三生视角下土地利用转型及优势测度分析
——以宁夏盐池县为例

杨亚芳， 何 杰

（宁夏大学资源环境学院，宁夏银川 750001）

区域土地利用转型作为研究土地利用覆被变化（LUCC）的新途径被学术界关注[1-2]，中国人口规模庞大，土地资源短缺问题尤为突出，随着城市化和工业化快速发展，各种类型的土地争夺日趋激烈，区域土地利用空间结构比例趋于失衡[3]。因此，区域土地利用转型及其结构的合理性成为专家学者研究的热点问题之一[4]。

三生空间将土地利用划分为3 大类：生产用地、生活用地和生态用地[5-7]。目前，如何促进三生空间的协调发展已成为区域在生态文明建设进程中亟需解决的重大问题。基于三生空间理论的新视角，学者们从不同的研究视角和专业背景出发，对土地利用转型及功能协调进行了深入研究[8-9]。现阶段，对宏观尺度和中观尺度城市群三生空间的相关研究较多，如张红旗等[10]、柳冬青等[11]从土地利用功能的角度建立了三生空间土地分类体系，方便功能的识别；方创琳等[12]提出了城市三生空间功能分类体系，为海绵城市及城市增长边界的研究提供了参考；杨清可等[13]以长江三角洲核心区为例，在三生空间土地分类基础上定量分析区域的土地利用转型及生态环境效应；金星星等[14]基于三生空间评价体系及功能性指数，对闽三角城市群的格局演化、功能性水平及动力机制进行研究；崔家兴等[15]、金贵等[16]将武汉城市圈作为长江经济带中部典型区域，分析三生空间圈层及总体格局扩张趋势。通过梳理有关研究可以看出，基于微观尺度三生空间的研究较少，应加大对于县域及镇域的研究力度。

基于此，选取宁夏中部干旱带盐池县为研究区域。盐池县作为典型的北方农牧交错区，生态环境脆弱。生态政策实施之前，由于过度放牧、垦荒、樵采及不合理开发，造成草场退化严重，生态环境遭到破坏，严重制约了当地经济发展。本研究以2000—2019 年为研究时段，参考张红旗等[17]、龙花楼等[18]和崔家兴等[19]的研究成果构建“三生空间”土地分类体系、转移矩阵及空间比较优势指数等方法模型，分析评价盐池县“三生空间”协调性，旨在优化盐池县土地资源配置，为北方农牧交错区域社会经济发展、城市化进程、生态文明建设及空间优化提供参考和借鉴。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究区概况

盐池县位于宁夏回族自治区东部（37°04′N，106°30′E），地处陕、甘、宁、蒙四省（区）交界地带，是宁夏的东大门。该地区属于典型的大陆性季风气候，干旱少雨且风大沙多是其气候特点，盐池县海拔1 295~1 951 m，平均海拔1 600 m，地势南高北低，北接毛乌素沙漠，南靠黄土高原，是半干旱向干旱区，农区向牧区，草原向荒漠区的过渡地带。

盐池县辖四乡四镇，全县总面积7 130 km2，该地特殊的地理位置决定了环境的多样性和脆弱性，区域内半农半牧的生产方式使土地利用空间结构严重失衡，水土流失、荒漠化趋势加重。在国家政策的驱动下，盐池县实施退耕还林及退牧还草工程，以林草植被生态建设为主，有效扩大林草面积，改善区域生态环境。

1.2 数据来源及处理

土地利用数据主要来源于盐池县2000、2005、2010、2015 和 2019 年的 5 期 Landsat5 TM 及 Landsat8 OLI 影像。首先，应用ENVI 5.3 和ArcGIS 10.2对影像进行基础图像预处理；其次，借鉴张蕾等[20]人的土地分类成果及盐池县土地利用图等参考数据，基于GIS 平台进行遥感目视解译，对5 期影像进行处理分类，并进一步结合考察实测数据对其进行精度评价，总体分类精度均高于90%，能够满足本研究需求[21]，最后，得出盐池县3 个一级类和6 个二级类的土地利用数据。

1.3 研究方法

1.3.1 三生空间分类体系构建 土地是一个集各种功能于一体的综合系统[22]，依据《全国生态遥感监测土地利用/覆盖分类体系》并在李广东等[23]与黄金川等[24]研究的基础上，得到盐池县基于主导功能的三生空间土地分类系统，如表1 所示。依据盐池县三生空间土地分类系统，并基于GIS 平台对土地利用数据进行汇总及空间分析，获得盐池县2000—2019 年的三生空间结构变化图。

表1 基于主导功能的三生空间土地分类系统

1.3.2 三生空间转移矩阵 土地利用类型转移矩阵是在建立研究区土地利用数据库的基础上，运用ArcGIS 分析工具Interest 与Excel，对区域土地类型的变化进行结构性分析，用杨述河等[25]、王玲等[26]的转移矩阵改良方法计算盐池县三生空间转移矩阵，定量表示三生空间土地利用类型转换的方向和数量。转移矩阵的数学形式为：

公式中，S 为土地利用面积；n 为土地利用的类型数；i、j 分别为研究初期与研究末期的土地利用类型。

1.3.3 空间功能比较优势测度 比较优势是大卫·李嘉图提出用于比较两国间国际贸易相对优势的理论[27-28]。目前，比较优势测算的主要方法有Balassa提出的显示性比较优势指数（Revealed Comparative Advantage）[29]，及后续衍生出的显示性比较优势指数（ARCA）和标准显示性比较优势指数（NRCA）[30]。显示性比较优势指数（RCA）公式如下：

后续衍生出的显示性比较优势指数（ARCA）公式如下：

标准显示性比较优势指数（NRCA）公式如下：

在汤进华等[31]、魏小芳等[32]研究基础上，主要将比较优势理论进行优化与改进，用于三生空间中空间功能比较优势测度。公式中，Xij为i 乡镇j类用地功能值；Xt为区域所有乡镇功能值总值；Xj为所有乡镇j 类用地功能值之和；Xit为i 乡镇所有分类用地功能值之和。NRCAij＞0 时，表示 i 区域内 j 类用地具有比较优势；NRCAij＜0，表示在i 区域内j 类用地不具有比较优势。

2 结果及分析

2.1 土地利用类型特征及分析

依据三生空间土地分类系统，将盐池县土地利用类型划分为3 个一级类的土地利用数据，得到盐池县2000—2019 年三生空间结构变化（图1）。

从图1 中可以看出，盐池县生态用地分布广且集中，所占斑块面积较大；生产用地和生活用地分布零散，空间所占面积相对较少，尤其是生活用地。随着时间的推移，生产用地空间逐年减少；生活用地空间先减少再增长，而后由于客观原因再次减少；生态用地空间在稳定增长中，这与盐池县的生态环境、气候降水、政府决策、城市化进程、经济发展等都有着密切的联系。

依据三生空间土地分类系统，得出盐池县三生空间结构比重（表2），从表2 中可看出：

生产用地呈“W”形变化趋势。表现为下降—上升—下降—上升的过程。在2010 年时，对比生产用地空间占比有轻微的上升，但总体趋势仍为下降，尤其在2010—2015 年间下降速率加快。

生态用地呈“M”形变化趋势。2010—2019 年占据主导地位，表现为上升—下降—上升—下降的过程，总体波动趋势较为稳定。

生活用地呈“W”形变化趋势。表现为下降—上升—下降—上升的过程。生活用地受到的影响因素较复杂和广泛，受到客观环境、政策及居民主观情感的影响。

图1 盐池县2000—2019 年三生空间结构变化

表2 盐池县2000-2019 年三生空间类型结构对比

2.2 三生空间转移矩阵结果分析

依据土地利用类型转移矩阵，得出盐池县三生空间变化转移矩阵（表 3、表 4、表 5），表明 20 年间盐池县三生空间土地利用格局发生了较大的变化。

1）2000—2005 年，生产用地减少 387.6 km2，生活用地减少87.8 km2，而生态用地增加475.4 km2，其中，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4 732.4 km2，占总转移量的72.2%（表3），这5 年间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。

2）2005—2010 年，生活用地增加 396.9 km2，生产用地增加86.4 km2，生态用地减少483.3 km2（表4）。

在此期间，盐池县2005 年出现大旱，生态环境恶劣，农户需满足自身生活生产需要，导致生态用地转出量高于转入量，生产用地和生活用地则相反。

3）2010—2015 年，生产用地减少 642.4 km2，生活用地减少169.7 km2，而生态用地增加812.0 km2（表5）。2011 年盐池县政府开始实施耕地及草原奖励补助政策，极大地增强了农户退耕、退牧的意愿以及对生态环境的保护意识，生态用地分布数量急速增长，使得盐池县在2015 年几乎达到中等可持续发展阶段。

综合分析盐池县3 个时段的三生空间变化转移矩阵可以看出：生态用地动态变化最强，以转入为主；生产用地、生活用地多以转出为主。

2.3 三生空间比较优势测度及分析

通过NRCA 的公式计算，得出2000—2019 年盐池县各乡镇三生空间功能比较优势结果（表6-表10），并对空间优化方向进行分析。

2.3.1 功能比较优势指数结果 2000 年麻黄山乡、大水坑镇在生活用地和生态用地功能上占有优势，惠安堡镇在生态用地占有明显优势，说明这些区域由于自然环境恶劣未对产业形成大的吸引力；王乐井乡、高沙窝镇生产用地优势突出，说明两地经济发展水平相对较高，生产能力较强，基础设施较完善。

表3 2000-2005 年盐池县三生空间变化转移矩阵 km2

表4 2005-2010 年盐池县三生空间变化转移矩阵 km2

2005—2019 年盐池县各乡镇受国家政策及自然因素等影响，三生空间比较优势在不断变化，发展至2019 年，青山乡、王乐井乡、高沙窝镇都在生态用地功能上占优势；冯记沟乡、花马池镇在生产用地的优势突出；麻黄山乡在生活用地功能上占优势。

由此可以看出，2015 年麻黄山乡、青山乡、冯记沟乡、高沙窝镇等干旱风沙区，逐渐加大生态建设，使生态用地占有比较优势；2019 年各乡镇提高生产能力及经济发展水平，加大生活保障力度及基础服务设施建设，为改善盐池县生态环境做出突出贡献，对盐池县生态保护及经济发展起到重要作用。

表6 2000 年盐池县三生空间比较优势指数结果

表7 2005 年盐池县三生空间比较优势指数结果

表8 2010 年盐池县三生空间比较优势指数结果

表9 2015 年盐池县三生空间比较优势指数结果

表10 2019 年盐池县三生空间比较优势指数结果

2.3.2 三生空间功能优化分析 综合三生空间功能比较优势指数结果、盐池县区域发展特色及城市发展规划，得出盐池县三生空间功能优化分区图（图2）。基于城市协调发展、空间均衡利用原则，将盐池县土地利用划分为6 种功能类型区，包括生产功能优势区、生活功能优势区、生态功能优势区、生产—生活功能优势区、生产—生态功能优势区、生活—生态功能优势区。

从图2 可以看出，三生空间功能优化分区在不断改善，盐池县的自然地貌条件使得盐池县北部的各乡镇生产用地和生活用地数量分布较少，盐池县政府驻地附近的区域生态用地较少，较多的是城市建设及设施用地，这些因素一定程度上影响了盐池县三生空间功能优化分区分布的均匀程度。

因此，应采取一定的政策与措施，指出具体的空间优化方向，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。

1）生活功能优势区：麻黄山乡。该区域应改善当地生态环境，进行农业生产，充分发挥区位优势，加强与临近地区的经济联系，进而优化资源配置；同时加强生态保护，控制环境污染。

2）生态功能优势区：青山乡、冯记沟乡、高沙窝镇。区域的生态功能优势占有突出地位，自然资源丰富，临近政府驻地花马池镇，可适当的改善交通，发展第三产业，完善公共服务设施。

3）生产功能优势区：王乐井乡、大水坑镇。区域内经济发展水平相对较高，具有优势，应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，充分发挥核心区域的带动作用。

4）生产—生活功能优势区：惠安堡镇。该乡镇兼顾效益的同时应注重生态保护，发展绿色经济，对环境污染进行及时治理与整治，与生态协同发展。

图2 盐池县2000-2019 年三生空间功能优化分区

5）生活—生态功能优势区：花马池镇。该区为盐池县政府驻地，应充分发挥特色优势，大力发展第三产业，如旅游、宣传盐池滩羊等，实现生产—生活—生态的协调发展。

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，通过土地利用转移矩阵及比较优势指数对2000—2019 年盐池县土地利用转型及空间结构进行分析，结果表明：

1）生产用地总体呈“W”形变化趋势，占比由2000 年的17.7%下降到2019 年的11.2%；生活用地呈“W”形变化趋势，占比由2000 年的2.2%上升到2019 年的4.8%；生态用地呈“M”形变化趋势，占比由2000 年的80.1%上升到2019 年的84.0%。

2）2000—2019 年盐池县生态用地空间始终占主导地位，生产用地及生活用地所占比重相对较少且分布较分散。基于三生空间的土地利用转型主要表现为生态用地由2000 年的5 251.7km2增加到2019年的5 506.1km2；生产用地由2000 年1 157.1km2减少到2019 年733.7km2；生活用地在研究始末变化不大，但研究期内波动变化较为显著。

3）依据三生空间功能比较优势指数结果，结合当地发展特点，将盐池县土地利用划分为生产功能优势区、生活功能优势区、生态功能优势区、生产—生活功能优势区、生产—生态功能优势区、生活—生态功能优势区，并提出了空间优化方向。盐池县四乡四镇之间三生空间用地功能优势区分布均匀程度存在很大差异，因此政府需统筹协调各乡镇基础设施、经济发展及生态建设，向生产—生活—生态综合功能区发展，做好规划并完善退耕还林等后续相关政策，在坚持生态优先的前提下，结合土地利用转型开展后续产业，带动相关第三产业发展，提高盐池县三生空间功能比较优势指数结果的协调性。

3.2 讨论

区域三生空间土地分类受当地气候环境、地势地貌、及人为认知等因素的影响，分类系统决定了数据的精度，三生空间分类体系是基于专家已有研究成果的基础上，结合盐池县土地主导功能构建的，虽然根据该地土地类型做了相应调整，但仍存在土地功能叠置的问题，部分用地分类指标应进一步细化，以便更精确的划分各类功能用地。本文分析了盐池县三生空间用地转型、动态变化、空间功能比较优势及空间优化方向，并未对区域土地利用转型驱动力进行深入研究，未来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，更好地揭示并解决相关问题，为类似的北方农牧交错区域社会经济发展、城市化进程、生态文明建设及空间优化提供参考和借鉴。