山東省土地利用變化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)交叉敏感性評價

關(guān) 梅 張文信 蔣海明 路 昌 葛藝冰 董光龍*

(1.山東省國土空間規(guī)劃院，濟南 250014； 2.山東建筑大學(xué) 管理工程學(xué)院，濟南 250101)

世界各國經(jīng)歷了或正在經(jīng)歷著快速的城鎮(zhèn)化過程，預(yù)計至2050年將有2/3的人口生活在城鎮(zhèn)地區(qū)。中國作為發(fā)展中國家，經(jīng)歷了史無前例的城鎮(zhèn)化過程，城鎮(zhèn)化率由1978年的17.92%提升至2020年的63.89%。社會經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展以土地利用轉(zhuǎn)型為空間載體，隨著快速的城鎮(zhèn)化過程，城鎮(zhèn)空間迅速擴張，不可避免地占用農(nóng)業(yè)空間和生態(tài)空間。劇烈的土地利用轉(zhuǎn)型還造成了大氣污染、城市熱島、生物多樣性降低、人居質(zhì)量下降等生態(tài)環(huán)境問題。土地利用轉(zhuǎn)型與生態(tài)環(huán)境保護失調(diào)日益凸顯。在“高速增長”到“高質(zhì)量發(fā)展”的社會經(jīng)濟轉(zhuǎn)型背景下，面對人民對美好生活的向往與追求，系統(tǒng)、科學(xué)地揭示土地利用轉(zhuǎn)型的生態(tài)敏感性，有助于優(yōu)化國土空間格局，保護生態(tài)環(huán)境。

土地利用變化不僅會顯著改變土地利用結(jié)構(gòu)、功能和景觀格局，而且與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能密切相關(guān)，是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)敏感性的重要影響因素。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)敏感性是指生態(tài)系統(tǒng)對自然和人類活動干擾的敏感程度，敏感度越高，發(fā)生生態(tài)環(huán)境問題的可能性越大，因此常被用來衡量土地利用變化的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。傳統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)敏感性分析通常采用Kreuter提出的敏感性系數(shù)評估生態(tài)服務(wù)價值對當(dāng)量因子的敏感性。該方法主要是考慮到在當(dāng)量因子測算過程中，直接賦予各種生物量價值系數(shù)的不確定性，通過調(diào)整價值系數(shù)，評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值測算的敏感度，實質(zhì)上是檢驗生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子的合理性，無法反映土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響。Aschonitis等通過簡單的微積分計算，證明了傳統(tǒng)敏感性系數(shù)取值范圍為0～1，進而指出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的傳統(tǒng)敏感性系數(shù)存在錯誤應(yīng)用和解讀。已有研究進一步構(gòu)建了交叉敏感性系數(shù)，用來定量評估生態(tài)服務(wù)價值對土地利用變化的敏感性。該方法考慮不同土地利用類型之間的凈變化，能夠更好的反映土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響。朱昌麗等將該方法應(yīng)用到閩江上游地區(qū)，研究發(fā)現(xiàn)森林和水域、草地和水域相互轉(zhuǎn)換的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值交叉敏感性最高。在雄安新區(qū)，水域、濕地、耕地和建設(shè)用地向其他地類轉(zhuǎn)型對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響均較為敏感。然而，研究表明交叉敏感性系數(shù)在基期的選擇上存在一定的偏差，偏離了彈性系數(shù)的基本內(nèi)涵。路昌等進一步改進了交叉敏感性系數(shù)，用以衡量2種地類之間凈轉(zhuǎn)型引起的生態(tài)服務(wù)價值變化對生態(tài)服務(wù)價值總量變化的影響。

山東省是中國的人口大省和經(jīng)濟強省。近年來，隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的快速推進，山東省土地利用沖突明顯，土地利用結(jié)構(gòu)和功能變化顯著，引發(fā)了空氣質(zhì)量下降、三生空間沖突、生態(tài)空間縮小等一系列生態(tài)環(huán)境問題。土地利用凈變化是導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的主要原因，而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)交叉敏感性系數(shù)能夠較好的反映土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響，但土地利用變化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)敏感性評價仍有待進一步探討。因此，本研究擬以山東省2009年、2015年和2020年3期土地利用數(shù)據(jù)為依據(jù)，定量化探明2009—2020年山東省土地利用變化格局，測算生態(tài)服務(wù)價值，并在此基礎(chǔ)上進一步探析土地利用變化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)交叉敏感性，劃分生態(tài)敏感區(qū)，以期為優(yōu)化山東省國土空間格局、實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展提供科學(xué)參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

山東省位于中國東部沿海，中部山地突起，西部屬華北平原，東部為低山丘陵，整體上呈現(xiàn)出“中部高四周低”的地貌格局(圖1)；氣候?qū)倥瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候類型。降水集中，雨熱同季，年平均氣溫11～14 ℃。截至2020年底，山東省下轄16個地級市，包括137個縣級行政單元，土地總面積為1.58×10km，總?cè)丝谕黄? 億，達1.02 億，城鎮(zhèn)化水平達63.05%，GDP高達73 129億元。近年來，隨著“建設(shè)山東新舊動能轉(zhuǎn)換綜合實驗區(qū)”、“打造鄉(xiāng)村振興齊魯樣板”、“黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展”等戰(zhàn)略措施的實施，山東省迎來新的發(fā)展機遇，與此同時生態(tài)環(huán)境保護也將面臨更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

1.2 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

山東省2009年、2015年和2020年3期土地利用數(shù)據(jù)，來源于山東省土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫，由山東省土地調(diào)查規(guī)劃院提供。本研究基于土地利用變更調(diào)查的三級分類，進一步將山東省土地利用類型整合為森林、草地、農(nóng)田、濕地、水域、荒漠和建設(shè)用地等7種地類(表1和2)。考慮到土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)圖斑細碎、數(shù)量大、屬性多等特點，使得覆蓋山東省的矢量數(shù)據(jù)太大，難以處理。因此，借助ArcGIS 10.5軟件，在充分利用土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)高精度特征的基礎(chǔ)上，參考土地利用數(shù)據(jù)的常用空間分辨率，結(jié)合山東省地域范圍大小，將整合地類后的土地利用變更調(diào)查矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為空間分辨率為30米的柵格數(shù)據(jù)，以方便后續(xù)處理。

圖1 研究區(qū)域地理位置圖Fig.1 Geographical location map of the study area

表1 基于第二次全國土地調(diào)查的土地利用類型劃分
Table 1 Land use type classification based on the second national land survey

重分類Reclassification土地利用類型Land use type農(nóng)田 Farmland水田、水澆地和旱地森林 Forest有林地、灌木林地、其他林地、果園、茶園和其他園地草地 Grassland天然牧草地、人工牧草地和其他草地建設(shè)用地Construction land批發(fā)零售用地、住宿餐飲用地、商務(wù)金融用地、其他商服用地、工業(yè)用地、采礦用地、倉儲用地、城鎮(zhèn)住宅用地、農(nóng)村宅基地、機關(guān)團體用地、新聞出版用地、科教用地、醫(yī)衛(wèi)慈善用地、文體娛樂用地、公共設(shè)施用地、公園與綠地、風(fēng)景名勝設(shè)施用地、軍事設(shè)施用地、使領(lǐng)館用地、監(jiān)教場所用地、宗教用地、殯葬用地、鐵路用地、公路用地、街巷用地、農(nóng)村道路、機場用地、港口碼頭用地、管道運輸用地和水工建筑用地濕地 Wetland沿海灘涂、內(nèi)陸灘涂和沼澤地水域 Water河流水面、湖泊水面、水庫水面、坑塘水面和溝渠荒漠 Desert鹽田、設(shè)施農(nóng)用地、田坎、空閑地、冰川及永久積雪、鹽堿地、沙地和裸地

2 研究方法

2.1 生態(tài)服務(wù)價值測算模型

參考全球生態(tài)服務(wù)價值估算模型，謝高地等制定了更加符合中國實際情況的當(dāng)量因子表及區(qū)域修正系數(shù)。據(jù)此，可得山東省森林、農(nóng)田等各地類的當(dāng)量因子。結(jié)合土地利用數(shù)據(jù)，根據(jù)以下公式估算山東省2009年、2015年和2020年生態(tài)服務(wù)價值。

ESV=∑(

A

×VC)

(1)

式中：ESV為生態(tài)服務(wù)價值，元；

A

為第

k

種地類的面積，km；VC為第

k

種地類的生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子。一般而言，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)通常劃分為氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、土壤形成與保護、廢物處理、生物多樣性維持、食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)、休閑娛樂等9類，各類均有相應(yīng)當(dāng)量因子，本研究中的VC為以上9類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量因子之和。

表2 基于第三次全國國土調(diào)查的土地利用類型劃分
Table 2 Land use type classification based on the third national land survey

重分類結(jié)果Reclassificationresult土地利用類型Land use type農(nóng)田 Farmland水田、水澆地和旱地森林 Forest果園、茶園、橡膠園、其他園地、喬木竹林、竹林地、灌木林地和其他林地草地 Grassland天然牧草地、人工牧草地和其他草地建設(shè)用地Construction land零售商業(yè)用地、批發(fā)市場用地、餐飲用地、旅館用地、商務(wù)金融用地、娛樂用地、其他商服用地、工業(yè)用地、采礦用地、倉儲用地、城鎮(zhèn)住宅用地、農(nóng)村宅基地、機關(guān)團體、新聞出版用地、科研用地、教育用地、文化設(shè)施用地、醫(yī)療衛(wèi)生用地、社會福利用地、體育用地、公用設(shè)施用地、公園與綠地、軍事設(shè)施用地、使領(lǐng)館用地、監(jiān)教場所用地、宗教用地、殯葬用地、風(fēng)景名勝設(shè)施用地、鐵路用地、軌道交通用地、公路用地、城鎮(zhèn)村道路用地、交通服務(wù)場站用地、農(nóng)村道路、機場用地、港口碼頭用地、管道運輸用地和水工建筑用地濕地 Wetland森林沼澤、灌叢沼澤、沼澤草地、紅樹林地、沿海灘涂、內(nèi)陸灘涂和沼澤地水域 Water河流水面、湖泊水面、水庫水面、坑塘水面和溝渠荒漠 Desert鹽田、設(shè)施農(nóng)用地、田坎、空閑地、冰川及永久積雪、鹽堿地、沙地、裸土地和裸巖石礫地

2.2 交叉敏感性系數(shù)

交叉敏感性系數(shù)反映的是生態(tài)服務(wù)價值總量對地類間土地利用變化所引起的生態(tài)服務(wù)價值變化的敏感程度。需要說明的是，土地利用變化是具有方向性的。例如，森林與農(nóng)田之間的轉(zhuǎn)換，既存在森林向農(nóng)田的轉(zhuǎn)換，又存在農(nóng)田向森林的轉(zhuǎn)換。這種雙向的轉(zhuǎn)換可能因地理位置的不同，而導(dǎo)致生態(tài)服務(wù)價值變化量的不同。但當(dāng)研究區(qū)域較小時，依據(jù)謝高地等提出的生態(tài)服務(wù)價值估算模型，等量的雙向轉(zhuǎn)換可以相互抵消。因此，參考相關(guān)研究，采用改進的交叉敏感性系數(shù)(Coefficient of improved cross-sensitivity, CICS)，衡量土地利用變化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)交叉敏感性，即2種地類間凈轉(zhuǎn)換所引起的生態(tài)服務(wù)價值變化對生態(tài)服務(wù)價值總量變化的影響。其公式如下：

(2)

式中：CICS為

k

地類轉(zhuǎn)化為

l

地類的交叉敏感性系數(shù)；VC為修改后的

l

地類的生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子；Δ

A

為

k

地類與

l

地類的凈轉(zhuǎn)型面積，km；Δ

P

為生態(tài)服務(wù)價值變化總量，元。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化特征

由圖2可知，2009—2020年山東省土地利用方式、結(jié)構(gòu)和布局相對穩(wěn)定。農(nóng)田、森林和建設(shè)用地是山東省主要的土地利用方式，三者占山東省土地總面積的比例在85%左右。農(nóng)田空間分布范圍較廣，在全省范圍均有分布，受地形等因素的影響，在魯西平原地區(qū)集中連片分布；森林在魯中山區(qū)和魯東丘陵地區(qū)分布較為集中；建設(shè)用地呈滿天星狀分散在各地，在城鎮(zhèn)地區(qū)規(guī)模相對較大。

圖2 山東省土地利用空間分布格局Fig.2 Spatial distribution pattern of land use in Shandong Province

山東省土地利用變化明顯，尤其是農(nóng)田、森林和建設(shè)用地之間的轉(zhuǎn)換。其中：農(nóng)田、草地、濕地和荒漠等呈減少趨勢，農(nóng)田減少了1.77萬km，顯著大于其他類型，主要流向了森林、建設(shè)用地和水域；森林、建設(shè)用地和水域呈增加趨勢，森林增加最多，達1.63萬km，主要由農(nóng)田、草地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)入，建設(shè)用地次之，為0.57萬km，主要由農(nóng)田和森林轉(zhuǎn)入。主要結(jié)果有：1)2009—2015年，土地利用變化相對較為平穩(wěn)。農(nóng)田、森林、草地和濕地面積減少，建設(shè)用地面積增加，水域和荒漠面積基本穩(wěn)定。其中，變化最為劇烈的為建設(shè)用地，其面積增加了0.18萬km，主要由農(nóng)田、森林和水域轉(zhuǎn)入；而面積減少最多的為森林，為0.07萬km，主要流向了農(nóng)田和建設(shè)用地；農(nóng)田面積減少次之，為0.06萬km，主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地和森林；2)2015—2020年，土地利用變化較為劇烈。森林、建設(shè)用地和水域等用地面積呈增加態(tài)勢，森林增長幅度最大，為1.68萬km，主要由農(nóng)田和草地轉(zhuǎn)入；建設(shè)用地次之，增加了0.39萬km，主要由農(nóng)田、森林和荒漠轉(zhuǎn)入。農(nóng)田、草地、濕地和荒漠等呈減少態(tài)勢，農(nóng)田減少幅度最大，達1.71萬km，主要流向森林、建設(shè)用地和水域等；荒漠次之，減少了0.29萬km，主要轉(zhuǎn)向森林和建設(shè)用地。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空變化特征

2009—2020年山東省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時空分布特征見圖3。2009—2015年，135個縣級行政單元ESV減小；2015—2020年，129個縣級行政單元ESV增加，所占比例高達94.16%。整體來看，山東省ESV總量呈現(xiàn)研究前期小幅減小，研究后期大幅增加的趨勢，由2009年3 919.89億元降低至2015年3 667.57億元，再增加至2020年4 617.29億元，增加了697.40億元，主要是濕地和水域面積增長所致。山東省ESV的空間分布受地形、區(qū)位等因素影響較大，魯中南山地丘陵地區(qū)、魯東丘陵地區(qū)、黃河三角洲地區(qū)的ESV整體較高，西部平原區(qū)相對較低。具體而言，研究期間ESV高值區(qū)(60.01～186.57億元)主要分布在棲霞市、平度市、微山縣以及黃河三角洲地區(qū)，這些區(qū)域水域和濕地等生態(tài)用地分布廣泛，受人類活動干擾較少；ESV中值區(qū)(30.01～45.00億元)和中高值區(qū)(45.01～60.00億元)分布廣泛，且范圍逐漸擴大，主要分布在魯中山地丘陵和膠東半島北部地區(qū)；ESV低值區(qū)(0.00～15.00億元)和中低值區(qū)(15.01～30.00億元)主要集中在魯西平原地區(qū)，作為糧食主產(chǎn)區(qū)，農(nóng)田眾多且連片度高，生態(tài)用地規(guī)模較少，是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值偏低的主要原因。

圖3 2009—2020年山東省生態(tài)服務(wù)價值時空變化Fig.3 Spatial and temporal changes of ecological service value in Shandong Province from 2009 to 2020

3.3 交叉敏感性分析

山東省土地利用變化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)交叉敏感性系數(shù)見圖4。可知：2009—2015年，生態(tài)服務(wù)價值總量對水域、森林、農(nóng)田向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)換均較為敏感，CICS絕對值分別為2.26、2.22和1.3；2015—2020年，最敏感的是農(nóng)田向森林轉(zhuǎn)換所引起的生態(tài)服務(wù)價值變化，其次是農(nóng)田向水域轉(zhuǎn)換所引起的生態(tài)服務(wù)價值變化，交叉敏感性系數(shù)均大于1；而草地、濕地、荒漠向其他地類轉(zhuǎn)換的交叉敏感性系數(shù)均較低。主要結(jié)果如下：

1)農(nóng)田與其他地類轉(zhuǎn)換的交叉敏感性。研究期間農(nóng)田與森林、水域、荒漠的CICS均為負值，表明農(nóng)田與上述地類的轉(zhuǎn)換對ESV的變化起抑制作用。農(nóng)田和森林之間轉(zhuǎn)換的CICS絕對值由1.27升至6.11，生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)對此類轉(zhuǎn)換最為敏感且敏感性逐漸增強。農(nóng)田和草地之間轉(zhuǎn)換的CICS絕對值由0.51降低到0.10，生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)對此類轉(zhuǎn)換缺乏敏感且敏感性降低。農(nóng)田和水域間轉(zhuǎn)換的CICS絕對值由0.37升至3.07，生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)對此類轉(zhuǎn)換較為敏感，且對ESV變化抑制作用加強。農(nóng)田和濕地之間的轉(zhuǎn)換對ESV的變化由抑制作用轉(zhuǎn)為促進作用。農(nóng)田和建設(shè)用地之間轉(zhuǎn)換的CICS絕對值由1.30降低到0.34，表明隨著耕地保護力度加強，生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)對此類轉(zhuǎn)換敏感性逐漸減弱。農(nóng)田與荒漠之間轉(zhuǎn)換的CICS絕對值均小于0.1，生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)對該類轉(zhuǎn)換較不敏感。

2)森林與其他地類轉(zhuǎn)換的交叉敏感性。森林和草地之間轉(zhuǎn)換的CICS絕對值由0.003升至0.49，生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)對此類轉(zhuǎn)換敏感性增強。森林和水域之間轉(zhuǎn)換的CICS由0.09增加到0.31，生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)對此類轉(zhuǎn)換敏感性增強但仍較不敏感。森林和濕地之間轉(zhuǎn)換的CICS由0.01變化至-0.01，生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)對此類轉(zhuǎn)換缺乏敏感性，森林和濕地之間的凈變化對ESV的變化由促進轉(zhuǎn)為抑制作用。森林和建設(shè)用地之間轉(zhuǎn)換的CICS絕對值由2.12降低至0.26，生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)對此類轉(zhuǎn)換敏感性由較為敏感轉(zhuǎn)為較不敏感，表明前期建設(shè)用地急劇增加占用大量森林，后期森林保護力度增強。森林和荒漠之間轉(zhuǎn)換的CICS絕對值由0.44升至0.50，生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)對此類轉(zhuǎn)換敏感性小幅增強，但敏感性仍較弱。

圖4 山東省土地利用變化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)交叉敏感性系數(shù)Fig.4 Cross-sensitivity coefficient of land use transition in Shandong Province

3)草地與其他地類轉(zhuǎn)換的交叉敏感性。草地、濕地和水域之間轉(zhuǎn)換的CICS絕對值均小于0.1，生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)對這些轉(zhuǎn)換均較不敏感。草地與建設(shè)用地之間轉(zhuǎn)換表現(xiàn)為草地轉(zhuǎn)向建設(shè)用地，CICS由-0.37變化至-0.05，表明草地與建設(shè)用地之間轉(zhuǎn)換對ESV的變化起抑制作用，且生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)對此類轉(zhuǎn)換敏感性逐漸降低。草地和荒漠之間轉(zhuǎn)換的CICS絕對值由0.05增加至0.17，生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)對此類轉(zhuǎn)換敏感性略有提高，但感敏性仍較低。

4)水域與其他地類轉(zhuǎn)換的交叉敏感性。水域和濕地之間轉(zhuǎn)換的CICS絕對值由0.07升至0.14，總體來看生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)對此類轉(zhuǎn)換缺乏敏感性。水域和建設(shè)用地之間轉(zhuǎn)換的CICS絕對值由2.26降至0.56，生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)對此類轉(zhuǎn)換敏感性減弱但仍較為敏感，表明建設(shè)用地擴張占用水域現(xiàn)象較為嚴(yán)重。水域和荒漠之間轉(zhuǎn)換的CICS由-0.34變化至-0.89，生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)對此類轉(zhuǎn)換敏感性增強，并保持對ESV抑制作用不變。

5)濕地與其他地類轉(zhuǎn)換的交叉敏感性。濕地與建設(shè)用地之間轉(zhuǎn)換的CICS由-0.35增加為0.55，對ESV的變化起到先抑制后促進的作用；濕地和荒漠之間轉(zhuǎn)換的CICS由-0.33增加為-0.15；生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)對濕地與建設(shè)用地、濕地與荒漠之間轉(zhuǎn)換均缺乏敏感性。

6)建設(shè)用地與其他地類轉(zhuǎn)換的交叉敏感性。建設(shè)用地與荒漠之間轉(zhuǎn)換的CICS由-0.03增加至0.02，先抑制后促進ESV的增加。

3.4 交叉敏感性分區(qū)

為進一步分析山東省各變化類型生態(tài)服務(wù)敏感性時空分布特征，在所有土地利用變化類型中，選取土地利用變化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)交叉敏感性較高的類型，并在縣域尺度上分別測算相應(yīng)交叉敏感性。在此基礎(chǔ)上，借助ArcGIS軟件，采用自然斷點法，將山東省土地利用變化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)交叉敏感性劃分為高生態(tài)敏感區(qū)、中生態(tài)敏感區(qū)、低生態(tài)敏感區(qū)和非生態(tài)敏感區(qū)等4個分區(qū)，結(jié)果見圖5。

1)農(nóng)田和森林之間轉(zhuǎn)換，低生態(tài)敏感區(qū)所占比例最大，占總面積的52.24%，在魯中南山地丘陵區(qū)和魯東丘陵地區(qū)集中連片分布。非生態(tài)敏感區(qū)面積次之，占總面積的37.37%，主要分布在魯西平原區(qū)。中生態(tài)敏感區(qū)分布范圍較小，面積所占比例為9.27%。僅沾化區(qū)為高生態(tài)敏感區(qū)，面積最小，所占比例僅為1.10%。研究期間，山東省出臺多項保護和改善生態(tài)環(huán)境的政策法規(guī)，退耕還林效果顯著，一定程度上扭轉(zhuǎn)生態(tài)環(huán)境退化現(xiàn)象，促進了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量向良好方向發(fā)展；

2)農(nóng)田與水域之間轉(zhuǎn)換主要為農(nóng)田轉(zhuǎn)向水域，非生態(tài)敏感區(qū)面積最大，占總面積的53.84%。僅沾化區(qū)和壽光市為高生態(tài)敏感區(qū)，分布范圍最小，僅占總面積的2.56%。養(yǎng)殖收入明顯高于種植收入，為尋求更高的經(jīng)濟利益，大量農(nóng)田被改建為坑塘和水池等用作養(yǎng)殖，導(dǎo)致農(nóng)田面積減少、水域面積增加。中、低生態(tài)敏感區(qū)在空間分布上彼此鄰接，二者共占41.74%，集中分布在魯西平原區(qū)；

3)水域與荒漠之間轉(zhuǎn)換主要為荒漠轉(zhuǎn)為水域，其中高生態(tài)敏感區(qū)和中生態(tài)敏感區(qū)僅分布在濱州市和東營市，分布范圍較小，分別占總面積的4.6%和4.48%。低生態(tài)敏感區(qū)所占比例為10.87%，在魯西北平原區(qū)分布相對較為集中。非生態(tài)敏感區(qū)分布面積最廣，約為總面積的79.99%，無凈轉(zhuǎn)換區(qū)所占比例最小為0.06%；

圖5 山東省土地利用變化交叉敏感性分區(qū)Fig.5 Cross-sensitive zoning for land usechange in Shandong Province

4)水域與建設(shè)用地之間轉(zhuǎn)換主要是由水域轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，非生態(tài)敏感區(qū)分布較廣，其他類型生態(tài)敏感區(qū)零星分布。其中，高生態(tài)敏感區(qū)和中生態(tài)敏感區(qū)集中分布在黃河三角洲地區(qū)，分別占總面積的1.49%和4.13%，低生態(tài)敏感區(qū)零星分布在北部和東部沿海地區(qū)；

5)濕地和建設(shè)用地間轉(zhuǎn)換以非生態(tài)敏感區(qū)為主，所占比例高達92.82%。中、低生態(tài)敏感區(qū)零星分布，面積比例分別為1.47%和1.27%；僅沾化縣為高生態(tài)敏感區(qū)，面積所占比例最低為1.10%。這一方面是由于各地區(qū)對濕地資源保護的重視，另一方面是由于建設(shè)用地與濕地資源在空間上的分離性；

6)森林與草地之間轉(zhuǎn)換主要為草地向森林轉(zhuǎn)型，非生態(tài)敏感區(qū)分布范圍最廣，分布在魯中南山地丘陵地區(qū)和膠東半島丘陵地區(qū)之外的大部分地區(qū)，占總面積的64.14%。低生態(tài)敏感區(qū)分布在魯中山地丘陵地區(qū)和膠東半島地區(qū)，中生態(tài)敏感區(qū)主要分布在魯中地區(qū)，占總面積的7.77%。高生態(tài)敏感區(qū)面積范圍最小，僅占總面積的0.48%，分布在煙臺市北部。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

山東省土地利用變化前期(2009—2015年)平穩(wěn)，后期(2015—2020年)劇烈。這主要與中國的城鎮(zhèn)化發(fā)展有關(guān)，過去10年山東省經(jīng)歷了快速的城鎮(zhèn)化過程，城鎮(zhèn)化率由2009年的48.32%增加至2020年的63.89%，城鎮(zhèn)人口增加了1 639.31 萬人，大量人口涌入城市，城鎮(zhèn)建設(shè)用地需求隨之猛增，導(dǎo)致建設(shè)用地不斷擴張甚至蔓延，而農(nóng)田和城鎮(zhèn)在空間上具有緊鄰性，因此城鎮(zhèn)的擴張不可避免的占用部分農(nóng)田。與此同時，鄉(xiāng)村人口減少，鄉(xiāng)村勞動力主體流失，加上鄉(xiāng)村土地流轉(zhuǎn)制度不完善，農(nóng)戶自發(fā)的將部分農(nóng)田轉(zhuǎn)為森林利用。25 度以上的坡耕地和生態(tài)環(huán)境敏感地區(qū)實施的政策性退耕還林，也是農(nóng)田與森林之間轉(zhuǎn)換利用的主要原因之一。另外，近年來隨著“綠水青山就是金山銀山、山水林田湖草是生命共同體”等理念的貫徹落實和深入人心，山東省采取“廢棄礦山復(fù)綠”等行動措施，大力開展了國土空間生態(tài)修復(fù)，進一步促進了森林覆蓋率的提升。值得說明的是，2015—2020年土地利用劇烈變化還與第三次國土調(diào)查與之前土地利用變更調(diào)查在技術(shù)方法等方面的差異有關(guān)。

2009—2020年，山東省土地利用變化的生態(tài)交叉敏感性較高的分別為農(nóng)田向森林、農(nóng)田向水域、水域向荒漠、水域向建設(shè)用地、濕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)換。一方面，研究前期城鎮(zhèn)化進程快速推進，建設(shè)用地擴張占用大量農(nóng)田，經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)安全之間矛盾突出；另一方面，研究后期退耕還林還濕等生態(tài)建設(shè)工程效果顯著，水域、森林面積大量增加，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值明顯增加。綜上可知，建設(shè)用地擴張以及退耕還林還濕等政策的變化是土地利用變化下生態(tài)交叉敏感性的重要影響因素。因此，山東省應(yīng)統(tǒng)籌考慮城鄉(xiāng)發(fā)展、糧食安全與生態(tài)安全，著眼未來，結(jié)合“碳達峰、碳中和”等目標(biāo)，制定符合當(dāng)前發(fā)展階段的土地利用政策，科學(xué)劃定城鄉(xiāng)發(fā)展邊界、永久基本農(nóng)田保護紅線、生態(tài)保護紅線，施行更嚴(yán)格的土地用途管制制度，禁止建設(shè)用地隨意擴張占用耕地和生態(tài)空間，通過城市更新、低效用地再利用等手段，控制增量、挖潛存量、鼓勵減量、提效流量，合理控制建設(shè)用地擴張，提高土地利用效率，加強水域、濕地及森林等生態(tài)用地的保護，提升生境質(zhì)量，提高生態(tài)用地之間的連通性，構(gòu)建良好的生態(tài)安全格局，促進生態(tài)系統(tǒng)向良性循環(huán)方向發(fā)展，維持生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的完整與穩(wěn)定。

受數(shù)據(jù)所限，本研究僅選取2009年、2015年、2020年山東省3期土地利用數(shù)據(jù)對土地利用變化及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)交叉敏感性進行了初步分析，鑒于土地利用轉(zhuǎn)型的長期性，有必要選取長期連續(xù)年份的數(shù)據(jù)加以精確分析。此外，本研究在縣域尺度上，對評價結(jié)果進行了統(tǒng)計分析，將來可嘗試在格網(wǎng)尺度上進行分析，結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性以及土地利用沖突，構(gòu)建生態(tài)安全格局，優(yōu)化國土空間，以期為相關(guān)實踐提供更加精準(zhǔn)的參考。

4.2 結(jié)論

本研究主要結(jié)論如下：

1)研究期間，山東省土地利用方式、結(jié)構(gòu)和布局相對穩(wěn)定，農(nóng)田、森林和建設(shè)用地是山東省主要的土地利用方式，農(nóng)田面積分布最廣。受城鎮(zhèn)化和相關(guān)政策的影響，山東省土地利用變化明顯，尤其是農(nóng)田、森林和建設(shè)用地之間的轉(zhuǎn)換，農(nóng)田面積減少，森林、建設(shè)用地面積增加；

2)2009—2020年，山東省生態(tài)服務(wù)價值先小幅下降，后大幅度升高，生態(tài)環(huán)境呈良好發(fā)展趨勢。但山東省生態(tài)服務(wù)價值空間分布區(qū)域差異較大，受地形和區(qū)位等因素影響，魯中南山地丘陵地區(qū)、魯東丘陵地區(qū)、黃河三角洲地區(qū)的生態(tài)服務(wù)價值整體較高，西部平原區(qū)的生態(tài)服務(wù)價值較低；

3)山東省土地利用變化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)交叉敏感性受城鎮(zhèn)擴張和退耕還林還濕等相關(guān)政策的影響較大，2009—2015年，水域、森林、農(nóng)田向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)換均較為敏感；2015—2020年，農(nóng)田向森林和水域轉(zhuǎn)換較為敏感。