jié)，因而比其他月份能夠更好地反映植被真實狀態(tài)。文章采用綜合程序計算每個月的NDVI 值，將每年7—9 月的各月NDVI 合成值計算當年生長季節(jié)的NDVI 平均值，該平均值用于表示2010、2015、2018年地表植被覆蓋程度。在ENVI 5.3 軟件中對3 期MODIS 遙感影像分析處理，數(shù)據(jù)結果均在0～1之間，數(shù)據(jù)精度均達到研究要求。

（2）土地利用數(shù)據(jù)來源于中國科學院資源與環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心（http://www.resdc.cn），土地利用分類參照2019 年中科院土地利用/覆蓋變化分類標準。文章使用了2010、2015、2018 年3 個時段的數(shù)據(jù)，分辨率為30 m，并結合古浪縣土地利用現(xiàn)狀特點，按照區(qū)分差異性、歸納共同性的方法，將研究區(qū)分為耕地、林地、草地、水域、建設用地、未利用地，共6 種土地利用類型，并在ArcGIS 10.5 軟件支持下結合現(xiàn)場實地調查采樣進行矯正處理。同時，利用Google Earth 軟件對土地利用分類結果進行目視驗證，結果顯示3 期分類數(shù)據(jù)的Kappa 系數(shù)均大于0.86，符合研究要求。

（3）社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于古浪縣統(tǒng)計局提供的2010—2019年統(tǒng)計年鑒、易地扶貧搬遷工程和生態(tài)移民資料，其中包含古浪縣域內各鄉(xiāng)鎮(zhèn)常住人口、生態(tài)移民搬遷人數(shù)、安置點信息等數(shù)據(jù)，在ArcGIS 10.5 軟件和Origin 2021 軟件的輔助下，對研究區(qū)生態(tài)移民遷移人數(shù)、路線和環(huán)境變化進行可視化處理。

2.2 研究方法

2.2.1土地利用轉移矩陣 土地利用轉移矩陣全面而又具體地反映區(qū)域土地利用變化的結構特征，同時能體現(xiàn)人類活動所導致的土地利用變化方向［28］。該方法來源于系統(tǒng)分析中對系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)轉移的定量描述，在一定時間間隔下，一個亞穩(wěn)定系統(tǒng)從T時刻向T+1 時刻狀態(tài)轉化的過程，因此可以更好地揭示土地利用格局的時空變化過程，其數(shù)學表達形式為：

式中：S為面積（km2）；n為土地利用的類型數(shù)；i、j分別為研究期初與研究期末土地利用類型。

2.2.2土地利用動態(tài)度 對不同用地類型而言，土地利用變化對人類活動的響應主要體現(xiàn)在土地利用變化的速度、轉移方向和土地利用程度3個方面，其變化程度和速率隨著不同的人類活動產(chǎn)生不同的改變［28］。因此，可以用土地利用動態(tài)度來分析單一土地利用數(shù)量變化［29］。其計算公式為：

式中：K為研究時段內某一土地利用類型動態(tài)度；Ua和Ub分別為研究初期和末期某一土地利用類型的面積（km2）；T為研究時段。

2.2.3歸一化植被指數(shù)（NDVI） NDVI是遙感影像中紅色和近紅外波段差值的歸一化比值，它是反映研究區(qū)植被狀況的一個重要遙感參數(shù)，是植被生長狀態(tài)和植被空間分布密度的指示因子，與植被分布密度呈線性相關［30-32］。該指數(shù)通過植被在不同波長上輻射反射的差異來識別健康和稀疏的植被區(qū)域。與稀疏植被相比，健康茂密植被會反射更多的近紅外輻射，最健康林地的NDVI 值接近1，而裸地的值接近0。其計算公式為：

式中：NIR 為近紅外波段DN 值；R為MODIS 數(shù)據(jù)中的紅色波段DN值。

2.2.4植被恢復度（VRD） 植被指數(shù)是衡量生態(tài)恢復的有效指標，也是用來衡量生態(tài)恢復狀況的有力證據(jù)，而植被恢復是生態(tài)恢復的主要內容，是生態(tài)恢復的關鍵步驟［33］。VRD 是指一定時期內植被恢復的程度，值越高表示植被恢復的越好，VRD 是使用不同時間段的NDVI平均值計算的［34］。其計算公式為：

式中：VRD 為植被恢復度；NDVIT1為初始時段T1植被狀況；NDVIT2為時段T2植被狀況。

3 結果與分析

3.1 生態(tài)移民的空間遷移特征

研究區(qū)2010—2018 年生態(tài)移民人數(shù)在時間上呈現(xiàn)先快速上升再緩慢增加的趨勢，在空間上呈現(xiàn)地勢由高到低、交通導向和空間聚集特征（圖2）。古浪縣在2010—2015年實行“政府引導，自愿報名”的政策，將全縣13個貧困鄉(xiāng)鎮(zhèn)中3.47×104人從坡度接近60°的南部整體移民區(qū)和核心移民區(qū)向北部坡度接近0 的移民安置區(qū)轉移；2015—2018 年古浪縣政府落實“兩不愁三保障”脫貧政策，將南部山區(qū)自然條件惡劣，生產(chǎn)生活條件落后的2.77×104人集中安置在地勢平坦、交通便利等生活條件較好的北部移民安置區(qū)，這也盡可能減少自然地質災害對人民生命安全的威脅。同時，人口也從原來相對分散的村莊向集中連片的移民安置點有序遷移，進而有利于全縣土地資源的綜合集中利用。

圖2 古浪縣生態(tài)移民空間遷移示意圖Fig.2 Spatial migration diagram of ecological migration in Gulang County

研究區(qū)2010—2018 年各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)移民人數(shù)共計6.24×104人，約占全縣常住人口的20.20%，其中貧困人口占搬遷人數(shù)的76.40%（圖3）。移民安置區(qū)的黃花灘鎮(zhèn)共遷入生態(tài)移民4.47×104人，占全縣總搬遷人數(shù)的71.63%，其中貧困人數(shù)共遷入4.12×104人，占黃花灘鎮(zhèn)移民安置總人數(shù)的92.17%；西靖鎮(zhèn)共遷入生態(tài)移民1.77×104人，占全縣總搬遷人數(shù)的28.37%，其中貧困人數(shù)共遷入0.65×104人，占西靖鎮(zhèn)移民安置總人數(shù)的36.72%。研究區(qū)實施的生態(tài)移民工程不僅保護了南部遷出區(qū)及祁連山國家公園沿線的生態(tài)環(huán)境，還改善了北部移民安置區(qū)原有的生態(tài)環(huán)境，而且在很大程度上降低了南部山區(qū)貧困人口比例，同時按照“規(guī)?；^(qū)域性、多品種、高效益”的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向走出了一條脫貧致富的生態(tài)移民新路徑，這對國家鄉(xiāng)村振興和生態(tài)保護工程有很好的借鑒價值。

圖3 2010—2018年古浪縣生態(tài)移民人數(shù)Fig.3 Number of ecological immigrants in Gulang County from 2010 to 2018

3.2 生態(tài)移民的生態(tài)影響分析

3.2.1生態(tài)移民對土地利用變化影響 研究期間古浪縣生態(tài)移民對土地利用面積變化和動態(tài)度有顯著影響（表1）。在整體移民區(qū)，耕地和水域面積呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，草地、未利用地面積呈現(xiàn)先下降再上升的“V”型變化趨勢，林地面積呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢；從動態(tài)度來看，2015—2018 年整體移民區(qū)林地變化顯著，面積從2.44 km2減小到0.68 km2，動態(tài)度為24.10%，這可能是一部分質量較差的林地由于缺少人工養(yǎng)護和自然干旱導致其面積減小，進而影響局部地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。在核心移民區(qū)，耕地、林地面積呈現(xiàn)先下降再上升的“V”型變化趨勢，而水域、建設用地、未利用地面積呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢；2010—2015年核心移民區(qū)未利用土地變化最為明顯，面積由0.09 km2增加至4.99 km2，其動態(tài)度高達1050.30%，這是因為生態(tài)移民過程中，人口不斷地向外遷移，核心移民區(qū)的人類活動持續(xù)減少，耕地和草地缺少人工維護，同時對原遷出地危房、舊宅進行拆除，從而導致其面積改變。在移民安置區(qū)，耕地、水域、建設用地面積呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢，林地和未利用地面積呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，而草地面積呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢；從動態(tài)度來看，2010—2015 年建設用地、2015—2018 年耕地和水域動態(tài)度最為明顯，分別為289.63%、66.74%、84.08%，這是因為移民安置區(qū)隨著移民數(shù)量不斷增加，為解決移民住房和溫飽需求，需要開墾草地和部分低質量林地以及未利用地，同時由于農(nóng)業(yè)灌溉和居民生活用水的需要，水域面積也隨之快速增加。隨著人均耕地面積需求不斷加大，以及城市建設和基礎設施的優(yōu)化，生態(tài)環(huán)境在短時間內受到干擾，導致草地和林地面積減少，但后期政府迅速實施的城市綠化、村莊美化政策，極大地提高研究區(qū)植被綠化覆蓋率，從而讓當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境迅速得到改善。

表1 2010—2018年生態(tài)移民期間土地利用面積和動態(tài)度變化Tab.1 Changes of land use area and dynamics during the period of ecological migration from 2010 to 2018

3.2.2生態(tài)移民對土地利用轉移影響 研究區(qū)生態(tài)移民對土地利用變化的影響不僅表現(xiàn)在土地利用類型面積的改變上（表2），而且還體現(xiàn)在不同土地利用類型的相互轉化中（圖4）。研究期間，古浪縣不同移民時段各種土地利用類型之間的轉化存在顯著差異性。從土地利用轉移矩陣上看，2010—2015 年土地利用的轉入量：耕地>草地>未利用地>建設用地>林地>水域；土地利用的轉出量：草地>耕地>未利用地>林地>建設用地>水域。從土地利用轉移面積上看，2010—2015年草地和耕地相互轉化的面積最多，分別為15.47 km2和11.29 km2，這是因為2010—2015 年是古浪縣實施生態(tài)移民搬遷由開始到快發(fā)展時期，主要以北部移民安置區(qū)的住房建設和耕地開墾、南部整體移民區(qū)和核心移民區(qū)退耕還林還草為主要任務，體現(xiàn)在移民遷出區(qū)的耕地主要轉化為草地，移民安置區(qū)的草地和未利用地主要轉化為耕地和建設用地。2015—2018 年土地轉入量：耕地>草地>未利用地>建設用地>林地>水域；土地利用的轉出量：草地>耕地>未利用地>林地>建設用地>水域。從土地轉移面積上看，草地轉化為耕地面積最多，為326.61 km2，同時未利用地轉為草地和耕地面積較為顯著，分別為98.17 km2和67.55 km2，與2010—2015年相比，建設用地轉為耕地面積增加到20.88 km2。這是因為2015—2018 年是古浪縣實施生態(tài)移民搬遷攻堅和穩(wěn)定時期，主要以南部生態(tài)移民搬遷和原宅基地復墾、北部移民安置區(qū)為滿足移民的生活需要，以及落實國家退耕還草還林等生態(tài)保護政策為主，因此耕地轉入量主要以草地、未利用地和建設用地為主，草地轉入量主要以耕地和未利用地為主。

表2 2010—2018年古浪縣土地利用轉移矩陣Tab.2 Land use transfer matrix of Gulang County from 2010 to 2018 /km2

圖4 2010—2018年古浪縣土地利用轉移變化Fig.4 Land use transfer changes of Gulang County from 2010 to 2018

3.2.3生態(tài)移民對NDVI 變化影響 研究區(qū)生態(tài)移民期間NDVI 值在時間上呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢，在空間上表現(xiàn)為南部整體移民區(qū)和核心移民區(qū)增加最大，北部移民安置區(qū)最小值呈現(xiàn)先減小后增加的“V”型趨勢，而最大值呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢（表3）。整體移民區(qū)和核心移民區(qū)的人口向外遷移，人類經(jīng)濟社會活動對自然植被的影響顯著減小，隨著農(nóng)村居民收入多元化、人們生活水平的提升、產(chǎn)業(yè)結構的調整，對耕地等傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)資源的需求和依賴也持續(xù)減小，進而減輕生態(tài)系統(tǒng)的壓力。因此研究區(qū)在生態(tài)移民期間的草地、林地、水域等面積和NDVI呈現(xiàn)快速上升趨勢，生態(tài)環(huán)境也得到相應的改善。與此同時，政府實施退耕還林還草、生態(tài)保護政策，在一定程度上促進了耕地和未利用地轉化為高質量的草地和林地（圖4），所以在2010—2018 年古浪縣全域NDVI 最大值呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢，上升最快的是整體移民區(qū)，從0.52 增長到0.72。移民安置區(qū)2010—2015 年NDVI 最小值卻從0.10 減至0.09，原因可能由于2010—2015 年大規(guī)模將移民遷入安置區(qū)，生活和居住需要造成短時間內生態(tài)環(huán)境的破壞，將部分林地、草地、未利用地轉為建設用地（圖4），從而導致移民安置區(qū)NDVI 最小值減小。整體移民區(qū)和核心移民區(qū)NDVI最小值在2010—2018年呈現(xiàn)上升趨勢，而且核心移民區(qū)增長最為明顯，從0.01 增加到0.15，這是因為2010—2018 年生態(tài)移民搬遷以及相關國家生態(tài)保護政策實施、祁連山國家生態(tài)公園的設立、“兩山理論”的提出，人們保護環(huán)境的意識提高，人類活動對環(huán)境影響快速減少，生態(tài)環(huán)境治理保護工程持續(xù)推進，從而對整體移民區(qū)和核心移民區(qū)的生態(tài)環(huán)境起到顯著的改善作用。

表3 2010—2018年生態(tài)移民期間NDVI變化Tab.3 Changes of NDVI value during the period of ecological migration from 2010 to 2018

3.2.4生態(tài)移民對VRD 變化影響 研究區(qū)生態(tài)移民期間NDVI平均值和VRD在時間上呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢，在空間上表現(xiàn)為南部的整體移民區(qū)和核心移民區(qū)植被快速恢復的趨勢（表4）。研究結果表明：整體移民區(qū)、核心移民區(qū)、移民安置區(qū)在2010—2018 年NDVI 平均值分別從0.19 增加到0.42、0.31增加到0.52、0.16增加到0.28；VRD分別從0.26增加到0.75、0.13 增加到0.49、0.25 增加到0.40。其中2015—2018 年整體移民區(qū)、核心移民區(qū)、移民安置區(qū)VRD 均高于2010—2015 年，且VRD 呈現(xiàn)上升趨勢。一方面是因為隨著電力設施完善，電器產(chǎn)品快速普及，人們減少對傳統(tǒng)木材的依賴，進而減少對樹木的砍伐，有效地保護了生態(tài)環(huán)境［26］，另一方面因為南部遷出區(qū)人口短時間內快速向北部遷移，國家高度重視生態(tài)環(huán)境保護，實施嚴格的環(huán)境保護政策。南部整體移民區(qū)和核心移民區(qū)的植被恢復效果最為明顯（圖5），同時北部的移民安置區(qū)植被恢復整體上也呈現(xiàn)上升趨勢，這就表明易地扶貧搬遷和生態(tài)移民工程在一定程度上對生態(tài)環(huán)境起到有力的保護，國家生態(tài)移民政策的實施對移民遷出地和遷入地的生態(tài)環(huán)境恢復和改善均有明顯效果。

表4 2010—2018年NDVI平均值和植被恢復度變化Tab.4 Changes of NDVI averages and vegetation restoration degree from 2010 to 2018

圖5 2010—2018年生態(tài)移民期間NDVI變化Fig.5 Changes of NDVI during the period of ecological migration from 2010 to 2018

4 結論

本文基于MODIS遙感影像，結合土地利用轉移矩陣、動態(tài)度，計算研究區(qū)土地利用、NDVI 和VRD變化，系統(tǒng)分析了2010—2018年古浪縣生態(tài)移民的時空遷移特征和生態(tài)影響。主要研究結論如下：

（1）研究區(qū)生態(tài)移民遷移在空間上呈現(xiàn)地勢由高到低、交通導向和空間聚集特征。

（2）研究區(qū)耕地和草地面積呈現(xiàn)動態(tài)相互轉化趨勢，北部移民安置區(qū)耕地面積呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢，而草地和林地面積呈現(xiàn)先下降后上升的“V”型趨勢。這是由于安置區(qū)生態(tài)移民持續(xù)遷入，為滿足其基本的生活物質需要，對低質量的草地、林地、未利用地進行一定耕地用途的轉化。

（3）研究區(qū)NDVI 平均值、VRD 在時空上呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢。南部整體移民區(qū)和核心移民區(qū)人口向外持續(xù)遷移，人類經(jīng)濟社會活動對生態(tài)環(huán)境以及耕地、林地、草地等影響持續(xù)減小，同時國家大力倡導生態(tài)文明和“兩山理論”建設，因此研究區(qū)植被和生態(tài)環(huán)境得到很好的保護。

實現(xiàn)區(qū)域綠色、包容、可持續(xù)發(fā)展，需要合理實施包括生態(tài)移民、鄉(xiāng)村振興、生態(tài)修復等一系列舉措［35］。干旱區(qū)生態(tài)移民則是最為直接地改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境的方式之一，其一方面減輕了山區(qū)人口超載的壓力，另一方面將移民安置與荒地、沙漠等低質量土地資源結合，有效地減少人類活動對敏感脆弱生態(tài)環(huán)境的破壞。因此，如何更好地利用生態(tài)移民來改善敏感脆弱區(qū)的生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興，促進農(nóng)村地區(qū)可持續(xù)發(fā)展，也是中國在尋求生態(tài)保護和鄉(xiāng)村振興平衡的時代課題。