隴中黃土丘陵區(qū)土地利用功能時(shí)空演變及影響因素

韋 軍, 李曉丹, 馬麗婭, 閆 敏, 劉學(xué)錄, 王全喜

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院, 蘭州 730070; 2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 蘭州 730070)

黃土丘陵區(qū)是一個(gè)生態(tài)—經(jīng)濟(jì)—社會(huì)系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)合體，生態(tài)平衡、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步三者相互協(xié)調(diào)是生態(tài)文明建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的必由之路[1]。土地作為人類生產(chǎn)和生活的空間和場所，受到不同土地利用方式的影響，其性質(zhì)和功能取決于各要素的綜合作用，黃土丘陵區(qū)由于脆弱的自然條件、長期不合理的土地利用方式、經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后等原因，引起土地利用結(jié)構(gòu)失衡，生態(tài)環(huán)境壓力持續(xù)增加，導(dǎo)致人地矛盾加劇，生態(tài)貧困問題突出。在新時(shí)代生態(tài)文明及鄉(xiāng)村振興大背景下，仍然是制約“美麗中國、生態(tài)甘肅”建設(shè)的主要瓶頸。土地利用方式是區(qū)域生態(tài)環(huán)境與人類活動(dòng)長期相互作用的結(jié)果，它能夠?yàn)闈M足人類多樣化的需求而提供不同的產(chǎn)品和服務(wù)，并直接或間接影響生態(tài)環(huán)境及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，即土地具有多功能性[2-3]。近年來，基于土地多功能視角對土地資源開發(fā)、利用及保護(hù)研究逐漸成為熱點(diǎn)，研究土地利用功能作為認(rèn)知土地利用系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)區(qū)域資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要手段，因此，分析黃土丘陵區(qū)土地利用功能時(shí)空演變規(guī)律及影響因素變化對于優(yōu)化國土空間開發(fā)格局、生態(tài)修復(fù)及脫貧攻堅(jiān)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

多功能研究最早源于農(nóng)業(yè)多功能，在景觀多功能及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)方面成為熱點(diǎn)，隨后擴(kuò)展到土地領(lǐng)域，1999年FAO比較系統(tǒng)的提出土地支撐人類和其他陸地生態(tài)系統(tǒng)等10個(gè)基本功能[4]，但對土地功能概念尚未明確。2004年歐盟SENSOR項(xiàng)目首次提出土地多功能概念，土地利用功能是指不同土地利用方式為人類提供的私人和公共的產(chǎn)品與服務(wù)，主要分為社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境三大功能[5]。Helming和Pérez-Soba等將土地社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境三大功能細(xì)分為就業(yè)、人類健康和娛樂、居住和生產(chǎn)空間等9項(xiàng)子功能，影響較廣[6]。已有研究認(rèn)為，土地功能強(qiáng)調(diào)土地自身具有的功能，主要包括生產(chǎn)、環(huán)境、承載、空間等功能，而土地利用功能更側(cè)重人類因需求對土地產(chǎn)生的利用活動(dòng)，部分國內(nèi)學(xué)者從土地利用結(jié)構(gòu)與土地利用功能存在映射關(guān)系出發(fā)，將土地功能分為生產(chǎn)功能、生活(社會(huì))功能和生態(tài)功能[7-8]。國內(nèi)對于土地利用功能評價(jià)多采用綜合指數(shù)法[9-10]、改進(jìn)TOPSIS法[11-12]、全排列多邊形綜合圖示法等[13]方法，研究尺度多集中于全國、省域、市域等中宏觀行政區(qū)尺度[14-16]。時(shí)空變化研究多采用空間自相關(guān)、GIS空間分析、三角模型等方法[17-20]，影響因素方面，孫丕苓等[21]研究發(fā)現(xiàn)土地利用多功能空間特征與區(qū)域地理位置、自然稟賦、社會(huì)經(jīng)濟(jì)及政策因素等具有顯著相關(guān)性。張一達(dá)等[22]利用地理加權(quán)回歸模型得出甘肅省市域土地利用功能空間差異主要受社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素投入數(shù)量影響?？傮w來看，土地利用功能研究成果豐富，但研究區(qū)多以行政區(qū)域?yàn)橹鳎卣鞒叨妊芯咳狈23]，地域特色顯著的黃土丘陵區(qū)具有明顯的特征尺度，研究其土地利用功能時(shí)空變化規(guī)律及影響因素可為特定區(qū)域土地資源優(yōu)化配置提供參考。

鑒于此，本文根據(jù)土地利用功能內(nèi)涵，基于“三生”視角，將其分為“生態(tài)—生產(chǎn)—生活”功能及6個(gè)二級功能，以隴中黃土丘陵區(qū)27個(gè)縣域?yàn)榛締卧芯客恋乩霉δ苎葑円?guī)律。通過構(gòu)建土地利用功能評價(jià)指標(biāo)體系，采用綜合評價(jià)法對土地利用功能進(jìn)行定量測算，運(yùn)用ArcGIS制圖、核密度估計(jì)方法刻畫土地利用功能時(shí)空格局、揭示其時(shí)序動(dòng)態(tài)演進(jìn)規(guī)律，并利用地理探測器對土地利用功能時(shí)空演變的驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行深入探討，從縣域單元評價(jià)土地利用功能，識(shí)別其區(qū)域差異，旨在為黃土丘陵區(qū)不同區(qū)域土地資源的科學(xué)配置及土地可持續(xù)發(fā)展決策提供可行性依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

隴中黃土丘陵區(qū)是我國黃土高原丘陵溝壑水土保持生態(tài)功能區(qū)的重點(diǎn)區(qū)域，也是甘肅省水土流失最嚴(yán)重的區(qū)域之一，包括第三副區(qū)、第四副區(qū)和第五副區(qū)3個(gè)類型區(qū)。位于甘肅省中部，景泰縣、靖遠(yuǎn)縣以南，六盤山以西，烏鞘嶺以東，橫跨定西、蘭州、白銀、武威、臨夏、甘南6個(gè)市州，共涉及27個(gè)縣區(qū)。該地區(qū)土地利用類型多樣，總土地面積767.94萬hm2，占全省土地總面積的18.03%，其中2017年耕地210.8萬hm2，占全省耕地面積的39.18%，林地121.39萬hm2，占全省林地面積的19.91%，建設(shè)用地33.77萬hm2，占全省建設(shè)用地面積的32.15%。2017年區(qū)域常住人口829.33萬，占全省總?cè)丝诘?1.78%，國內(nèi)生產(chǎn)總值占全省的18.16%，2009—2017年GDP年均增長12.23%。黃土丘陵區(qū)地形破碎，生態(tài)環(huán)境脆弱，但隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，生產(chǎn)生活需求對生態(tài)環(huán)境壓力驟增，生態(tài)保護(hù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展之間的矛盾亟待解決。因此，開展黃土丘陵區(qū)土地利用功能演變研究具有典型性及重要現(xiàn)實(shí)意義。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文選擇2009—2017年為研究時(shí)段，所用數(shù)據(jù)主要來源：(1) 土地利用數(shù)據(jù)。來自2009—2017年各區(qū)縣土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫，土地利用現(xiàn)狀分類包括：耕地、園地、林地、草地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地、水域及水利設(shè)施用地及其他土地。(2) 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。主要來自《甘肅發(fā)展年鑒》、《甘肅農(nóng)村年鑒》、《中國縣域統(tǒng)計(jì)年鑒》(2010—2018年)，主要獲取人口、GDP、農(nóng)業(yè)等方面數(shù)據(jù)。(3) 其他缺失數(shù)據(jù)。針對個(gè)別年份缺失數(shù)據(jù)則按照年均增長率等推算整理獲取。

2 研究方法

2.1 土地利用功能及其評價(jià)指標(biāo)體系

滿足人類多元化的需求是土地資源開發(fā)利用的最終目的，也是土地利用功能的本質(zhì)體現(xiàn)，十八大報(bào)告提出“促進(jìn)生產(chǎn)空間集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀”的國土空間優(yōu)化目標(biāo)。因此，本文基于“三生”視角，將土地利用功能分為生態(tài)功能、生產(chǎn)功能和生活功能，并綜合考慮黃土丘陵區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)及土地利用方式等因素，將其細(xì)分為6個(gè)二級功能。在已有研究基礎(chǔ)上，依據(jù)代表性、綜合性和數(shù)據(jù)可獲得性等原則，構(gòu)建黃土丘陵區(qū)土地利用功能評價(jià)指標(biāo)體系(表1)。(1) 土地生態(tài)功能是土地資源所表現(xiàn)出來具有保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境的作用與能力，如水土保持、防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水源、凈化環(huán)境、維護(hù)生物多樣性等，是生產(chǎn)、生活功能的基礎(chǔ)[24]，本研究將其定義為生態(tài)保育功能，反映黃土丘陵區(qū)土地資源在水土保持及生態(tài)涵養(yǎng)等方面的調(diào)節(jié)功能，選取4個(gè)正向指標(biāo)草地覆蓋率、水域濕地面積占比、森林覆蓋率、地均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量和2個(gè)負(fù)向指標(biāo)耕地和建設(shè)用地面積占比、化肥施用強(qiáng)度表征，指標(biāo)選取參考《生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)技術(shù)規(guī)范》(2015)相關(guān)計(jì)算方法。(2) 土地生產(chǎn)功能是土地為人類供給工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品及支撐經(jīng)濟(jì)、交通發(fā)展的功能，主要包含農(nóng)產(chǎn)品供給、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、交通3個(gè)二級功能。農(nóng)產(chǎn)品供給功能通過糧食單產(chǎn)、人均糧食占有量、人均豬牛羊肉占有量、人均水果蔬菜占有量及土地墾殖率表征農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)供給功能，經(jīng)濟(jì)發(fā)展功能通過經(jīng)濟(jì)密度、二三產(chǎn)業(yè)比重、人均GDP及地均固定資產(chǎn)投資表征經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)能力，交通功能通過交通運(yùn)輸用地面積占比表征基礎(chǔ)交通條件。(3) 土地生活功能反映土地系統(tǒng)支撐人類居住、保障其就業(yè)及基礎(chǔ)承載能力。包含社會(huì)保障、基礎(chǔ)承載2個(gè)二級功能。選取萬人擁有的衛(wèi)生機(jī)構(gòu)床位數(shù)、城鎮(zhèn)化水平、農(nóng)業(yè)從業(yè)人口密度、農(nóng)村人均可支配收入和城鄉(xiāng)收入平衡指數(shù)等表征土地資源對社會(huì)保障功能的影響，通過人口密度、人均建設(shè)用地面積表現(xiàn)基礎(chǔ)承載功能。其中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的測算參考劉永強(qiáng)等[24]的研究，為消除數(shù)據(jù)量綱的影響，采用極值法對評價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。本文指標(biāo)層及準(zhǔn)則層權(quán)重采用熵權(quán)法(表1)，目標(biāo)層采用德爾菲法。

表1 土地利用功能評價(jià)指標(biāo)體系

2.2 土地利用功能綜合測算模型

本文采用多因素綜合評價(jià)法對土地生態(tài)、生產(chǎn)和生活功能進(jìn)行測度，其具體測算公式為：

(1)

T=αEf+βPf+γLf

(2)

式中：Ef，Pf，Lf分別代表土地生態(tài)、生產(chǎn)和生活功能評價(jià)函數(shù)；ck，ai，bj分別表示“三生”功能內(nèi)要素的權(quán)重；ek，pi，lj分別表示采用極值法得到的“三生”功能內(nèi)要素的標(biāo)準(zhǔn)化值；q，n，m分別為各功能內(nèi)要素的個(gè)數(shù)；Ef，Pf，Lf分別表示土地生態(tài)、生產(chǎn)和生活功能評價(jià)指數(shù)；T為土地利用總功能綜合評價(jià)指數(shù)；α，β，γ為“三生”功能各自的權(quán)重系數(shù)，考慮當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)背景，本文分別取值為0.4，0.3，0.3。

2.3 基于核密度估計(jì)的土地利用功能動(dòng)態(tài)演進(jìn)分析

核密度估計(jì)(Kernel Density Estimation)是概率論中一種非參數(shù)檢驗(yàn)方法，主要是根據(jù)輸入要素?cái)?shù)據(jù)計(jì)算整個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)集聚狀況，從而產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)的密度表面[25]，實(shí)際上是一種通過離散采樣點(diǎn)進(jìn)行表面內(nèi)插的過程。本文借助Eviews8.0軟件，主要采用高斯核函數(shù)揭示黃土丘陵區(qū)土地利用功能時(shí)序動(dòng)態(tài)演進(jìn)規(guī)律，根據(jù)核密度曲線圖獲取變量分布的重心位置、峰度、波峰數(shù)量和拖尾等方面的信息。其公式為：

(3)

式中:K(x)為核函數(shù);x為均值。

2.4 基于地理探測器的土地利用功能變化影響因素分析

地理探測器是探測空間分異性、揭示其背后驅(qū)動(dòng)力的一組統(tǒng)計(jì)學(xué)方法[26]。其中，因子探測器：探測Y的空間分異性以及探測某因子X多大程度上解釋了屬性Y的空間分異，本文用來測度土地子功能對總功能的解釋力程度。交互探測器：識(shí)別不同風(fēng)險(xiǎn)因子Xs之間的交互作用，即評估因子X1和X2共同作用時(shí)是否會(huì)增加或減弱對因變量Y的解釋力，或這些因子對Y的影響是相互獨(dú)立的，本文通過其探測生態(tài)、生產(chǎn)、生活功能對土地利用總功能是起獨(dú)立作用還是交互作用。模型如下：

(4)

式中：q為影響指標(biāo)對某一功能的解釋力；Nh為單維度的類型h(對應(yīng)一個(gè)或多個(gè)子區(qū)域)內(nèi)的樣本數(shù)；n為在整個(gè)研究區(qū)所有樣本數(shù)；σ2為整個(gè)區(qū)域的離散方差。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用功能時(shí)空特征

利用ArcGIS軟件繪制2009年、2013年、2017年縣域土地利用功能評價(jià)結(jié)果圖(圖1—4)，2009—2017年，黃土丘陵區(qū)土地利用總功能呈現(xiàn)增長態(tài)勢，生態(tài)功能有所下降，生產(chǎn)、生活功能明顯提升，從空間分布來看，27個(gè)縣域單元“三生”功能空間分異明顯，總體呈現(xiàn)出由高值區(qū)向周圍遞減的態(tài)勢，具體空間格局演變?nèi)缦拢?/p>

(1) 生態(tài)功能。2009—2017年，黃土丘陵區(qū)縣域土地生態(tài)功能小幅下降，生態(tài)功能三年均值分別為0.473、0.466、0.467，空間上呈現(xiàn)“西北西南高、中東部低”，且空間格局較穩(wěn)定。生態(tài)功能高值區(qū)位于祁連山東側(cè)的天?？h，屬于祁連山冰川與水源涵養(yǎng)生態(tài)功能區(qū)，西南部位于青藏高原東北邊緣的卓尼縣，是甘南黃河重要水源補(bǔ)給生態(tài)功能區(qū)，位于西秦嶺和黃土高原過渡地帶的漳縣、岷縣，沿黃灌區(qū)的永靖縣、臨夏縣周邊，生態(tài)功能也較高。該地區(qū)森林覆蓋率較高，生物資源豐富，但生態(tài)環(huán)境脆弱，應(yīng)以生態(tài)修復(fù)，水土保持，提供生態(tài)產(chǎn)品為主。低值區(qū)分布在中部的白銀區(qū)、平川區(qū)、皋蘭縣、榆中縣等周圍縣域，該地區(qū)城鎮(zhèn)化和工業(yè)化程度進(jìn)程較快、生態(tài)環(huán)境受人類干擾明顯，生態(tài)功能下降明顯。古浪縣、景泰縣北部由于靠近騰格里沙漠，生態(tài)植被相對脆弱，自然災(zāi)害頻繁，生態(tài)功能較低。會(huì)寧縣、通渭縣、隴西縣作為甘肅省水土流失最為嚴(yán)重區(qū)域之一，土地墾殖率高，耕作方式粗放，生產(chǎn)水平低，資源環(huán)境壓力相對較大，生態(tài)功能低，應(yīng)加強(qiáng)小流域綜合治理，突出生態(tài)功能及環(huán)境保護(hù)。

(2) 生產(chǎn)功能。2009—2017年，黃土丘陵區(qū)土地生產(chǎn)功能不斷增強(qiáng)，空間上呈現(xiàn)以臨夏市、白銀區(qū)、安定區(qū)等為核心向周圍遞減的“核心—外圍結(jié)構(gòu)”。2009年、2013年、2017年生產(chǎn)功能均值分別為0.189，0.229，0.259，整體上生產(chǎn)功能處于較低水平，且提高速度緩慢，主要是區(qū)域自然資源稟賦限制了農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。2009年以來高值區(qū)主要在臨夏州、白銀市轄區(qū)及部分周邊區(qū)縣，臨夏市及周圍縣區(qū)屬于沿黃農(nóng)業(yè)帶，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件不斷改善，日益成為全省農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)區(qū)，農(nóng)產(chǎn)品供給功能突出。白銀市市區(qū)及部分區(qū)縣作為蘭西城市群重要組成部分，是全國重要的石油化工、有色冶金等產(chǎn)業(yè)基地，支撐西北地區(qū)發(fā)展的重要增長極，區(qū)位條件優(yōu)越，人力資源豐富，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)好，不斷帶動(dòng)周邊地區(qū)形成生產(chǎn)功能優(yōu)勢區(qū)。低值區(qū)主要位于研究區(qū)南部和西北部。南部集中在甘南州和定西市部分縣區(qū)，這些地區(qū)屬于六盤山集中連片特困地區(qū)，貧困人口比例高，農(nóng)業(yè)耕作方式粗放，水土流失等自然災(zāi)害頻發(fā)，隨著脫貧攻堅(jiān)工作的不斷深入，該區(qū)域生產(chǎn)功能有所提升，但仍與中部地區(qū)有一定差距，應(yīng)將調(diào)整農(nóng)業(yè)模式，因地制宜特色產(chǎn)業(yè)，使經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)相互協(xié)調(diào)。

圖1 黃土丘陵區(qū)土地生態(tài)功能值時(shí)空差異

(3) 生活功能。2009年、2013年、2017年生活功能均值分別為0.176，0.212，0.268，黃土丘陵區(qū)土地生活功能明顯增強(qiáng)，功能值低于0.20的區(qū)域由2009年的88.89%減少到2017年的22.22%，由于生產(chǎn)功能為生活條件的改善提供物質(zhì)基礎(chǔ)，因此生活功能與生產(chǎn)功能分布具有一定空間重疊性。高值區(qū)主要集中分布在生產(chǎn)功能高的白銀區(qū)、臨夏市等周邊地區(qū)，總體上中北部偏高，南部較低，分布格局穩(wěn)定。臨夏市、白銀區(qū)作為生產(chǎn)功能的高值區(qū)，也是蘭西城市群的重要節(jié)點(diǎn)城市，區(qū)域綜合優(yōu)勢強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較好，基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施體系比較完善，將作為中心城市輻射周邊縣區(qū)，提供優(yōu)質(zhì)公共服務(wù)。其他地區(qū)受區(qū)域自然條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等原因，生活功能水平較低。研究期間，隨著土地生產(chǎn)功能的提高，黃土丘陵區(qū)人民生活水平日益改善，但整體水平較低。

圖2 黃土丘陵區(qū)土地生產(chǎn)功能值時(shí)空差異

(4) 土地利用總功能。土地利用總功能是生態(tài)、生產(chǎn)、生活功能協(xié)同作用的結(jié)果，“三生”功能相互協(xié)調(diào)，土地利用系統(tǒng)才能健康有序發(fā)展?？傮w上，研究期間黃土丘陵區(qū)土地利用總功能水平逐步提高，三年均值分別為0.299，0.319，0.345，但總體水平不高，區(qū)域差異明顯。臨夏市是唯一總功能高于0.50的地區(qū)，十年間總功能低于0.35的區(qū)域占比由88.89%下降到62.96%。

總功能呈現(xiàn)“點(diǎn)塊狀分布”，從高值區(qū)向周圍逐漸降低。中部總功能高值區(qū)由于生產(chǎn)、生活功能水平高，總功能較高，天?？h、皋蘭縣及西南部縣區(qū)由于生態(tài)功能優(yōu)勢突出，總功能水平相對較高。

圖3 黃土丘陵區(qū)土地生活功能值時(shí)空差異

圖4 黃土丘陵區(qū)土地利用總功能值時(shí)空差異

3.2 土地利用功能動(dòng)態(tài)演進(jìn)分析

依據(jù)核密度計(jì)算原理，借助Eviews 8.0軟件繪制出2009年、2013年和2017年黃土丘陵區(qū)土地利用功能核密度曲線圖(圖5)，分別從生態(tài)功能、生產(chǎn)功能、生活功能及土地利用總功能4個(gè)方面來揭示土地利用功能時(shí)序動(dòng)態(tài)演進(jìn)規(guī)律。

3.2.1 生態(tài)功能時(shí)序動(dòng)態(tài)演進(jìn)特征

(1) 從曲線重心位置看，2009—2017年略微向左移動(dòng)，表明黃土丘陵區(qū)土地生態(tài)功能呈緩慢下降態(tài)勢，2013—2017年下降速度減緩。(2) 從曲線主峰波峰高度看，2009—2017年先下降后上升，說明生態(tài)功能區(qū)域差異呈現(xiàn)先擴(kuò)大后縮小的趨勢，主要由于2013年之前各地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活建設(shè)活動(dòng)頻繁，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境壓力增大，生態(tài)功能下降明顯，2013年后甘肅省頒布《甘肅省生態(tài)保護(hù)與建設(shè)規(guī)劃》(2014—2020年)，生態(tài)保護(hù)力度不斷加強(qiáng)，區(qū)域綜合治理取得明顯成效，生態(tài)功能退化速度得到有效遏制。(3) 從曲線波峰數(shù)量，研究期間以一個(gè)主峰為主，表明區(qū)域生態(tài)功能存在明顯極化特征，以天?？h、卓尼縣和漳縣為高值區(qū)，應(yīng)加大生態(tài)建設(shè)力度，保障其重要生態(tài)地位。

3.2.2 生產(chǎn)功能時(shí)序動(dòng)態(tài)演進(jìn)特征

(1) 從曲線重心位置看，2009—2013年大幅向右移動(dòng)，2013—2017年小幅向右移動(dòng)，表明黃土丘陵區(qū)土地生產(chǎn)功能呈不斷增強(qiáng)趨勢，但增長速度逐漸放緩。(2) 從曲線主峰波峰高度看，2009—2013年基本穩(wěn)定，2013—2017年有所下降，表明在2013年后土地生產(chǎn)功能區(qū)域差異逐漸擴(kuò)大。(3) 從曲線波峰數(shù)量與拖尾看，2009—2017年以一個(gè)主峰和兩個(gè)輕微次峰為主，表明生產(chǎn)功能出現(xiàn)了輕微多極化特征。2009—2017年曲線右側(cè)拖尾呈現(xiàn)出加長、降薄趨勢，表明高值區(qū)生產(chǎn)功能繼續(xù)提升，高值區(qū)縣域占比有所下降，說明高值區(qū)與低值區(qū)的功能區(qū)域差異縮小，整體生產(chǎn)功能逐漸提高。

圖5 黃土丘陵區(qū)土地利用功能時(shí)序動(dòng)態(tài)演進(jìn)特征

3.2.3 生活功能時(shí)序動(dòng)態(tài)演進(jìn)特征

(1) 從曲線重心位置看，2009—2017年大幅向右移動(dòng)，表明黃土丘陵區(qū)土地生活功能呈上升趨勢。(2) 從曲線主峰波峰高度看，2009—2017年大幅下降，表明土地生活功能水平區(qū)域差異在不斷擴(kuò)大。(3) 從曲線波峰數(shù)量與拖尾看，2009—2017年基本上以一個(gè)主峰和多個(gè)輕微次峰為主，表明生活功能出現(xiàn)極化特征。2009—2017年右側(cè)拖尾出現(xiàn)加長、降薄趨勢，表明高值區(qū)生活功能繼續(xù)增強(qiáng)，且區(qū)域差異有所減小。

3.2.4 土地利用總功能時(shí)序演進(jìn)特征

(1) 從曲線重心位置看，2009—2017年不斷向右遷移，說明黃土丘陵區(qū)土地利用總功能水平逐年提高。(2) 從曲線主峰波峰高度看，2009—2017年降幅逐漸增大，表明土地利用總功能區(qū)域差異上有不斷擴(kuò)大趨勢。(3) 從曲線波峰數(shù)量與拖尾看，2009—2013年均以一個(gè)主峰和一個(gè)次峰為主，2017年出現(xiàn)雙峰，表明土地利用總功能出現(xiàn)極化特征。2009—2017年右側(cè)拖尾加長、降薄，表明在此期間高值區(qū)土地利用總功能水平進(jìn)一步提升，但高水平縣域占比較少，區(qū)域整體水平有待提高。

3.3 土地利用功能演變的影響因素分析

3.3.1 “三生”功能影響因素探測 根據(jù)前文的分析，從土地利用功能指標(biāo)體系準(zhǔn)則層的23個(gè)指標(biāo)入手，借助“因子探測器”揭示黃土丘陵區(qū)2009年、2017年“三生”功能變化驅(qū)動(dòng)因子，并計(jì)算其動(dòng)態(tài)變化度，分析影響因素類型，結(jié)果見表2，具體分析如下：

表2 “三生”功能影響因素探測結(jié)果

(1) 生態(tài)功能影響因子。2009—2017年影響生態(tài)功能強(qiáng)弱的因子排序分別為：x4>x1>x6>x2>x5>x3，x4>x6>x2>x1>x3>x5，森林覆蓋率對生態(tài)功能具有最顯著影響，影響力在0.60以上，草地覆蓋率、水域濕地面積占比及地均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量對生態(tài)功能具有一定影響，影響力介于0.20～0.35；耕地和建設(shè)用地占比、化肥施用強(qiáng)度對生態(tài)功能影響一般。研究期間草地覆蓋率、森林覆蓋率及化肥施用強(qiáng)度影響力有所下降，主要原因是退耕還林還草、調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式等工作初見成效，耕地和建設(shè)用地占比、地均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值對生態(tài)功能影響逐漸增強(qiáng)，原因是研究期間區(qū)域建設(shè)用地面積不斷增長，土地開發(fā)強(qiáng)度逐年上漲，對生態(tài)功能影響加劇。

(2) 生產(chǎn)功能影響因子。2009—2017年影響生產(chǎn)功能強(qiáng)弱因子排序前四位為：x12>x16>x15>x7，生產(chǎn)功能受經(jīng)濟(jì)密度、地均固定資產(chǎn)投資、交通運(yùn)輸用地占比及人均蔬菜水果占有量影響最為顯著，與二三產(chǎn)業(yè)比重、人均GDP一般顯著，土地墾殖率、人均糧食占有量及人均豬牛羊肉占有量解釋力較為接近，其余因素影響程度較弱，總體上社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對土地生產(chǎn)功能演變起到重要推動(dòng)作用。研究期間人均糧食占有量、二三產(chǎn)業(yè)比重、人均GDP及地均固定資產(chǎn)投資影響力增強(qiáng)，主要是由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對提升，社會(huì)經(jīng)濟(jì)投入要素有所提高，其余因子影響力出現(xiàn)不同程度減弱。

(3) 生活功能影響因子。2009—2017年影響生活功能強(qiáng)弱因子排序：x17>x19>x18>x23>x22>x20>x21，x18>x19>x17>x23>x20>x22>x21，生活功能受萬人擁有的衛(wèi)生機(jī)構(gòu)床位數(shù)、城鎮(zhèn)化率及農(nóng)業(yè)從業(yè)人口密度影響最為顯著，影響力在0.70以上，受農(nóng)村人均可支配收入、人口密度及人均建設(shè)用地面積重要影響，城鄉(xiāng)收入平衡指數(shù)影響較弱，研究期間城鄉(xiāng)收入平衡指數(shù)、農(nóng)業(yè)從業(yè)人口密度及人均建設(shè)用地面積影響力有所增強(qiáng)，主要原因在于隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化加快，人均可支配收入逐年增加，同時(shí)生產(chǎn)生活建設(shè)，導(dǎo)致建設(shè)用地面積增加，其余因子解釋力有所下降。

3.3.2 土地利用總功能交互探測 利用“交互探測器”對2009年、2017年土地利用總功能的“三生”子功能進(jìn)行兩兩交互探測，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 “三生”功能交互探測結(jié)果

結(jié)果表明，任意兩項(xiàng)功能交互后對土地利用總功能解釋力均為增強(qiáng)關(guān)系，包括雙因子增強(qiáng)和非線性增強(qiáng)。2009年生態(tài)—生產(chǎn)功能交互后影響力高達(dá)0.836，生態(tài)—生活交互影響力為0.841，生產(chǎn)—生活功能交互影響力為0.459，生態(tài)功能作為生產(chǎn)、生活功能發(fā)展的基礎(chǔ)，與其他功能交互后影響作用極強(qiáng)。2017年生態(tài)功能與生產(chǎn)、生活功能兩兩影響力繼續(xù)增強(qiáng)。生產(chǎn)—生活功能交互影響明顯提高，解釋力達(dá)0.665，表明生產(chǎn)功能提高也會(huì)帶動(dòng)生活功能的增強(qiáng)。

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

當(dāng)前，甘肅省黃土丘陵區(qū)縣域土地利用功能水平總體不高，區(qū)域差異顯著。在生態(tài)文明建設(shè)及綠色發(fā)展背景下，生態(tài)環(huán)境脆弱、土地利用方式單一、生活水平急需改善等問題凸顯，協(xié)調(diào)區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)與提高生產(chǎn)生活水平間的關(guān)系成為重中之重，本文基于土地利用功能角度，研究黃土丘陵區(qū)土地利用功能時(shí)空演變規(guī)律及影響因素，實(shí)現(xiàn)土地利用系統(tǒng)協(xié)調(diào)健康發(fā)展的目標(biāo)，支撐黃土丘陵區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)與生態(tài)綠色高質(zhì)量發(fā)展。

目前土地利用功能分類體系尚處于探索階段，本文僅基于“三生”功能視角，根據(jù)黃土丘陵區(qū)特點(diǎn)，將其分為生態(tài)、生產(chǎn)、生活功能及6個(gè)二級功能，從縣域尺度上對黃土丘陵區(qū)土地利用功能時(shí)空格局演變及其影響因素進(jìn)行了分析，同時(shí)首次將非參數(shù)核密度估計(jì)應(yīng)用于土地利用功能時(shí)序變化分析，客觀展現(xiàn)了縣域土地利用功能水平變化、區(qū)域差異等狀況，模型具有較強(qiáng)的適用性，豐富了土地功能評價(jià)的內(nèi)容。但土地利用功能水平是多尺度、多種因素共同作用的結(jié)果，由于統(tǒng)計(jì)資料等數(shù)據(jù)限制，對于土地生態(tài)功能如何進(jìn)一步劃分并以指標(biāo)來表征需要進(jìn)一步探討，指標(biāo)體系不能全面表征土地利用功能，融合多源、多尺度數(shù)據(jù)的多層次評價(jià)指標(biāo)體系的微觀尺度評價(jià)將是下一步研究方向，同時(shí)土地利用功能存在明顯的時(shí)空異質(zhì)性，功能之間存在此消彼長的關(guān)系，從權(quán)衡與協(xié)同角度識(shí)別土地功能之間的相互作用機(jī)制，有待深入研究。

4.2 結(jié) 論

(1) 2009—2017年，黃土丘陵區(qū)縣域土地利用總功能呈現(xiàn)出增長態(tài)勢，生態(tài)功能小幅下降，生產(chǎn)、生活功能快速提高，總體水平較低，但空間分異特征明顯。生態(tài)功能在空間上呈現(xiàn)“西北西南高、中東部低”的空間格局，且空間分布比較穩(wěn)定，高值區(qū)位于天?？h、卓尼縣和漳縣，低值區(qū)位于中部地區(qū)的白銀區(qū)、皋蘭縣、古浪縣及景泰縣，水土流失嚴(yán)重的會(huì)寧縣、通渭縣。生產(chǎn)功能呈現(xiàn)以臨夏市、白銀區(qū)為核心向周圍遞減的“雙核結(jié)構(gòu)”，總體上表現(xiàn)出“中部高、南北低”的空間分異。高值區(qū)集中在市州的經(jīng)濟(jì)、政治和文化中心，低值區(qū)主要位于南部山區(qū)的貧困縣。生活功能分布與生產(chǎn)功能具有空間重疊性。

(2) 2009—2017年，黃土丘陵區(qū)土地生產(chǎn)、生活功能及總功能水平都經(jīng)歷了上升演進(jìn)特征，生態(tài)功能水平表現(xiàn)出下降態(tài)勢，生產(chǎn)、生活功能區(qū)域差異持續(xù)擴(kuò)大，總功能水平區(qū)域也有擴(kuò)大趨勢，高值區(qū)生產(chǎn)、生活功能持續(xù)增強(qiáng)、但高值區(qū)數(shù)量相對較少，存在輕微極化現(xiàn)象。研究表明土地利用功能水平在不同時(shí)間段的時(shí)序演進(jìn)特征是其子功能在不同時(shí)段特征內(nèi)相互作用的結(jié)果。

(3) “三生”功能時(shí)空變化是區(qū)域自然資源稟賦及社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素綜合作用下的結(jié)果。生態(tài)功能水平變化主要受森林覆蓋率、草地覆蓋率(減弱型因子)、耕地和建設(shè)用地占比、水域濕地面積占比及地均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(增強(qiáng)型因子)共同作用；生產(chǎn)功能水平主要受經(jīng)濟(jì)密度、地均固定資產(chǎn)投資、交通運(yùn)輸用地占比和人均蔬菜水果占有量影響最為顯著，隨著時(shí)間變化人均糧食占有量、二三產(chǎn)業(yè)比重、人均GDP及地均固定資產(chǎn)投資影響力持續(xù)增強(qiáng)，其余因子影響力出現(xiàn)不同程度減弱；生活功能水平受萬人擁有的衛(wèi)生機(jī)構(gòu)床位數(shù)、城鎮(zhèn)化率及農(nóng)業(yè)從業(yè)人口密度影響最大，研究期間城鄉(xiāng)收入平衡指數(shù)、農(nóng)業(yè)從業(yè)人口密度及人均建設(shè)用地面積影響力有所增強(qiáng)，其余因子解釋力有所下降。任意兩項(xiàng)功能交互后對總功能解釋力均為增強(qiáng)關(guān)系，由此可見，土地利用功能水平的提高需要土地功能系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)共同發(fā)揮作用。