黃土高原溝壑區(qū)生態(tài)用地空間格局變化分析
——以陜西省洛川縣為例

侯會延,李彤,賈寶全,張秋夢,房有鑫

(1.洛川縣林業(yè)局,陜西洛川 727400;2.中國林業(yè)科學研究院林業(yè)研究所國家林業(yè)和草原局林木培育重點實驗室/國家林業(yè)和草原局城市森林研究中心,北京 100091)

生態(tài)用地是以發(fā)揮生態(tài)功能或生態(tài)效應為主的土地利用類型[1]。生態(tài)用地既是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務功能的重要載體,也是區(qū)域生態(tài)安全格局最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)[2],其數(shù)量多寡、質(zhì)量高低與時空穩(wěn)定性更是衡量區(qū)域生態(tài)環(huán)境優(yōu)劣的重要指標[3],對于地區(qū)可持續(xù)發(fā)展目標的實現(xiàn)具有重要現(xiàn)實意義,在維護生態(tài)平衡、保障國土生態(tài)安全、應對全球氣候變化等方面具有特殊地位[4]。目前,隨著以“三區(qū)三線”為核心的國土空間規(guī)劃的全面開展,生態(tài)用地的實踐指導意義更為突出[5]。由于生態(tài)用地跨越了生態(tài)學、地理學、土地科學和管理科學等不同學科,并在理論到實踐之間建立了重要的聯(lián)系,因此,其作為科學概念,自2004年一經(jīng)提出便迅速引起了學術(shù)界的廣泛關(guān)注與深入討論[6-7],并迅即成為了國內(nèi)土地利用/土地覆蓋領(lǐng)域最重要的研究議題與熱點[8-9]。從已有研究成果來看,相關(guān)研究主要集中在生態(tài)用地概念內(nèi)涵與分類[10]、生態(tài)用地及其生態(tài)服務功能的時空演變與驅(qū)動力分析[11]、生態(tài)用地時空景觀格局與優(yōu)化[12]、生態(tài)用地安全格局及其優(yōu)化等方面[13],近年來隨著國家空間規(guī)劃的逐步實施,生態(tài)用地研究也逐漸轉(zhuǎn)到了“三生”空間領(lǐng)域[5,14]?？傮w來看,隨著生態(tài)建設(shè)實踐的不斷推進,生態(tài)用地總體呈現(xiàn)了外延不斷擴大、分類實踐逐步深入的趨勢,并從最開始僅限于西北干旱綠洲區(qū)的脆弱環(huán)境[6],慢慢滲透深入到不同的重點生態(tài)功能區(qū)[15],再逐步深入到城市生態(tài)用地[16]、區(qū)域生態(tài)用地[9]、鄉(xiāng)村生態(tài)用地[17]、“三生”空間與生態(tài)紅線等范疇[14],隨著其內(nèi)涵的豐富與外延的擴大,生態(tài)用地與生產(chǎn)實踐的關(guān)系越來越密切,其實踐指導意義也越來越強;其次,就研究數(shù)據(jù)支撐現(xiàn)狀來看,其正從中尺度的landsat TM 數(shù)據(jù)產(chǎn)品逐步深入到高分影像數(shù)據(jù)[18],隨著以國土三調(diào)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的“一張圖”的逐步實施,將對未來的生態(tài)用地研究提供更為詳盡而扎實的數(shù)據(jù)支撐;第三,從研究的空間尺度來看,過去的相關(guān)研究大多以縣域及其以上的行政區(qū)域或自然區(qū)域為研究單元,因而研究結(jié)果的趨勢性較強,但針對某一更小的空間單元時,在針對性與實踐指導性方面常常顯得力不從心;第四,目前的研究成果中,除了相關(guān)的生態(tài)用地變化模擬研究具有較強的空間可視性展示效果外,絕大多數(shù)的研究工作對于時空異質(zhì)性的把握還不夠充分,因此相關(guān)成果對區(qū)域生態(tài)保護與國土空間規(guī)劃的針對性與有效性方面則相對不足;第五,相關(guān)研究成果集中于林地、草地、濕地、城市綠地等土地利用類型,而對于生產(chǎn)性生態(tài)用地等其他生態(tài)用地地類,目前也還僅僅停留在生態(tài)用地類型分類上,缺乏更進一步的深入研究,隨著《國務院辦公廳關(guān)于堅決制止耕地“非農(nóng)化”行為的通知》(國辦發(fā)明電〔2020〕24號)和《國務院辦公廳關(guān)于防止耕地“非糧化”穩(wěn)定糧食生產(chǎn)的意見》(國辦發(fā)〔2020〕44號)的發(fā)布與實施,對于一些果業(yè)生產(chǎn)專業(yè)區(qū)域而言,這一缺陷構(gòu)成的學術(shù)理論短板與實踐脫節(jié)問題也愈發(fā)突出。為此,我們選擇全國優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品(蘋果)產(chǎn)業(yè)化建設(shè)示范縣和陜西省唯一的“一縣一業(yè)”示范縣——洛川縣為研究區(qū)域,基于1∶10 000國土資源數(shù)據(jù)支撐,從空間格局的視角,以村級行政單元為基礎(chǔ),對其2009—2019年10 a間的生態(tài)用地空間格局變化及其環(huán)境和社會影響進行分析,以探索果業(yè)生產(chǎn)對于林地資源有限區(qū)域的現(xiàn)實生態(tài)意義,進而為生態(tài)用地的保護和高效利用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

洛川縣地處陜西省中部、黃土高原南部,位于東經(jīng)109°18′14″—109°45′47″和北緯35°26′29″—36°04′12″,是黃土高原面積最大、土層最厚的塬區(qū),縣域總面積1 793.12 km2。境內(nèi)塬面平均海拔1 100 m,黃土層厚80～140 m,地勢東北高西南低,北部是黃土低峁丘陵區(qū),中部是黃土臺塬區(qū),南部為黃土殘塬溝壑區(qū)(圖1)。全縣地處暖溫帶,屬大陸性季風氣候,年平均氣溫9.9℃,晝夜溫差12.8℃,年降雨量592.6 mm,年均日照2 525 h。由于塬面平坦、土地寬廣、雨熱同季、晝夜溫差大等特點,長期以來便擁有“陜北糧倉”和“蘋果之鄉(xiāng)”的美譽。洛川屬暖溫帶半濕潤落葉闊葉林,處黑壚土地帶,區(qū)域內(nèi)共分9 個土類,11個亞類,22個土屬,59個土種;其中黃土性土分布最廣,占總土地面積的48.23%;其次為黑壚土,占總土地面積的23.16%;第三是灰褐土,占總土地面積的21.51%;第四是紅土,占總土地面積的5.23%。

圖1 洛川縣衛(wèi)星影像與地貌區(qū)劃Fig.1 TM imagine and landform division of Luochuan county

洛川縣現(xiàn)轄7 鎮(zhèn)1 鄉(xiāng)1 個街道辦(圖1),截至2019年年底,全縣常住人口21.73萬人,人口自然增長率2.8‰,人口密度約為121人/km2。2019年全年地區(qū)生產(chǎn)總值243.87億元,地方財政收入1.427 億元,城鎮(zhèn)居民人均可支配收入34 957元,農(nóng)村居民人均可支配收入13 249元。

1.2 生態(tài)用地分類與研究數(shù)據(jù)

生態(tài)用地分類是一個非常復雜的研究議題,受研究視角、研究尺度、關(guān)注焦點等不同因素的影響,目前分別提出了區(qū)域[3,6-7]、城市等[9]不同空間實體的生態(tài)用地分類,另外也有學者提出了基于土地管理角度的生態(tài)用地分類方案[8],這些研究工作對于生態(tài)用地的拓展和深化起到了非常重要的作用。然而,面對目前最為急迫的國土空間規(guī)劃實際需求,這些方案因其包容性差的缺陷總難以給人以滿意的效果,因此探索新形勢下的包容性生態(tài)用地分類,便成為了首當其沖的工作任務,Guo等[10]提出的服務于生態(tài)紅線實施的、基于管理導向的生態(tài)用地分類系統(tǒng),因其與現(xiàn)有土地利用分類系統(tǒng)銜接的有效與實踐應用的多尺度性,而成為目前包容性最高的分類體系[10]。在本項研究中,考慮到洛川縣作為全國“蘋果生產(chǎn)專業(yè)縣”,蘋果種植總面積已達到35 333 hm2,覆蓋了82%的耕地和95%以上農(nóng)戶,蘋果收入占到農(nóng)民收入95%以上,以及果園平均壽命30 a具有遠高于耕地的生態(tài)與環(huán)境效益的客觀事實,在分析生產(chǎn)性生態(tài)用地時,我們只考慮了園地,而未將該區(qū)域僅種植1 a生農(nóng)作物的耕地納入生態(tài)用地的考慮視角。

研究數(shù)據(jù)為洛川縣自然資源局提供的第二次(2009年)和第三次(2019年)國土資源調(diào)查1∶10 000矢量數(shù)據(jù)。原數(shù)據(jù)共包含濕地、耕地、園地、林地、草地、商業(yè)服務用地、工礦用地、住宅用地、公共管理與公共服務用地、特殊用地、交通運輸用地、水域與水利設(shè)施用地、其他用地共13個一級地類與64個二級地類?？紤]到本文主要是探究生態(tài)用地的空間格局變化,為了簡化土地類型數(shù)量,我們將土地分類共合并為耕地、園地、草地、林地、建設(shè)用地和水體6大類,其中生態(tài)用地包括林地、草地、水體和園地4類。

1.3 研究方法

1.3.1 生態(tài)用地穩(wěn)定性指數(shù) 景觀的穩(wěn)定性是景觀生態(tài)學中的核心研究議題之一[19],目前的景觀穩(wěn)定性概念大多借用了生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性概念[20],尚沒有一個可為學界普遍接受的、內(nèi)涵與外延均很明確的概念。我們認為,景觀的穩(wěn)定性應該是指在一定區(qū)域內(nèi)不同景觀要素在時間尺度上保持其本質(zhì)屬性不變的特性,這些屬性不隨時間變化的生態(tài)用地組合可稱之為穩(wěn)定性生態(tài)用地。從土地覆蓋/土地利用的角度來看,穩(wěn)定性可以用一定區(qū)域內(nèi)各類土地覆蓋/土地利用類型面積隨時間保持不變的比例來衡量[21-23]。為此,借用轉(zhuǎn)移概率矩陣方法的結(jié)果,我們認為生態(tài)用地空間穩(wěn)定性就是指在兩個不同的時間點之間,生態(tài)用地在區(qū)域空間內(nèi)保持其地類屬性不變的特征。我們嘗試提出生態(tài)用地穩(wěn)定性指數(shù)作為定量刻畫生態(tài)用地空間穩(wěn)定性的參考工具,具體的計算方法分別為:

式中:PSI為生態(tài)用地穩(wěn)定性指數(shù);Ai為在研究的時間段內(nèi)研究區(qū)域中生態(tài)用地覆蓋i類型保持覆蓋性質(zhì)不變的面積,這里i分別代表林地、草地、水體和果園;A為研究區(qū)域內(nèi)各類土地覆蓋的面積總和,研究區(qū)域可以使不同級別的行政區(qū)劃單元,也可以是不同尺度的地理網(wǎng)格單元,文中為行政村的總面積;n為土地覆蓋類型的總數(shù)。就同一區(qū)域的不同時間段或不同區(qū)域同一時間段的比較而言,PSI值越大,表明區(qū)域生態(tài)穩(wěn)定度性越高;反之,穩(wěn)定度則越低。

1.3.2 空間自相關(guān)分析 空間自相關(guān)分析是研究某一區(qū)域?qū)傩詴r空格局演進的常用方法,通常采用Moran指數(shù)來進行測度,包括全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)兩部分[24]。所有空間自相關(guān)分析研究均借助ArcGIS 10.8軟件平臺,利用其空間統(tǒng)計模塊的相關(guān)工具實現(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)用地變化過程

2.1.1 生態(tài)用地總體變化過程 就生態(tài)用地的空間分布而言(圖2),在基礎(chǔ)生態(tài)用地中,林地主要分布在北部的低峁丘陵區(qū),該區(qū)域僅靠黃龍縣的黃龍山林區(qū),也是洛川縣惟一的天然次生林分布區(qū),另外在一些黃土川道也有零星分布;草地主要分布于黃土川道的河流上游以及溝道兩側(cè)梁卯的海拔較高部位,由于地形分割嚴重,均呈小片分布;水域呈線狀與分散的塊狀散布于縣域各處,其中以西部邊界的洛河河道和東部邊界區(qū)域的拓家河水庫、石堡川水庫最為出名。而生產(chǎn)性生態(tài)用地的果園,則全部分布于縣境內(nèi)的黃土塬梁等相對平坦寬厚的地形部位,并成為農(nóng)村居民點的景觀基質(zhì)。

圖2 洛川縣2009年和2019年土地利用現(xiàn)狀Fig.2 Land use map of Luochuan County in 2009 and 2019

2009年、2019年洛川縣土地利用數(shù)據(jù)變化情況表明(表1),在過去的10 a間,基礎(chǔ)生態(tài)用地總體減少了4 321.45 hm2,其中草地減少規(guī)模為27 566.65 hm2,而林地和水體則分別增加了23 103.4,141.8 hm2;生產(chǎn)性生態(tài)用地總體上增加了2 948.06 hm2,其中耕地和果園面積分別減少和增加了6 077.25,9 025.31 hm2;非生態(tài)用地的建設(shè)用地增加了1 373.38 hm2。

表1 洛川縣2009年、2019年土地利用總體變化Table 1 Overall change of land use in Luochuan County in 1999 and 2019

從其內(nèi)部變化過程來看(表2),10 a變化間隔期間,生態(tài)用地中以林地和園地最為穩(wěn)定,其空間上保持不變的面積比例分別達到了89.07%,87.91%,以草地最不穩(wěn)定,其保持不變的面積比例只有31.97%。從變化去向來看,2009年林地中分別只有6.34%,2.29%的面積分別轉(zhuǎn)換成草地和耕地,而同期的園地中分別只有2.75%,4.95%,3.51%的面積轉(zhuǎn)換為了林地、耕地和建設(shè)用地;耕地的穩(wěn)定性也很差,保持不變的面積比例只有34.5%,轉(zhuǎn)移去向主要為園地、林地和建設(shè)用地,轉(zhuǎn)移概率分別達到53.7%,7.45%,3.49%;建設(shè)用地的穩(wěn)定性極高,保持不變的面積比例達到了82.19%,其主要的轉(zhuǎn)出方向為園地、林地和耕地,轉(zhuǎn)移概率分別為8.3%,3.91%,3.45%。

表2 洛川縣2009年、2019年土地利用類型轉(zhuǎn)移概率矩陣Table 2 Probability matrix of land use type transition in Luochuan County in 2009 and 2019

2.1.2 穩(wěn)定性生態(tài)用地的空間分布 從穩(wěn)定性生態(tài)用地的空間分布來看(圖3),林地穩(wěn)定性斑塊主要分布在北部的低峁丘陵區(qū);水體的穩(wěn)定性斑塊較少,集中在中部塬區(qū),另在殘塬溝壑區(qū)有少量分布;草地的穩(wěn)定性斑塊主要分布在中部塬區(qū)和南部的殘塬溝壑區(qū);而園地的穩(wěn)定性斑塊則具有與草地相同的分布格局。

圖3 穩(wěn)定性斑塊類型與不穩(wěn)定性斑塊的轉(zhuǎn)出類型空間分布圖Fig.3 Spatial distribution of stable patch types and unstable patch out-types

從數(shù)量來看,全縣生態(tài)用地穩(wěn)定性斑塊總面積108 583.1 hm2(表3),其中以低峁丘陵區(qū)穩(wěn)定性生態(tài)用地的面積最大,達到了45 587.27 hm2,其內(nèi)部林地穩(wěn)定性斑塊的面積又占到了整個穩(wěn)定性生態(tài)用地斑塊面積的90.04%;其次為中部塬區(qū),該區(qū)域穩(wěn)定性生態(tài)用地總面積42 522.31 hm2,這其中又以穩(wěn)定性園地所占比例最大,其占該區(qū)域穩(wěn)定性生態(tài)用地的比例達44.35%,草地穩(wěn)定性斑塊面積占該區(qū)域的面積比例為22.36%;在殘塬溝壑區(qū),穩(wěn)定性生態(tài)用地面積占該區(qū)域面積的47.84%,其中園地穩(wěn)定性面積占該區(qū)域穩(wěn)定性生態(tài)用地總面積的45.7%,草地穩(wěn)定性斑塊面積占穩(wěn)定性生態(tài)用地的面積比例也達到了24.4%。

表3 洛川縣2009-2019年穩(wěn)定性生態(tài)用地統(tǒng)計Table 3 Statistics of stable ecological land area in Luochuan County from 1999 to 2019

2.1.3 生態(tài)用地穩(wěn)定性指數(shù)總體變化 根據(jù)公式(1)計算的全縣與不同生態(tài)區(qū)的穩(wěn)定性指數(shù)結(jié)果顯示(圖4),以園地為代表的生產(chǎn)性生態(tài)用地對全縣及各生態(tài)區(qū)域均有較大的影響,其對生態(tài)穩(wěn)定性指數(shù)的影響幅度在6%～23.5%(圖4)。在不包括園地的前提下,全縣的生態(tài)用地穩(wěn)定性指數(shù)為42.81%,低峁丘陵區(qū)、中部塬區(qū)和殘塬溝壑區(qū)分別為74.44%,29.53%,25.98%,這與全縣天然植被的分布格局非常一致;如果將穩(wěn)定性園地考慮在內(nèi),則全縣的生態(tài)穩(wěn)定性指數(shù)達到60.56%,低峁丘陵區(qū)、中部塬區(qū)和殘塬溝壑區(qū)則分別達到了80.85%,53.07%,47.84%,分別增加6.41%,23.53%,25.98%。

圖4 生態(tài)用地穩(wěn)定性指數(shù)Fig.4 Ecological land stability index in diferent regions

2.2 生態(tài)用地空間格局分析

2.2.1 生態(tài)用地的局部空間自相關(guān)分析 依托ArcGIS平臺,以2009年、2019年兩個時段的村域生態(tài)用地占比為基礎(chǔ),在明確最佳空間鄰域距離(8 607 m)條件下的不同類型生態(tài)用地Moran′sI指數(shù)表明,全縣兩個時段的生態(tài)用地均存在顯著的空間聚集分布特征(表4)。

表4 2009年、2019年生態(tài)用地的全局統(tǒng)計Table 4 Global spatial autocorrelation statistics(Moran's I)between 2009 and 2019 period

生態(tài)用地局部空間自相關(guān)分析結(jié)果表明(圖5),剛性生態(tài)用地的空間聚類格局在2009年和2019年間在全縣尺度與分區(qū)域尺度上均未有顯著變化,高—高值聚集區(qū)主要集中分布在低峁丘陵區(qū)及其與中部塬區(qū)的交界地帶,低—低值聚集區(qū)主要分布在中部塬區(qū)中央以及殘塬溝壑區(qū)。與基礎(chǔ)生態(tài)用地的聚類格局不同,園地在2009年、2019年間發(fā)生的變化較大,且這種變化主要發(fā)生在中部塬區(qū)與殘塬溝壑區(qū),其中中部塬區(qū)低—低聚類區(qū)有所擴大,而高—高聚類區(qū)明顯縮小,但在殘塬溝壑區(qū),2019年與2009年相比,隨著低—低聚類區(qū)和高—低聚類區(qū)完全消失,新出現(xiàn)了大范圍的高—高聚類區(qū)與小范圍的低—高聚類區(qū)域。正是由于園地的數(shù)量與時空變化,直接促進了全域生態(tài)用地尺度下聚集效應的空間變化,一方面中部塬區(qū)高—低、低—高和低—低聚類區(qū)域的范圍有所擴大,另一方面在殘塬溝壑區(qū)低—低聚類區(qū)范圍急速縮小與統(tǒng)計不顯著區(qū)域快速擴張。

圖5 洛川縣生態(tài)用地局部聚集分析Fig.5 Local spatial autocorrelation of ecological land in Luochuan County

從聚集類型統(tǒng)計結(jié)果看(表5),在2009—2019年時段內(nèi),只考慮基礎(chǔ)生態(tài)用地格局的情境下,高—低和低—高聚集區(qū)的大小沒有發(fā)生變化,當將園地考慮在內(nèi)時,則直接導致了高—低和低—高聚集區(qū)的增加變化,10 a間分別增加了8 373.14,2 773.3 hm2;統(tǒng)計不顯著區(qū)域則從單純的減小變化逆轉(zhuǎn)為了空間增長;高—高值聚集區(qū)和低—低值聚集區(qū)也雙雙由純基礎(chǔ)生態(tài)用地在空間范圍上的小幅增加逆轉(zhuǎn)為了大幅減小,減小面積分別達18 262.62,20 609.42 hm2,這一轉(zhuǎn)變使得不同聚集類型在縣域空間上更為均衡。

表5 不同時期生態(tài)用地空間聚集類型統(tǒng)計Table 5 Statistics of spatial aggregation types in different times hm2

2.2.2 生態(tài)用地的空間熱點分析 研究區(qū)域不同生態(tài)用地類型的空間熱冷點分析結(jié)果顯示(表6,圖6),就基礎(chǔ)生態(tài)用地而言,2009年與2019年的空間熱、冷點格局沒有太大變化,冷點面積減少了4 066.5 hm2,熱點面積與統(tǒng)計不顯著區(qū)域面積僅分別增加了1 748.1,2 318.6 hm2;從園地視角來看,其冷熱點空間格局變化很大,2009年時熱點只集中分布在中部塬區(qū),而冷點以5個大小不同的斑塊散布在全縣的3個區(qū)域中(圖6B),到了2019年,熱點區(qū)域迅速連片擴散至南部的殘塬溝壑區(qū)(圖6E),而冷點區(qū)域則集中分布在了北部的低峁丘陵區(qū)和中部塬區(qū)的西北部(圖6B、圖6E),其中北部低峁丘陵區(qū)空間分布及其空間構(gòu)型變化不大,而中部塬區(qū)的西北部則圍繞縣城所在地的鳳棲街道呈現(xiàn)明顯擴大(圖6E)。

表6 不同時期生態(tài)用地熱點類型統(tǒng)計Table 6 Statistics of spatial hot types in different times hm2

圖6 洛川縣生態(tài)用地熱點分析Fig.6 The hot spot analysis of ecological land use in Luchuan County

園地的存在及其空間分布也極大影響到全縣的生態(tài)用地冷、熱點空間格局(圖6C、圖6F)。首先,將2009年橫跨北部低峁丘陵區(qū)和中部塬區(qū)的熱點區(qū)域,壓縮到了2019年的中部塬區(qū),從而將北區(qū)低峁丘陵區(qū)熱點和統(tǒng)計不顯著區(qū)域平分秋色的空間格局,改變成了以統(tǒng)計不顯著區(qū)域占絕對優(yōu)勢的空間格局;其次,在中部塬區(qū)形成了以鳳棲街道為中心的冷點區(qū)域,同時將南部殘塬溝壑區(qū)以冷點區(qū)域占絕對優(yōu)勢的格局逆轉(zhuǎn)成了以統(tǒng)計不顯著區(qū)域占優(yōu)勢的格局,冷點區(qū)域被壓縮到了縣界南部和西部邊緣地帶。

3 討論

黃土高原由于自然及歷史原因,水資源貧乏,干旱、土壤退化等問題嚴重,是我國人口、資源、環(huán)境矛盾最集中、治理難度最大的區(qū)域之一[25],而以延安為中心的黃土高原中部丘陵溝壑區(qū),又是該區(qū)生態(tài)環(huán)境惡劣、水土流失最為嚴重的區(qū)域[26]。因此,增加植被覆蓋、改善生態(tài)環(huán)境一直是該區(qū)域生態(tài)建設(shè)的重中之重[27]。本項研究結(jié)果顯示,洛川縣近10 a的生態(tài)用地變化以基礎(chǔ)生態(tài)用地的小幅減少和生產(chǎn)性生態(tài)用地的巨量增加為主要特點,其中草地減少面積最大,達到了27 566.65 hm2,耕地減少了6 077.25 hm2,與之相對應的是林地和果園的大幅度增加,其中林地增加23 103.4 hm2,果園增加9 025 hm2。從其內(nèi)部轉(zhuǎn)移方向來看,草地和耕地減少的土地面積絕大多數(shù)流向了林地和果園,這與邱海軍等[28]的研究的結(jié)論一致。從生態(tài)功能與生態(tài)服務效果來看,林地、草地和耕地的單位生態(tài)服務功能價值分別為30 530.8,18 075.1,20 900元/hm2[29],而經(jīng)濟林為54 994.81元/hm2,扣除其產(chǎn)品價值外,其生態(tài)服務功能價值依然高達44 034.34元/hm2[30],很顯然,研究區(qū)域目前的土地利用變化是一個具有明顯生態(tài)環(huán)境改善效應的變化過程。

除生態(tài)效益之外,耕地向果園轉(zhuǎn)變還產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟與社會效益。從研究區(qū)域果園面積與農(nóng)民純收入變化來看(圖7),2004 年是一個分水嶺,在1992—2004年,全縣蘋果種植面積由10 777.5 hm2穩(wěn)步增加到33 130 hm2,在2004年之后,全縣蘋果生產(chǎn)面積基本上穩(wěn)定在334 100 hm2左右,其占耕地面積的比重也由1992年的24.9%增加到了2020年的77.92%,目前全縣農(nóng)村人均占有果園0.22 hm2、戶均0.83 hm2,位居全國蘋果基地縣之首。隨著蘋果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,農(nóng)民人均純收入也從2001年的2 269元增加到了2020年的14 356元,整整翻了6.3倍,人均蘋果收入占農(nóng)民人均年純收入的比例也從2001 年的69.63%增加到了2020年的100%?？梢哉f,洛川已經(jīng)成為了踐行習近平總書記“兩山論”的生動樣板。

圖7 洛川縣果園面積與農(nóng)民人均純收入變化Fig.7 Changes of Orchard area and farmer per capita net income in Luchuan County

從上述分析可見(圖5—6),在2009—2019年的10 a間,基礎(chǔ)生態(tài)用地的空間格局基本保持了穩(wěn)定,其低—低聚類區(qū)域與冷點區(qū)域在空間上高度重合,其時間動態(tài)變化也主要為內(nèi)部類型之間的轉(zhuǎn)換(表2),這種內(nèi)部地類向林地的流向變化只增強了相關(guān)基礎(chǔ)生態(tài)用地的功能,但很難對長期形成的基礎(chǔ)生態(tài)用地空間分布的不平衡性產(chǎn)生有效影響,從景觀生態(tài)學景觀格局決定景觀過程與景觀功能的視角來看[20],該情況對區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展是非常不利的;以果園為代表的生產(chǎn)性生態(tài)用地的擴展,則在相當大的程度上改善了基礎(chǔ)生態(tài)用地形成的空間不平衡性,一方面果園面積在持續(xù)增加,10 a間面積凈增9 025.31 hm2(表1),另一方面,其增加的面積主要來源于耕地(轉(zhuǎn)移概率為53.7%)和建設(shè)用地(轉(zhuǎn)移概率為8.3%)等非生態(tài)用地類型,相較于生態(tài)用地自身轉(zhuǎn)換,源自生態(tài)用地系統(tǒng)外組分向生態(tài)用地的空間轉(zhuǎn)換與擴展對整個研究區(qū)域生態(tài)用地格局的影響是巨大的。這一情況也啟示我們,在生態(tài)資源相對穩(wěn)定的區(qū)域開展生態(tài)建設(shè),如果僅在基礎(chǔ)生態(tài)用地范圍內(nèi)開展生態(tài)建設(shè)活動,其最終結(jié)果只對提高生態(tài)質(zhì)量有效,受總體規(guī)模的制約,其很難對區(qū)域整體的生態(tài)用地空間格局產(chǎn)生影響,要想改變區(qū)域的生態(tài)用地空間格局,必須從基礎(chǔ)生態(tài)用地類型以外的其他土地利用類型入手,生態(tài)效益與經(jīng)濟社會效益并舉的經(jīng)濟林擴增無疑是一個最好的目標實現(xiàn)途徑。

4 結(jié)論

(1)2009—2019年,洛川縣生態(tài)用地增加了4 703.87 hm2,其中林地和果園增加面積最大,分別增加了23 103.4,9 025.31 hm2,雖然草地面積減少了27 566.65 hm2,但其中的絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)價值與效益更高的林地。非生態(tài)用地中,耕地面積減少了6 077.25 hm2,而建設(shè)用地則增加了1 373.38 hm2。

(2)從生態(tài)用地10 a間的空間穩(wěn)定性規(guī)模與比例來看,全縣穩(wěn)定性生態(tài)用地面積達到了108 583.1 hm2,但不同區(qū)域的類型差異較大,其中北部的低峁丘陵區(qū)穩(wěn)定性生態(tài)用地面積最大,達到了45 587.27 hm2,其內(nèi)部林地穩(wěn)定性斑塊面積占到了90.04%;中部塬區(qū)與南部殘塬溝壑區(qū)穩(wěn)定性生態(tài)用地面積分別為42 522.31,20 473.52 hm2,其以果園為代表的彈性生態(tài)用地類型為主,面積占比分別達到了區(qū)域穩(wěn)定生態(tài)用地面積的44.35%,45.7%。

(3)以果園為代表的生產(chǎn)性生態(tài)用地對全縣與不同生態(tài)區(qū)域的生態(tài)穩(wěn)定性指數(shù)有較大影響,影響幅度介于6%～23.5%。以全縣論,在不包括生產(chǎn)性生態(tài)用地(果園)的情況下,生態(tài)用地的穩(wěn)定性指數(shù)為42.81%,當包括彈性生態(tài)用地在內(nèi)時,生態(tài)用地穩(wěn)定性指數(shù)達到了60.56%。

(4)生態(tài)用地占比的局部空間自相關(guān)分析顯示,2009年和2019年生態(tài)用地聚集度均以高—高值聚集區(qū)占優(yōu)勢,占縣域面積的比例分別為34.26%,24.08%,其中,基礎(chǔ)性生態(tài)用地在兩個年度的聚集度格局基本上沒有發(fā)生變化,但生產(chǎn)性生態(tài)用地的空間聚集格局變化較大,其高—高聚集區(qū)和低—低聚集區(qū)分別增加了6 079.64,10 792.11 hm2,而統(tǒng)計不顯著區(qū)域減少了18 309.15 hm2,也正是生產(chǎn)性生態(tài)用地聚集格局的變化直接導致了整個生態(tài)用地聚集度格局中高—高聚集區(qū)和低—低聚集區(qū)分別減少了18 262.62,8 373.14 hm2,以及統(tǒng)計不顯著區(qū)域增加了27 725.61 hm2的結(jié)果。生態(tài)用地的冷、熱點格局也具有與聚集度相似的空間格局與變化過程。