寧夏鹽池縣土地利用轉(zhuǎn)型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估

楊亞芳，何杰，劉振滄，韓俊

(寧夏大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，寧夏 銀川 750001)

土地利用轉(zhuǎn)型即在一定自然環(huán)境及社會(huì)經(jīng)濟(jì)變化下，轉(zhuǎn)變成與社會(huì)經(jīng)濟(jì)相適應(yīng)的土地利用形態(tài)，其轉(zhuǎn)型會(huì)受到自然及人為因素的影響[1-3]。伴隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，區(qū)域環(huán)境惡化、國(guó)土空間開(kāi)發(fā)不合理等現(xiàn)象隨之出現(xiàn)，在長(zhǎng)期的水土流失、土地盲目開(kāi)發(fā)、荒漠化等影響下，我國(guó)區(qū)域“生產(chǎn)-生活-生態(tài)”空間結(jié)構(gòu)比例不均衡，生態(tài)問(wèn)題日漸突出[4-7]。

因此，合理科學(xué)利用國(guó)土資源成為專家學(xué)者們研究的熱點(diǎn)，從三生空間視角出發(fā)分析區(qū)域內(nèi)土地利用轉(zhuǎn)型及其引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變動(dòng)，能夠客觀反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的安全狀況及人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響程度，在發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，推進(jìn)生態(tài)環(huán)境優(yōu)化并確保生態(tài)安全。

近年來(lái)，專家學(xué)者基于不同的專業(yè)背景及研究視角，對(duì)土地利用轉(zhuǎn)型及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了廣泛的研究[8-9]。目前，從三生空間轉(zhuǎn)型視角對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的研究鮮見(jiàn)，相關(guān)研究主要有戴文遠(yuǎn)等[10]基于三生空間功能轉(zhuǎn)型的特征對(duì)福州新區(qū)生態(tài)環(huán)境響應(yīng)規(guī)律進(jìn)行研究；楊清可等[11]分析了長(zhǎng)三角核心區(qū)三生土地利用主導(dǎo)功能轉(zhuǎn)型及其對(duì)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)造成的影響；張蕾等[12]解析了營(yíng)口市城市化過(guò)程中三生用地轉(zhuǎn)型所引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間格局的變化；秦方[13]針對(duì)城市化過(guò)程中三生用地轉(zhuǎn)型對(duì)河南新鄭市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空格局變化進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)相關(guān)研究梳理可看出研究多偏重于省域及市域，受到區(qū)域尺度的局限性，因此本文從縣域三生空間轉(zhuǎn)型視角出發(fā)研究生態(tài)服務(wù)價(jià)值的變化。

寧夏鹽池縣作為典型的北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)是我國(guó)重要的生態(tài)安全屏障，生態(tài)脆弱性明顯，對(duì)自然環(huán)境變化及人為活動(dòng)較為敏感，自我修復(fù)能力較弱，因此也被作為研究全球變化的重要參照[14-15]。

綜上所述，在穩(wěn)定發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)鹽池縣“生產(chǎn)-生活-生態(tài)”空間協(xié)調(diào)發(fā)展成為亟需解決的問(wèn)題。本文基于2000—2019年五期遙感影像從三生視角出發(fā)，構(gòu)建三生空間分類體系，并利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣及程度綜合指數(shù)法定量分析三生用地轉(zhuǎn)型趨勢(shì)，進(jìn)一步以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行分析研究，以期為鹽池縣土地均衡利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供參考和借鑒。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

鹽池縣是我國(guó)西北內(nèi)陸地區(qū)，位于寧夏回族自治區(qū)東部，介于北緯37°07′～38°10′，東經(jīng)106°30′～107°47′，地處陜、甘、寧、蒙四省區(qū)交界處，區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯。鹽池縣屬于典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年溫差及晝夜溫差都較大，干旱少雨蒸發(fā)量大，降水分配不均，地處寧夏中部干旱帶及我國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶，是半干旱至干旱區(qū)，農(nóng)區(qū)至牧區(qū)，草原至荒漠區(qū)的過(guò)渡地帶，生態(tài)環(huán)境較為脆弱。

鹽池縣全縣總面積7130 km2，轄四鄉(xiāng)四鎮(zhèn)，包括高沙窩鎮(zhèn)、花馬池鎮(zhèn)、王樂(lè)井鄉(xiāng)、馮記溝鄉(xiāng)、青山鄉(xiāng)、大水坑鎮(zhèn)、惠安堡鎮(zhèn)、麻黃山鄉(xiāng)。截至2019年底，鹽池縣總?cè)丝?5.85萬(wàn)，全縣實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值90.28億元，生產(chǎn)發(fā)展形勢(shì)較為穩(wěn)定。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

鹽池縣2000、2005、2010、2015及2019年的土地利用數(shù)據(jù)，主要是由Landsat TM及OLI影像為信息源解譯完成，綜合精度均高于90%，能夠滿足本研究的需求。在張紅旗[16]、廖李紅等[17]研究基礎(chǔ)上，依據(jù)《全國(guó)生態(tài)遙感監(jiān)測(cè)土地利用分類體系》及《土地利用現(xiàn)狀分類》，并結(jié)合鹽池縣土地利用結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定鹽池縣三生空間土地分類體系(表1)，基于該體系對(duì)區(qū)域土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯，結(jié)果如圖1所示(審圖號(hào)：寧S[2021]第031號(hào))。

圖1 鹽池縣2000—2019年土地利用類型變化(審圖號(hào)：寧S[2021]第031號(hào))

表1 基于主導(dǎo)功能的三生空間土地分類體系

通過(guò)分析可得，20年間鹽池縣土地利用類型及三生空間結(jié)構(gòu)有明顯變化。根據(jù)三生空間土地分類體系進(jìn)行分析，可看出生態(tài)用地始終占據(jù)重要比重，研究期間波動(dòng)較為穩(wěn)定，占比由2000年的80.1%到2019年84.0%，總變化量為254.4 km2；生產(chǎn)用地面積五期數(shù)據(jù)分別為：1157.1 km2、769.3 km2、855.9 km2、213.4 km2、733.7 km2，受政策及人為因素影響較大；生活用地占比由2000年的2.2%到2019年4.8%，總變化量為169 km2。

1.3 研究方法

1.3.1 三生空間土地利用轉(zhuǎn)型程度模型

土地是一個(gè)復(fù)雜的自然與社會(huì)綜合體，采用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析鹽池縣三生空間土地利用類型轉(zhuǎn)換的方向和數(shù)量，并通過(guò)土地利用程度綜合指數(shù)，能夠較好的分析自然因素及社會(huì)因素對(duì)三生空間土地利用轉(zhuǎn)型的影響及其強(qiáng)度[18]。計(jì)算公式如下：

(1)

公式中，L為研究區(qū)三生空間土地利用程度綜合指數(shù)，Ci為研究區(qū)內(nèi)第i級(jí)土地利用程度土地所占的面積百分比，Ai為研究區(qū)第i級(jí)土地利用程度分級(jí)指數(shù)，借鑒楊述河等[19]的研究，依據(jù)土地利用類型受人為干擾的程度進(jìn)行分級(jí)，受人為干擾程度越高分級(jí)指數(shù)則越高。因此在原分級(jí)指數(shù)基礎(chǔ)上結(jié)合三生空間土地分類體系制定三生空間土地利用程度分級(jí)賦值表(表2)。

表2 三生空間土地利用程度分級(jí)賦值表

ΔL=La-Lb。

(2)

(3)

公式中，ΔL為三生空間土地利用程度變化量，R為土地利用程度變化率，如果ΔL>0或R>0表示該區(qū)域土地利用處于上升發(fā)展時(shí)期；如果ΔL<0或R<0表示該區(qū)域土地利用處于下降衰退期。

1.3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)

人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)中得到利益，引用單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表計(jì)算并評(píng)估區(qū)域土地利用類型不同生態(tài)系統(tǒng)類型單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值。為確保計(jì)算結(jié)果的精確性，當(dāng)量因子表和單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值表直接引用謝高地等[20]部分研究結(jié)果。一個(gè)當(dāng)量因子的價(jià)值為全國(guó)平均糧食單產(chǎn)市場(chǎng)價(jià)格的1/7，由于時(shí)間效應(yīng)下的糧食價(jià)格會(huì)存在波動(dòng)，因此，根據(jù)2000—2019年鹽池縣國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)的農(nóng)作物價(jià)值計(jì)算均值，將鹽池縣糧食價(jià)格定為2.29元·kg-1，得到鹽池縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值為513.9元·km-2，結(jié)合三生空間土地分類體系，將同類型的二級(jí)地類進(jìn)行求和，得到鹽池縣三生空間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)表(表3)，在此基礎(chǔ)上利用生態(tài)服務(wù)價(jià)值分析模型以鹽池縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)為評(píng)價(jià)單元計(jì)算各時(shí)期的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(ESV)，計(jì)算公式如下：

表3 鹽池縣三生空間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù) 元·km-2·a-1

ESV=∑Ai×VCi。

(4)

公式中，ESV為各鄉(xiāng)鎮(zhèn)單位面積上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，i為土地利用類型，Ai為第i種土地利用類型的分布面積；VCi為第i種土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)。

2 結(jié)果及分析

2.1 三生空間土地利用轉(zhuǎn)型程度分析

依據(jù)公式計(jì)算得出鹽池縣2000—2019年土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣(表4)及三生空間土地利用程度(圖2)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行綜合分析。

圖2 鹽池縣2000—2019年土地利用程度綜合指數(shù)

表4 2010—2019年鹽池縣三生空間轉(zhuǎn)移矩陣 km2

2.1.1 土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣分析

土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣(表4)表明，近20年間鹽池縣三生空間土地利用格局變化較為明顯。轉(zhuǎn)移量占主導(dǎo)地位的是生態(tài)用地內(nèi)部二級(jí)類型間的轉(zhuǎn)化，達(dá)到4 909.9 km2。除內(nèi)部轉(zhuǎn)化外，生產(chǎn)用地減少943.6 km2，生活用地增加139.4 km2，生態(tài)用地增加804.1 km2。其中，生產(chǎn)用地向生態(tài)用地的轉(zhuǎn)移達(dá)到1 033.9 km2，占總轉(zhuǎn)移量的68.25%，主要是退耕還林、退耕還草；其他轉(zhuǎn)移量占比由大到小依次為：生態(tài)用地轉(zhuǎn)向生活用地230.0 km2，生活用地轉(zhuǎn)向生態(tài)用地110.6 km2，生態(tài)用地轉(zhuǎn)向生產(chǎn)用地110.5 km2，生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)向生活用地25.0 km2。

2.1.2 土地利用綜合程度分析

從鹽池縣2000—2019年土地利用程度變化來(lái)看，綜合指數(shù)介于110～130之間，呈“W”型變化趨勢(shì)。

2000—2005年綜合指數(shù)呈減少趨勢(shì)，ΔL值為-8，R值為-0.07，均小于0，表示該階段鹽池縣土地利用處于衰退期，這五年是退耕還林及退牧還草政策實(shí)施的初期，在政策的影響下，生態(tài)用地增加明顯，造成與生活用地、生產(chǎn)用地間的不協(xié)調(diào)，綜合利用率較低；2005—2010年綜合指數(shù)呈上升趨勢(shì)，ΔL值為13，R值為0.10，均大于0，表明在該階段鹽池縣土地利用處于發(fā)展期，鹽池縣2005年出現(xiàn)大旱，生態(tài)環(huán)境惡劣，農(nóng)戶為滿足自身生活生產(chǎn)需要，導(dǎo)致生態(tài)用地轉(zhuǎn)出；2010—2015年綜合指數(shù)呈下降趨勢(shì)，ΔL值為-17，R值為-0.15，均小于0，由于2011年鹽池縣政府實(shí)施的草原獎(jiǎng)勵(lì)補(bǔ)助政策，極大增強(qiáng)了農(nóng)戶退耕、退牧的意愿；2015—2019年綜合指數(shù)呈上升趨勢(shì)，ΔL值為17，R值為0.13，均大于0，在此期間鹽池縣土地利用處于發(fā)展期，政府發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)及綠色經(jīng)濟(jì)，提高對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)意識(shí)，使得鹽池縣達(dá)到中等可持續(xù)發(fā)展階段。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分析

根據(jù)公式(4)計(jì)算出鹽池縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)2000—2019年三生空間空間類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(表5～表9)，并對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空變化特征進(jìn)行分析。

表5 2000年鹽池縣三生空間生態(tài)服務(wù)價(jià)值 萬(wàn)元

2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)間變化分析

根據(jù)結(jié)果可得鹽池縣2000—2019年三生空間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈“N”型變化趨勢(shì)，但總量變化波動(dòng)不大，研究階段生態(tài)用地的貢獻(xiàn)率始終占重要比重。

2000—2005年階段，生態(tài)服務(wù)價(jià)值由11 838.29萬(wàn)元增加至12 606.68萬(wàn)元，由于退耕還林政策的影響，使得生態(tài)用地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值由11 131.14萬(wàn)元增加至12 137.26萬(wàn)元，極大的提高了鹽池縣的生態(tài)效益；2005—2015年階段，生態(tài)服務(wù)價(jià)值持續(xù)下降，由2005年的12 606.68萬(wàn)元減少至2010年的11 640.71萬(wàn)元，到2015年降至10 749.40萬(wàn)元，此階段由于大旱等極端氣候原因，使得生態(tài)用地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值顯著減少，由12 137.26萬(wàn)元減少至10 615.10萬(wàn)元；2015—2019年階段，生態(tài)服務(wù)價(jià)值由10 749.40萬(wàn)元增加至12 179.84萬(wàn)元，與當(dāng)?shù)氐木G色經(jīng)濟(jì)發(fā)展有密切關(guān)系，生態(tài)用地轉(zhuǎn)入量增多，使三生空間分配更加協(xié)調(diào)。

表6 2005年鹽池縣三生空間生態(tài)服務(wù)價(jià)值 萬(wàn)元

表7 2010年鹽池縣三生空間生態(tài)服務(wù)價(jià)值 萬(wàn)元

表8 2015年鹽池縣三生空間生態(tài)服務(wù)價(jià)值 萬(wàn)元

表9 2019年鹽池縣三生空間生態(tài)服務(wù)價(jià)值 萬(wàn)元

2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間變化分析(圖3)

對(duì)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間差異進(jìn)行分析，利用ArcGIS軟件空間分析方法將結(jié)果分為5級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)，得出2000—2019年鹽池縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)服務(wù)價(jià)值結(jié)果分級(jí)圖(圖3)(審圖號(hào)：寧S[2021]第031號(hào))。

圖3 鹽池縣2000-2019年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分區(qū)(審圖號(hào)：寧S[2021]第031號(hào))

在圖3中將各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分為5級(jí)，分別是低(ESV<1 000萬(wàn)元)、較低(1 000萬(wàn)元2 000萬(wàn)元)。

在研究期間，麻黃山鄉(xiāng)與青山鄉(xiāng)始終處于低或較低的等級(jí)，南部的麻黃山鄉(xiāng)為水土流失嚴(yán)重的黃土高原丘陵區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，青山鄉(xiāng)區(qū)域內(nèi)土質(zhì)為鹽土，且水資源短缺，均不利于植物生長(zhǎng)。

該區(qū)域應(yīng)以生態(tài)保護(hù)為前提，因地制宜發(fā)展草畜產(chǎn)業(yè)，同時(shí)應(yīng)注重發(fā)揮區(qū)位優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)與臨近區(qū)域的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系，從而提高經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的合理性；馮記溝鄉(xiāng)、高沙窩鎮(zhèn)、王樂(lè)井鄉(xiāng)、惠安堡鎮(zhèn)、大水坑鎮(zhèn)長(zhǎng)時(shí)間處于中或較高等級(jí)，這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)地勢(shì)相對(duì)平緩，土壤多為灰鈣土、黑壚土，適合草地草場(chǎng)的形成，生態(tài)效益較高；花馬池鎮(zhèn)長(zhǎng)時(shí)間處于高等級(jí)水平，該區(qū)域作為鹽池縣的政府駐地具有優(yōu)勢(shì)，三生空間協(xié)調(diào)度較高，在發(fā)展中應(yīng)注重保障生態(tài)安全，充分優(yōu)化土地資源配置。

綜上所述，鹽池縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展中存在地域差異性，地方政府應(yīng)因地制宜，在發(fā)展產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上注重生態(tài)環(huán)境，改善居民生活環(huán)境，提升基礎(chǔ)服務(wù)，充分發(fā)揮區(qū)域特色，發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)，使區(qū)域三生空間功能更加協(xié)調(diào)，土地資源得到合理配置，土地利用空間結(jié)構(gòu)更合理。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

本研究利用遙感和GIS相關(guān)知識(shí)技術(shù)，借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，從土地利用的三生空間功能視角出發(fā)，構(gòu)建鹽池縣三生空間土地分類系統(tǒng)，通過(guò)土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣、土地利用綜合程度指數(shù)及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)方法對(duì)2000—2019年鹽池縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行分析，結(jié)果表明：

(1) 2000—2019年，鹽池縣三生用地轉(zhuǎn)型主要表現(xiàn)為生產(chǎn)用地的轉(zhuǎn)出，生活用地的穩(wěn)定，生態(tài)用地的轉(zhuǎn)入。除生態(tài)用地內(nèi)部二級(jí)類型間的轉(zhuǎn)化外，生產(chǎn)用地向生態(tài)用地的轉(zhuǎn)移在總轉(zhuǎn)移量中占主導(dǎo)地位(68.25%)，轉(zhuǎn)移量達(dá)1 033.9 km2。

(2) 研究期間鹽池縣土地利用綜合指數(shù)介于110～130之間，2000—2005年、2010—2015年ΔL值與R值均小于0，在這兩個(gè)階段該區(qū)域土地利用處于衰退期；2005—2010年、2015—2019年ΔL值與R值均大于0，在此階段土地利用處于發(fā)展期。

(3) 2000—2019年鹽池縣三生空間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈“N”型變化趨勢(shì)，分別為11 838.29萬(wàn)元、12 606.68萬(wàn)元、11 640.71萬(wàn)元、10 749.40萬(wàn)元、12 179.84萬(wàn)元。其中生態(tài)用地的服務(wù)價(jià)值增加了536.04萬(wàn)元，貢獻(xiàn)率始終占重要比重。在近五年內(nèi)，該區(qū)域三生空間用地協(xié)調(diào)性增強(qiáng)，生態(tài)效益不斷提高。

(4) 鹽池縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值存在差異，與自然環(huán)境及土地利用轉(zhuǎn)型有極大的關(guān)系，生態(tài)用地的貢獻(xiàn)率占比最大。鹽池縣南部的麻黃山鄉(xiāng)與青山鄉(xiāng)自然環(huán)境脆弱，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值水平較低；花馬池鎮(zhèn)是縣政府駐地，三生用地協(xié)調(diào)度較高，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值處于較高水平；縣域西部四個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)處于中等水平。

3.2 討論

研究中方法的確定及結(jié)果的分析均具有合理性與正確性，基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值基礎(chǔ)上確定鹽池縣三生空間生態(tài)服務(wù)價(jià)值，分析時(shí)空演變結(jié)果與前期學(xué)者的研究結(jié)果相一致，研究結(jié)果為鹽池縣及類似的北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供參考和借鑒。

研究并未對(duì)區(qū)域土地利用轉(zhuǎn)型驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行深入研究，后續(xù)研究中需進(jìn)一步基于區(qū)域性，以不同空間、時(shí)間尺度來(lái)探討鹽池縣土地利用轉(zhuǎn)型的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，更好的揭示并解決相關(guān)問(wèn)題，并進(jìn)一步完善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估體系，進(jìn)行更精準(zhǔn)的評(píng)估。