三生視角下土地利用轉型及優勢測度分析
——以寧夏鹽池縣為例

楊亞芳， 何 杰

（寧夏大學資源環境學院，寧夏銀川 750001）

區域土地利用轉型作為研究土地利用覆被變化（LUCC）的新途徑被學術界關注[1-2]，中國人口規模龐大，土地資源短缺問題尤為突出，隨著城市化和工業化快速發展，各種類型的土地爭奪日趨激烈，區域土地利用空間結構比例趨于失衡[3]。因此，區域土地利用轉型及其結構的合理性成為專家學者研究的熱點問題之一[4]。

三生空間將土地利用劃分為3 大類：生產用地、生活用地和生態用地[5-7]。目前，如何促進三生空間的協調發展已成為區域在生態文明建設進程中亟需解決的重大問題。基于三生空間理論的新視角，學者們從不同的研究視角和專業背景出發，對土地利用轉型及功能協調進行了深入研究[8-9]。現階段，對宏觀尺度和中觀尺度城市群三生空間的相關研究較多，如張紅旗等[10]、柳冬青等[11]從土地利用功能的角度建立了三生空間土地分類體系，方便功能的識別；方創琳等[12]提出了城市三生空間功能分類體系，為海綿城市及城市增長邊界的研究提供了參考；楊清可等[13]以長江三角洲核心區為例，在三生空間土地分類基礎上定量分析區域的土地利用轉型及生態環境效應；金星星等[14]基于三生空間評價體系及功能性指數，對閩三角城市群的格局演化、功能性水平及動力機制進行研究；崔家興等[15]、金貴等[16]將武漢城市圈作為長江經濟帶中部典型區域，分析三生空間圈層及總體格局擴張趨勢。通過梳理有關研究可以看出，基于微觀尺度三生空間的研究較少，應加大對于縣域及鎮域的研究力度。

基于此，選取寧夏中部干旱帶鹽池縣為研究區域。鹽池縣作為典型的北方農牧交錯區，生態環境脆弱。生態政策實施之前，由于過度放牧、墾荒、樵采及不合理開發，造成草場退化嚴重，生態環境遭到破壞，嚴重制約了當地經濟發展。本研究以2000—2019 年為研究時段，參考張紅旗等[17]、龍花樓等[18]和崔家興等[19]的研究成果構建“三生空間”土地分類體系、轉移矩陣及空間比較優勢指數等方法模型，分析評價鹽池縣“三生空間”協調性，旨在優化鹽池縣土地資源配置，為北方農牧交錯區域社會經濟發展、城市化進程、生態文明建設及空間優化提供參考和借鑒。

1 研究地區與研究方法

1.1 研究區概況

鹽池縣位于寧夏回族自治區東部（37°04′N，106°30′E），地處陜、甘、寧、蒙四省（區）交界地帶，是寧夏的東大門。該地區屬于典型的大陸性季風氣候，干旱少雨且風大沙多是其氣候特點，鹽池縣海拔1 295~1 951 m，平均海拔1 600 m，地勢南高北低，北接毛烏素沙漠，南靠黃土高原，是半干旱向干旱區，農區向牧區，草原向荒漠區的過渡地帶。

鹽池縣轄四鄉四鎮，全縣總面積7 130 km2，該地特殊的地理位置決定了環境的多樣性和脆弱性，區域內半農半牧的生產方式使土地利用空間結構嚴重失衡，水土流失、荒漠化趨勢加重。在國家政策的驅動下，鹽池縣實施退耕還林及退牧還草工程，以林草植被生態建設為主，有效擴大林草面積，改善區域生態環境。

1.2 數據來源及處理

土地利用數據主要來源于鹽池縣2000、2005、2010、2015 和 2019 年的 5 期 Landsat5 TM 及 Landsat8 OLI 影像。首先，應用ENVI 5.3 和ArcGIS 10.2對影像進行基礎圖像預處理；其次，借鑒張蕾等[20]人的土地分類成果及鹽池縣土地利用圖等參考數據，基于GIS 平臺進行遙感目視解譯，對5 期影像進行處理分類，并進一步結合考察實測數據對其進行精度評價，總體分類精度均高于90%，能夠滿足本研究需求[21]，最后，得出鹽池縣3 個一級類和6 個二級類的土地利用數據。

1.3 研究方法

1.3.1 三生空間分類體系構建 土地是一個集各種功能于一體的綜合系統[22]，依據《全國生態遙感監測土地利用/覆蓋分類體系》并在李廣東等[23]與黃金川等[24]研究的基礎上，得到鹽池縣基于主導功能的三生空間土地分類系統，如表1 所示。依據鹽池縣三生空間土地分類系統，并基于GIS 平臺對土地利用數據進行匯總及空間分析，獲得鹽池縣2000—2019 年的三生空間結構變化圖。

表1 基于主導功能的三生空間土地分類系統

1.3.2 三生空間轉移矩陣 土地利用類型轉移矩陣是在建立研究區土地利用數據庫的基礎上，運用ArcGIS 分析工具Interest 與Excel，對區域土地類型的變化進行結構性分析，用楊述河等[25]、王玲等[26]的轉移矩陣改良方法計算鹽池縣三生空間轉移矩陣，定量表示三生空間土地利用類型轉換的方向和數量。轉移矩陣的數學形式為：

公式中，S 為土地利用面積；n 為土地利用的類型數；i、j 分別為研究初期與研究末期的土地利用類型。

1.3.3 空間功能比較優勢測度 比較優勢是大衛·李嘉圖提出用于比較兩國間國際貿易相對優勢的理論[27-28]。目前，比較優勢測算的主要方法有Balassa提出的顯示性比較優勢指數（Revealed Comparative Advantage）[29]，及后續衍生出的顯示性比較優勢指數（ARCA）和標準顯示性比較優勢指數（NRCA）[30]。顯示性比較優勢指數（RCA）公式如下：

后續衍生出的顯示性比較優勢指數（ARCA）公式如下：

標準顯示性比較優勢指數（NRCA）公式如下：

在湯進華等[31]、魏小芳等[32]研究基礎上，主要將比較優勢理論進行優化與改進，用于三生空間中空間功能比較優勢測度。公式中，Xij為i 鄉鎮j類用地功能值；Xt為區域所有鄉鎮功能值總值；Xj為所有鄉鎮j 類用地功能值之和；Xit為i 鄉鎮所有分類用地功能值之和。NRCAij＞0 時，表示 i 區域內 j 類用地具有比較優勢；NRCAij＜0，表示在i 區域內j 類用地不具有比較優勢。

2 結果及分析

2.1 土地利用類型特征及分析

依據三生空間土地分類系統，將鹽池縣土地利用類型劃分為3 個一級類的土地利用數據，得到鹽池縣2000—2019 年三生空間結構變化（圖1）。

從圖1 中可以看出，鹽池縣生態用地分布廣且集中，所占斑塊面積較大；生產用地和生活用地分布零散，空間所占面積相對較少，尤其是生活用地。隨著時間的推移，生產用地空間逐年減少；生活用地空間先減少再增長，而后由于客觀原因再次減少；生態用地空間在穩定增長中，這與鹽池縣的生態環境、氣候降水、政府決策、城市化進程、經濟發展等都有著密切的聯系。

依據三生空間土地分類系統，得出鹽池縣三生空間結構比重（表2），從表2 中可看出：

生產用地呈“W”形變化趨勢。表現為下降—上升—下降—上升的過程。在2010 年時，對比生產用地空間占比有輕微的上升，但總體趨勢仍為下降，尤其在2010—2015 年間下降速率加快。

生態用地呈“M”形變化趨勢。2010—2019 年占據主導地位，表現為上升—下降—上升—下降的過程，總體波動趨勢較為穩定。

生活用地呈“W”形變化趨勢。表現為下降—上升—下降—上升的過程。生活用地受到的影響因素較復雜和廣泛，受到客觀環境、政策及居民主觀情感的影響。

圖1 鹽池縣2000—2019 年三生空間結構變化

表2 鹽池縣2000-2019 年三生空間類型結構對比

2.2 三生空間轉移矩陣結果分析

依據土地利用類型轉移矩陣，得出鹽池縣三生空間變化轉移矩陣（表 3、表 4、表 5），表明 20 年間鹽池縣三生空間土地利用格局發生了較大的變化。

1）2000—2005 年，生產用地減少 387.6 km2，生活用地減少87.8 km2，而生態用地增加475.4 km2，其中，轉移量占主導地位的是生態用地內部二級類型間的轉化，達4 732.4 km2，占總轉移量的72.2%（表3），這5 年間是退耕還林及退牧還草政策實施的初期，在政策的影響下，生態用地增加明顯。

2）2005—2010 年，生活用地增加 396.9 km2，生產用地增加86.4 km2，生態用地減少483.3 km2（表4）。

在此期間，鹽池縣2005 年出現大旱，生態環境惡劣，農戶需滿足自身生活生產需要，導致生態用地轉出量高于轉入量，生產用地和生活用地則相反。

3）2010—2015 年，生產用地減少 642.4 km2，生活用地減少169.7 km2，而生態用地增加812.0 km2（表5）。2011 年鹽池縣政府開始實施耕地及草原獎勵補助政策，極大地增強了農戶退耕、退牧的意愿以及對生態環境的保護意識，生態用地分布數量急速增長，使得鹽池縣在2015 年幾乎達到中等可持續發展階段。

綜合分析鹽池縣3 個時段的三生空間變化轉移矩陣可以看出：生態用地動態變化最強，以轉入為主；生產用地、生活用地多以轉出為主。

2.3 三生空間比較優勢測度及分析

通過NRCA 的公式計算，得出2000—2019 年鹽池縣各鄉鎮三生空間功能比較優勢結果（表6-表10），并對空間優化方向進行分析。

2.3.1 功能比較優勢指數結果 2000 年麻黃山鄉、大水坑鎮在生活用地和生態用地功能上占有優勢，惠安堡鎮在生態用地占有明顯優勢，說明這些區域由于自然環境惡劣未對產業形成大的吸引力；王樂井鄉、高沙窩鎮生產用地優勢突出，說明兩地經濟發展水平相對較高，生產能力較強，基礎設施較完善。

表3 2000-2005 年鹽池縣三生空間變化轉移矩陣 km2

表4 2005-2010 年鹽池縣三生空間變化轉移矩陣 km2

2005—2019 年鹽池縣各鄉鎮受國家政策及自然因素等影響，三生空間比較優勢在不斷變化，發展至2019 年，青山鄉、王樂井鄉、高沙窩鎮都在生態用地功能上占優勢；馮記溝鄉、花馬池鎮在生產用地的優勢突出；麻黃山鄉在生活用地功能上占優勢。

由此可以看出，2015 年麻黃山鄉、青山鄉、馮記溝鄉、高沙窩鎮等干旱風沙區，逐漸加大生態建設，使生態用地占有比較優勢；2019 年各鄉鎮提高生產能力及經濟發展水平，加大生活保障力度及基礎服務設施建設，為改善鹽池縣生態環境做出突出貢獻，對鹽池縣生態保護及經濟發展起到重要作用。

表6 2000 年鹽池縣三生空間比較優勢指數結果

表7 2005 年鹽池縣三生空間比較優勢指數結果

表8 2010 年鹽池縣三生空間比較優勢指數結果

表9 2015 年鹽池縣三生空間比較優勢指數結果

表10 2019 年鹽池縣三生空間比較優勢指數結果

2.3.2 三生空間功能優化分析 綜合三生空間功能比較優勢指數結果、鹽池縣區域發展特色及城市發展規劃，得出鹽池縣三生空間功能優化分區圖（圖2）。基于城市協調發展、空間均衡利用原則，將鹽池縣土地利用劃分為6 種功能類型區，包括生產功能優勢區、生活功能優勢區、生態功能優勢區、生產—生活功能優勢區、生產—生態功能優勢區、生活—生態功能優勢區。

從圖2 可以看出，三生空間功能優化分區在不斷改善，鹽池縣的自然地貌條件使得鹽池縣北部的各鄉鎮生產用地和生活用地數量分布較少，鹽池縣政府駐地附近的區域生態用地較少，較多的是城市建設及設施用地，這些因素一定程度上影響了鹽池縣三生空間功能優化分區分布的均勻程度。

因此，應采取一定的政策與措施，指出具體的空間優化方向，使區域三生空間功能更加協調，土地資源得到合理配置，土地利用空間結構更合理。

1）生活功能優勢區：麻黃山鄉。該區域應改善當地生態環境，進行農業生產，充分發揮區位優勢，加強與臨近地區的經濟聯系，進而優化資源配置；同時加強生態保護，控制環境污染。

2）生態功能優勢區：青山鄉、馮記溝鄉、高沙窩鎮。區域的生態功能優勢占有突出地位，自然資源豐富，臨近政府駐地花馬池鎮，可適當的改善交通，發展第三產業，完善公共服務設施。

3）生產功能優勢區：王樂井鄉、大水坑鎮。區域內經濟發展水平相對較高，具有優勢，應在發展產業基礎上注重生態環境，改善居民生活環境，提升基礎服務，充分發揮核心區域的帶動作用。

4）生產—生活功能優勢區：惠安堡鎮。該鄉鎮兼顧效益的同時應注重生態保護，發展綠色經濟，對環境污染進行及時治理與整治，與生態協同發展。

圖2 鹽池縣2000-2019 年三生空間功能優化分區

5）生活—生態功能優勢區：花馬池鎮。該區為鹽池縣政府駐地，應充分發揮特色優勢，大力發展第三產業，如旅游、宣傳鹽池灘羊等，實現生產—生活—生態的協調發展。

3 結論與討論

3.1 結論

本研究利用遙感和GIS 相關知識技術，借鑒國內外相關研究，從土地利用的三生空間功能視角出發，構建鹽池縣三生空間土地分類系統，通過土地利用轉移矩陣及比較優勢指數對2000—2019 年鹽池縣土地利用轉型及空間結構進行分析，結果表明：

1）生產用地總體呈“W”形變化趨勢，占比由2000 年的17.7%下降到2019 年的11.2%；生活用地呈“W”形變化趨勢，占比由2000 年的2.2%上升到2019 年的4.8%；生態用地呈“M”形變化趨勢，占比由2000 年的80.1%上升到2019 年的84.0%。

2）2000—2019 年鹽池縣生態用地空間始終占主導地位，生產用地及生活用地所占比重相對較少且分布較分散。基于三生空間的土地利用轉型主要表現為生態用地由2000 年的5 251.7km2增加到2019年的5 506.1km2；生產用地由2000 年1 157.1km2減少到2019 年733.7km2；生活用地在研究始末變化不大，但研究期內波動變化較為顯著。

3）依據三生空間功能比較優勢指數結果，結合當地發展特點，將鹽池縣土地利用劃分為生產功能優勢區、生活功能優勢區、生態功能優勢區、生產—生活功能優勢區、生產—生態功能優勢區、生活—生態功能優勢區，并提出了空間優化方向。鹽池縣四鄉四鎮之間三生空間用地功能優勢區分布均勻程度存在很大差異，因此政府需統籌協調各鄉鎮基礎設施、經濟發展及生態建設，向生產—生活—生態綜合功能區發展，做好規劃并完善退耕還林等后續相關政策，在堅持生態優先的前提下，結合土地利用轉型開展后續產業，帶動相關第三產業發展，提高鹽池縣三生空間功能比較優勢指數結果的協調性。

3.2 討論

區域三生空間土地分類受當地氣候環境、地勢地貌、及人為認知等因素的影響，分類系統決定了數據的精度，三生空間分類體系是基于專家已有研究成果的基礎上，結合鹽池縣土地主導功能構建的，雖然根據該地土地類型做了相應調整，但仍存在土地功能疊置的問題，部分用地分類指標應進一步細化，以便更精確的劃分各類功能用地。本文分析了鹽池縣三生空間用地轉型、動態變化、空間功能比較優勢及空間優化方向，并未對區域土地利用轉型驅動力進行深入研究，未來需進一步基于區域性，以不同空間、時間尺度來探討鹽池縣土地利用轉型的驅動機制，更好地揭示并解決相關問題，為類似的北方農牧交錯區域社會經濟發展、城市化進程、生態文明建設及空間優化提供參考和借鑒。