三生視角下土地利用轉(zhuǎn)型及優(yōu)勢測度分析
——以寧夏鹽池縣為例

楊亞芳， 何 杰

（寧夏大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，寧夏銀川 750001）

區(qū)域土地利用轉(zhuǎn)型作為研究土地利用覆被變化（LUCC）的新途徑被學(xué)術(shù)界關(guān)注[1-2]，中國人口規(guī)模龐大，土地資源短缺問題尤為突出，隨著城市化和工業(yè)化快速發(fā)展，各種類型的土地爭奪日趨激烈，區(qū)域土地利用空間結(jié)構(gòu)比例趨于失衡[3]。因此，區(qū)域土地利用轉(zhuǎn)型及其結(jié)構(gòu)的合理性成為專家學(xué)者研究的熱點問題之一[4]。

三生空間將土地利用劃分為3 大類：生產(chǎn)用地、生活用地和生態(tài)用地[5-7]。目前，如何促進(jìn)三生空間的協(xié)調(diào)發(fā)展已成為區(qū)域在生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)程中亟需解決的重大問題?；谌臻g理論的新視角，學(xué)者們從不同的研究視角和專業(yè)背景出發(fā)，對土地利用轉(zhuǎn)型及功能協(xié)調(diào)進(jìn)行了深入研究[8-9]?，F(xiàn)階段，對宏觀尺度和中觀尺度城市群三生空間的相關(guān)研究較多，如張紅旗等[10]、柳冬青等[11]從土地利用功能的角度建立了三生空間土地分類體系，方便功能的識別；方創(chuàng)琳等[12]提出了城市三生空間功能分類體系，為海綿城市及城市增長邊界的研究提供了參考；楊清可等[13]以長江三角洲核心區(qū)為例，在三生空間土地分類基礎(chǔ)上定量分析區(qū)域的土地利用轉(zhuǎn)型及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)；金星星等[14]基于三生空間評價體系及功能性指數(shù)，對閩三角城市群的格局演化、功能性水平及動力機(jī)制進(jìn)行研究；崔家興等[15]、金貴等[16]將武漢城市圈作為長江經(jīng)濟(jì)帶中部典型區(qū)域，分析三生空間圈層及總體格局?jǐn)U張趨勢。通過梳理有關(guān)研究可以看出，基于微觀尺度三生空間的研究較少，應(yīng)加大對于縣域及鎮(zhèn)域的研究力度。

基于此，選取寧夏中部干旱帶鹽池縣為研究區(qū)域。鹽池縣作為典型的北方農(nóng)牧交錯區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱。生態(tài)政策實施之前，由于過度放牧、墾荒、樵采及不合理開發(fā)，造成草場退化嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境遭到破壞，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。本研究以2000—2019 年為研究時段，參考張紅旗等[17]、龍花樓等[18]和崔家興等[19]的研究成果構(gòu)建“三生空間”土地分類體系、轉(zhuǎn)移矩陣及空間比較優(yōu)勢指數(shù)等方法模型，分析評價鹽池縣“三生空間”協(xié)調(diào)性，旨在優(yōu)化鹽池縣土地資源配置，為北方農(nóng)牧交錯區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化進(jìn)程、生態(tài)文明建設(shè)及空間優(yōu)化提供參考和借鑒。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

鹽池縣位于寧夏回族自治區(qū)東部（37°04′N，106°30′E），地處陜、甘、寧、蒙四?。▍^(qū)）交界地帶，是寧夏的東大門。該地區(qū)屬于典型的大陸性季風(fēng)氣候，干旱少雨且風(fēng)大沙多是其氣候特點，鹽池縣海拔1 295~1 951 m，平均海拔1 600 m，地勢南高北低，北接毛烏素沙漠，南靠黃土高原，是半干旱向干旱區(qū)，農(nóng)區(qū)向牧區(qū)，草原向荒漠區(qū)的過渡地帶。

鹽池縣轄四鄉(xiāng)四鎮(zhèn)，全縣總面積7 130 km2，該地特殊的地理位置決定了環(huán)境的多樣性和脆弱性，區(qū)域內(nèi)半農(nóng)半牧的生產(chǎn)方式使土地利用空間結(jié)構(gòu)嚴(yán)重失衡，水土流失、荒漠化趨勢加重。在國家政策的驅(qū)動下，鹽池縣實施退耕還林及退牧還草工程，以林草植被生態(tài)建設(shè)為主，有效擴(kuò)大林草面積，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

土地利用數(shù)據(jù)主要來源于鹽池縣2000、2005、2010、2015 和 2019 年的 5 期 Landsat5 TM 及 Landsat8 OLI 影像。首先，應(yīng)用ENVI 5.3 和ArcGIS 10.2對影像進(jìn)行基礎(chǔ)圖像預(yù)處理；其次，借鑒張蕾等[20]人的土地分類成果及鹽池縣土地利用圖等參考數(shù)據(jù)，基于GIS 平臺進(jìn)行遙感目視解譯，對5 期影像進(jìn)行處理分類，并進(jìn)一步結(jié)合考察實測數(shù)據(jù)對其進(jìn)行精度評價，總體分類精度均高于90%，能夠滿足本研究需求[21]，最后，得出鹽池縣3 個一級類和6 個二級類的土地利用數(shù)據(jù)。

1.3 研究方法

1.3.1 三生空間分類體系構(gòu)建 土地是一個集各種功能于一體的綜合系統(tǒng)[22]，依據(jù)《全國生態(tài)遙感監(jiān)測土地利用/覆蓋分類體系》并在李廣東等[23]與黃金川等[24]研究的基礎(chǔ)上，得到鹽池縣基于主導(dǎo)功能的三生空間土地分類系統(tǒng)，如表1 所示。依據(jù)鹽池縣三生空間土地分類系統(tǒng)，并基于GIS 平臺對土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總及空間分析，獲得鹽池縣2000—2019 年的三生空間結(jié)構(gòu)變化圖。

表1 基于主導(dǎo)功能的三生空間土地分類系統(tǒng)

1.3.2 三生空間轉(zhuǎn)移矩陣 土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣是在建立研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，運(yùn)用ArcGIS 分析工具Interest 與Excel，對區(qū)域土地類型的變化進(jìn)行結(jié)構(gòu)性分析，用楊述河等[25]、王玲等[26]的轉(zhuǎn)移矩陣改良方法計算鹽池縣三生空間轉(zhuǎn)移矩陣，定量表示三生空間土地利用類型轉(zhuǎn)換的方向和數(shù)量。轉(zhuǎn)移矩陣的數(shù)學(xué)形式為：

公式中，S 為土地利用面積；n 為土地利用的類型數(shù)；i、j 分別為研究初期與研究末期的土地利用類型。

1.3.3 空間功能比較優(yōu)勢測度 比較優(yōu)勢是大衛(wèi)·李嘉圖提出用于比較兩國間國際貿(mào)易相對優(yōu)勢的理論[27-28]。目前，比較優(yōu)勢測算的主要方法有Balassa提出的顯示性比較優(yōu)勢指數(shù)（Revealed Comparative Advantage）[29]，及后續(xù)衍生出的顯示性比較優(yōu)勢指數(shù)（ARCA）和標(biāo)準(zhǔn)顯示性比較優(yōu)勢指數(shù)（NRCA）[30]。顯示性比較優(yōu)勢指數(shù)（RCA）公式如下：

后續(xù)衍生出的顯示性比較優(yōu)勢指數(shù)（ARCA）公式如下：

標(biāo)準(zhǔn)顯示性比較優(yōu)勢指數(shù)（NRCA）公式如下：

在湯進(jìn)華等[31]、魏小芳等[32]研究基礎(chǔ)上，主要將比較優(yōu)勢理論進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，用于三生空間中空間功能比較優(yōu)勢測度。公式中，Xij為i 鄉(xiāng)鎮(zhèn)j類用地功能值；Xt為區(qū)域所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)功能值總值；Xj為所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)j 類用地功能值之和；Xit為i 鄉(xiāng)鎮(zhèn)所有分類用地功能值之和。NRCAij＞0 時，表示 i 區(qū)域內(nèi) j 類用地具有比較優(yōu)勢；NRCAij＜0，表示在i 區(qū)域內(nèi)j 類用地不具有比較優(yōu)勢。

2 結(jié)果及分析

2.1 土地利用類型特征及分析

依據(jù)三生空間土地分類系統(tǒng)，將鹽池縣土地利用類型劃分為3 個一級類的土地利用數(shù)據(jù)，得到鹽池縣2000—2019 年三生空間結(jié)構(gòu)變化（圖1）。

從圖1 中可以看出，鹽池縣生態(tài)用地分布廣且集中，所占斑塊面積較大；生產(chǎn)用地和生活用地分布零散，空間所占面積相對較少，尤其是生活用地。隨著時間的推移，生產(chǎn)用地空間逐年減少；生活用地空間先減少再增長，而后由于客觀原因再次減少；生態(tài)用地空間在穩(wěn)定增長中，這與鹽池縣的生態(tài)環(huán)境、氣候降水、政府決策、城市化進(jìn)程、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等都有著密切的聯(lián)系。

依據(jù)三生空間土地分類系統(tǒng)，得出鹽池縣三生空間結(jié)構(gòu)比重（表2），從表2 中可看出：

生產(chǎn)用地呈“W”形變化趨勢。表現(xiàn)為下降—上升—下降—上升的過程。在2010 年時，對比生產(chǎn)用地空間占比有輕微的上升，但總體趨勢仍為下降，尤其在2010—2015 年間下降速率加快。

生態(tài)用地呈“M”形變化趨勢。2010—2019 年占據(jù)主導(dǎo)地位，表現(xiàn)為上升—下降—上升—下降的過程，總體波動趨勢較為穩(wěn)定。

生活用地呈“W”形變化趨勢。表現(xiàn)為下降—上升—下降—上升的過程。生活用地受到的影響因素較復(fù)雜和廣泛，受到客觀環(huán)境、政策及居民主觀情感的影響。

圖1 鹽池縣2000—2019 年三生空間結(jié)構(gòu)變化

表2 鹽池縣2000-2019 年三生空間類型結(jié)構(gòu)對比

2.2 三生空間轉(zhuǎn)移矩陣結(jié)果分析

依據(jù)土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣，得出鹽池縣三生空間變化轉(zhuǎn)移矩陣（表 3、表 4、表 5），表明 20 年間鹽池縣三生空間土地利用格局發(fā)生了較大的變化。

1）2000—2005 年，生產(chǎn)用地減少 387.6 km2，生活用地減少87.8 km2，而生態(tài)用地增加475.4 km2，其中，轉(zhuǎn)移量占主導(dǎo)地位的是生態(tài)用地內(nèi)部二級類型間的轉(zhuǎn)化，達(dá)4 732.4 km2，占總轉(zhuǎn)移量的72.2%（表3），這5 年間是退耕還林及退牧還草政策實施的初期，在政策的影響下，生態(tài)用地增加明顯。

2）2005—2010 年，生活用地增加 396.9 km2，生產(chǎn)用地增加86.4 km2，生態(tài)用地減少483.3 km2（表4）。

在此期間，鹽池縣2005 年出現(xiàn)大旱，生態(tài)環(huán)境惡劣，農(nóng)戶需滿足自身生活生產(chǎn)需要，導(dǎo)致生態(tài)用地轉(zhuǎn)出量高于轉(zhuǎn)入量，生產(chǎn)用地和生活用地則相反。

3）2010—2015 年，生產(chǎn)用地減少 642.4 km2，生活用地減少169.7 km2，而生態(tài)用地增加812.0 km2（表5）。2011 年鹽池縣政府開始實施耕地及草原獎勵補(bǔ)助政策，極大地增強(qiáng)了農(nóng)戶退耕、退牧的意愿以及對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)意識，生態(tài)用地分布數(shù)量急速增長，使得鹽池縣在2015 年幾乎達(dá)到中等可持續(xù)發(fā)展階段。

綜合分析鹽池縣3 個時段的三生空間變化轉(zhuǎn)移矩陣可以看出：生態(tài)用地動態(tài)變化最強(qiáng)，以轉(zhuǎn)入為主；生產(chǎn)用地、生活用地多以轉(zhuǎn)出為主。

2.3 三生空間比較優(yōu)勢測度及分析

通過NRCA 的公式計算，得出2000—2019 年鹽池縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)三生空間功能比較優(yōu)勢結(jié)果（表6-表10），并對空間優(yōu)化方向進(jìn)行分析。

2.3.1 功能比較優(yōu)勢指數(shù)結(jié)果 2000 年麻黃山鄉(xiāng)、大水坑鎮(zhèn)在生活用地和生態(tài)用地功能上占有優(yōu)勢，惠安堡鎮(zhèn)在生態(tài)用地占有明顯優(yōu)勢，說明這些區(qū)域由于自然環(huán)境惡劣未對產(chǎn)業(yè)形成大的吸引力；王樂井鄉(xiāng)、高沙窩鎮(zhèn)生產(chǎn)用地優(yōu)勢突出，說明兩地經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對較高，生產(chǎn)能力較強(qiáng)，基礎(chǔ)設(shè)施較完善。

表3 2000-2005 年鹽池縣三生空間變化轉(zhuǎn)移矩陣 km2

表4 2005-2010 年鹽池縣三生空間變化轉(zhuǎn)移矩陣 km2

2005—2019 年鹽池縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)受國家政策及自然因素等影響，三生空間比較優(yōu)勢在不斷變化，發(fā)展至2019 年，青山鄉(xiāng)、王樂井鄉(xiāng)、高沙窩鎮(zhèn)都在生態(tài)用地功能上占優(yōu)勢；馮記溝鄉(xiāng)、花馬池鎮(zhèn)在生產(chǎn)用地的優(yōu)勢突出；麻黃山鄉(xiāng)在生活用地功能上占優(yōu)勢。

由此可以看出，2015 年麻黃山鄉(xiāng)、青山鄉(xiāng)、馮記溝鄉(xiāng)、高沙窩鎮(zhèn)等干旱風(fēng)沙區(qū)，逐漸加大生態(tài)建設(shè)，使生態(tài)用地占有比較優(yōu)勢；2019 年各鄉(xiāng)鎮(zhèn)提高生產(chǎn)能力及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，加大生活保障力度及基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施建設(shè)，為改善鹽池縣生態(tài)環(huán)境做出突出貢獻(xiàn)，對鹽池縣生態(tài)保護(hù)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到重要作用。

表6 2000 年鹽池縣三生空間比較優(yōu)勢指數(shù)結(jié)果

表7 2005 年鹽池縣三生空間比較優(yōu)勢指數(shù)結(jié)果

表8 2010 年鹽池縣三生空間比較優(yōu)勢指數(shù)結(jié)果

表9 2015 年鹽池縣三生空間比較優(yōu)勢指數(shù)結(jié)果

表10 2019 年鹽池縣三生空間比較優(yōu)勢指數(shù)結(jié)果

2.3.2 三生空間功能優(yōu)化分析 綜合三生空間功能比較優(yōu)勢指數(shù)結(jié)果、鹽池縣區(qū)域發(fā)展特色及城市發(fā)展規(guī)劃，得出鹽池縣三生空間功能優(yōu)化分區(qū)圖（圖2）?；诔鞘袇f(xié)調(diào)發(fā)展、空間均衡利用原則，將鹽池縣土地利用劃分為6 種功能類型區(qū)，包括生產(chǎn)功能優(yōu)勢區(qū)、生活功能優(yōu)勢區(qū)、生態(tài)功能優(yōu)勢區(qū)、生產(chǎn)—生活功能優(yōu)勢區(qū)、生產(chǎn)—生態(tài)功能優(yōu)勢區(qū)、生活—生態(tài)功能優(yōu)勢區(qū)。

從圖2 可以看出，三生空間功能優(yōu)化分區(qū)在不斷改善，鹽池縣的自然地貌條件使得鹽池縣北部的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生產(chǎn)用地和生活用地數(shù)量分布較少，鹽池縣政府駐地附近的區(qū)域生態(tài)用地較少，較多的是城市建設(shè)及設(shè)施用地，這些因素一定程度上影響了鹽池縣三生空間功能優(yōu)化分區(qū)分布的均勻程度。

因此，應(yīng)采取一定的政策與措施，指出具體的空間優(yōu)化方向，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。

1）生活功能優(yōu)勢區(qū)：麻黃山鄉(xiāng)。該區(qū)域應(yīng)改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，充分發(fā)揮區(qū)位優(yōu)勢，加強(qiáng)與臨近地區(qū)的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系，進(jìn)而優(yōu)化資源配置；同時加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)，控制環(huán)境污染。

2）生態(tài)功能優(yōu)勢區(qū)：青山鄉(xiāng)、馮記溝鄉(xiāng)、高沙窩鎮(zhèn)。區(qū)域的生態(tài)功能優(yōu)勢占有突出地位，自然資源豐富，臨近政府駐地花馬池鎮(zhèn)，可適當(dāng)?shù)母纳平煌?，發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，完善公共服務(wù)設(shè)施。

3）生產(chǎn)功能優(yōu)勢區(qū)：王樂井鄉(xiāng)、大水坑鎮(zhèn)。區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對較高，具有優(yōu)勢，應(yīng)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)揮核心區(qū)域的帶動作用。

4）生產(chǎn)—生活功能優(yōu)勢區(qū)：惠安堡鎮(zhèn)。該鄉(xiāng)鎮(zhèn)兼顧效益的同時應(yīng)注重生態(tài)保護(hù)，發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)，對環(huán)境污染進(jìn)行及時治理與整治，與生態(tài)協(xié)同發(fā)展。

圖2 鹽池縣2000-2019 年三生空間功能優(yōu)化分區(qū)

5）生活—生態(tài)功能優(yōu)勢區(qū)：花馬池鎮(zhèn)。該區(qū)為鹽池縣政府駐地，應(yīng)充分發(fā)揮特色優(yōu)勢，大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，如旅游、宣傳鹽池灘羊等，實現(xiàn)生產(chǎn)—生活—生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

本研究利用遙感和GIS 相關(guān)知識技術(shù)，借鑒國內(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)，通過土地利用轉(zhuǎn)移矩陣及比較優(yōu)勢指數(shù)對2000—2019 年鹽池縣土地利用轉(zhuǎn)型及空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果表明：

1）生產(chǎn)用地總體呈“W”形變化趨勢，占比由2000 年的17.7%下降到2019 年的11.2%；生活用地呈“W”形變化趨勢，占比由2000 年的2.2%上升到2019 年的4.8%；生態(tài)用地呈“M”形變化趨勢，占比由2000 年的80.1%上升到2019 年的84.0%。

2）2000—2019 年鹽池縣生態(tài)用地空間始終占主導(dǎo)地位，生產(chǎn)用地及生活用地所占比重相對較少且分布較分散?；谌臻g的土地利用轉(zhuǎn)型主要表現(xiàn)為生態(tài)用地由2000 年的5 251.7km2增加到2019年的5 506.1km2；生產(chǎn)用地由2000 年1 157.1km2減少到2019 年733.7km2；生活用地在研究始末變化不大，但研究期內(nèi)波動變化較為顯著。

3）依據(jù)三生空間功能比較優(yōu)勢指數(shù)結(jié)果，結(jié)合當(dāng)?shù)匕l(fā)展特點，將鹽池縣土地利用劃分為生產(chǎn)功能優(yōu)勢區(qū)、生活功能優(yōu)勢區(qū)、生態(tài)功能優(yōu)勢區(qū)、生產(chǎn)—生活功能優(yōu)勢區(qū)、生產(chǎn)—生態(tài)功能優(yōu)勢區(qū)、生活—生態(tài)功能優(yōu)勢區(qū)，并提出了空間優(yōu)化方向。鹽池縣四鄉(xiāng)四鎮(zhèn)之間三生空間用地功能優(yōu)勢區(qū)分布均勻程度存在很大差異，因此政府需統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施、經(jīng)濟(jì)發(fā)展及生態(tài)建設(shè)，向生產(chǎn)—生活—生態(tài)綜合功能區(qū)發(fā)展，做好規(guī)劃并完善退耕還林等后續(xù)相關(guān)政策，在堅持生態(tài)優(yōu)先的前提下，結(jié)合土地利用轉(zhuǎn)型開展后續(xù)產(chǎn)業(yè)，帶動相關(guān)第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高鹽池縣三生空間功能比較優(yōu)勢指數(shù)結(jié)果的協(xié)調(diào)性。

3.2 討論

區(qū)域三生空間土地分類受當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境、地勢地貌、及人為認(rèn)知等因素的影響，分類系統(tǒng)決定了數(shù)據(jù)的精度，三生空間分類體系是基于專家已有研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合鹽池縣土地主導(dǎo)功能構(gòu)建的，雖然根據(jù)該地土地類型做了相應(yīng)調(diào)整，但仍存在土地功能疊置的問題，部分用地分類指標(biāo)應(yīng)進(jìn)一步細(xì)化，以便更精確的劃分各類功能用地。本文分析了鹽池縣三生空間用地轉(zhuǎn)型、動態(tài)變化、空間功能比較優(yōu)勢及空間優(yōu)化方向，并未對區(qū)域土地利用轉(zhuǎn)型驅(qū)動力進(jìn)行深入研究，未來需進(jìn)一步基于區(qū)域性，以不同空間、時間尺度來探討鹽池縣土地利用轉(zhuǎn)型的驅(qū)動機(jī)制，更好地揭示并解決相關(guān)問題，為類似的北方農(nóng)牧交錯區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化進(jìn)程、生態(tài)文明建設(shè)及空間優(yōu)化提供參考和借鑒。