黄河流域在我国经济社会发展和生态安全方面具有十分重要的地位。习近平总书记2019年9月18日在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上强调，黄河流域构成我国重要的生态屏障，是我国重要的经济地带，是打赢脱贫攻坚战的重要区域，不能无限供给资源，要“有多少汤泡多少馍”。当前黄河流域生态环境脆弱，尤其是在上中游农牧交错过渡地带，随着经济社会的高速发展，人类错误行为严重影响到流域的高质量发展，制约当地群众摆脱贫困。本文以宁夏盐池县为耙区，按照区域资源特点对土地利用变化、生态环境指数、景观指数进行分析研究，寓水土资源的保护、改良于合理利用之中，提出土地利用及生态环境协调耦合关系，研究结果可为调整人类行为、纠正人类错误行为，建设造福人民的幸福河，促进黄河流域生态保护和高质量发展的科学决策提供重要支撑。

宁夏回族自治区盐池县位于E 106°30′~107°41′，N 37°04′~38°10′，海拔1295~1951m，有“西北门户，灵夏肘腋”之称，是宁夏交通的东大门。该县北与毛乌素沙漠相连，南靠黄土高原；属典型中温带大陆性气候；年均气温8.1℃，极端最高气温34.9℃，极端最低气温-24.2℃；年均无霜期165d，年降水量仅为250~350mm，地形、气候、植被、资源利用等均属于过渡地带，植被类型以灌丛、草原、草甸、沙地植被和荒漠植被为主，生态系统脆弱。

以研究区2005年、2010年、2015年3期土地利用/覆被的矢量数据(来自中国科学院资源环境科学数据中心，http://www.resdc.cn)为基础，利用Arcgis10.2进行矢量转栅格，投影栅格，重分类等操作调整分辨率为30m×30m。参照GB/T 21010—2017《土地利用现状分类》^[1]，结合盐池县土地利用现状，该县土地利用类型主要划分为耕地、林地、草地、水域、聚居地和未利用地等6类，土地利用类型分类编码见表 1。

表 1(Tab. 1)

表 1 盐池县土地利用分类 Tab. 1 Land use classification in Yanchi county 土地利用类型 Land ues type 编码 No. 土地资源分类系统 Classification system of land resources 耕地 Arable land 1  水田、旱地Paddy fields, and dry land 林地 Woodland 2  有林地、灌木林、疏林地、其他林地Woodlands, shrubbery, open woodlands, and other woodlands 草地 Grassland 3  高覆盖度草地、中覆盖度草地、低覆盖度草地High-coverage grassland, medium-coverage grassland, and low-coverage grassland 水域 Waters 4  河渠、湖泊、水库坑塘、永久性冰川雪地Rivers, lakes, reservoirs, and permanent glacial snow land 聚居地 Residential land 5  城镇用地、农村居民点、其他建设用地Urban land, rural residential areas, and other construction land 未利用地 Unutilized land 6  沙地、戈壁、盐碱地、沼泽地、裸土地、裸岩石质地、其他Sandy land, gobi, saline-alkali land, marsh land, bare land, bare rock, and other land

表 1 盐池县土地利用分类 Tab. 1 Land use classification in Yanchi county

根据土地利用/覆被图，利用ArcGIS进行空间叠加分析，得出各时段的转移矩阵，全面分析研究区各土地类型转移的数量、来源和去向^[2-3]。用统计分析功能对土地利用数据进行分类统计，计算出各土地利用类型的面积。

通过土地利用动态度分析土地利用类型变化速度，对预测未来土地利用类型变化趋势有重要作用^[4]。其中，单一土地利用类型动态度可反映该土地利用类型发生变化速度，表达式为

式中：K为研究时段某一土地利用类型动态度；U_a为研究初期某一土地利用类型的数量；U_b为研究末期某一土地利用类型的数量；T为研究时长。当T值设为年时，K值为某一土地利用年变化率。

综合土地利用动态度可反映土地利用总体的变化态势，表达式为

式中：S为研究区某一时段综合土地利用动态度；U_i为监测起始时间第i类土地利用类型的面积；ΔU_i-j为监测时段内第i类土地利用类型转为非i类土地利用利用类型的面积绝对值。

土地利用程度综合指数是反映土地利用深度和广度的指标^[5]，同时也反映了人类因素与自然因素的综合效应，还可以了解研究区的土地利用是处于发展期还是衰退期^[6]。根据土地利用程度的综合分析方法^[7]，土地利用程度综合指数表达式为

式中：L为土地利用程度综合指数；M_i为第i级土地利用程度分级指数；C_i为第i级土地利用程度分级面积比例，%。根据土地利用分级原则，将土地利用程度分为4级，未利用土地分级指数为1，林地、草地、水域为2，耕地为3，聚居地为4。

定量化地描述某一区域内土地利用变化的生态环境效应，评价生态环境质量状况，可以反映区域生态环境质量的变化^[8]。本研究选择生态环境综合指数和景观指数对研究区生态效应进行综合评价。

生态环境综合指数表达式为

式中：V_t为生态环境综合指数；E_i为该区域内t时期第i种土地利用类型生态生态环境指数；U为该区域总面积；n为区域内所具有的土地土地利用类型类型数量。

景观要素平均斑块面积表达式为

式中：A_i为第i种景观要素平均斑块面积；a_i为第i种景观要素个体斑块面积；n′为i种景观要素的斑块总数。

景观多样性指数表达式为

式中：H为研究区多样性指数，是反映研究区景观类型多少和各景观类型所占比例变化的指数；p_i为研究区第i类嵌块体占景观总面积的比例；m为研究区景观嵌块体类型的总数。H值越大，表示景观的多样性越大。

景观优势度指数表达式为

式中：D为优势度指数，表示景观多样性与最大多样性之间的偏差，反映景观组成中某景观类型支配景观的程度。优势度大，表明各景观类型所占比例差别大，其中某一种或某几种景观类型占优势；优势度小，表明各景观类型所占比例相当。优势度为0，即H=H_max时，表明各景观类型所占比例相同，各种景观均不占据优势。H_max为最大多样性指数。

景观嵌块体破碎化指数表达式为

式中：F_N为景观嵌块体破碎化指数，表示景观被分割的破碎程度，反映人为活动对景观的干扰程度，F_N值越大，景观的破碎化程度越大；N_P为景观中各类嵌块体的总数；N_C为景观数据矩阵方格网中栅格的总数。

根据盐池县2005、2010、2015年3期土地利用图(图 1)，并参照土地利用分类(表 1)，得到2005—2015年盐池县不同土地利用面积变化(图 2)。

图 1(Fig. 1)

图 1 2005年、2010年、2015年盐池县土地利用/覆被图 Fig. 1 Land use and land cover map of Yanchi county in 2005(a), 2010(b) and 2015(c)

图 2(Fig. 2)

图 2 2005—2015盐池县不同土地利用类型/覆被面积变化 Fig. 2 Land use and land cover area of Yanchi county from 2005 to 2015

由图 1和图 2可以看出：盐池县2005—2015年土地利用类型均以耕地、草地、未利用地为主，2005年、2010年2015年3个时段主要土地利用类型面积分别占总面积的91.42%、91.12%和89.71%；耕地、林地、水域和聚居地在整体上呈增加趋势，其中聚居地的变化幅度最大，面积从1.11万hm²增长到2.25万hm²，增长率为102.7%，并且逐年增加；草地和未利用地在整体上呈减少趋势，其中草地面积减小幅度最大，面积从46.56万hm²减少到45.43万hm²，减小率为2.43%，并且逐年减少，这是由于耕地、林地、水域和聚居地增加的面积主要由草地转化而来。

2000—2015年间，盐池县土地利用变化显著。由表 2可以看出，将2005—2015年盐池县各土地利用类型按总转移量排序，从大到小依次为草地>耕地>聚居地>林地>未利用地>水域，其中草地变化量最大，为3.99万hm²，占总转移量的35.93%，水域转移量最小，占比仅为2.21%。其中转出量的排列顺序为草地>耕地>未利用地>林地>聚居地>水域，草地、耕地、未利用地的转出量占总转出量的87.17%；转入量的排列顺序是耕地>草地>聚居地>林地>未利用地>水域，耕地、聚居地和草地占了总转入量的80.61%。

表 2(Tab. 2)

表 2 2005—2015盐池县不同土地利用类型转移矩阵 Tab. 2 Conversion matrix of land use from 2005 to 2015 in Yanchi county  hm2 2005 2015 耕地 Arable land 林地 Woodland 草地 Grassland 水域 Waters 聚居地 Residential land 未利用土地 Unutilized land 总计 Total 耕地Arable land 186835.90 1874.55 7614.58 286.73 4019.95 141.23 200772.94 林地Woodland 1845.59 54618.20 1840.45 29.47 743.61 49.21 59126.51 草地Grassland 13106.66 2952.01 439989.82 761.30 7353.71 1408.94 465572.43 水域Waters 103.47 0 243.74 791.75 32.08 650.11 1821.16 聚居地Residential land 728.65 16.00 837.85 3.32 9496.81 0.04 11082.67 未利用土地Unutilized land 1659.56 2251.38 3793.96 342.49 845.96 92261.76 101155.12 总计Total 204279.83 61712.13 454320.38 2215.09 22492.12 94511.29 839530.83

表 2 2005—2015盐池县不同土地利用类型转移矩阵 Tab. 2 Conversion matrix of land use from 2005 to 2015 in Yanchi county  hm2

通过将单一土地利用动态度和综合土地利用动态度结合，分析得出盐池县土地利用动态度值(表 3)，数据显示，2005—2015年间盐池县土地利用变化显著，综合土地动态度达0.73%，由土地利用变化分析可知，以耕地、聚居地转入和草地、未利用地转出为主要变化形式。其中：

表 3(Tab. 3)

表 3 盐池县土地利用动态度 Tab. 3 Land ues dynamic degree in Yanchi county % 年份 Year 耕地 Arable land 林地 Woodland 草地 Grassland 水域 Waters 聚居地 Residential land 未利用土地 Unutilized land 综合动态度 Comprehensive dynamic degree 2005—2010 -0.15 0.44 -0.03 6.67 1.08 -0.10 0.21 2010—2015 0.50 0.43 -0.46 -1.67 18.46 -1.23 0.81 2005—2015 0.35 0.88 -0.49 4.44 20.54 -1.33 0.73

表 3 盐池县土地利用动态度 Tab. 3 Land ues dynamic degree in Yanchi county %

1) 2005—2010年，水域土地利用动态度最大，说明水域面积变化速率最大，主要是受盐池县年降雨量的影响，同时也是当地生态环境建设需要；2010—2015年聚居地变化值最大，主要是由于盐池县城乡规划范围扩大。

2) 2005—2010年综合土地利用变化速度为0.205%，2010—2015年变化速度为0.814%，2010—2015年比前5年综合土地利用变化速率高出了0.609%。由此可知，2005—2015年土地利用类型相互转化的综合年变化率在不断提高，土地利用变化程度增大，反映出盐池县城市建设从2010年开始快速发展，并且产业结构调整和产业发展明显。

3) 2005—2015年间，随着经济发展和人口激增，土地城市化进程明显，聚居地面积高速增长，盐池县中部偏东北和中部偏西南2个区域，聚居地以原有聚居地为基础团聚状分布，以耕地减少为代价外延式扩张，10年间聚居地面积增加1.14万hm²，土地利用动态度净增加20.54%。由于人口增加对农产品的需求增大，以及当地农业产业的发展，耕地数量10年间净增0.35万hm²，土地利用动态度净增加0.35%，主要来源为草地、林地、未利用地；生态环境建设需要，林地和水域面积分别增加0.26万hm²和0.04万hm²，土地利用动态度分别净增加0.88%和4.44%；草地和未利用地面积分别减少1.13万hm²和0.66万hm²，土地利用动态度减少0.49%和1.33%。

综上，2005—2015年间盐池县土地利用变化导致生态系统结构发生改变，盐池县生态环境向不同方向演化，生态环境总体改善，局部生态环境遭到破坏。生态环境改善主要表现在未利用地面积减少、耕地和林地增加。生态环境恶化主要表现在由于土地利用方式不合理，部分林地或退化为草地以及各种地类转变为未利用地，这些土地利用类型转化削弱了土地生产能力，降低了土地保水保土能力，生态环境遭到明显破坏。

由表 4可以看出，宁夏盐池县2005—2015年综合土地利用程度增大，由2005年的214.53增加到2015年218.43，说明盐池县土地利用在10年内处于正向发展时期。其中：草地在10年时间内的土地利用程度最高，但呈逐年下降趋势；耕地的土地利用程度较高，但在前5年减少后5年增大；林地的土地利用程度处于第3，呈逐年增大的趋势；未利用土地、聚居地和水域的利用程度不高，其中聚居地呈逐年增大的趋势，未利用土地呈逐年减小的趋势，水域先增大后减小。土地利用程度是反映该县各土地利用类型多寡的指标，草地、耕地、林地占比大，反映当地生态环境较好；土地利用程度的变化也反映土地利用发展趋势，林地、草地、水域面积总体增加，反映当地生态保护成效明显。

表 4(Tab. 4)

表 4 盐池县土地利用程度 Tab. 4 Land use degree in Yanchi county 年份 Year 耕地 Arable land 林地 Woodland 草地 Grassland 水域 Waters 聚居地 Residential land 未利用土地 Unutilized land 综合土地利用程度 Comprehensive land use degree 2005 71.76 14.08 110.92 0.44 5.28 12.05 214.53 2010 71.22 14.40 110.76 0.58 5.56 12.00 214.52 2015 72.99 14.70 108.24 0.52 10.72 11.26 218.43

表 4 盐池县土地利用程度 Tab. 4 Land use degree in Yanchi county

盐池县不同土地利用类型生态环境质量指数结果见表 5。由表可知，2005年、2010年、2015年的生态环境质量指数分别为0.217、0.218和0.220，10年间盐池县生态环境指数升高，说明盐池县生态环境正在逐步改善。各土地利用类型中，草地和耕地的生态环境指数较高，对研究取得生态环境贡献率较大。其中2005—2015年林地和聚居地生态环境指数增加最多，均增加0.002，其次是耕地，增加0.001，减小最大的是草地，由2005年的0.011减小到2015年的0.108，说明近10年来盐池县草地对盐池县环境质量提高的贡献率有所降低。

表 5(Tab. 5)

表 5 盐池县各土地利用类型生态环境指数 Tab. 5 Eco-environmental index of land use in Yanchi county 年份 Year 耕地 Arable land 林地 Woodland 草地 Grassland 水域 Waters 聚居地 Residential land 未利用土地 Unutilized land 综合指数 Comprehensive index 2005 0.060 0.040 0.011 0.001 0.003 0.003 0.217 2010 0.059 0.041 0.111 0.002 0.003 0.003 0.218 2015 0.061 0.042 0.108 0.001 0.005 0.003 0.220

表 5 盐池县各土地利用类型生态环境指数 Tab. 5 Eco-environmental index of land use in Yanchi county

从表 6可以看出，盐池县景观斑块数量总体呈增加趋势，而景观平均斑块面积的变化趋势与其正好相反，呈减少趋势；盐池县景观多样性程度较低，呈持续增长趋势，由2005年的1.087上升到2010年的1.095，至2015年上升为1.138。这表明景观整体结构逐步在向均衡化方向发展，10年期间景观内各组分所占比例差异变化是由研究区内耕地、林地、聚居地和水域的面积增加导致的结果。优势度指数与景观多样性指数一致，呈持续上升趋势，表明研究区内呈现个别景观类型占优势的状况越来越明显，这是由于2002年以来盐池县全县严格禁牧，保护耕地，退耕还林政策，“三北”防护林建设策2006年哈巴湖自然保护区的建立等国家和地区实施的相关政策，林地和聚居地的比例不断增加，而草地和未利用土地不断减少，上述土地利用类型变化对盐池县生态环境的提升有重要作用。

表 6(Tab. 6)

表 6 2005—2015盐池县景观指数变化 Tab. 6 Landscape index change in Yanchi county from 2005 to 2015 年份 Year 斑块数量 Number of patches 平均斑块面积 Mean patch area 多样性指数 Diversity index 优势度指数 Dominance index 破碎度指数 Index of fragmentation 2005 3589 1019.43 1.0870 0.6067 0.0018 2010 3730 981.08 1.0950 0.6111 0.0024 2015 4239 926.36 1.1379 0.6351 0.0024

表 6 2005—2015盐池县景观指数变化 Tab. 6 Landscape index change in Yanchi county from 2005 to 2015

盐池县景观破碎度呈先上升后保持不变的趋势，表明景观演化过程中，盐池县景观逐渐向合理的方向发展，人为干扰强度得到有效控制，人居的生存环境逐渐改善，对自然环境的保护程度超过了其破坏程度。

盐池县2005—2015年土地利用类型均以耕地、草地、未利用地为主，土地动态度有一定变化，土地利用类型相互转化的综合年变化率在不断提高，土地利用类型发生了耕地、林地、草地、水域、聚居地和未利用地间相互转变，耕地、草地、聚居地等土地利用类型的数量、质量分布和格局都发生了明显的变化，农地及草地围绕聚居地周边更加集中连片得到发展，生态环境综合指数升高，景观逐渐向连续、合理方向发展，人为干扰强度得到有效控制，人居的生存环境逐渐改善，人类对自然环境的保护程度超过了其破坏程度。结果表明，土地利用方式和生态环境质量的关系密切相关。土地利用方式合理，生态环境质量才能提升；生态环境质量不能无限提升，是和土地利用方式相匹配的；当土地利用方式最佳时，生态环境质量最好；只有长期坚持科学合理的土地利用方式，才能实现生态环境的良性循环，才能实现黄河流域生态保护和高质量发展。在黄河流域生态保护和高质量发国家战略实施中，相同或相近区域宜采取山水林田湖草生命共同体系统治理，科学合理的土地利用需结合本地发展规划，加强生态保护，按照集中连片发展，通过土地利用动态度稳定变化，形成景观破碎度小、多样性高、土地利用程度高的景观。

治理黄河，重在保护，要在治理。应当按照绿水青山就是金山银山的理念，坚持山水林田湖草综合治理、系统治理、源头治理，加强协同配合、因地制宜、分类施策，统筹谋划各项工作，协调推进黄河流域高质量发展。生态系统服务变化的驱动因素是山水林田湖草综合治理、系统治理的关键内容，也是本文没有涉及到的内容，下一步计划结合生产实践对生态系统服务变化的驱动因素和生态系统服务形成机理进行重点研究，为土地资源的合理配置和生态环境保护提供支撑，更好服务黄河流域生态保护和高质量发展。