汪容基，赵小敏，郭 熙，叶英聪，李 怡，周 洋

（江西农业大学 国土资源与环境学院/江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室，江西 南昌 330045）

【研究意义】研究土地利用转型及其生态环境效应是探讨和预测区域生态环境质量与变化的途径，也是未来合理规划土地转型的基础，对环境治理、生态保护、国土空间格局优化[1]有重要的理论与实际意义。合理的土地利用转型对于推动城乡融合发展、区域粮食安全[2]、“三生空间”用途管制[3]、地区产业的发展有重要作用。本文对鹰潭市的土地利用转型特征与生态环境效应进行研究，探讨其内在逻辑联系，以期为协调市域国土空间规划、土地利用政策的实施以及环境保护提供借鉴。【前人研究进展】国内近年对于土地利用转型的研究尺度主要集中于省[4-5]、流域[6-7]、典型地区[8-9]；研究内容包括对土地利用转型的特征及驱动因素[10-11]、土地转型与社会经济发展[12]、城乡融合[13]、生态服务价值[14]、生态环境质量[15-16]、生态风险评价[17]、景观格局变化[18-19]以及建设用地[20]、耕地[21]、农村居民点[22]等单一的土地利用变化分析中；国内外学者对于土地利用转型的研究方法主要包括土地利用变化综合评价、系统诊断模型、系统动力学模型、土地利用变化动态模型等。【本研究切入点】鹰潭被誉为“世界铜都”，是亚洲最大的铜工业生产基地，对鹰潭市进行个案研究能为矿产资源区的生态环境保护提供经验。前人的研究多集中于耕地、建设用地、农村居民点等单一土地类型的转变，以“三生空间”角度来探索市域城乡全域全地类的要素联动[23]，综合探析研究区内部土地转换过程及其引起的生态环境效应，是研究土地利用转型的重要切入点，对于推动江西省“生态文明建设试验区”建设有重要意义。【拟解决的关键问题】从“三生空间”的角度出发，基于自然资源部门土地利用现状矢量数据，借助ArcGis、Gs+软件技术和地统计分析方法，以格网为尺度，探究鹰潭市土地类型转变的特征及其造成的生态环境影响。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

鹰潭市（116°41'～117°30'E,27°35'～28°41'N）位于江西省东北部、信江中下游，地处武夷山脉与鄱阳湖平原过渡的交接地带，辖区属于亚热带湿润季风温和气候。鹰潭市现有贵溪市、月湖区、余江区三个辖区，地势中部较低，南北部较高（图1），总面积约356 000 hm2，其中林地占市域总面积的52%。鹰潭市土地肥沃、矿产资源丰富，是江西省重要的商品粮基地及经济区，是全国最大的铜冶炼、铜加工基地及重要的铜消费区，被誉为“世界铜都”。

图1 鹰潭市高程Fig.1 Yingtan City DEM

1.2 数据来源与处理

基于2010、2014、2018 年三期鹰潭市土地利用现状数据，按自然资源部门土地利用调查行业标准并参考张红旗[[24]、于莉[25]的分类将土地类型进行整合形成新的“三生空间”土地利用分类系统。一种土地类型可能会有多种功能，例如耕地既有生产功能也有生态功能，甚至还有教育功能，但按人的主观意志来讲，耕地的主要功能是粮食生产，因此将耕地归为生产用地。按土地利用的主导功能，同时参考李晓文等[9,15,26-29]的研究成果，并结合研究区各地类图斑的实际情况，采用面积加权法，对二级地类的生态环境质量指数进行模糊赋值（表1）。

表1 土地利用主导功能分类及其生态环境指数Tab.1 Classification of the dominant functions of land use and its eco-environmental quality index

2 研究方法

2.1 土地利用转移矩阵

转移矩阵并非一种指数，只是将土地变化转移的面积按矩阵形式表示，作为分析土地结构变化的基础。借助ArcGis10.7 软件对2010、2014、2018 年3 期土地现状矢量数据中任意2 期数据进行叠加分析运算[ArcToolbox＞Analysis Tools＞Overlay＞Intersect]，可以得到土地类型转移的方向与数量，能较好表征出土地利用类型转移的方向。其表达式为：

式（1）中：S表示某一地类的面积，i、j分别为在研究初期和末期的土地利用类型，n为土地利用类型数。当i≠j时，Sij代表第i类土地转换为第j类土地的面积；当i=j时，Sij代表该地类未发生变化的面积。

2.2 土地利用转型的生态环境响应模型

2.2.1 生态单元的生态环境质量指数模型 本研究将土地利用现状数据的用地斑块视作采样点。2010 年、2014年、2018年3个时期的土地利用斑块数均近10万个。参考经验公式[30]，并经过多次试验，最终选择以500 m×500 m 格网对研究区进行等距离采样，生成约1.4 万个样区。综合考虑各生态单元内的地类图斑面积及其生态环境状况，定量分析各生态单元的生态环境质量指数。其表达式为：

式（2）中：EV(x)为第x个生态单元的生态环境质量指数，Ri为第i类土地利用类型的生态环境质量指数，Sxi为第x个生态单元内i类土地利用类型的面积，Sx为第x个生态单元的面积；n为研究区内土地利用类型数量。

2.2.2 地统计分析 将计算出的近4.4万个生态单元的生态环境质量指数赋值给样区几何中心，采用半变异函数分析方法，运用Gs+软件将3 期质量数据与半变异函数进行拟合，再根据每个生态单元的质量值进行插值，可得到研究区生态环境质量的空间分异情况。半方差表达式为：

式（3）中：r(h)是半方差；h是样本距；M(xi)、M(xi+h)是xi、xi+h处的生态环境质量指数；n是间距为h的样本总数。运用Gs+空间分析对半变异函数进行拟合，然后对各单元的生态环境质量指数用克里金法进行空间插值。根据研究区实际情况，将插值结果分为5 级：低质量区（≤0.4）、较低质量区（0.4 ＜E≤0.5）、中质量区（0.5 ＜E≤0.6）、较高质量区（0.6 ＜E≤0.7）和高质量区（E＞0.7）。

2.2.3 土地利用转型生态贡献率 土地利用转型生态贡献率是指某种土地利用类型转变所导致的区域生态环境质量的改变[31]。从正负两方面量化土地类型转变造成的生态环境效应，可以分离出影响区域生态环境质量变动的土地转换类型，便于探讨造成区域生态环境变化的主导因素，其表达式为：

式（4）中：LEI为某一种土地类型变化的生态贡献率，LE0、LE1分别为某种土地类型在变化初期、末期的生态环境质量指数，LA为某种变化类型的面积；TA为区域总面积。

3 结果与分析

3.1 鹰潭市土地利用转型的时空特征

3.1.1 土地利用的基本情况 总体来看，2010—2018年，鹰潭市生产用地、生活用地呈现不断增加的趋势，生态用地则呈不断减少的趋势。生产用地由2010年的111 247.52 hm2增长为2018年的113 462.71 hm2；生活用地由2010年的24 178.58 hm2增长为2018年的27 538.40 hm2；生态用地则由2010年的220 574.42 hm2减少为2018 年的214 999.25 hm2。3 种“三生空间”用地类型中，生态用地数量最多，占整个研究区域面积的60.39%。生产用地中农业生产用地分布最多最广，2018 年农业生产用地为107 160.71 hm2，多分布于西部平原、中部信江盆地、北部低山地区；生活用地中农村生活用地最多，在整个研究区中呈零散点状分布；鹰潭市森林资源丰富，林地数量最多，分布于怀玉山支脉片区、南部山地地区、武夷山北部片区。其他生态用地有4 376.79 hm2，多分布于信江盆地处，表明鹰潭市后备资源较充足，可开发利用程度较高。

生产用地在2010—2014 年、2014—2018 年间增长幅度大致相同，2 个时段都增加了约1 107 hm2；生活用地在2014—2018 年增长幅度小于2010—2014 年，前4 年增加2 381.45 hm2，后4 年增加978.36 hm2；生态用地减少的幅度2014—2018 年也比2010 年—2014 年减少，前4 年减少3 489.38 hm2，后4 年减少2 085.90 hm2。2014 年，江西成为首批生态文明先行示范区建设省份。表明自2014 年起，鹰潭市更加重视生态建设，生态用地被大量占用现象得到有效控制（图2，表2，图3，表3）。

表3 二级地类用地面积及其变化Tab.3 Second-class land area and changehm2

图2 “三生空间”用地分布Fig.2 Land use distribution of“production-living-ecological space”

图3 2010—2018年“三生空间”二级地类分布Fig.3 The distribution map of the secondary land types of“production-living-ecological land”from 2010 to 2018

表2 “三生空间”用地面积及其变化Tab.2 “Production-living-ecological space”land area and change hm2

3.1.2 土地利用转型分析 根据2010—2018年鹰潭市的土地利用转移和弦图（图4）、（表4，表5）矩阵以及“三生空间”用地分布图，来分析各个时间段内鹰潭市土地利用类型的内部变化情况，从而为研究生态环境质量提供依据。2010—2018年鹰潭市各功能用地转移变化呈现以下特点。

表4 2010年—2014年鹰潭市土地利用转移矩阵Tab.4 2010—2014 Yingtan City land use transfer matrix hm2

表5 2014年—2018年鹰潭市土地利用转移矩阵Tab.5 2014—2018 Yingtan City land use transfer matrix hm2

图4 2010—2018年鹰潭市土地利用转移和弦图Fig.4 Chord diagram of land use transfer in Yingtan City from 2010 to 2018

（1）2010—2014年，随着城镇化水平的提高，对于生活用地的需求不断增加，用地供需矛盾进一步体现。生产用地中，农业生产用地流出最多，有608.06 hm2、583.14 hm2分别转换为城镇生活用地、农村生活用地，转移比例为0.58%、0.55%。受城镇化影响，城镇边缘的农村生活用地有24.04 hm2变为城镇生活用地。生态用地中，林地转移面积最多，708.89 hm2转为农业生产用地，689.65 hm2转为草地生态用地，462.67 hm2转为农村生活用地，346.89 hm2转为城镇生活用地，131.16 hm2转为工矿生产用地，转移比例分别为0.37%、0.36%、0.24%、0.18%、0.07%；草地生态用地的主要转移地类为农业生产用地，转移面积为767.12 hm2，转移比例为13.4%；其他生态用地的主要转移地类也是农业生产用地，转移625.78 hm2，转移比例为11.9%。表明2010—2014年城镇化速度较快，生活用地大量增加。

（2）2014—2018 年，在江西省大力倡导生态文明建设的背景下，鹰潭市积极响应出台了一系列政策，如退耕还草还林、进行山水林田湖草生态修复等，这一时段内的土地利用变化趋势显著弱于2010—2014 年。生产用地中，农业生产用地转移面积最大，有312.11 hm2转为城镇生活用地，176.01 hm2转为农村生活用地，转移比例分别为0.29%、0.16%。生活用地在这一时段内转移面积变化不大。生态用地中林地转移面积最大，1 072.13 hm2转移为农业生产用地、195.46 hm2转移为农村生活用地、164.32 hm2转移为城镇生活用地、90.83 hm2转移为工矿生产用地，转移比例为0.57%、0.1%、0.08%、0.04%；其次为草地生态用地，有268.79 hm2转移为农业生产用地，转移比例为4.8%。其他用地类型变化不大。

（3）对比2010—2014 年和2014—2018 年土地转移矩阵可看出，用地转入最多的城镇生活用地、农村生活用地，在2014—2018 年转入明显减少，农业生产用地开始逐渐向林地生态用地、草地生态用地转入。研究期间内减少最多的林地生态用地的减少数量也开始缩小，城镇生活用地、农村生活用地开始平稳增加。说明以“生态文明建设”为主导的一系列政策、措施的实施有效缓解了用地矛盾，土地利用转型趋于平稳。

3.2 土地利用转型的生态环境响应

运用Gs+软件对根据（2）式所计算出的3期生态环境质量数据进行拟合，发现球面模型对3期数据的拟合度最高，因此采用球面模型对计算所得3期质量数据进行克里金插值，得到鹰潭市2010—2018年的土地利用转型的生态环境质量面积分布图、表。

3.2.1 生态环境质量等级分布与变化特征 根据2010—2018 年的生态环境质量指数可看出，鹰潭市生态环境质量指数总体上呈下降趋势，但在2014 年出现转折。生态环境质量指数在2010 年为0.605 5、2014年为0.596 2、2018年为0.598 0。表明自2014年开始，鹰潭市生态环境质量指数变化出现转折，生态环境质量开始得到改善。

区域内生态环境质量一般同时存在改善与恶化两种相反趋势，在相当程度上这两种趋势可以相互抵消[32]，使其在总体上维持相对稳定，但指数的稳定并不等于生态环境未发生改变。生态环境低、较低质量区主要分布于鹰潭市的中心城区区域；高质量区主要分布于林地分布广泛的怀玉山支脉片区、武夷山北坡片区。从面积变化来看，鹰潭市生态环境低、较低质量区呈现增长的趋势，高质量区呈现出减少的趋势。在2010—2014年低、高质量区的空间变化较为明显，低质量区占比由10%升到22%，高质量区占比由62%降到52%；在2014—2018年间，低质量区与高质量区的变化不大，趋于平稳（表6，图5）。

图5 鹰潭市生态环境质量等级分布Fig.5 Distribution of ecological environment quality grades in Yingtan City

表6 生态环境质量等级面积及比重Tab.6 The area and proportion of the ecological environment quality grade

3.2.2 土地利用转型的生态贡献率 土地利用转型造成的生态环境影响分为正效应与负效应。（1）2010—2014年，鹰潭市生态环境得到改善的主要原因是农业生产用地转换为草地生态用地；而恶化的主要原因是因为林地转换为生活用地、农业生产用地，草地生态用地转换为农业生产用地。（2）2014—2018 年，生态环境质量改善的主要原因是农业生产用地转换为林地、草地，这与鹰潭市政府实施退耕还林还草政策有关；生态环境质量恶化的主要原因还是林地生态用地的流出，但林地的流出与前4年相比，数量已大大减少（表7，表8）。

表7 2010—2014年主要地类转型的生态环境效应Tab.7 Eco-environmental effects of the transformation of major land types from 2010 to 2014

4 结论与讨论

本文从“三生空间”的视角来定量分析鹰潭市在2010—2018 年的土地利用转型、转移特征及其引起的生态环境效应。主要分析结论如下：

（1）在土地利用类型转入转出的双重视角下，鹰潭市在研究期间整体呈现生态用地减少，生产用地与生活用地增加的特点。林地流出面积最大，成为其他用地增长的主要来源；农业生产用地则是最主要的接受者。

（2）2014 年，江西省成为国家首批“生态文明建设试验区”。在此政策背景下，鹰潭市积极响应并采取措施，2014—2018年的土地变化趋势明显小于2010—2014年，生态环境质量指数在2014年由降转升，用地矛盾得到有效缓解。生态环境低、较低质量区的面积呈现扩大的趋势，但扩张速度逐年减缓，鹰潭市的生态环境恶化趋势得到有效遏制，预计未来生态质量会持续好转。林地转为建设用地是生态环境恶化的主要原因，农业生产用地退耕还林还草是生态环境改善的重要因素。

（3）伴随着城市化进程的不断推进，鹰潭市存在着大量建设用地占用生产用地，生产用地占用生态用地的情况。对此，鹰潭市的发展应从显性与隐性两个方面对土地利用转型进行全局的掌控，注重各地类的内部潜力挖掘。积极推进生态环境治理工作，实行生态用地有偿占用制度、生态空间用途管制制度[33]，加大土地利用的合理规划以及生态环境治理力度，从而保障鹰潭市的社会经济与生态环境的可持续发展，全面提升鹰潭市生态环境治理和保护水平。

（4）区域的生态环境效应不仅与土地利用转型的面积有关，还与景观格局变化[34-35]、地类图斑有关。在本研究中仅以面积变化作为分析指标较为单一，且并未深入研究造成土地利用转型的驱动力因素，未来需进一步结合鹰潭市的社会经济发展、政策、实际现实情况以及结合不同的影响指标，研究每个发展阶段的土地利用转型的驱动因素[36]，深入剖析土地利用转型的相关问题。