宁夏盐池县土地利用转型的生态系统服务价值评估

杨亚芳，何杰，刘振沧，韩俊

(宁夏大学地理科学与规划学院，宁夏 银川 750001)

土地利用转型即在一定自然环境及社会经济变化下，转变成与社会经济相适应的土地利用形态，其转型会受到自然及人为因素的影响[1-3]。伴随着经济的迅速发展，区域环境恶化、国土空间开发不合理等现象随之出现，在长期的水土流失、土地盲目开发、荒漠化等影响下，我国区域“生产-生活-生态”空间结构比例不均衡，生态问题日渐突出[4-7]。

因此，合理科学利用国土资源成为专家学者们研究的热点，从三生空间视角出发分析区域内土地利用转型及其引起的生态系统服务价值的变动，能够客观反映区域生态系统的安全状况及人类活动对生态系统的影响程度，在发展社会经济的同时，推进生态环境优化并确保生态安全。

近年来，专家学者基于不同的专业背景及研究视角，对土地利用转型及生态系统服务价值进行了广泛的研究[8-9]。目前，从三生空间转型视角对生态系统服务价值变化的研究鲜见，相关研究主要有戴文远等[10]基于三生空间功能转型的特征对福州新区生态环境响应规律进行研究；杨清可等[11]分析了长三角核心区三生土地利用主导功能转型及其对生态环境系统造成的影响；张蕾等[12]解析了营口市城市化过程中三生用地转型所引起的生态系统服务价值空间格局的变化；秦方[13]针对城市化过程中三生用地转型对河南新郑市生态系统服务价值时空格局变化进行研究。通过对相关研究梳理可看出研究多偏重于省域及市域，受到区域尺度的局限性，因此本文从县域三生空间转型视角出发研究生态服务价值的变化。

宁夏盐池县作为典型的北方农牧交错区是我国重要的生态安全屏障，生态脆弱性明显，对自然环境变化及人为活动较为敏感，自我修复能力较弱，因此也被作为研究全球变化的重要参照[14-15]。

综上所述，在稳定发展经济的同时实现盐池县“生产-生活-生态”空间协调发展成为亟需解决的问题。本文基于2000—2019年五期遥感影像从三生视角出发，构建三生空间分类体系，并利用土地利用转移矩阵及程度综合指数法定量分析三生用地转型趋势，进一步以乡镇为单位对生态系统服务价值进行分析研究，以期为盐池县土地均衡利用与生态环境保护提供参考和借鉴。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

盐池县是我国西北内陆地区，位于宁夏回族自治区东部，介于北纬37°07′～38°10′，东经106°30′～107°47′，地处陕、甘、宁、蒙四省区交界处，区位优势明显。盐池县属于典型的温带大陆性季风气候，年温差及昼夜温差都较大，干旱少雨蒸发量大，降水分配不均，地处宁夏中部干旱带及我国北方农牧交错带，是半干旱至干旱区，农区至牧区，草原至荒漠区的过渡地带，生态环境较为脆弱。

盐池县全县总面积7130 km2，辖四乡四镇，包括高沙窝镇、花马池镇、王乐井乡、冯记沟乡、青山乡、大水坑镇、惠安堡镇、麻黄山乡。截至2019年底，盐池县总人口15.85万，全县实现地区生产总值90.28亿元，生产发展形势较为稳定。

1.2 数据来源及处理

盐池县2000、2005、2010、2015及2019年的土地利用数据，主要是由Landsat TM及OLI影像为信息源解译完成，综合精度均高于90%，能够满足本研究的需求。在张红旗[16]、廖李红等[17]研究基础上，依据《全国生态遥感监测土地利用分类体系》及《土地利用现状分类》，并结合盐池县土地利用结构特点，确定盐池县三生空间土地分类体系(表1)，基于该体系对区域土地利用数据进行解译，结果如图1所示(审图号：宁S[2021]第031号)。

图1 盐池县2000—2019年土地利用类型变化(审图号：宁S[2021]第031号)

表1 基于主导功能的三生空间土地分类体系

通过分析可得，20年间盐池县土地利用类型及三生空间结构有明显变化。根据三生空间土地分类体系进行分析，可看出生态用地始终占据重要比重，研究期间波动较为稳定，占比由2000年的80.1%到2019年84.0%，总变化量为254.4 km2；生产用地面积五期数据分别为：1157.1 km2、769.3 km2、855.9 km2、213.4 km2、733.7 km2，受政策及人为因素影响较大；生活用地占比由2000年的2.2%到2019年4.8%，总变化量为169 km2。

1.3 研究方法

1.3.1 三生空间土地利用转型程度模型

土地是一个复杂的自然与社会综合体，采用土地利用转移矩阵分析盐池县三生空间土地利用类型转换的方向和数量，并通过土地利用程度综合指数，能够较好的分析自然因素及社会因素对三生空间土地利用转型的影响及其强度[18]。计算公式如下：

(1)

公式中，L为研究区三生空间土地利用程度综合指数，Ci为研究区内第i级土地利用程度土地所占的面积百分比，Ai为研究区第i级土地利用程度分级指数，借鉴杨述河等[19]的研究，依据土地利用类型受人为干扰的程度进行分级，受人为干扰程度越高分级指数则越高。因此在原分级指数基础上结合三生空间土地分类体系制定三生空间土地利用程度分级赋值表(表2)。

表2 三生空间土地利用程度分级赋值表

ΔL=La-Lb。

(2)

(3)

公式中，ΔL为三生空间土地利用程度变化量，R为土地利用程度变化率，如果ΔL>0或R>0表示该区域土地利用处于上升发展时期；如果ΔL<0或R<0表示该区域土地利用处于下降衰退期。

1.3.2 生态系统服务价值评价

人类直接或间接从生态系统中得到利益，引用单位面积生态服务价值当量表计算并评估区域土地利用类型不同生态系统类型单位面积生态服务价值。为确保计算结果的精确性，当量因子表和单位面积生态服务价值表直接引用谢高地等[20]部分研究结果。一个当量因子的价值为全国平均粮食单产市场价格的1/7，由于时间效应下的粮食价格会存在波动，因此，根据2000—2019年盐池县国民经济与社会发展统计的农作物价值计算均值，将盐池县粮食价格定为2.29元·kg-1，得到盐池县生态系统服务价值当量因子的经济价值为513.9元·km-2，结合三生空间土地分类体系，将同类型的二级地类进行求和，得到盐池县三生空间生态系统服务价值系数表(表3)，在此基础上利用生态服务价值分析模型以盐池县各乡镇为评价单元计算各时期的生态系统服务价值(ESV)，计算公式如下：

表3 盐池县三生空间生态系统服务价值系数 元·km-2·a-1

ESV=∑Ai×VCi。

(4)

公式中，ESV为各乡镇单位面积上的生态系统服务价值，i为土地利用类型，Ai为第i种土地利用类型的分布面积；VCi为第i种土地利用类型的生态系统服务价值系数。

2 结果及分析

2.1 三生空间土地利用转型程度分析

依据公式计算得出盐池县2000—2019年土地利用类型转移矩阵(表4)及三生空间土地利用程度(图2)，并对结果进行综合分析。

图2 盐池县2000—2019年土地利用程度综合指数

表4 2010—2019年盐池县三生空间转移矩阵 km2

2.1.1 土地利用类型转移矩阵分析

土地利用类型转移矩阵(表4)表明，近20年间盐池县三生空间土地利用格局变化较为明显。转移量占主导地位的是生态用地内部二级类型间的转化，达到4 909.9 km2。除内部转化外，生产用地减少943.6 km2，生活用地增加139.4 km2，生态用地增加804.1 km2。其中，生产用地向生态用地的转移达到1 033.9 km2，占总转移量的68.25%，主要是退耕还林、退耕还草；其他转移量占比由大到小依次为：生态用地转向生活用地230.0 km2，生活用地转向生态用地110.6 km2，生态用地转向生产用地110.5 km2，生产用地转向生活用地25.0 km2。

2.1.2 土地利用综合程度分析

从盐池县2000—2019年土地利用程度变化来看，综合指数介于110～130之间，呈“W”型变化趋势。

2000—2005年综合指数呈减少趋势，ΔL值为-8，R值为-0.07，均小于0，表示该阶段盐池县土地利用处于衰退期，这五年是退耕还林及退牧还草政策实施的初期，在政策的影响下，生态用地增加明显，造成与生活用地、生产用地间的不协调，综合利用率较低；2005—2010年综合指数呈上升趋势，ΔL值为13，R值为0.10，均大于0，表明在该阶段盐池县土地利用处于发展期，盐池县2005年出现大旱，生态环境恶劣，农户为满足自身生活生产需要，导致生态用地转出；2010—2015年综合指数呈下降趋势，ΔL值为-17，R值为-0.15，均小于0，由于2011年盐池县政府实施的草原奖励补助政策，极大增强了农户退耕、退牧的意愿；2015—2019年综合指数呈上升趋势，ΔL值为17，R值为0.13，均大于0，在此期间盐池县土地利用处于发展期，政府发展第三产业及绿色经济，提高对生态环境的保护意识，使得盐池县达到中等可持续发展阶段。

2.2 生态系统服务价值分析

根据公式(4)计算出盐池县各乡镇2000—2019年三生空间空间类型的生态系统服务价值(表5～表9)，并对生态系统服务价值时空变化特征进行分析。

表5 2000年盐池县三生空间生态服务价值 万元

2.2.1 生态系统服务价值时间变化分析

根据结果可得盐池县2000—2019年三生空间生态系统服务价值呈“N”型变化趋势，但总量变化波动不大，研究阶段生态用地的贡献率始终占重要比重。

2000—2005年阶段，生态服务价值由11 838.29万元增加至12 606.68万元，由于退耕还林政策的影响，使得生态用地的生态服务价值由11 131.14万元增加至12 137.26万元，极大的提高了盐池县的生态效益；2005—2015年阶段，生态服务价值持续下降，由2005年的12 606.68万元减少至2010年的11 640.71万元，到2015年降至10 749.40万元，此阶段由于大旱等极端气候原因，使得生态用地的生态服务价值显著减少，由12 137.26万元减少至10 615.10万元；2015—2019年阶段，生态服务价值由10 749.40万元增加至12 179.84万元，与当地的绿色经济发展有密切关系，生态用地转入量增多，使三生空间分配更加协调。

表6 2005年盐池县三生空间生态服务价值 万元

表7 2010年盐池县三生空间生态服务价值 万元

表8 2015年盐池县三生空间生态服务价值 万元

表9 2019年盐池县三生空间生态服务价值 万元

2.2.2 生态系统服务价值空间变化分析(图3)

对各乡镇的生态系统服务价值空间差异进行分析，利用ArcGIS软件空间分析方法将结果分为5级分类标准，得出2000—2019年盐池县各乡镇生态服务价值结果分级图(图3)(审图号：宁S[2021]第031号)。

图3 盐池县2000-2019年生态系统服务价值分区(审图号：宁S[2021]第031号)

在图3中将各乡镇的生态系统服务价值分为5级，分别是低(ESV<1 000万元)、较低(1 000万元2 000万元)。

在研究期间，麻黄山乡与青山乡始终处于低或较低的等级，南部的麻黄山乡为水土流失严重的黄土高原丘陵区，生态环境脆弱，青山乡区域内土质为盐土，且水资源短缺，均不利于植物生长。

该区域应以生态保护为前提，因地制宜发展草畜产业，同时应注重发挥区位优势，加强与临近区域的经济联系，从而提高经济结构的合理性；冯记沟乡、高沙窝镇、王乐井乡、惠安堡镇、大水坑镇长时间处于中或较高等级，这些乡镇地势相对平缓，土壤多为灰钙土、黑垆土，适合草地草场的形成，生态效益较高；花马池镇长时间处于高等级水平，该区域作为盐池县的政府驻地具有优势，三生空间协调度较高，在发展中应注重保障生态安全，充分优化土地资源配置。

综上所述，盐池县各乡镇发展中存在地域差异性，地方政府应因地制宜，在发展产业基础上注重生态环境，改善居民生活环境，提升基础服务，充分发挥区域特色，发展绿色经济，使区域三生空间功能更加协调，土地资源得到合理配置，土地利用空间结构更合理。

3 结论与讨论

3.1 结论

本研究利用遥感和GIS相关知识技术，借鉴国内外相关研究，从土地利用的三生空间功能视角出发，构建盐池县三生空间土地分类系统，通过土地利用类型转移矩阵、土地利用综合程度指数及生态系统服务价值评价方法对2000—2019年盐池县各乡镇进行分析，结果表明：

(1) 2000—2019年，盐池县三生用地转型主要表现为生产用地的转出，生活用地的稳定，生态用地的转入。除生态用地内部二级类型间的转化外，生产用地向生态用地的转移在总转移量中占主导地位(68.25%)，转移量达1 033.9 km2。

(2) 研究期间盐池县土地利用综合指数介于110～130之间，2000—2005年、2010—2015年ΔL值与R值均小于0，在这两个阶段该区域土地利用处于衰退期；2005—2010年、2015—2019年ΔL值与R值均大于0，在此阶段土地利用处于发展期。

(3) 2000—2019年盐池县三生空间生态系统服务价值呈“N”型变化趋势，分别为11 838.29万元、12 606.68万元、11 640.71万元、10 749.40万元、12 179.84万元。其中生态用地的服务价值增加了536.04万元，贡献率始终占重要比重。在近五年内，该区域三生空间用地协调性增强，生态效益不断提高。

(4) 盐池县各乡镇生态系统服务价值存在差异，与自然环境及土地利用转型有极大的关系，生态用地的贡献率占比最大。盐池县南部的麻黄山乡与青山乡自然环境脆弱，生态系统服务价值水平较低；花马池镇是县政府驻地，三生用地协调度较高，生态系统服务价值处于较高水平；县域西部四个乡镇处于中等水平。

3.2 讨论

研究中方法的确定及结果的分析均具有合理性与正确性，基于生态系统服务价值基础上确定盐池县三生空间生态服务价值，分析时空演变结果与前期学者的研究结果相一致，研究结果为盐池县及类似的北方农牧交错区域社会经济发展提供参考和借鉴。

研究并未对区域土地利用转型驱动力进行深入研究，后续研究中需进一步基于区域性，以不同空间、时间尺度来探讨盐池县土地利用转型的驱动机制，更好的揭示并解决相关问题，并进一步完善生态系统服务价值评估体系，进行更精准的评估。