海口市“三生空间”的土地利用转型及生态服务功能演变

鲍章轩，韦仕川,2*

（1.海南大学公共管理学院，海南·海口 570228；
2.海南省公共管理治理研究中心，海南·海口 570228）

“三生空间”是指生产、生活及生态功能空间，是由土地资源的自然本底、社会经济系统与人文需求协同耦合的产物[1]。自追求“三生空间”格局优化与协调的发展目标提出以来，表明由重视生产空间，以经济建设为导向的传统国土空间利用模式，逐步过渡为关注“生产—生活—生态”空间平衡协调的新时代发展方式[2]。但在快速城镇化的过程中，传统粗放式发展模式带来如资源约束趋紧、生态质量弱化、城乡发展失衡等问题也日渐突出[3]。面对发展难题，如何实现“三生空间优组”，是优化区域发展布局与破解困境的关键所在[4]，也是确保区域生态安全的重要保障。

土地利用转型作为基于土地利用变化综合分析的新途径[5]，自提出以来成为国内外土地利用研究新热点。它是指在某一时期土地利用受社会、经济等多重要素影响，利用形态发生转变，这一过程往往是动态变化并与社会经济发展转型阶段相符[6]。国外学者主要利用时间序列和多尺度方法，分析土地利用转型的空间模式和驱动因素[7-8]。国内学者从土地利用转型的内涵、理论假说、过程、驱动力、结构及与其他土地利用活动关系等[9-10]角度开展研究。目前，关于对因生态功能的转变引致的生态风险[11-12]等问题已被学界普遍关注，但其往往重点关注生态功能，而缺乏基于整体“三生空间”的视角研究，在研究区域的多样性、转型的驱动机理等方面仍有不足[13]。因此，本文以位于国家生态文明试验区的海口市为例开展研究，以期能实现对区域“三生空间”利用现状的总体把握，为探究生态功能演变规律提供新案例。

当前海南省在进行“三区一中心”的改革试验背景下，分析土地利用功能转型过程及生态服务功能的时空变化特征，有助于“三生空间”格局优化，对国家生态文明试验区建立起到一定的促进作用。本文对海口市的土地利用转型特征及生态环境质量指数进行研究，为优化国土空间规划提供参考，为生态文明试验区建设提供实践案例支持。

海口市是海南省省会，位于海南岛最北端，北面与湛江市隔海相望，其他方向则邻接文昌、澄迈、定安。在自由贸易港建设加速推进的背景下，外来人口数量将会大幅增加，海口市土地开发建设将进一步提速，土地利用空间格局的剧烈转型将会影响整体生态环境质量，对生态服务功能产生重大影响。

2.1 研究方法

（1）土地利用转移矩阵

土地利用转移矩阵，被用于探索不同地类互相转化的方向和特征，是指通过矩阵来表示两个时间点前后的土地面积变化，刻画“三生用地”的数量结构特征[14]。借助GIS进行叠加，依托3个时点的调查数据，建立2009-2014年、2014-2018年、2009-2018年的土地利用转移矩阵。

（2）核密度估计

通过核密度估计对“三生空间”的空间分布情况进行分析。通过计算各类土地中心点密度的空间变化情况借以表征空间集中程度[15]。密集程度的差异则通过核密度值的高低来表征，借助GIS进一步实现可视化。

（3）生态环境质量指数

在进行土地类型划分时，对不同的地类的生态功能也有一定的考量，故而显著的生态差异存在于不同土地类型之间。因此，基于不同地类所承载生态功能之间的差异，采用面积加权法，计算乡镇生态环境质量指数，以比较不同乡镇生态环境质量的差异[16]。

（4）灰色关联分析

灰色关联性分析，因其样本数和样本的地理分异无强制性要求，计算量较小，被广泛运用。因此，基于灰色系统理论对海口市生态演变情况的驱动因子进行分析具有可行性[17]。

2.2 数据来源及处理

（1）数据来源及处理

社会经济数据来源于2009-2018年的《海口市统计年鉴》及相关的政府工作报告；
土地数据来源于2009、2014、2018年海口市土地利用变更调查数据，分类标准参照《土地利用现状》（GB/T 21010-2017）。根据“三生空间”分类体系的相关文献[2,4,6]，将土地功能划分为生产、生活、生态三个一级类及九个二级类。同时，借鉴相关研究[18-19]制定的不同地类的生态环境质量指数表，结合海口市实际，对各二级地类的生态环境质量指数进行赋值（表1）。

表1 三生功能分类及其生态环境质量指数Table 1 Classification of ecological-living-productive function and ecological quality index

（2）指标选取

地区的生态演变受到自然条件、社会经济发展及政策因素的综合影响。自然条件变化，如全球变暖，这意味着地区生态条件整体性长期性改变，给生态环境带来潜移默化的影响；
而社会经济发展体现在为满足发展需求占用生态用地，造成生态用地数量或质量上的减损，从而影响地区生态；
政策因素则表现在为政府出于公共利益的考量，采取管制措施去保护生态环境或统筹生态空间的利用，如国家森林公园的建设等。

借鉴已有研究[20]，选取以下驱动因子（表2）来分析其对海口市生态演变情况的驱动力大小。

表2 生态演变驱动因子解释Table 2 Explanation of the drivers of ecological evolution

3.1 土地利用类型空间演变格局

图1为海口市2009年、2014年、2018年的土地利用类型空间演变格局对比图。从图中可以看出农业生产、林地生态及城镇生活用地在空间上分布较广，集中区域主要位于南部、西部及北部。这三类用地面积占总面积比例均较高，2009年三类用地面积分别为1200.03 km2、430.16 km2、203.23 km2，分别占总面积的52.23%、18.83%、8.90%；
2014年三类用地面积分别为1093.25km2、366.45 km2、221.25 km2，占 比 分 别 为51.77%、17.35%、10.48%；
2018年三类用地面积为1165.07 km2、414.47 km2、231.95 km2，占比分别比为50.88%、18.10%、10.13%。由此可知，农业生产、林地生态及城镇生活用地是主要的用地类型。

图1 2009-2018年海口市土地利用类型空间演变格局Fig.1 Spatial evolution of land use transition in Haikou during 2009-2018

就各地类的面积增减情况而言，生活用地、工矿生产及草地生态用地十年间持续增加，而余下各类用地面积均有所减少。城镇生活、农村生活、工矿生产、草地生态用地面积则呈现持续扩张的趋势，各自增加了28.72 km2、10.96 km2、20.31 km2和2.00 km2（表3），其表明了十年间海口城市化进程加快，土地利用格局发生转变。随着海口美兰机场二期、江东新区的建设，同时对存量建设用地开展土地整治，工矿生产用地增幅最大，增长45.54%。随着城市发展及相关人才引进政策，常驻人口较2009年增加了23%，对生活用地的需求大幅度提升。

表3 不同时期海口市各类土地面积Table 3 Land area of various types in different periods in Haikou City

由2009-2014年、2014-2018年、2009-2018年 的 土地利用转移矩阵（表4）可知，2009-2014年间农业生产用地呈现转出转入不平衡的现象，向城镇生活用地转出9.32 km2、向工矿生产用地转出4.17 km2，向草地生态用地转出3.74 km2。林地生态用地则属于面积一定程度上有所减少，主要流向城镇生活、工矿生产、农村生产用地，转出量为3.51 km2、2.24 km2、2.07 km2。其他各类用地转入转出相对平衡。2014-2018年间，共有16.78 km2农业生产用地缩减，向工矿生产、城镇生活、农村生活用地流入，转出面积分别为18.58 km2、16.23 km2、39.51 km2。余下各类用地均以农业生产用地为转入对象，且转出转入相对平衡。2009-2018年间各类生态用地除草地生态用地外，面积均有所减少，且生态用地内部间互相转化保持平衡，减少的部分面积流入对象为工矿生产及生活用地。综合分析可知，农业生产、水域生态、林地生态用地持续向工矿生产、生活用地转入。表明农业生产、水域生态及林地生态用地减少的是因为经济发展和人口居住的需要而导致城乡生活空间的扩张及工矿建设开发活动的增多。

表4 不同时期海口市土地利用转移矩阵Table 4 The land use transfer matrix in different periods in Haikou

3.2 土地利用转型空间分布特征

核密度分布情况如图2所示，2009年生产空间用地主要集中分布在龙华区中部、琼山区南部，而秀英区和美兰区生产用地密集程度相对较低；
2014-2018年生产用地密集程度均有所增加，其中秀英区西部和美兰区西北部的密集程度增加最为显著；
龙华区仍然保持着最高的密集程度。生态空间用地密集程度显著增加，主要分布在南部。各区生态用地密集程度均有一定幅度的提高，其中美兰、龙华、琼山增幅明显。在大力发展生态旅游的政策倾斜下，对南渡江生态廊道进行持续性保护与建设演丰镇特色红树林生态旅游产品试验区，生态空间用地一定程度上得以扩张。生活空间用地的密集程度变化显著，集中的程度及范围均有所增加，总体上生活用地分布在北部，且向主城区进一步集中。

图2 2009-2018年海口市“三生空间”核密度分布Fig.2 Distribution of nuclear density in the production-living-ecological space of Haikou during 2009-2018

综合来看，海口市实行的“北聚南优”的土地利用战略成效显著，北部较早开始城市化与工业化的发展，具有先发优势，该区域是经济发展的核心地带和主要的人口承载区，生产和生活空间愈加密集；
南部地区则以农业生产用地及生态空间为主，普遍以农业生产和生态保障为发展方向，适合发展特色乡村旅游及生态旅游。

3.3 生态环境质量分析

（1）生态环境质量时空分布特征

根据各镇区生态环境质量指数测算结果，生成生态环境质量空间分布图（图3）。总体上，生态环境质量基本保持平稳，但略有下降，从2009年的52.65%到2014年的51.43%再到2018年的51.37%。在空间分布上，生态环境质量高值区位于南部、西部及东北部，主要有演丰镇、三门坡镇、甲子镇、京山镇、大坡镇、三江镇，石山镇组成。生态环境质量低的地区分布在北部及部分中部地区，主要有遵谭镇、新坡镇、龙桥镇等20多个镇组成。

图3 2009-2018年海口市生态环境质量分布Fig.3 Distribution of ecological environment quality in Haikou during 2009-2018

石山镇的生态环境质量有所下降，2009年至2014年间，该镇人均建设用地增加了43.16 m2，增幅远超海口市人均建设用地增幅，建设用地集约利用水平有所降低；
龙泉镇的生态环境质量经历先降后升，该镇建设南渡江引水工程及海南热带野生植物园等项目，且根据规划调整完善农田水利基础设施，持续强化生态环境保护治理，故而呈现出先降后升的趋势；
其余各镇生态环境质量无较大明显变化。

（2）局部空间自相关性结果分析

为进一步了解各镇内部存在的生态环境质量差异，通过降尺度的方法，以行政村为统计单元，进行局部空间自相关分析[21]，得到表5和图4，在95%置信水平下，非显著型占据主导。在数量上，非显著型和H-L型都没有发生变化，H-H型和L-H型各减少了一个，但L-L型增加了两个；
H-H型和L-L型所占比例的总和从25.7%上升到26.04%；
非显著型行政村的个数有203个，占总数的比例为70.49%。

图4 2009-2018年海口市生态环境质量局部空间关联聚集图Fig.4 Local spatial agglomeration of ecological environment quality in Haikou during 2009-2018

表5 海口市生态环境质量指数空间自相关类型及其行政村数量Table 5 Types of local spatial autocorrelation and statistical summary of rural committee in Haikou

在空间分布上，L-H型多为零散分布，主要分布于红旗村、云龙村、茄南村、谭文村、国营红明农场附近；
正相关型呈现团块型分布，L-L型主要分布在主城区，东山镇、新坡镇、龙泉镇、龙塘镇有零星分布；
H-H型主要分布于东南部森林和园地生产区，主要分布在大坡镇、大致坡镇、红旗镇、甲子镇、三门坡镇，少数分布在演丰镇、三江镇、永兴镇。

整体来看，北部是作为经济发动机的中心区及其周边沿海发展带，是建设项目落地的主要区域，因经济建设需要挤占城区附近的生态用地，故L-L型集中在北部主城区，并呈现东西带状发展。十年间，L-L型向东部扩张，增加了东湖村和东营村，且随着江东新区的划定，未来将会进一步向东部扩张。L-H型类似于“凹地”，局部区域内生态环境质量高值围绕着低值分布，受空间溢出效应影响，生态环境质量低值区更容易被高分转值区同化，演化成H-H型。故应对L-H型的村落加强生态整治与保护，以生态改良为重点。H-H型主要集中在东南部林业发展区，局部范围内呈现均质，可依托优越的自然本底发展生态涵养和林业生产。

3.4 灰色关联度分析

通过stata进行灰色关联度分析，各因子的关联度结果如表6所示，结果表明年均温、森林面积、建成区绿化覆盖率对海口市生态环境质量具有较强的驱动力。

表6 各关联因素与生态环境质量的关联度Table 6 The degree of correlation between each correlation factor and the quality of the environment

自然因素是生态环境演变的基础性条件。海口市自然条件优越，雨热充足，生态本底优良，生态自我修复能力强，十年间的生态环境质量指数较为平稳，仅从52.66%下降到51.37%，其变化幅度较小，故二者的关联程度较高。

社会经济因素方面，人口和城市化率与生态环境质量指数相关度较高，而与GDP相关度较低。十年间，海口市常住人口大幅增加，城镇建成面积不断扩大；
绕城高速以北的城镇工矿生产用地占全市城镇工矿生产用地的80%以上，建设用地增长迅速。生态空间管控存在着刚性不足的问题，建设项目如港口开发建设、人工填海造陆等，导致湿地和近岸海域空间被压缩，生态用地面积不断缩减，生态系统功能衰退明显。不断扩张的工矿生产、城镇、农村生活用地，从而导致各类生态用地有所减少，因生态用地数量上的减少是造成生态环境质量下降的直接原因。

政策因素方面，森林面积、建成区绿化面积和人均公共绿地面积与生态环境质量指数相关度较高，其他因子的相关度较低。研究期正值海南全面建设生态省时期（2006-2015年），一方面，“绿化宝岛”行动持续进行，造林绿化、退塘还林、林地占补平衡等相关政策稳妥开展；
2019年，全市森林覆盖率和林木绿化率均高达四成；
另一方面，积极开展土地生态修复，主要以湿地修复及矿山的保护和修复为主，着重关注东寨港、雷琼火山公园及南渡江流域的生态状况。强化土地生态建设与小流域综合治理，并通过指标约束的方式，建立一系列的环保约束性指标来提高生态环境质量，保障森林面积，提高绿化覆盖率和绿地面积，防止生态空间被过度挤压。

本文利用土地利用转移矩阵、核密度分析方法、生态环境质量指数及灰色关联分析法，对海口市2009-2018年的土地利用转型及生态服务功能演变进行定量分析。

（1）总体上，海口市的生活空间面积持续扩张，而生产及生态空间面积略有收缩。各类用地相互转化主要集中在后五年间，2014-2018年间的土地利用变化较剧烈。从地类上看，工矿生产、草地生态及生活用地十年面积持续提高；
其余各类用地持续降低。城镇扩张及经济建设的需求，造成生产、生活空间挤压生态空间的现象。

（2）“三生”用地的核密度估计值均有所上升，生活空间最为密集，主要集中在主城区。生态空间用地密集程度在南部地区广泛提高。生产空间则由2009年主要集中龙华区中部地区转变为多中心发展，仍主要集中在海口市北部。表明土地开发利用效率与效益有所提高，土地利用格局呈现“北聚南优”的特点。

（3）生态环境质量指数略有下降，由52.66%下降到51.37%，下降了1.29%。石山镇的生态环境质量指数下降明显，龙泉镇的生态环境质量指数先降后升，其余各镇变化不明显。整体上，海口市生态环境质量相对稳定。

（4）海口市生态环境质量指数与年均温、森林面积及建成区绿化覆盖率有很大的关联性。影响生态环境质量的主要因素是政策因素，造林与生态修复等措施及相关政策是保障生态用地数量与质量的重要手段。

随着自由贸易港与江东新区的建设不断提速，生产生活空间持续扩张势必侵占生态空间，如何在保持高速发展的过程中，确保地区生态环境质量稳定，实现空间格局协调有序，是破解发展困境的关键所在。因此，应强化生态保护政策的持续性，保障生态用地；
进行科学合理的规划分区，力求实现维持一定的生态服务功能与城镇扩张的需求间平衡，尽可能提高生态服务功能，保障区域生态安全。

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