陳堅(jiān), 李濤, 趙燕萍*, 王寬, 李晟

(1.南華大學(xué) 生態(tài)評(píng)價(jià)與景觀規(guī)劃研究所,湖南 衡陽 421001;2.南華大學(xué) 生態(tài)型區(qū)域-城市規(guī)劃與管理衡陽市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南 衡陽 421001;3.南華大學(xué) 松霖建筑與設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院,湖南 衡陽 421001)

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展變化過程中,生產(chǎn)、生活及生態(tài)空間(“三生空間”)土地利用形態(tài)發(fā)生相互轉(zhuǎn)變,土地利用結(jié)構(gòu)及功能隨之發(fā)生改變,進(jìn)而影響區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。探究“三生”用地之間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律, 以及由此引發(fā)的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)異動(dòng),對(duì)優(yōu)化國土空間規(guī)劃及生態(tài)系統(tǒng)管理具有重要作用。

“生產(chǎn)空間集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀”的國土空間規(guī)劃目標(biāo)的提出,標(biāo)志著我國土地利用模式由生產(chǎn)主導(dǎo)型轉(zhuǎn)向生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間相互協(xié)調(diào)的“三生空間”模式?！叭庇玫毓δ?、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)在環(huán)境學(xué)、管理學(xué)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)、地理學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域備受關(guān)注。在研究區(qū)域上,以往研究主要集中在生態(tài)脆弱區(qū)如甘肅省[1]、新疆維吾爾自治區(qū)[2]等,以及具有相對(duì)獨(dú)立性的生態(tài)單元如黃河[3]、湘江流域[4]等,抑或城市化集群水平較高的區(qū)域如長三角[5]、京津冀[6]、長株潭[7]等。研究主要采用“三生”用地轉(zhuǎn)型結(jié)構(gòu)、數(shù)量等特性,以及土地利用轉(zhuǎn)移矩陣、動(dòng)態(tài)度、重心遷移等方法展開。而在評(píng)價(jià)其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)時(shí)常采用植被凈初級(jí)生產(chǎn)力、歸一化植被指數(shù)、距離指數(shù)等單一指標(biāo)直接測(cè)度,然而以上指標(biāo)法所需數(shù)據(jù)量較大且缺乏對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的整體評(píng)價(jià)。

湖南省處于東部沿海地區(qū)和中西部地區(qū)過渡帶與長江開放經(jīng)濟(jì)帶和沿海開放經(jīng)濟(jì)帶結(jié)合部的“一帶一部”特殊區(qū)位,在全國區(qū)域均衡發(fā)展中擔(dān)負(fù)著重要的過渡作用。近年城鎮(zhèn)化和工業(yè)化高速發(fā)展,經(jīng)濟(jì)快速增長,土地利用轉(zhuǎn)型帶來的生態(tài)環(huán)境影響顯著。然而,土地利用轉(zhuǎn)型引起了“三生空間”的哪些變化,變化的具體特征是什么,變化給區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量帶來了何種影響,對(duì)于這些問題目前尚缺乏定量評(píng)價(jià)。因此,本文采用專家評(píng)分法對(duì)各土地利用類型的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行賦值,利用生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)法對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。分析湖南省2000年、2005年、2010年、2015年、2020年5期土地利用數(shù)據(jù),劃分土地利用類型,構(gòu)建轉(zhuǎn)移矩陣和重心轉(zhuǎn)移,探究“三生空間”用地功能轉(zhuǎn)型的時(shí)空變化及其特征,結(jié)合土地利用轉(zhuǎn)型的生態(tài)貢獻(xiàn)率定量分析,評(píng)估湖南省2000—2020年“三生空間”變化對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。研究結(jié)果可為湖南省國土空間規(guī)劃及生態(tài)系統(tǒng)有效管理提供支撐。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)域

湖南省地處我國中部、長江中游地區(qū),地理位置介于24°38′N—30°08′N,108°47′E—114°15′E,設(shè)有14個(gè)地級(jí)行政區(qū),總面積為21.18萬km2(圖1)。湖南土地資源豐富,地形地貌類型多樣,以山地、丘陵為主。湖南為亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),年降水量充沛,水系發(fā)達(dá),是長江中下游重要的調(diào)蓄性湖泊生態(tài)區(qū),同時(shí)也是重要商品糧、棉產(chǎn)區(qū)。由于該地處在于長江水系共軛與分異的交錯(cuò)并存之節(jié)點(diǎn),因此其生態(tài)系統(tǒng)具有高敏感性和高脆弱性。近年來由于氣候變化及高強(qiáng)度的人類活動(dòng),該區(qū)出現(xiàn)土地利用類型變化加劇、生物多樣性減少等系列問題。

圖1 研究區(qū)域概況Figure 1 Overview of the study area

1.2 數(shù)據(jù)來源

湖南省2000年、2005年、2010年、2015年與2020年5期土地利用數(shù)據(jù)來源于國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://nnu.geodata.cn/),由Landsat遙感影像人機(jī)交互解譯,結(jié)合外業(yè)考察和驗(yàn)證、柵格化處理獲得,空間分辨率為30 m?；谕恋乩脭?shù)據(jù),根據(jù)“三生”用地分類標(biāo)準(zhǔn)將二級(jí)地類分別歸屬到生產(chǎn)空間、生態(tài)空間、生活空間。

1.3 研究指標(biāo)與計(jì)算方法

1.3.1 土地利用功能時(shí)空變化

(1)土地利用功能轉(zhuǎn)移矩陣

“三生空間”土地利用功能演變可通過轉(zhuǎn)移矩陣模型(式1)來實(shí)現(xiàn)。運(yùn)用該模型可表示土地利用轉(zhuǎn)換的空間格局與面積數(shù)量。

(1)

(2)土地利用功能重心轉(zhuǎn)移

土地利用功能重心轉(zhuǎn)移模型(式2)可表現(xiàn)出“三生空間”用地變化的總體特征,反映出“三生空間”用地類型重心轉(zhuǎn)移的方向及轉(zhuǎn)移距離。

(2)

式中,L為t年份與t+1年份重心之間的直線距離;Xt、Yt分別為第t年某類土地資源分布重心的經(jīng)緯度坐標(biāo);Xk、Yk分別為第k個(gè)評(píng)價(jià)單元幾何中心的經(jīng)緯度坐標(biāo);Ski為第k個(gè)評(píng)價(jià)單元某類功能用地的面積;n為基于“三生”用地土地利用類型數(shù)量。

1.3.2 區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(式4)是指區(qū)域內(nèi)“三生空間”土地利用類型所具有的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)及面積的比例,能反映出區(qū)域內(nèi)不同時(shí)段的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體狀況。參考已有研究[2,8-9],同時(shí)結(jié)合湖南省土地利用數(shù)據(jù),利用專家評(píng)分法確定各土地利用類型的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)。首先將土地利用系統(tǒng)二級(jí)分類作為評(píng)價(jià)指標(biāo),咨詢10位專家,對(duì)各指標(biāo)的相對(duì)重要程度進(jìn)行表態(tài),填寫指標(biāo)的直接相對(duì)權(quán)重,且直接相對(duì)權(quán)重∑Wj=1(0

Ri=∑WjSij

(3)

式中,Ri為生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)綜合評(píng)分值;Wj為第j項(xiàng)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重;Sij為第i個(gè)方案第j項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)分值。

(4)

式中,EVt為第t時(shí)期區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù);Ri為第i種土地利用類型的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù);n為土地利用類型數(shù)目;Ait為第t時(shí)期用地類型i的面積;A為區(qū)域總面積。

表1 湖南“三生空間”土地利用分類及其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)Table 1 Land use classification and ecological environment index of the “three spaces” in Hunan Province

1.3.3 生態(tài)貢獻(xiàn)度

土地利用轉(zhuǎn)型生態(tài)貢獻(xiàn)度是指某類土地利用類型變化所導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量發(fā)生改變的程度。表達(dá)式為:

CLEI=(Rit+1-Rit)×Aic/A

(5)

其中,CLEI為土地利用功能轉(zhuǎn)型的生態(tài)貢獻(xiàn)度;Rit、Rit+1分別為地類i在t及t+1時(shí)期的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)。Aic地類i的變化面積;A為該區(qū)域的總面積。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 土地利用功能時(shí)空變化

2.1.1 土地利用面積變化

從2000—2020年四個(gè)時(shí)間段分析湖南省“三生空間”用地面積變化(表2)。結(jié)果表明:(1)工礦生產(chǎn)空間、城鎮(zhèn)生活空間和其他生態(tài)空間面積均呈增長趨勢(shì),分別增加了1 364.9、784.4和301.6 km2;其中2015—2020年增長幅度最大。(2)鄉(xiāng)村生活空間和水域生態(tài)空間面積先增后減,但總體呈增長趨勢(shì),分別增加了10.8、55.9 km2;鄉(xiāng)村生活空間面積在2000—2015年呈增長態(tài)勢(shì),但在2015—2020年呈現(xiàn)大幅下降,降幅為100.4 km2;水域生態(tài)空間面積在2000—2010年為增長,2010—2020年為下降。(3)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間和草地生態(tài)空間面積均為先增后減,總體呈下降趨勢(shì),面積分別減少了1 307.2和606.1 km2;其中2000—2005年面積分別增了1 109.2和13.5 km2,2000—2015年均為下降且2015—2020年下降幅度較大,分別為1 839.3和556.3 km2。(4)林地生態(tài)空間面積先減后增,總體呈下降趨勢(shì),面積減少了604.1 km2;其中2000—2015年為下降且2000—2005年下降幅度較大;2015—2020年為增長,面積增加了916.4 km2。

2.1.2 “三生空間”用地結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型

為進(jìn)一步了解土地利用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型,以“三生空間”中二級(jí)地類構(gòu)建土地轉(zhuǎn)移矩陣(圖2)。結(jié)果表明:(1)2000—2005年轉(zhuǎn)換面積最大的是生態(tài)空間轉(zhuǎn)為生產(chǎn)空間,其中林地生態(tài)空間轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間面積為1329.25 km2,水域生態(tài)空間轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間面積為340.25 km2;其次是生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為生態(tài)空間,其中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為水域生態(tài)空間面積為336.65 km2,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為林地生態(tài)空間面積為195.99 km2。(2)2005—2010年各空間之間的轉(zhuǎn)移量較小,轉(zhuǎn)換面積最大的是生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為生態(tài)空間,其中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為水域生態(tài)空間面積為169.66 km2,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為林地生態(tài)空間面積為107.83 km2;其次是生態(tài)空間轉(zhuǎn)為生產(chǎn)空間,其中林地生態(tài)空間轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間面積為113.92 km2;少量生產(chǎn)空間和生態(tài)空間轉(zhuǎn)換為生活空間。(3)2010—2015年轉(zhuǎn)換面積最大的是生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為生態(tài)空間,其中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為林地生態(tài)空間面積為1 766.12 km2,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為水域生態(tài)空間面積為187.08 km2;其次是生態(tài)空間轉(zhuǎn)為生產(chǎn)空間,其中林地生態(tài)空間轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間面積為1 669.40 km2,水域生態(tài)空間轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間面積為170.38 km2;少量生產(chǎn)空間和生活空間之間及生態(tài)空間之間的相互轉(zhuǎn)換。(4)2015—2020年轉(zhuǎn)換面積最大的是生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為生態(tài)空間,其中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為林地生態(tài)空間面積為3 503.84 km2,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為水域生態(tài)空間面積為544.35 km2;其次是生態(tài)空間轉(zhuǎn)為生產(chǎn)空間,其中林地生態(tài)空間轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間面積為2 448.76 km2,林地生態(tài)空間轉(zhuǎn)為工礦生產(chǎn)空間面積為560.55 km2,水域生態(tài)空間轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間面積為503.92 km2;少量生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為生活空間及生產(chǎn)空間、生態(tài)空間內(nèi)部的相互轉(zhuǎn)換。

表2 2000—2020年湖南省“三生空間”用地面積(km2)Table 2 The area of the “three spaces” in Hunan Province from 2000 to 2020

圖2 2000—2020年湖南省“三生”用地類型面積轉(zhuǎn)移Figure 2 Area transfer of the “three spaces” land types in Hunan Province from 2000 to 2020

2.2 土地利用功能重心轉(zhuǎn)移

分別計(jì)算出“三生空間”重心坐標(biāo)及轉(zhuǎn)移方向和轉(zhuǎn)移距離(圖3)。(1)生產(chǎn)空間中,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間重心均落在婁底市漣源市渡頭塘鎮(zhèn)境內(nèi),先由渡頭塘鎮(zhèn)向東南方向轉(zhuǎn)移,后向西南和西北方向轉(zhuǎn)移;20年間重心共向西北方向轉(zhuǎn)移587.53 m。工礦生產(chǎn)空間重心從湘潭市湘潭縣青山橋鎮(zhèn)先向西北方向轉(zhuǎn)移至湘鄉(xiāng)市境內(nèi),后向西南方向逐步轉(zhuǎn)移至婁底市雙峰縣杏子鋪鎮(zhèn)境內(nèi);20年間重心共向西北方向轉(zhuǎn)移了32 853.92 m。(2)生活空間中,城鎮(zhèn)生活空間重心均落在湘潭市湘鄉(xiāng)市境內(nèi),先由湘鄉(xiāng)市月山鎮(zhèn)境內(nèi)向西北方向轉(zhuǎn)移,再向東南、東北方向的金數(shù)鄉(xiāng)境內(nèi)轉(zhuǎn)移,最后轉(zhuǎn)移至東南方向的月山鎮(zhèn)境內(nèi);20年間重心共向東南方向轉(zhuǎn)移了6 255.78 m。鄉(xiāng)村生活空間重心從湘潭市湘鄉(xiāng)市棋梓鎮(zhèn)境內(nèi)先向西北方向轉(zhuǎn)移至婁底市婁星區(qū),再在婁星區(qū)境內(nèi)向東北和西北方向轉(zhuǎn)移,最后向東南方向轉(zhuǎn)移至湘鄉(xiāng)市棋梓鎮(zhèn)境內(nèi);20年間重心共向西北方向轉(zhuǎn)移了2 227.35 m。(3)生態(tài)空間中,林地生態(tài)空間重心均落在邵陽市新邵縣潭溪鎮(zhèn)境內(nèi),先由潭溪鎮(zhèn)向西北方向轉(zhuǎn)移,后向西南和東南方向轉(zhuǎn)移;20年間重心共向西南方向轉(zhuǎn)移523.01 m。草地生態(tài)空間重心均落在婁底市新化縣爐觀鎮(zhèn)境內(nèi),先由爐觀鎮(zhèn)向東南方向轉(zhuǎn)移,后向西南和西北方向轉(zhuǎn)移;20年間重心共向西南方向轉(zhuǎn)移1 021.17 m。水域生態(tài)空間重心從益陽市資陽區(qū)境內(nèi)先向西南方向轉(zhuǎn)移,后向西北和東北方向轉(zhuǎn)移,最后向西南方向轉(zhuǎn)移至益陽市赫山區(qū)境內(nèi);20年間重心共向西南方向轉(zhuǎn)移了11 507.37 m。其他生態(tài)空間重心從益陽市沅江區(qū)草尾鎮(zhèn)境內(nèi),先向東北方向轉(zhuǎn)移,后向西北和東南方向轉(zhuǎn)移,最后向東北方向轉(zhuǎn)移至沅江區(qū)普豐鄉(xiāng)境內(nèi);20年間重心共向東北方向轉(zhuǎn)移了9 309.9 m。

圖3 2000—2020年湖南省“三生空間”用地重心轉(zhuǎn)移Figure 3 The center of gravity of the “three spaces” in Hunan Province transferred from 2000 to 2020

2.3 生態(tài)環(huán)境響應(yīng)

2.3.1 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量演變

研究區(qū)域各年份生態(tài)環(huán)境指數(shù)測(cè)算結(jié)果(圖4)表明,湖南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)從2000年的67.77降至2015年的67.31,下降0.68%;2020年回升至67.32,上升0.01%,但總體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈下降趨勢(shì)。其中2000年至2005年下降最為明顯,主要原因是生態(tài)空間大面積轉(zhuǎn)向生產(chǎn)空間,其中林地生態(tài)空間和水域生態(tài)空間轉(zhuǎn)向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)化面積最多,而生產(chǎn)空間和生活空間轉(zhuǎn)向生態(tài)空間面積變化很少,因此造成生態(tài)質(zhì)量明顯下降。2005年至2015年期間生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)逐步緩慢下降,主要原因是生態(tài)空間總體面積變化不大,生產(chǎn)空間和生活空間之間有少量面積的轉(zhuǎn)換,其中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間面積呈減少趨勢(shì),工礦生產(chǎn)空間和城鎮(zhèn)生活空間面積增長趨勢(shì)較為明顯。2015年至2020年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)所有回升,主要原因是生產(chǎn)空間面積大幅度減少,生態(tài)空間面積大幅度提高,生活空間面積少量增加。其中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間面積減少最多,林地生態(tài)空間面積增長最多,工礦生產(chǎn)空間、城鎮(zhèn)生活空間和其他生態(tài)空間面積均有部分增加,草地生態(tài)空間、水域生態(tài)空間和鄉(xiāng)村生活空間面積均有少量減少。

圖4 2000—2020年湖南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)Figure 4 Eco-environmental quality index of Hunan Province from 2000 to 2020

2.3.2 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量空間分布特征

基于縣域尺度湖南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的空間差異,采用ArcGIS自然間斷點(diǎn)分級(jí)法,將各地區(qū)按不同質(zhì)量等級(jí)分為5類(圖5),結(jié)果顯示:(1)低質(zhì)量區(qū)域主要集中在湘北洞庭湖平原開闊地區(qū)的常德東部、岳陽西部、益陽北部以及其他部分城鎮(zhèn)或工業(yè)高度集中區(qū)域,如洞庭湖平原地帶的常德東部安鄉(xiāng)縣、漢壽縣,岳陽西部華容縣、湘陰縣,益陽北部南縣、沅江市,以及長沙的芙蓉區(qū)、天心區(qū),湘潭的雨湖區(qū),衡陽珠暉區(qū),邵陽雙清區(qū)、大祥區(qū)。(2)較低質(zhì)量區(qū)域主要集中在湘北地區(qū)的常德中部與岳陽中部、益陽東北部的平原過渡地帶以及中部地區(qū)的長沙北部、婁底東南部、衡陽中部及邵陽中西部地區(qū)的城鎮(zhèn)集中地帶。如常德澧縣、鼎城區(qū)等,岳陽云溪區(qū)、汨羅市等,益陽赫山區(qū),長沙望城區(qū)、岳麓區(qū),婁底雙峰縣,衡陽衡南縣、祁東縣及邵陽武岡市、邵東縣,永州冷水灘區(qū)。(3)中等質(zhì)量區(qū)域主要集中在中部地區(qū)的婁底、湘潭、株洲、衡陽、邵陽等大部分地區(qū)以及湘南地區(qū)的永州、郴州部分區(qū)域。如婁底新化縣、漣源市,湘潭湘鄉(xiāng)市、湘潭縣,株洲醴陵市、攸縣,衡陽衡東縣、耒陽市等,邵陽洞口縣、隆回縣、新邵縣,以及永州祁陽縣、新田縣等,郴州嘉禾縣。(4)較高質(zhì)量和高質(zhì)量區(qū)域主要集中在湘西的湘西自治州、懷化和張家界地區(qū)和湘南的邵陽、郴州、永州以及其他部分生態(tài)林地較多區(qū)域。其中湘西自治州古丈縣、吉首市、瀘溪縣,懷化沅陵縣、新晃侗族自治縣、會(huì)同縣等,邵陽綏寧縣、城步苗族自治縣,永州雙牌縣、藍(lán)山縣、江華瑤族自治縣,郴州資興市、桂東縣、汝城縣,株洲炎陵縣,岳陽平江縣,生態(tài)林地面積多,生態(tài)質(zhì)量高。綜合來看,湖南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈“西高北低,由北向南逐步提升”的格局分布。

圖5 2000—2020年湖南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量空間分布Figure 5 Spatial distribution of eco-environmental quality in Hunan Province from 2000 to 2020

2.3.3 “三生空間”轉(zhuǎn)型的生態(tài)貢獻(xiàn)率

“三生空間”用地的轉(zhuǎn)型使得區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量同時(shí)存在著改善和下降兩種趨勢(shì),這兩種趨勢(shì)相互作用,共同維系著區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。分析湖南省20年間四個(gè)時(shí)段內(nèi),導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善或下降的主要用地轉(zhuǎn)移類型及生態(tài)貢獻(xiàn)率(圖6),結(jié)果顯示2000—2015年三個(gè)時(shí)間階段的綜合生態(tài)貢獻(xiàn)指數(shù)分別為-3.5×10-3、-0.4×10-3、-0.1×10-3,呈下降趨勢(shì);2015—2020年的綜合生態(tài)貢獻(xiàn)指數(shù)為0.8×10-3,呈改善趨勢(shì)。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間用地轉(zhuǎn)為林地、水域、草地生態(tài)空間用地,草地生態(tài)空間用地轉(zhuǎn)林地生態(tài)空間用地,鄉(xiāng)村生活空間用地轉(zhuǎn)為林地生態(tài)空間用地,水域生態(tài)空間用地轉(zhuǎn)林地生態(tài)空間用地,其他生態(tài)空間用地轉(zhuǎn)水域生態(tài)空間用地等是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善的主要因素。2000—2005年和2005—2010年兩個(gè)時(shí)期主要為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間用地轉(zhuǎn)林地和水域生態(tài)空間用地,生態(tài)貢獻(xiàn)度分別達(dá)50.66%、43.49%和55.98%、44.02%;2010—2015年和2015—2020年兩個(gè)時(shí)期主要為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間用地轉(zhuǎn)林地生態(tài)空間用地,生態(tài)貢獻(xiàn)度分別達(dá)89.06%和82.13%。

林地生態(tài)空間用地轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)和工礦生產(chǎn)空間用地、城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村生活用地、草地和水域及其他生態(tài)空間用地,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間用地轉(zhuǎn)工礦生產(chǎn)空間用地、城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村生活空間用地,水域生態(tài)空間用地轉(zhuǎn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間用地和其他生態(tài)空間用地,草地生態(tài)空間用地轉(zhuǎn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間用地等是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降的主要因素。2000—2005年期間主要為林地生態(tài)空間用地轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間用地,生態(tài)貢獻(xiàn)度達(dá)-80.34%;2005—2010年期間主要為林地生態(tài)空間用地轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)和工礦生產(chǎn)空間用地及城鎮(zhèn)生活空間用地,生態(tài)貢獻(xiàn)度分別達(dá)-34.51%和-22.57%及-25.55%;2010—2015年期間主要為林業(yè)生態(tài)空間用地轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間用地,生態(tài)貢獻(xiàn)度達(dá)-82.61%;2015—2020年期間主要為林業(yè)生態(tài)空間用地轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)和工礦生產(chǎn)空間用地,生態(tài)貢獻(xiàn)度分別達(dá)-61.46%和-17.46%。

圖6 各時(shí)段主要土地利用轉(zhuǎn)移類型及生態(tài)貢獻(xiàn)率Figure 6 The main types of land use transfer and ecological contribution rate in each period

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

本研究通過專家評(píng)分法對(duì)不同二級(jí)地類的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行賦值,采用生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)評(píng)估模型對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合測(cè)度。通過生態(tài)環(huán)境質(zhì)量演變、空間分布特征和生態(tài)貢獻(xiàn)率測(cè)算,分析區(qū)域生態(tài)環(huán)境時(shí)空變化特征,建立了土地利用類型與區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的定量關(guān)系,綜合反映出整體生態(tài)環(huán)境狀況,對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

研究發(fā)現(xiàn),湖南省“三生空間”的轉(zhuǎn)換,以生產(chǎn)空間和生態(tài)空間的相互轉(zhuǎn)換為主。生態(tài)空間和生活空間的轉(zhuǎn)換,主要為林地生態(tài)空間向城鎮(zhèn)生活空間和鄉(xiāng)村生活空間的轉(zhuǎn)換。研究期內(nèi)湖南省的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量先降后升。前期區(qū)域內(nèi)生態(tài)空間轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)和工礦生產(chǎn)空間、城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村生活空間是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降的主要因素,該時(shí)間段內(nèi)湖南省更專注于發(fā)展經(jīng)濟(jì),因此侵占了較多生態(tài)用地。而后期,研究區(qū)已有較多的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)為林地和水域生態(tài)空間,這是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善的主要驅(qū)動(dòng)力,驗(yàn)證了退耕還林、還湖工程得以有效推進(jìn)。總之,研究區(qū)的生態(tài)空間面積的減少和生活空間、生產(chǎn)空間面積的增長,是導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化的主要原因。而生態(tài)環(huán)境的改善,需要加強(qiáng)對(duì)林地、草地和水域等生態(tài)空間的保育[10]。

湖南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈“西高北低,由北向南逐步提升”的格局分布。主要由于湖南省地形地貌特點(diǎn)為東、南、西三面環(huán)山,西部多為山地,中部丘崗起伏,北部地勢(shì)最低且平坦,為平原開闊地帶,整體呈東北開口的不對(duì)稱馬蹄形地形。湘西地區(qū)如湘西自治州、懷化、張家界地區(qū)地理環(huán)境復(fù)雜,生活空間和生產(chǎn)空間用地?cái)U(kuò)張局限,經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢,適宜開發(fā)為生活空間的用地相對(duì)較少,生態(tài)空間分布廣泛、轉(zhuǎn)出較少且保護(hù)較好,是湖南省的重要生態(tài)保護(hù)地分布區(qū)域,總體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量高。湘南地區(qū)如郴州、永州、邵陽地區(qū)和東部的株洲地區(qū),地貌復(fù)雜多樣,多以山地丘陵為主,生產(chǎn)空間和生活空間在發(fā)展過程中受到一定程度限制,加之水域、林地生態(tài)空間轉(zhuǎn)出較少,因此總體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較高。湘中地區(qū)如衡陽、婁底、長沙和湘潭地區(qū),多以丘陵盆地為主,經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好,城鎮(zhèn)化和工業(yè)化發(fā)展較快,生態(tài)空間用地一定程度上向生產(chǎn)空間和生活空間轉(zhuǎn)移,面積縮減,因此總體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量一般。湘北地區(qū)如常德、岳陽和益陽地區(qū),位于洞庭湖平原開闊地帶,地勢(shì)平坦,發(fā)展局限性低,非常適宜進(jìn)行開發(fā)建設(shè),經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好。雖然水域生態(tài)空間面積大,但由于城市化進(jìn)程快,經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,林地和水域生態(tài)空間用地向生產(chǎn)空間和生活空間用地轉(zhuǎn)移,工礦生產(chǎn)空間和城鎮(zhèn)生活空間面積大量增加,總體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量低。因此在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中,生態(tài)環(huán)境高質(zhì)量區(qū)以涵養(yǎng)生態(tài)為主要方向,低質(zhì)量區(qū)域在肩負(fù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展重?fù)?dān)的同時(shí),仍需堅(jiān)定不移走生態(tài)優(yōu)先的綠色發(fā)展之路,應(yīng)協(xié)同推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)環(huán)境高水平保護(hù)。以上研究發(fā)現(xiàn)與對(duì)湖南省生態(tài)系統(tǒng)方面的有關(guān)研究結(jié)果相符[11,12],但本研究采用的方法便捷,且能夠得出較為準(zhǔn)確和直觀的結(jié)果,分析過程清晰,可為相關(guān)管理部門快速提供決策支持。

需要指出的是,土地利用功能轉(zhuǎn)型對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響不僅僅與“三生空間”的面積有關(guān),還受其空間分布格局以及具體功能性狀的影響。所以,基于更詳盡的遙感影像和生態(tài)系統(tǒng)分類數(shù)據(jù),專家評(píng)分將更為精準(zhǔn),能夠進(jìn)一步提升評(píng)價(jià)結(jié)果的精度,研究結(jié)果也將更加科學(xué)合理。

3.2 結(jié)論

湖南省的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、林地生態(tài)空間、草地生態(tài)空間總體呈減少趨勢(shì),20年來累計(jì)減少2 517.4 km2,以生產(chǎn)空間和生態(tài)空間的相互轉(zhuǎn)換為主?！叭臻g”的數(shù)量變化,導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)先降后升,總體下降6.7%,在空間上呈“西高北低,由北向南逐步提升”的分布格局。林地生態(tài)空間用地轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)和工礦生產(chǎn)空間用地、城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村生活空間用地是前期生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降的主要原因,而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間用地轉(zhuǎn)為林地和水域生態(tài)空間用地,是后期生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善的主要原因。