平山县的“三生”空间转型及生态效应分析

向晓宇，李 峰，欧阳欣，尚嘉宁，邵怀勇

（成都理工大学，a.地球科学学院；b.旅游与城乡规划学院，成都 610059）

面对更严峻的资源限制及生态系统服务功能退化带来的严峻形势，国家提出了建设生态文明和优化国家发展景观的议程［1］。党的十七大、十八大明确地提出生态文明建设理念［2］。在有限的土地资源供给前提下把土地资源合理地分配到各种用途并与其他资源达成一种合理状态［3］是现今情况下最需要解决的一个问题。“三生”空间动态研究可以很好地解决该问题，十八大报告提出“促进生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”的要求。城市中的“三生”空间可持续性涵盖了与物质生产和人们的精神生活有关的活动空间范围［4］。特别是人类社会的参与和经济活动暗示着城市是人为系统，而不是自然系统。社会、经济和生态空间之间的关系不是完全独立的，而是相互制约和相互联系的，这使系统变得动态而复杂。

针对“三生”空间，国内学者进行了大量的研究并取得了许多重要成果，其中，包括“三生”空间的理论内容与结构［5，6］、分类体系［7-9］、定量识别［10-12］、格局优化及适宜性评价［13-15］等。本研究区是2018年脱贫摘帽县——河北省平山县，基于2005、2010、2015年的影像数据来获取土地利用数据，再使用土地利用矩阵、生态环境质量指数来研究平山县“三生”空间的格局变化与生态环境效应。

1 数据来源及研究方法

1.1 研究区概况

图1 研究区概况

平山县位于河北省西部，滹沱河干流自西向东流经平山县。该县东临灵寿市，南部与井陉县接壤，西部毗邻忻州市与阳泉市，北临保定市（图1）。地理位置为东经113°31′—114°51′，北纬38°09′—38°45′［16］。平山县是石家庄市的重要水源涵养基地，也是环境保护与建设的重要地区［17］。平山县地表水资源丰沛，对石家庄市及其周边地区的环境保护贡献显著。

1.2 数据来源

以2005、2010、2015年Landsat影像（https：//glovis.usgs.gov/）作为主要数据，以DEM数据（http：//srtm.csi.cgiar.org/）、谷歌地球16级（空间分辨率4 m）影像作为辅助解译影像，按照中国科学院土地利用覆盖分类体系来解译平山县土地利用状况，最终识别出16种土地利用类型。同时利用平山县统计年鉴、政府工作报告、平山县十二五规划等文本资料来进一步检验解译结果的精确性。

1.3 研究方法

要合理地分析“三生”空间的时空格局首先要建立起“三生”空间的分类体系［18］，主要是通过国家标准土地利用现状分类体系结合不同土地类型所具有的功能进行分类归纳，把功能相同的土地归纳为同一个空间，即基于土地利用的功能提出“三生”空间［19］。本研究根据每一种地类主导功能，在确保耕地和生态保护红线的前提下，结合前人的分类体系［20］及平山县的实际情况，构建平山县土地利用“三生”空间分类体系（表1），将平山县土地利用空间划为生产空间、生活空间、生态空间，生成平山县“三生”用地空间数据集。

表1 平山县“三生”空间分类体系

1.3.1 土地利用转移矩阵 土地利用类型转移矩阵直接反映并揭示土地利用类型的变化规律，这对于表达时空演变所利用的土地利用特征具有重要意义。其数学表达式如下。

式中，A为土地面积；n为土地利用类型数量；i、j分别为研究初期和末期的土地利用类型。

1.3.2 生态环境质量指数 生态环境质量指数是反映该区环境质量的指标。综合考虑各土地利用类型的生态环境质量及面积的比例，并定量显示了某一区域内生态环境质量的总体情况［21］，其数学表达式如下。

式中，EV是区域环境质量指数；LUi、Ci分别为某段时期内第i种土地利用类型的面积和其生态环境质量指数；TA为该区域总面积；n为区域内土地利用类型的数量。

2 结果与分析

2.1 “三生”空间格局分析

基于平山县三期土地利用数据，通过目视解译生成平山县的土地利用数据集，其土地分类系统为耕地、林地、水域等16个级别，再将各土地利用类型划分到“三生”空间体系中，得到2005、2010、2015年平山县“三生”空间格局对比（图2）。从图2可以看出，生态生产空间斑块面积较大且分布最广，其次是生态生产空间。生活生产空间零散分布，但生活生产空间在平山县东侧有两大聚集区域，分布在滹沱河的两侧，并随着时间的推移，表现为滹沱河南侧聚集区域的生活生产空间不断地向外围扩散，这是当前城市化进程导致城镇扩大的表现。

图2 平山县2005年、2010年、2015年“三生”空间格局对比

从“三生”空间结构对比（表2）来看，生态空间、生活生产空间、生态生产空间、生产生态空间的空间格局变化具有“二升一降一稳定”的特点。

1）生活生产空间和生态空间比重上升。从2005年至2015年，生活生产空间由1.60%上升到5.22%，生态空间则是由2.56%上升到4.20%，增长速率相对生活生产空间较缓。

2）生态生产空间的比重下降。从2005年至2015年，生态生产空间一直占主导地位，但比例不断下降，由2005年的76.31%下降到2010年的72.83%，再到2015年的70.49%。

3）2005—2015年生产生态空间面积比重变化较小，2005—2010年呈下降趋势，2010—2015年呈上升趋势。这一结构变化表明平山县响应党的“绿水青山就是金山银山”号召以及对生态功能的重视。

表2 2005、2010、2015年平山县三生空间类型结构对比

2.2 “三生”空间转移矩阵分析

空间变化不仅反映在数量结构上，而且反映在不同类型之间的相互转化上（表3、表4）。从转移矩阵来看，2005—2010年，生活生产空间和生态空间主要转化为生产生态空间，转化面积分别为6.73 km2和19.68 km2。生产生态空间主要转化为生活生产空间和生态生产空间，转移面积分别为41.16 km2和16.28km2。生态生产空间主要转化为生态空间，转化面积为57.66 km2；生态生产空间转为生产生态空间和生活生产空间的面积分别是31.60 km2和31.58 km2。2010—2015年，生活生产空间向其他类型转化的面积增多，其中，向生产生态空间转化的面积最多，为9.78 km2，比2005—2010年多转化了3.05 km2。生态空间向其他类型转化的面积较2005—2010年呈下降趋势，其中，向生产生态空间的转化面积较2005—2010年下降15.53 km2，向其他类型转化的面积减少不明显。生态生产空间向生产生态空间转化的面积呈上升趋势，由原来的31.60 km2增加到83.11 km2。

表3 平山县2005—2010年“三生”空间用地类型转移矩阵（单位：km2）

表4 平山县2010—2015年“三生”空间用地类型转移矩阵（单位：km2）

2.3 生态环境效应分析

将李晓文等［22］对各土地利用类型对应生态环境指数的赋值带入式（2）计算，得到平山县2005、2010、2015年区域环境质量指数，其结果分别是0.450 4、0.571 9、0.580 0，即平山县2005—2010年生态环境质量指数上升0.121 5，2010—2015年上升0.008 1。由计算结果可得，2005—2015年，平山县在维持区域生态环境质量总体平衡的基础之上呈正向积极的趋势（图3）。

图3 平山县2005、2010、2015年生态环境指数变化趋势

3 小结

本研究通过对平山县遥感数据进行解译、空间叠加分析，得出其“三生”空间分布结果以及“三生”空间用地类型转移矩阵；利用“三生”空间用地类型转移矩阵得出其“三生”空间用地类型之间转换的关系；分析平山县的生态环境效应。主要得出以下结论。

总体来看，平山县时刻响应党中央号召，在快速推进城镇化进程中仍持续关注生态环境建设，在保证耕地和生态保护红线的基础上，践行以农业生产用地总量为目标的土地整治活动。从“三生”空间结构来看，生态空间、生活生产空间、生态生产空间、生产生态空间的空间格局变化具有“二升一降一稳定”的特点，生态生产空间比重下降，生活生产空间和生态空间比重上升，生产生态空间比重变化较小；从“三生”空间类型转换来看，2005—2010年和2010—2015年的“三生”空间用地转移情况都表现为生产生态空间主要转换为生活生产空间和生态生产空间，生活生产空间主要转换为生产生态空间和生态生产空间，生态空间主要转换为生产生态空间和生态生产空间，生态生产用地主要转换为生产生态空间和生态空间；从生态环境效应来看，平山县在维持区域生态环境质量总体平衡的基础之上呈正向积极的趋势。