南水北調(diào)中線工程水源區(qū)“三生”空間演化特征與生態(tài)效應(yīng)

摘要 “三生”空間演化及其生態(tài)效應(yīng)研究可為國土空間規(guī)劃與生態(tài)環(huán)境保護提供決策參考。南水北調(diào)中線工程是緩解華北地區(qū)水資源短缺的重大戰(zhàn)略性基礎(chǔ)工程，水源區(qū)生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定是保障水質(zhì)的基礎(chǔ)。為此，該研究立足生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)視角，在開展南水北調(diào)中線工程水源區(qū)“三生”空間識別與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估的基礎(chǔ)上，分析水源區(qū)“三生”空間演化特征及其生態(tài)效應(yīng)。結(jié)果表明：①南水北調(diào)中線工程水源區(qū)內(nèi)各類“三生”空間的空間格局基本穩(wěn)定，除農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、草地空間外，其他空間的面積均有增長，其中林地空間的增量最多，非農(nóng)生產(chǎn)空間增幅最大。不同時期內(nèi)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、林地空間與草地空間的轉(zhuǎn)換面積均遠高于其他空間。②水源區(qū)整體及各類空間內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相對穩(wěn)定，林地空間、草地空間與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平顯著高于其他空間。③“三生”空間轉(zhuǎn)換對水源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)存在明顯的正向與負向效應(yīng)，其中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為林地空間、草地空間以及草地空間轉(zhuǎn)為林地空間對水源涵養(yǎng)與水土保持服務(wù)增長的貢獻率較高。④南水北調(diào)中線工程水源區(qū)“三生”空間演化的生態(tài)效應(yīng)與人類活動密切相關(guān)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城鄉(xiāng)建設(shè)、水利建設(shè)以及生態(tài)保護等人類活動通過改變空間利用方式推動生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演化發(fā)展。其中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城鄉(xiāng)建設(shè)與水利建設(shè)活動對水源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具有負向效應(yīng)，生態(tài)保護活動則發(fā)揮正向效應(yīng)。未來，政府應(yīng)進一步推進南水北調(diào)中線工程水源區(qū)全域土地綜合整治，綜合統(tǒng)籌水源區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)保護的整體格局。

關(guān)鍵詞 “三生”空間；演化特征；生態(tài)效應(yīng)；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估；南水北調(diào)中線工程水源區(qū)

中圖分類號 F205；X321 文獻標志碼 A 文章編號 1002-2104（2024）11-0138-13 DOI：10. 12062/cpre. 20240902

國土空間是人類生存與發(fā)展的重要載體［1］。改革開放后，中國經(jīng)濟社會快速發(fā)展，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進程持續(xù)推進，國土空間的開發(fā)與利用程度也不斷增強，并引發(fā)交通擁堵、環(huán)境污染、生態(tài)退化等諸多負面問題［2-4］。為指導(dǎo)國土空間有序發(fā)展、緩解人類活動對國土空間的擾動，中國立足本國國情提出了“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”的國土空間發(fā)展理念［5］。在現(xiàn)實需求與政策引領(lǐng)的共同作用下，“三生”空間研究作為探明國土空間發(fā)展規(guī)律、優(yōu)化國土空間開發(fā)格局與實現(xiàn)經(jīng)濟-社會協(xié)調(diào)發(fā)展的重要手段，成為地理學(xué)、規(guī)劃學(xué)等學(xué)科探討的研究熱點之一［6-8］。

縱觀已有研究，“三生”空間研究主要涉及“三生”空間基礎(chǔ)理論［9-10］、分類與識別［11-12］、演化與模擬［13-14］、沖突與優(yōu)化［15-16］等方面。隨著生態(tài)文明戰(zhàn)略的持續(xù)推進，“三生”空間演化的生態(tài)效應(yīng)研究也逐漸受到關(guān)注［17-18］。現(xiàn)有研究主要基于不同空間類型的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，通過計算不同區(qū)域國土空間的生態(tài)質(zhì)量變化與各類空間轉(zhuǎn)換的生態(tài)貢獻率，分析流域、市、縣等不同尺度內(nèi)“三生”空間演化的生態(tài)效應(yīng)［19-21］。例如，黃晶等［22］、董冬等［23］均基于生態(tài)質(zhì)量指數(shù)法分別測度并分析了典型干旱綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)以及長三角城市群“三生”空間演化的生態(tài)效應(yīng)與驅(qū)動力。雖然該方法具有直觀、可操作性強等特點，但是由于各類空間的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)多基于專家打分法等主觀方式獲得，難以客觀反映區(qū)域內(nèi)及同類型“三生”空間內(nèi)部生態(tài)質(zhì)量的空間異質(zhì)性，降低了研究結(jié)果的說服力。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估是基于生態(tài)學(xué)原理量化生態(tài)系統(tǒng)對人類提供的各種惠益，是反映生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要參考，在制定生態(tài)補償策略、環(huán)境評估和生態(tài)保護區(qū)劃定中應(yīng)用廣泛［24-25］。相對于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)法，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估可以定量測度不同空間內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的高低，進而準確反映“三生”空間內(nèi)部的生態(tài)質(zhì)量，彌補了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)法的不足，為“三生”空間演化的生態(tài)效應(yīng)研究提供了新的方法與手段［26-27］。因此，基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)視角分析“三生”空間演化的生態(tài)效應(yīng)，更有助于準確揭示國土空間開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的影響，對于經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)發(fā)展、改善生態(tài)環(huán)境與實施國土空間規(guī)劃具有重要參考意義，但目前基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)視角探究“三生”空間演化的生態(tài)效應(yīng)的研究相對較少［28-29］。

干凈、安全的水資源是人類生存與發(fā)展的基礎(chǔ)，也是聯(lián)合國《2030年可持續(xù)發(fā)展議程》制定的可持續(xù)發(fā)展目標之一。水源區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量是維持、凈化水資源的基本保障，而分析水源區(qū)“三生”空間演化及其生態(tài)效應(yīng)對認識水源區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀、制定國土空間規(guī)劃與開展生態(tài)環(huán)境保護具有重要借鑒意義，但現(xiàn)有研究對水源區(qū)“三生”空間演化的生態(tài)效應(yīng)及其驅(qū)動機制缺乏關(guān)注［30］。南水北調(diào)中線工程是中國重要的跨流域、跨區(qū)域調(diào)水工程，旨在緩解中國華北地區(qū)水資源嚴重短缺問題，自2014年通水以來累計調(diào)水600億m3，對保障京津冀等工程沿線地區(qū)的生態(tài)安全和水安全具有重要意義［31］。南水北調(diào)中線工程水源區(qū)包括丹江口水庫庫區(qū)以及漢江、丹江的部分支流，整體位于伏牛山南麓與大巴山之間，具有重要的水源涵養(yǎng)與水土保持功能，區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境狀況對水質(zhì)具有重要支撐作用［32］。自中線工程開工以來，各級政府不斷通過防護林建設(shè)、濕地修復(fù)等手段改善水源區(qū)生態(tài)環(huán)境，但是隨著中部崛起戰(zhàn)略的實施，水源區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進程逐步加快，生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間的轉(zhuǎn)換日趨激烈并對區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生巨大影響。

為此，本研究立足生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)視角，基于遙感、氣象等多源數(shù)據(jù)與GIS空間分析、InVEST模型等多學(xué)科方法，在開展南水北調(diào)中線工程水源區(qū)“三生”空間識別與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)分析水源區(qū)“三生”空間演化特征及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，以期為南水北調(diào)中線工程水源區(qū)“三生”空間協(xié)調(diào)發(fā)展與國土空間可持續(xù)利用提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)來源

1. 1 研究區(qū)概況

南水北調(diào)中線工程水源區(qū)（105°28'48″ E～112°22'12″E、31°27'36″ N～34°25'48″ N）指丹江口庫區(qū)及其上游地區(qū)，位于中國第二、三階梯的過渡地帶，地勢由南、北向中部傾斜，具有平原、山地等多種地貌類型，北部以秦嶺支脈伏牛山南麓為界，南部以大巴山—武當山為界，中部為漢水谷地與南陽盆地，海拔高度在80～3 056 m之間，屬北亞熱帶向暖溫帶過渡氣候區(qū)，涉及河南、湖北、陜西等6個省份的49個區(qū)（縣）?？紤]研究數(shù)據(jù)的可得性與水源區(qū)覆蓋的完整性，本研究選取漢中、安康、商洛、十堰以及南陽市下屬4個區(qū)（縣）為研究區(qū)，占水源區(qū)總面積的81. 55%（圖1）。2000年后，南水北調(diào)中線工程開工建設(shè)，丹江口大壩也由162 m加高至176. 6 m，庫區(qū)水位進一步抬升。為提高水源區(qū)內(nèi)水源涵養(yǎng)能力、降低水土流失風(fēng)險，各級政府積極在水源區(qū)內(nèi)開展植樹造林、退耕還林還草、護坡草帶建設(shè)等多種生態(tài)工程。與此同時，水源區(qū)內(nèi)城鄉(xiāng)建設(shè)與經(jīng)濟發(fā)展同步推進，截至2020年，第一、二、三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值分別達到954. 72億元、2 565. 11億元與3 012. 91億元，區(qū)域總?cè)丝? 553. 47萬人。經(jīng)濟發(fā)展、城鄉(xiāng)建設(shè)與南水北調(diào)中線工程持續(xù)推進使水源區(qū)“三生”空間發(fā)生劇烈變化，也使水源區(qū)生態(tài)環(huán)境發(fā)生改變。因此，揭示南水北調(diào)中線工程水源區(qū)“三生”空間演化特征及其生態(tài)效應(yīng)對保護水源區(qū)生態(tài)環(huán)境、確保南水北調(diào)中線工程穩(wěn)定運行具有重要意義。

1. 2 數(shù)據(jù)來源

本研究所使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括南水北調(diào)中線工程水源區(qū)降雨數(shù)據(jù)、遙感影像、數(shù)字高程模型（DEM）、行政邊界數(shù)據(jù)、城鎮(zhèn)建成區(qū)邊界數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。其中，降雨數(shù)據(jù)來自國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：//www. geodata. cn/）。2000、2010與2020年3期南水北調(diào)中線工程水源區(qū)Landsat遙感影像（均通過軟件ENVI5. 3進行輻射定標、大氣校正等預(yù)處理工作，空間分辨率30 m）與DEM高程數(shù)據(jù)，均來自地理空間數(shù)據(jù)云（https：//www.gscloud. cn/）。2000、2010與2020年的城鎮(zhèn)建成區(qū)邊界數(shù)據(jù)來自國家對地觀測科學(xué)數(shù)據(jù)中心（https：//www. chinageoss.cn/）。漢中、安康、商洛、十堰與南陽的社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)均來自各市統(tǒng)計局。

2 研究方法

2. 1 “三生”空間分類體系與識別方法

“三生”空間分類與識別是開展“三生”空間演化研究的基礎(chǔ)?！叭笨臻g作為一種綜合性的國土空間分區(qū)方式，包含生產(chǎn)、生活、生態(tài)3種大類空間［33］。其中，生產(chǎn)空間指為人類提供各類產(chǎn)品的空間；生活空間指為人類提供各類生活性服務(wù)的空間；生態(tài)空間指對維持生物生存環(huán)境穩(wěn)定與生態(tài)系統(tǒng)平衡具有重要作用的空間［34-36］。由于各種大類空間內(nèi)的生產(chǎn)活動、土地權(quán)屬或自然景觀存在差異，導(dǎo)致各大類空間內(nèi)存在不同的子空間［37］。例如，城鎮(zhèn)生活空間、鄉(xiāng)村生活空間等。而各種“三生”空間子空間往往具有不同的演化特征，分析各類子空間的演化特征可以為城鄉(xiāng)空間、各類產(chǎn)業(yè)空間與生態(tài)空間的管控提供更精準的決策支持［37］。因此，在參考已有研究［38-40］的基礎(chǔ)上，遵循系統(tǒng)性、可行性與實用性等原則，構(gòu)建“三生”空間分類體系（表1）。首先，根據(jù)空間的主導(dǎo)功能將“三生”空間劃分為生產(chǎn)、生活與生態(tài)空間。然后，根據(jù)生產(chǎn)活動、土地權(quán)屬與自然景觀差異，分別對生產(chǎn)、生活與生態(tài)空間進行細化。根據(jù)內(nèi)部生產(chǎn)活動不同，生產(chǎn)空間被劃分為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間與非農(nóng)生產(chǎn)空間，分別支撐農(nóng)業(yè)與非農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動。根據(jù)土地權(quán)屬差異，生活空間被劃分為城鎮(zhèn)生活空間與鄉(xiāng)村生活空間，其土地權(quán)屬分別由國家與農(nóng)村集體所有。根據(jù)自然景觀差異，生態(tài)空間被劃分為林地空間、草地空間、水域空間與裸地空間，分別以林地、草地、水域與裸土為主導(dǎo)景觀。

在識別方法上，首先，以2000、2010與2020年3期南水北調(diào)中線工程水源區(qū)遙感影像為基礎(chǔ)，基于隨機森林算法，提取水源區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、林地空間、草地空間、水域空間、裸地空間、其他空間（包括：非農(nóng)生產(chǎn)空間與城、鄉(xiāng)生活空間），總體識別精度分別為82. 51%、83. 62%、85. 52%。然后，根據(jù)Google Earth高分辨率遙感影像，對空間識別結(jié)果進行人工目視修正。最后，結(jié)合GoogleEarth高分辨率遙感影像、城鎮(zhèn)建成區(qū)邊界數(shù)據(jù)與實地調(diào)研，對3個時期的非農(nóng)生產(chǎn)空間、城鎮(zhèn)生活空間與鄉(xiāng)村生活空間進行目視識別（圖2）。

2. 2 “三生”空間轉(zhuǎn)移矩陣

“三生”空間轉(zhuǎn)移矩陣能夠精確刻畫不同類型“三生”空間轉(zhuǎn)換的數(shù)量、方向與空間位置，從而揭示“三生”空間的演化格局［41-42］。本研究利用軟件ArcGIS10. 2中的柵格計算器工具得到2000—2010年與2010—2020年南水北調(diào)中線工程水源區(qū)“ 三生”空間轉(zhuǎn)移矩陣。計算公式如下：

2. 3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程對維持人類賴以生存的自然環(huán)境條件中發(fā)揮的作用［43］。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估則是基于生態(tài)系統(tǒng)的過程、功能機制以及與人類的互動關(guān)系對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值量或物理量進行定量測度［44］。根據(jù)南水北調(diào)中線工程的功能定位與《丹江口庫區(qū)及上游水污染防治和水土保持“十四五”規(guī)劃》，水源區(qū)具有重要的水源涵養(yǎng)與水土保持功能。InVEST模型由斯坦福大學(xué)研發(fā)，可對陸地、海洋等多種生態(tài)系統(tǒng)開展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估，具有運算速度快、數(shù)據(jù)兼容性強與操作簡單等特點，在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估中受到廣泛應(yīng)用［45-47］。因此，本研究主要采用InVEST模型對南水北調(diào)中線工程水源區(qū)的水源涵養(yǎng)與水土保持服務(wù)進行測度。

2. 3. 1 水源涵養(yǎng)服務(wù)

水源涵養(yǎng)服務(wù)評估旨在測度不同空間對降雨進行截留、滲透與蓄積的能力，通常以水源涵養(yǎng)量衡量不同區(qū)域的水源涵養(yǎng)能力［48］。本研究基于水量平衡原理對水源區(qū)的水源涵養(yǎng)服務(wù)進行測算［46］。首先，基于InVEST 模型Water Yield模塊計算區(qū)域的產(chǎn)水量（WY），然后根據(jù)流速系數(shù)、地形指數(shù)、土壤飽和導(dǎo)水率等參數(shù)計算水源涵養(yǎng)量。具體公式如下：

Water Yield模塊運行的關(guān)鍵參數(shù)包括：年總降雨量、年潛在蒸散量、土壤的最大根系埋藏深度、植物可利用水量、生物物理系數(shù)表、Z系數(shù)。其中，年總降雨量、年潛在蒸散量、土壤的最大根系埋藏深度分別通過氣象數(shù)據(jù)與土壤數(shù)據(jù)直接獲得。植物可利用水量（PAWC）的計算見公式4。在參考現(xiàn)有研究［49-50］、《InVEST模型使用手冊》以及開展專家咨詢的基礎(chǔ)上，將Z 系數(shù)設(shè)置為8. 6，并制作用于Water Yield模塊運行的生物物理系數(shù)表（表2）。

2. 3. 2 水土保持服務(wù)

水土保持服務(wù)評價旨在測算各類空間對于由水蝕導(dǎo)致的土壤侵蝕作用的減弱能力，通常以土壤保持量衡量區(qū)域的水土保持能力［51］。本研究采用InVEST 模型的SDR模塊對水源區(qū)2000、2010與2020年的水土保持服務(wù)進行計算。模型運行的關(guān)鍵參數(shù)包括：降雨侵蝕率因子、土壤可蝕性因子、生物物理系數(shù)表（表3）。其中，降雨侵蝕率與土壤可蝕性分別根據(jù)Wischmeier［52］與《生態(tài)保護紅線劃定技術(shù)指南》提供的公式計算，詳見式（5）—式（10）。在參考現(xiàn)有研究［53-54］、《InVEST模型使用手冊》以及開展專家咨詢的基礎(chǔ)上，制作用于SDR模塊運行的生物物理系數(shù)表。

2. 4 生態(tài)貢獻率

生態(tài)貢獻率指區(qū)域內(nèi)“三生”空間轉(zhuǎn)換對生態(tài)環(huán)境變化的貢獻程度，為識別驅(qū)動生態(tài)環(huán)境變化的主導(dǎo)因素提供科學(xué)依據(jù)。本研究在參考現(xiàn)有研究［55-57］的基礎(chǔ)上，確定貢獻率計算方法并定量測度不同空間轉(zhuǎn)換類型對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的影響。公式如下：

3 “三生”空間與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演化分析

3. 1 “三生”空間演化分析

3. 1. 1 “三生”空間格局與數(shù)量變化

根據(jù)圖2、表4，2000—2020年南水北調(diào)中線工程水源區(qū)“三生”空間格局基本穩(wěn)定，林地空間、草地空間與農(nóng)業(yè)種植空間的占比較高，其余空間的占比均未超過2%。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間主要分布于漢水谷地、南陽盆地以及伏牛山與大巴山區(qū)的山谷地帶，具有集中連片的分布特征，總面積減少1 074. 32 km2。林地空間、草地空間均主要分布于伏牛山與大巴山區(qū)，也具有集中連片的分布特征，但兩類空間的數(shù)量變化相反，其中林地空間增長1 648. 75 km2，草地空間減少1 651. 29 km2。水域空間以漢江水系為主體，呈線狀分布于水源區(qū)中部，總面積增長37. 45%。城鎮(zhèn)生活空間、非農(nóng)生產(chǎn)空間主要圍繞各市、區(qū)（縣）政府所在地布局，具有明顯的集聚分布特征，分別增長105. 98% 與1 303. 98%。鄉(xiāng)村生活空間主要圍繞各村級行政機構(gòu)擴張發(fā)展，空間布局相對分散，總面積增長38. 28%。裸地空間主要呈零星狀分布于水源區(qū)內(nèi)，總面積僅增長8. 87 km2。

3. 1. 2 “三生”空間轉(zhuǎn)換

根據(jù)表5、表6，2000—2020年南水北調(diào)中線工程水源區(qū)“三生”空間發(fā)生顯著轉(zhuǎn)換，2010—2020年的總轉(zhuǎn)換面積約為2000—2010年的兩倍，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城鄉(xiāng)建設(shè)、水利建設(shè)與生態(tài)保護活動是水源區(qū)“三生”空間演化的主要驅(qū)動力。不同時期內(nèi)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、林地空間與草地空間的轉(zhuǎn)換面積均遠高于其他空間。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、草地空間的轉(zhuǎn)換均受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)保護活動的雙重影響。其中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的轉(zhuǎn)出與轉(zhuǎn)入規(guī)模相近，轉(zhuǎn)出面積略大于轉(zhuǎn)入面積，轉(zhuǎn)換類型均以林地空間、草地空間為主。而草地空間的轉(zhuǎn)出面積約為轉(zhuǎn)入面積的兩倍，轉(zhuǎn)出類型以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、林地空間為主，轉(zhuǎn)入類型則以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間為主。林地空間轉(zhuǎn)換主要受生態(tài)保護活動影響，以轉(zhuǎn)入為主，且轉(zhuǎn)入面積逐階段擴大，轉(zhuǎn)入類型均以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、草地空間為主。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、林地空間與草地空間的空間轉(zhuǎn)換在水源區(qū)廣泛分布。其余空間在不同時期的轉(zhuǎn)換面積相對較小。丹江口水庫壩體加高工程帶動水源區(qū)水面提升，使水域空間面積顯著增長，轉(zhuǎn)入類型以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、林地空間與草地空間為主，主要分布于水源區(qū)中部與東部地區(qū)。城鎮(zhèn)生活空間、鄉(xiāng)村生活空間與非農(nóng)生產(chǎn)空間的轉(zhuǎn)換則主要受城鄉(xiāng)建設(shè)活動的驅(qū)動。其中，城鎮(zhèn)生活空間與鄉(xiāng)村生活空間均以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的轉(zhuǎn)入為主，空間轉(zhuǎn)換主要分布于城鎮(zhèn)與鄉(xiāng)村生活空間的外圍，城鎮(zhèn)生活空間的轉(zhuǎn)入規(guī)模遠小于鄉(xiāng)村生活空間。非農(nóng)生產(chǎn)空間也以轉(zhuǎn)入為主，且轉(zhuǎn)入規(guī)模逐階段擴張，轉(zhuǎn)入類型以農(nóng)業(yè)種植空間、林地空間為主，主要分布于城鎮(zhèn)生活空間外圍，其中位于水源區(qū)東部與西部地區(qū)的空間轉(zhuǎn)換較為集中。裸地空間的轉(zhuǎn)換規(guī)模在所有空間中最小，轉(zhuǎn)入面積均大于轉(zhuǎn)出面積，空間轉(zhuǎn)換零星散布于水源區(qū)內(nèi)。

3. 2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演化分析

3. 2. 1 不同類型“三生”空間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化

根據(jù)表7、表8，2000—2020年南水北調(diào)中線工程水源區(qū)內(nèi)各類“三生”空間的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總量均存在不同程度變化，但各類空間的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)量與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總量的比重相對穩(wěn)定。2000—2020年，林地空間、草地空間與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的平均水源涵養(yǎng)深度、水源涵養(yǎng)總量以及平均土壤保持量與土壤保持總量均明顯高于其他空間，分別在210 mm、5×109 t 與3. 9×104 t/km2、1×109 t以上。不同時期內(nèi)，上述3類空間的水源涵養(yǎng)總量占比與土壤保持總量占比也均在99%以上。除農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、草地空間外，其余空間的水源涵養(yǎng)總量與土壤保持總量均有增長。其中，非農(nóng)生產(chǎn)空間、水域空間、城鎮(zhèn)生活空間與裸地空間的增幅較大，水源涵養(yǎng)與土壤保持總量的增幅分別在60%與40%以上，而林地空間的增幅最小，但其水源涵養(yǎng)與土壤保持服務(wù)的增長總量均遠高于其他空間，分別為5. 81×108 t與1. 37×108 t。

3. 2. 2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分異特征與變化

根據(jù)圖3，2000—2020年，南水北調(diào)中線工程水源區(qū)內(nèi)水源涵養(yǎng)與水土保持服務(wù)的空間格局基本穩(wěn)定，并具有不同的空間分異特征。水源涵養(yǎng)服務(wù)主要呈“南高北低”的分布特征。其中，高值區(qū)主要分布于漢江以北的大巴山、武當山區(qū)，水源涵養(yǎng)深度大多在400～500 mm以及500 mm以上；中值區(qū)主要分布于大巴山、武當山區(qū)的低海拔地區(qū)以及伏牛山的高海拔區(qū)域，水源涵養(yǎng)深度約為300～400 mm；低值區(qū)則主要位于水源區(qū)中部及北部的低海拔區(qū)域，水源涵養(yǎng)深度大多在200～300 mm以及200 mm以下。水土保持服務(wù)則呈“高值分散，低值連片”的分布特征。其中，高、中值區(qū)主要分布于坡度較陡的區(qū)域，單位面積的土壤保持量大多在1. 5×105 t/km2～2×105 t/km2及2×105 t/km2以上。低值區(qū)分布廣泛且集中連片，主要分布于坡度平緩的區(qū)域，單位面積的土壤保持總量均在5×104t/km2以下。在變化趨勢上，水源涵養(yǎng)與水土保持服務(wù)也保持相對穩(wěn)定。根據(jù)表7、表9，2000—2020年平均水源涵養(yǎng)深度與水源涵養(yǎng)總量僅降低0. 27%，單位面積土壤保持量與土壤保持總量則均增長0. 04%。

4 “三生”空間演化的生態(tài)效應(yīng)與驅(qū)動機制

4. 1 “三生”空間演化的生態(tài)效應(yīng)

根據(jù)圖4、表10，在2000—2010年與2010—2020年2個時期，南水北調(diào)中線工程水源區(qū)內(nèi)“三生”空間演化對其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生顯著影響，可分為正向與負向效應(yīng)。2000—2020年，水源涵養(yǎng)服務(wù)的增長與減少區(qū)域在水源區(qū)分布廣泛。不同時期內(nèi)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為林地空間、草地空間以及草地空間轉(zhuǎn)為林地空間對水源涵養(yǎng)服務(wù)增長的貢獻率較高，3種空間轉(zhuǎn)換類型的貢獻率總和分別為86. 32%與86. 95%。2010—2020年，由于漢中、安康與商洛地區(qū)草地空間大規(guī)模轉(zhuǎn)為林地空間，使該區(qū)域水源涵養(yǎng)服務(wù)的增長區(qū)域相對集中并具有較大規(guī)模。而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、林地空間轉(zhuǎn)為水域空間、林地空間、草地空間轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為鄉(xiāng)村生活空間、林地空間轉(zhuǎn)變?yōu)榉寝r(nóng)生產(chǎn)空間對水源區(qū)水源涵養(yǎng)服務(wù)減少的貢獻率較高。其中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為鄉(xiāng)村生活空間的貢獻主要體現(xiàn)在2000—2010年，主要集中在南陽、漢中與商洛地區(qū)；林地空間轉(zhuǎn)變?yōu)榉寝r(nóng)生產(chǎn)空間的貢獻則主要體現(xiàn)在2010—2020 年，主要集中在十堰市。在水土保持方面，2000—2020年，水土保持服務(wù)的增長與減少區(qū)域也廣泛分布于水源區(qū)內(nèi)。不同時期內(nèi)，對水土保持服務(wù)增長貢獻較高的空間轉(zhuǎn)換類型與水源涵養(yǎng)服務(wù)相同，均為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為草地空間、林地空間以及草地空間轉(zhuǎn)為林地空間，3 類空間轉(zhuǎn)換類型的貢獻率總和分別為87. 67% 與89. 56%。而林地空間、草地空間轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間以及林地空間、草地空間、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為裸地空間對水土保持服務(wù)減少的貢獻率較高，特別是林地空間、草地空間轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間，兩種空間轉(zhuǎn)換類型的貢獻率總和分別為74. 58%與82. 34%。

基于南水北調(diào)中線工程水源區(qū)“三生”空間演化與生態(tài)效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)，水源區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、林地空間與草地空間的空間沖突日趨激烈，使當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生劇烈的空間波動。根據(jù)表5、表6、表10，在2000—2010 年與2010—2020年，分別有848. 77 km2與1 987. 8 km2的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)換為林地空間與草地空間，同時也有991. 15km2與1 553. 21 km2的林地空間、草地空間轉(zhuǎn)換為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間，而上述空間轉(zhuǎn)換在水源區(qū)水源涵養(yǎng)與水土保持服務(wù)總量增減變化中具有較高的貢獻率，其中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為林地空間、草地空間的貢獻率總和分別為68. 14%、62. 09%與71. 25%、61. 48%，林地空間、草地空間轉(zhuǎn)換為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的貢獻總和則分別為37. 58%、48. 13% 與74. 58%、82. 34%。因此，建議通過全域土地綜合整治，統(tǒng)籌南水北調(diào)中線工程水源區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)保護的整體格局，在劃定永久基本農(nóng)田與生態(tài)保護紅線的基礎(chǔ)上，結(jié)合農(nóng)戶意愿與生態(tài)保護需求，合理確定其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間與各類生態(tài)空間內(nèi)的生態(tài)保護與農(nóng)業(yè)開發(fā)格局，進而減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)保護活動的空間競爭。

4. 2 生態(tài)效應(yīng)的驅(qū)動機制分析

基于南水北調(diào)中線工程水源區(qū)“三生”空間演化及其生態(tài)效應(yīng)分析結(jié)果以及水源區(qū)實地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城鄉(xiāng)建設(shè)、水利建設(shè)與生態(tài)保護等人類活動是水源區(qū)“三生”空間生態(tài)效應(yīng)的直接驅(qū)動力，主要通過改變國土空間利用方式推動生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演化發(fā)展（圖5）。其中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動、城鄉(xiāng)建設(shè)活動與水利建設(shè)活動是南水北調(diào)中線工程水源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流失的主要原因。農(nóng)業(yè)是水源區(qū)內(nèi)鄉(xiāng)村居民的主要收入來源，為增加務(wù)農(nóng)收入，鄉(xiāng)村居民不斷增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入并通過侵占林地空間、草地空間擴大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模。根據(jù)前文，林地空間、草地空間轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間對水源涵養(yǎng)與水土保持服務(wù)的減少的貢獻度均較高。地方政府為發(fā)展經(jīng)濟、改善城鄉(xiāng)居民生活環(huán)境不斷引導(dǎo)水源區(qū)內(nèi)工業(yè)、服務(wù)業(yè)發(fā)展并開展城鄉(xiāng)建設(shè)活動。2000—2020年，工業(yè)、服務(wù)業(yè)總產(chǎn)值從349. 89億元增長到5 258. 6億元。非農(nóng)生產(chǎn)空間與城、鄉(xiāng)生活空間作為工業(yè)、服務(wù)業(yè)與城鄉(xiāng)居民生活的載體，各類空間面積也分別增長1 303. 98%與47. 11%，但也進一步導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、林地空間的流失，進而使水源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)減少。為配合南水北調(diào)中線工程“自流引水”的建設(shè)目標，丹江口大壩加高加寬續(xù)建工程陸續(xù)開工，水庫蓄水位從2005年的157 m提高到2013年的170 m，使得水面上漲并淹沒周圍農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、林地空間等空間類型。根據(jù)表10，在2000—2010年與2010—2020年，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間與林地空間轉(zhuǎn)變?yōu)樗蚩臻g對水源涵養(yǎng)服務(wù)減少的貢獻率總和分別為30. 87%與25. 39%。生態(tài)保護活動則是水源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)增長的主要原因。2000年以來，為提升水源區(qū)的水源涵養(yǎng)與水土保持服務(wù)，各級政府積極在水源區(qū)內(nèi)開展植樹造林、退耕還林、還草等生態(tài)工程，促進大量農(nóng)業(yè)種植空間向林地空間、草地空間以及草地空間向林地空間轉(zhuǎn)換。根據(jù)表10，在2000—2010年與2010—2020年，上述空間轉(zhuǎn)換對水源區(qū)水源涵養(yǎng)與水土保持服務(wù)增長的貢獻率總和分別為86. 32%、86. 95%與87. 67%、89. 56%。

5 結(jié)論與討論

5. 1 結(jié)論

本研究基于多源數(shù)據(jù)與多學(xué)科方法，在識別南水北調(diào)中線工程水源區(qū)“三生”空間并評估水源涵養(yǎng)與水土保持兩類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的基礎(chǔ)上，分析水源區(qū)“三生”空間與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演化特征，并基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)視角解析水源區(qū)“三生”空間演化的生態(tài)效應(yīng)及其驅(qū)動力，得出如下結(jié)論。

（1）南水北調(diào)中線工程水源區(qū)內(nèi)各類“三生”空間的空間格局基本穩(wěn)定，除農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、草地空間外，其他空間的面積均有增長，其中林地空間的增量最多，非農(nóng)生產(chǎn)空間增幅最大。不同時期內(nèi)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、林地空間與草地空間的轉(zhuǎn)換面積均遠高于其他空間。

（2）水源區(qū)整體及各類空間內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相對穩(wěn)定，林地空間、草地空間與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平顯著高于其他空間。“三生”空間轉(zhuǎn)換對水源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)存在明顯的正向與負向效應(yīng)，其中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為林地空間、草地空間以及草地空間轉(zhuǎn)為林地空間對水源涵養(yǎng)與水土保持服務(wù)增長的貢獻率較高。

（3）南水北調(diào)中線工程水源區(qū)“三生”空間演化的生態(tài)效應(yīng)與人類活動密切相關(guān)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城鄉(xiāng)建設(shè)、水利建設(shè)以及生態(tài)保護等人類活動通過改變空間利用方式推動生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)演化發(fā)展。其中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城鄉(xiāng)建設(shè)與水利建設(shè)活動對水源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具有負向效應(yīng)，生態(tài)保護活動則發(fā)揮正向效應(yīng)。

（4）南水北調(diào)中線工程水源區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、林地空間與草地空間的空間競爭日趨激烈，未來，政府應(yīng)進一步推進南水北調(diào)中線工程水源區(qū)全域土地綜合整治，綜合統(tǒng)籌水源區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)保護的整體格局。

5. 2 討論

本研究立足生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)視角，在開展南水北調(diào)中線工程水源區(qū)“三生”空間識別與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)分析水源區(qū)“三生”空間演化特征及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，豐富“三生”空間演化與生態(tài)效應(yīng)研究的內(nèi)容與方法體系?；贗nVEST模型開展“三生”空間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估，可以定量刻畫不同“三生”空間及各類空間內(nèi)部生態(tài)質(zhì)量的高低，有利于從數(shù)量和空間兩個方面解析“三生”空間演化對生態(tài)環(huán)境的影響。相比于傳統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)法，本方法基于生態(tài)學(xué)原理評估“三生”空間的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力，具有良好的科學(xué)性與客觀性，可以準確反映“三生”空間內(nèi)部生態(tài)質(zhì)量，彌補了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)法的不足，從而為解釋國土空間演化的生態(tài)效應(yīng)與制定國土空間規(guī)劃策略提供決策支持。但受方法限制，本研究對水域空間水源涵養(yǎng)功能的測算相對片面。今后可基于生態(tài)學(xué)、水文學(xué)等多學(xué)科知識完善水源涵養(yǎng)功能評價方法，并對“三生”空間演化的生態(tài)效應(yīng)進行深入分析。

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（責(zé)任編輯：劉呈慶）