平山縣的“三生”空間轉(zhuǎn)型及生態(tài)效應(yīng)分析

向曉宇，李 峰，歐陽欣，尚嘉寧，邵懷勇

（成都理工大學(xué)，a.地球科學(xué)學(xué)院；b.旅游與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，成都 610059）

面對更嚴(yán)峻的資源限制及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化帶來的嚴(yán)峻形勢，國家提出了建設(shè)生態(tài)文明和優(yōu)化國家發(fā)展景觀的議程［1］。黨的十七大、十八大明確地提出生態(tài)文明建設(shè)理念［2］。在有限的土地資源供給前提下把土地資源合理地分配到各種用途并與其他資源達(dá)成一種合理狀態(tài)［3］是現(xiàn)今情況下最需要解決的一個問題。“三生”空間動態(tài)研究可以很好地解決該問題，十八大報告提出“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”的要求。城市中的“三生”空間可持續(xù)性涵蓋了與物質(zhì)生產(chǎn)和人們的精神生活有關(guān)的活動空間范圍［4］。特別是人類社會的參與和經(jīng)濟(jì)活動暗示著城市是人為系統(tǒng)，而不是自然系統(tǒng)。社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)空間之間的關(guān)系不是完全獨立的，而是相互制約和相互聯(lián)系的，這使系統(tǒng)變得動態(tài)而復(fù)雜。

針對“三生”空間，國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了大量的研究并取得了許多重要成果，其中，包括“三生”空間的理論內(nèi)容與結(jié)構(gòu)［5，6］、分類體系［7-9］、定量識別［10-12］、格局優(yōu)化及適宜性評價［13-15］等。本研究區(qū)是2018年脫貧摘帽縣——河北省平山縣，基于2005、2010、2015年的影像數(shù)據(jù)來獲取土地利用數(shù)據(jù)，再使用土地利用矩陣、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)來研究平山縣“三生”空間的格局變化與生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。

1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)概況

平山縣位于河北省西部，滹沱河干流自西向東流經(jīng)平山縣。該縣東臨靈壽市，南部與井陘縣接壤，西部毗鄰忻州市與陽泉市，北臨保定市（圖1）。地理位置為東經(jīng)113°31′—114°51′，北緯38°09′—38°45′［16］。平山縣是石家莊市的重要水源涵養(yǎng)基地，也是環(huán)境保護(hù)與建設(shè)的重要地區(qū)［17］。平山縣地表水資源豐沛，對石家莊市及其周邊地區(qū)的環(huán)境保護(hù)貢獻(xiàn)顯著。

1.2 數(shù)據(jù)來源

以2005、2010、2015年Landsat影像（https：//glovis.usgs.gov/）作為主要數(shù)據(jù)，以DEM數(shù)據(jù)（http：//srtm.csi.cgiar.org/）、谷歌地球16級（空間分辨率4 m）影像作為輔助解譯影像，按照中國科學(xué)院土地利用覆蓋分類體系來解譯平山縣土地利用狀況，最終識別出16種土地利用類型。同時利用平山縣統(tǒng)計年鑒、政府工作報告、平山縣十二五規(guī)劃等文本資料來進(jìn)一步檢驗解譯結(jié)果的精確性。

1.3 研究方法

要合理地分析“三生”空間的時空格局首先要建立起“三生”空間的分類體系［18］，主要是通過國家標(biāo)準(zhǔn)土地利用現(xiàn)狀分類體系結(jié)合不同土地類型所具有的功能進(jìn)行分類歸納，把功能相同的土地歸納為同一個空間，即基于土地利用的功能提出“三生”空間［19］。本研究根據(jù)每一種地類主導(dǎo)功能，在確保耕地和生態(tài)保護(hù)紅線的前提下，結(jié)合前人的分類體系［20］及平山縣的實際情況，構(gòu)建平山縣土地利用“三生”空間分類體系（表1），將平山縣土地利用空間劃為生產(chǎn)空間、生活空間、生態(tài)空間，生成平山縣“三生”用地空間數(shù)據(jù)集。

表1 平山縣“三生”空間分類體系

1.3.1 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣直接反映并揭示土地利用類型的變化規(guī)律，這對于表達(dá)時空演變所利用的土地利用特征具有重要意義。其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下。

式中，A為土地面積；n為土地利用類型數(shù)量；i、j分別為研究初期和末期的土地利用類型。

1.3.2 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù) 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)是反映該區(qū)環(huán)境質(zhì)量的指標(biāo)。綜合考慮各土地利用類型的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量及面積的比例，并定量顯示了某一區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的總體情況［21］，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下。

式中，EV是區(qū)域環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；LUi、Ci分別為某段時期內(nèi)第i種土地利用類型的面積和其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；TA為該區(qū)域總面積；n為區(qū)域內(nèi)土地利用類型的數(shù)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 “三生”空間格局分析

基于平山縣三期土地利用數(shù)據(jù)，通過目視解譯生成平山縣的土地利用數(shù)據(jù)集，其土地分類系統(tǒng)為耕地、林地、水域等16個級別，再將各土地利用類型劃分到“三生”空間體系中，得到2005、2010、2015年平山縣“三生”空間格局對比（圖2）。從圖2可以看出，生態(tài)生產(chǎn)空間斑塊面積較大且分布最廣，其次是生態(tài)生產(chǎn)空間。生活生產(chǎn)空間零散分布，但生活生產(chǎn)空間在平山縣東側(cè)有兩大聚集區(qū)域，分布在滹沱河的兩側(cè)，并隨著時間的推移，表現(xiàn)為滹沱河南側(cè)聚集區(qū)域的生活生產(chǎn)空間不斷地向外圍擴(kuò)散，這是當(dāng)前城市化進(jìn)程導(dǎo)致城鎮(zhèn)擴(kuò)大的表現(xiàn)。

圖2 平山縣2005年、2010年、2015年“三生”空間格局對比

從“三生”空間結(jié)構(gòu)對比（表2）來看，生態(tài)空間、生活生產(chǎn)空間、生態(tài)生產(chǎn)空間、生產(chǎn)生態(tài)空間的空間格局變化具有“二升一降一穩(wěn)定”的特點。

1）生活生產(chǎn)空間和生態(tài)空間比重上升。從2005年至2015年，生活生產(chǎn)空間由1.60%上升到5.22%，生態(tài)空間則是由2.56%上升到4.20%，增長速率相對生活生產(chǎn)空間較緩。

2）生態(tài)生產(chǎn)空間的比重下降。從2005年至2015年，生態(tài)生產(chǎn)空間一直占主導(dǎo)地位，但比例不斷下降，由2005年的76.31%下降到2010年的72.83%，再到2015年的70.49%。

3）2005—2015年生產(chǎn)生態(tài)空間面積比重變化較小，2005—2010年呈下降趨勢，2010—2015年呈上升趨勢。這一結(jié)構(gòu)變化表明平山縣響應(yīng)黨的“綠水青山就是金山銀山”號召以及對生態(tài)功能的重視。

表2 2005、2010、2015年平山縣三生空間類型結(jié)構(gòu)對比

2.2 “三生”空間轉(zhuǎn)移矩陣分析

空間變化不僅反映在數(shù)量結(jié)構(gòu)上，而且反映在不同類型之間的相互轉(zhuǎn)化上（表3、表4）。從轉(zhuǎn)移矩陣來看，2005—2010年，生活生產(chǎn)空間和生態(tài)空間主要轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)生態(tài)空間，轉(zhuǎn)化面積分別為6.73 km2和19.68 km2。生產(chǎn)生態(tài)空間主要轉(zhuǎn)化為生活生產(chǎn)空間和生態(tài)生產(chǎn)空間，轉(zhuǎn)移面積分別為41.16 km2和16.28km2。生態(tài)生產(chǎn)空間主要轉(zhuǎn)化為生態(tài)空間，轉(zhuǎn)化面積為57.66 km2；生態(tài)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為生產(chǎn)生態(tài)空間和生活生產(chǎn)空間的面積分別是31.60 km2和31.58 km2。2010—2015年，生活生產(chǎn)空間向其他類型轉(zhuǎn)化的面積增多，其中，向生產(chǎn)生態(tài)空間轉(zhuǎn)化的面積最多，為9.78 km2，比2005—2010年多轉(zhuǎn)化了3.05 km2。生態(tài)空間向其他類型轉(zhuǎn)化的面積較2005—2010年呈下降趨勢，其中，向生產(chǎn)生態(tài)空間的轉(zhuǎn)化面積較2005—2010年下降15.53 km2，向其他類型轉(zhuǎn)化的面積減少不明顯。生態(tài)生產(chǎn)空間向生產(chǎn)生態(tài)空間轉(zhuǎn)化的面積呈上升趨勢，由原來的31.60 km2增加到83.11 km2。

表3 平山縣2005—2010年“三生”空間用地類型轉(zhuǎn)移矩陣（單位：km2）

表4 平山縣2010—2015年“三生”空間用地類型轉(zhuǎn)移矩陣（單位：km2）

2.3 生態(tài)環(huán)境效應(yīng)分析

將李曉文等［22］對各土地利用類型對應(yīng)生態(tài)環(huán)境指數(shù)的賦值帶入式（2）計算，得到平山縣2005、2010、2015年區(qū)域環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，其結(jié)果分別是0.450 4、0.571 9、0.580 0，即平山縣2005—2010年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)上升0.121 5，2010—2015年上升0.008 1。由計算結(jié)果可得，2005—2015年，平山縣在維持區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體平衡的基礎(chǔ)之上呈正向積極的趨勢（圖3）。

圖3 平山縣2005、2010、2015年生態(tài)環(huán)境指數(shù)變化趨勢

3 小結(jié)

本研究通過對平山縣遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯、空間疊加分析，得出其“三生”空間分布結(jié)果以及“三生”空間用地類型轉(zhuǎn)移矩陣；利用“三生”空間用地類型轉(zhuǎn)移矩陣得出其“三生”空間用地類型之間轉(zhuǎn)換的關(guān)系；分析平山縣的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。主要得出以下結(jié)論。

總體來看，平山縣時刻響應(yīng)黨中央號召，在快速推進(jìn)城鎮(zhèn)化進(jìn)程中仍持續(xù)關(guān)注生態(tài)環(huán)境建設(shè)，在保證耕地和生態(tài)保護(hù)紅線的基礎(chǔ)上，踐行以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地總量為目標(biāo)的土地整治活動。從“三生”空間結(jié)構(gòu)來看，生態(tài)空間、生活生產(chǎn)空間、生態(tài)生產(chǎn)空間、生產(chǎn)生態(tài)空間的空間格局變化具有“二升一降一穩(wěn)定”的特點，生態(tài)生產(chǎn)空間比重下降，生活生產(chǎn)空間和生態(tài)空間比重上升，生產(chǎn)生態(tài)空間比重變化較小；從“三生”空間類型轉(zhuǎn)換來看，2005—2010年和2010—2015年的“三生”空間用地轉(zhuǎn)移情況都表現(xiàn)為生產(chǎn)生態(tài)空間主要轉(zhuǎn)換為生活生產(chǎn)空間和生態(tài)生產(chǎn)空間，生活生產(chǎn)空間主要轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)生態(tài)空間和生態(tài)生產(chǎn)空間，生態(tài)空間主要轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)生態(tài)空間和生態(tài)生產(chǎn)空間，生態(tài)生產(chǎn)用地主要轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)生態(tài)空間和生態(tài)空間；從生態(tài)環(huán)境效應(yīng)來看，平山縣在維持區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體平衡的基礎(chǔ)之上呈正向積極的趨勢。