縣級尺度“三生”用地動態變化及其空間集聚特征

王 考, 姚云峰, 包金蘭

(1.內蒙古農業大學 沙漠治理學院，內蒙古 呼和浩特 010055; 2.內蒙古師范大學地理科學學院，內蒙古 呼和浩特 010022; 3.內蒙古自治區土地調查規劃院， 內蒙古 呼和浩特 010055)

土地利用作為集“人口—資源—環境—發展(PRED)”于一體的復合系統，是人地關系系統交互耦合的承載核心[1]。土地資源作為土地利用的重要載體，一方面作為重要的生產要素，為人類生存提供食物、淡水等生產原料和木材、能源等動力原料等；第二，作為人類活動的關鍵性資源，為人類提供居住、交通、存儲、休閑娛樂等生活功能；第三，因其具備的土壤、水文、氣候、植被、地形等生態環境特征，為人類生活提供重要的生態保護功能[2-3]。隨著人口、經濟和社會的快速發展，土地利用方式、土地利用結構和景觀格局發生變化，從而導致土地利用功能發生相應變化與演替，由最初的生產、生活功能逐漸演替為生產、生活和生態為一體的“三生”功能。中國現行土地利用是農用地、建設用地和未利用三大分類體系，此分類中充分關注土地的生產、生活功能，關注耕地保護與建設用地配置間的矛盾，但卻極少考慮生態功能極少[4-6]，因而忽視了土地利用中可能引起的生態失衡。近些年，中國土地利用政策也逐漸考慮土地利用的“三生”空間，《全國土地利用總體規劃綱要(2006—2020年)》提出“生態用地與生活、生產用地并行”，十八大報告提出“促進生產空間集約高效、生活空間宜居適度、生態空間山清水秀”。因此，為適應土地管理空間的需要，構建和研究生產、生活和生態功能為主導的土地利用功能區劃分類體系對實現土地資源的可持續利用具有重要意義。尤其生態環境比較脆弱的干旱半干旱地區，“三生”空間分布的研究為政府合理規劃空間、制定科學的土地政策提供參考。

為合理規劃用地空間，提升生態環境保護意識，中國學者已經開始研究探索土地利用的多功能性內涵與評價[7-12]和生態用地的內涵及分類[6,13-16]，同時從概念上嘗試構建全國尺度和縣級尺度的“三生”用地空間格局[17-20]。針對“三生”用地空間動態格局變化研究涉及甚少，本文擬以和林格爾縣為例，繼續探索縣域尺度的“三生”用地的空間格局，并利用GIS手段和土地利用/覆被變化(LUCC)空間動態分析方法，探析生態脆弱區經過兩輪的土地利用規劃管理“三生”用地空間格局產生的變化，以期科學指導土地利用規劃與管理，有效協調各類用地關系。

1 研究區概況與數據處理

1.1 研究區概況

和林格爾縣位于內蒙古自治區首府呼和浩特市東南，地處土默特平原向黃土高原和蠻汗山山脈的過渡地帶，地理坐標為111°26′52″—112°18′11″E，39°58′11″—40°41′31″N；屬中溫帶半干旱大陸性季風氣候，年平均氣溫5.6 ℃，年降水量平均417.57 mm，中、南部旱災和風沙危害較為嚴重，轄域土地總面積3 477.78 km2。據2015年統計年鑒顯示，全縣總人口204 796人，農村人口占70.91%。

研究區具有以下特點：①縣域經濟發展較快，因“首府后花園”、“乳都核心區”、“云計算中心”而崛起，未來“呼和浩特新機場”、“內蒙古和林格爾新區”的建設將帶來經濟的更大發展。②地貌類型多樣，具有“五丘三山二分川”的地貌特點，山地分布于東南部，平原分布于北部，丘陵分布于中部和南部。③生態環境脆弱，水土流失、土壤風蝕沙化和植被退化嚴重。地貌類型多樣、生態環境脆弱、城鎮發展快速，多種因素的累積影響著“三生”用地空間的變化，研究“三生”用地變化，對實現“促進生產空間集約高效、生活空間宜居適度、生態空間山清水秀”的空間規劃具有重要意義。

1.2 數據來源及處理

研究采用3期影像數據，其中1996，2006年采用Land-TM(30 m×30 m)，2015年采用變更調查SPORT-5數字正射影像(DOM)。數據的獲取主要是依據TM影像和DOM影像依據《土地利用現狀分類》(GB/T 21010-2007)的分類標準借助ENVI5.0軟件平臺，結合監督分類和人工目視解譯獲取土地利用分類數據。其中1996和2006年兩期數據，分別依據當年土地利用變更調查數據進行校核和精度檢驗；2015年土地利用數據是在2009年全國第二次土地調查結果的基礎上進行補充調查解譯，與當年土地利用現狀圖和野外測量數據進行校驗，校驗的結果各期解譯數據Kappa系數分別為0.85，0.90，0.94，達到滿足允許判讀精度(≥0.(8)要求，其解譯結果符合本研究要求。

2 研究方法

2.1 土地利用“三生”分類方法

土地具有生產、生活和生態功能，同一用地類型在社會中承擔著多種多樣的功能。土地利用“三生”分類方法采用“先分區后分類”的方法[17]，功能區的分類依據“主體功能—次要功能”分類標準，首先考慮主體功能，其次考慮次要功能[18]，同時參考張紅旗、柳中元，高星等“三生”用地分類標準[17,19-21]，調查研究區各用地功能特征，依據土地利用現狀分類為基礎形成半干旱區“三生”用地三級分類和歸類依據(具體情況見表1)。

表1 研究區“三生”用地分類體系及依據

2.2 “三生”用地動態分析模型

“三生”用地空間動態變化分析其本質是不同功能用地類型的空間動態變化，因此借助劉紀遠等[22]、王秀蘭等[23]的土地利用動態度模型，劉盛和等[24]的土地利用動態變化空間分析模型20 a的空間變化過程以及強烈程度。

(1) 土地利用動態度模型。土地利用動態度反應監測時段內地類的數量變化，可以有效比較土地利用變化的區域差異[22-23]，分為某種土地利用程度的單一動態度和土地利用綜合動態度。計算公式如下：

(1)

(2)

式中：K1,LC——研究時段內某一土地利用類型動態度和土地利用綜合動態度； LA(i,t1)，LA(i,t2)——期初和期末土地利用類型的面積；S——研究區總面積；ΔLAi-j——i類型轉化為j類型的土地面積絕對值；T——研究時段長。

(2) 土地利用動態空間分析模型與空間變化率指數。土地利用動態空間分析模型能夠反映監測區域土地利用變化的活躍程度，綜合考慮土地利用變化過程中新增和轉移過程，突出土地利用動態變化的空間過程和強烈程度的測算[24]。土地利用空間變化率指數各類型土地利用變化相對于研究區變化的激烈程度[25]。計算公式如下：

(3)

(4)

式中：CLLi——監測期間空間變化率(%)； ULAi——監測期間第i類未變化部分的面積(hm2)；Fi——第i類土地利用空間變化率指數。

3 結果與分析

3.1 “三生”用地空間分布特征

依據前述構建的半干旱區“三生”用地分類體系，基于ARCMAP對三期土地利用分類進行提取與融合，當“三生”分類與土地利用現狀分類一致時，直接轉換；“三生”分類多個地類對應土地利用現狀分類一個地類時，進行補充調查后細分；“三生”分類中一個地類對應土地利用現狀多個地類，即進行地類合并，形成“三生”用地Ⅰ級分類和Ⅱ級分類。通過以上方法的提取，形成研究區1996,2006和2015年“三生”用地空間分布圖(附圖15)。

1996,2006和2015年3期“三生”用地空間分布圖(附圖15)研究發現：①空間結構相同，均為生態用地>生產生態用地>生態生產用地>生活生產用地；②變化趨勢相同，但幅度不同。生態用地和生產生態用地呈遞減趨勢，生態生產用地和生活生產用地呈遞增趨勢；但1996—2006年變化幅度大于2006—2015年(圖1)；③20 a的土地利用過程，研究區逐步形成“三生”用地空間相對合理的調整，生產生態空間和生活生產空間主要分布在北部平原區和水系兩岸，黃土丘陵區和山區主要以生態用地和生態生產用地為主。

圖1 1996，2006，2015年研究區“三生”用地結構

3.2 “三生”用地空間動態演變特征

3.2.1 “三生”用地數量變化 各功能區增減幅度由單一動態度模型計算得出(見表2)，此處研究時段以年為單位，因此K值和LC值即為年均變化率。

表2 研究區1996-2015年“三生”用地動態度 %

注：K96-06為1996—2006年K值;K06-15為2006—2015年K值;K96-15為1996—2015年K值;LC96-06為1996—2006年LC值;LC06-15為1996—2006年LC值;LC96-15為1996—2006年LC值。

由表2可以看出，研究期間生活生產用地和生態生產用地為轉入狀態，生態用地和生產生態用地為轉出狀態；年均變化率最為明顯的是生產生活用地為5.90%，其次為生態生產用地為2.46%，且前期的年均變化明顯大于后期，充分說明研究區后期土地利用的年變化率較小，土地總體移轉速度較之前期降低。從“三生”用地Ⅱ級分類來看，研究期間呈轉入狀態為城鎮建設用地、農村生活用地、工業生產用地、風景名勝及特殊用地、牧草地、飲用與農用水源用地以及生態容納用地，但轉入速度不同。其中轉入速度最快的Ⅱ級類是城鎮建設用地和風景名勝及特殊用地，且均為前期遠遠大于后期，究其原因，1996—2006年期間由于城鎮建設和旅游經濟的發展、盛樂經濟園區的成立以及2000年撤鄉并鎮導致城鎮建設用地和風景名勝用地大量增長；2006—2015年期間縣域經濟持續快速發展和工業用地大量增加，城鎮建設用地的年均增長速度在2006—2015年低于工業用地，處于第2位，而風景名勝及特殊用地的轉入率進入低潮期，僅為0.21%。農村生活用地和工業生產用地前后2個研究期轉入速度相差較小，但農村生活用地前期高于后期，工業生產用地后期高于前期，充分說明近年來研究區工業經濟的發展速度大幅提升。牧草地、飲用與農用水源用地以及生態容納用地類型轉入均是前期高于后期。研究期間呈轉出狀態的有生態功能用地、河流與湖泊用地、耕地、園地，其轉出速度均為前期大于后期。

3.2.2 “三生”用地空間結構變化 “三生”用地空間性變化分析主要由2個指標來反應：一是空間分析模型；二是空間變化率指數。依據劉盛和等[24]的土地利用動態變化空間分析模型以及李燦等[25]的空間變化率指數測算研究區“三生”用地空間變化，其詳細情況見表3。

表3 研究區“三生”用地空間動態度和空間變化率 %

空間分析模型表示“三生”用地功能區及用地類型轉出和轉入的動態變化，反映出功能區和用地類型的穩定程度。從Ⅰ級分類來看，生活生產用地空間變化最活躍，空間動態度達12.06%，其他用地區空間相對較為穩定，空間動態度均保持在3%以下；對比前后2個時期，前期的區域總體空間動態度為2.33%，后期僅為0.22%，說明研究區后期“三生”用地的利用較前期穩定。從Ⅱ級分類來看，1996—2006年期間，風景名勝及特殊用地、城鎮建設用地、工業生產用地、農村生活用地、生態容納用地空間變化較為活躍，空間動態均在13%以上，其中風景名勝及特殊用地、城鎮建設用地最高；生態功能用地、牧草地和耕地空間動態度較小，相對其用地類型較為穩定。2006—2015年期間，空間變化活躍有城鎮建設用地、工業生產用地、農村生活用地；其次，是生態容納用地和耕地；穩定性最好是園地，空間動態度僅為0.03%。

空間變化率指數反映的是“三生”用地相對研究區的空間變化激烈程度。從Ⅰ級分類來看，生態用地空間變化最為激烈，空間變化率為1.02%；其次為生產生態用地和生態生產用地；生活生產用地最低，說明生產生活用地對于整個研究變化不激烈。但4類“三生”用地在不同研究時段空間變化率指數大小有所不同，且后期空間變化率均小于前期，1996—2006年期間：生態用地>生產生態用地>生態生產用地>生活生產用地，2006—2015年期間：生產生態用地>生活生產用地>生態用地>生態生產用地，研究表明后期生產生態用地和生活生產用地空間變化較為激烈，尤其生產生活用地空間變化激烈程度增強，但生態用地變化趨勢減弱。Ⅱ級分類來看，城鎮建設用地、工業生產用地、風景名勝及特殊用地、園地、飲用與農用水源地、河流與湖泊用地前后期空間變化率相近，說明研究區近20 a其空間變化趨于穩定；耕地、生態功能用地和牧草地空間變化率大，說明耕地、生態功能用地和牧草地相對研究區變化最為激烈。

3.3 “三生”用地空間變化集聚

研究區前后2個研究時期空間變化的集聚特征不同，前期“三生”用地空間變化呈全域性，后期“三生”用地空間變化呈局部性，且變化明顯的均為生態用地和生產生態用地。如圖2所示，1996—2006年期間，“三生”用地空間轉移主要集中在大紅城鄉、城關鎮和新店子鎮黃土丘陵區和山區的地貌類型區，其轉移的方向主要是生態用地轉為生態生產用地，和生產生態用地轉向生態用地，研究前期10 a間“三生”用地轉移主要受生態退耕政策、地方經濟發展政策、撤鄉并鎮政策以及土地開發整理復墾政策的影響；2006—2015年期間，“三生”用地空間轉移主要集中在盛樂經濟園區、巧什營鎮、盛樂鎮的土默特平原的地貌類型區，其轉移的方向生產生態用地轉為生活生產用地和生態用地轉為生產生活用地，結合前述研究內容發現，研究后期“三生”用地空間的轉移主要是建設用地占用耕使得耕地減少和因未利用地整治而耕地增加。

20 a變化尺度表現為中心城區以及北部土默特平原區“三生”用地空間集聚明顯，表現為生活生產用地即建設用地顯著增加；南部丘陵區和山區空間集聚顯著，主要是生態退耕、生態用地顯著增加；逐步形成北部土默特平原區和水系兩岸以生產生態用地和生產生活用地為主的生產生活空間，中部、南部黃土丘陵區和山區以生態用地和生態生產用地為主的生態空間。

圖2 不同時期研究區“三生”用地空間變化

4 結論與討論

4.1 結 論

(1) 以土地多功能性為基點，根據區域自然條件、土地利用類型和功能特征差異，構建半干旱區縣域“三生”用地分類體系，包括生態用地、生態生產用地、生產生態用地和生活生產用地4類，并建立與土地利用類型銜接的標準，為土地利用總體規劃有效協調生產、生活和生態功能區控制指標提供依據。

(2) 研究區20 a“三生”用地空間變化分析顯示，后期變化程度均低于前期，說明后期土地資源可持續利用管理模式的成效，用地逐步走向高效集約節約利用，但研究區“三生”用地功能區的結構變化仍存在一定問題。研究期間，生態用地減少數量突出，后期逐漸減緩；生產生活用地增加幅度明顯，其動態度達到5.9%，而且生產生活用地在空間分析模型上也表現最為強烈，達到12.06%，影響功能區變化的地類是城鎮建設用地、風景名勝及特殊用地、工業生產用地；從整個空間變化情況分析，生產生態用地兩期變化均強烈，生產生活用地后期空間結構變化增強，生態用地逐漸減弱，影響功能區變化主要地類有耕地、生態功能用地和牧草地。說明研究區經濟發展對建設用地的需求在增加，生產生活用地功能區仍在擴張，使得耕地和生態功能用地在減少，但速度減緩，說明區域生態環境建設得到重視。

(3) 研究區“三生”用地空間變化前期集中在大紅城鄉、城關鎮和新店子鎮黃土丘陵區和山區，后期盛樂經濟園區、巧什營鎮、盛樂鎮的土默特平原的地貌類型區。20 a尺度的空間變化集聚逐步形成北部土默特平原區以生產生態用地和生產生活用地為主的生產生活空間，中部、南部黃土丘陵區和山區以生態用地和生態生產用地為主的生態空間；“三生”用地功能分區分化功能逐漸形成，為新一輪土地利用規劃中強調土地生態功能的理念奠定基礎，更有利于科學指導、管理和利用土地，協調各類用地之間的關系。

4.2 討 論

同一用地類型在社會生活中承擔多種功能，進行“三生”用地融合空間落地時，定位土地利用空間功能是準確劃分“三生”用地空間的基礎。本研究中，以中小尺度的土地利用現狀數據為基礎，對承擔多項功能的有林地、牧草地、耕地等用地類型，通過部門調查和實地調查按照單一功能確定其為生態用地、生態生產用地和生產生態用地，在類型內部沒有再細分其功能區劃，需繼續研究細化各用地類型主次空間功能的分類依據，為土地利用規劃指標管理提供更為嚴格的依據。

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