20世紀(jì)90年代以來中國(guó)生態(tài)空間演化的時(shí)空格局和梯度效應(yīng)

殷嘉迪,董金瑋,*,匡文慧,崔耀平,江 東

1 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所中國(guó)科學(xué)院陸地表層格局與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100101 2 河南大學(xué)黃河中下游數(shù)字地理技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,開封 475004

隨著人類世的到來,生態(tài)空間被人類活動(dòng)相關(guān)的生產(chǎn)和生活空間大量擠占[1]。尤其是在中國(guó),改革開放以來迅速推進(jìn)的城市化進(jìn)程、持續(xù)增加的人口和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展導(dǎo)致生態(tài)空間質(zhì)量不斷下降。原本脆弱的生態(tài)和環(huán)境趨于惡化[2],景觀破碎化、生物多樣性銳減、土地荒漠化等生態(tài)系統(tǒng)功能逐步退化,影響到人類福祉[3- 5]。從宏觀上加強(qiáng)生態(tài)空間的監(jiān)測(cè)和管控,優(yōu)化生態(tài)空間布局成為當(dāng)前緊迫形勢(shì)[6- 7]。因此,在當(dāng)前我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)進(jìn)入戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期,完整刻畫和評(píng)價(jià)生態(tài)空間時(shí)空變化對(duì)于認(rèn)識(shí)我國(guó)生態(tài)狀況演化過程、統(tǒng)籌“三生”空間協(xié)調(diào)發(fā)展、優(yōu)化國(guó)土空間管控具有重要理論及現(xiàn)實(shí)意義。

目前國(guó)內(nèi)外在生態(tài)空間格局方面已經(jīng)開展了大量研究。國(guó)外代表性工作主要集中在對(duì)綠色空間、公園綠地、綠色基礎(chǔ)設(shè)施等城市生態(tài)空間的辨識(shí)與利用[8- 10]以及對(duì)生態(tài)空間占用的人類足跡方面[11-12]。在國(guó)內(nèi),最早的研究可見于1990年,趙景柱[13]基于景觀生態(tài)學(xué)視角構(gòu)建度量生態(tài)空間格局的動(dòng)態(tài)指標(biāo)體系,完成了生態(tài)空間分析的定量化轉(zhuǎn)變；俞孔堅(jiān)等[14]通過定量評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)功能重要性,從而識(shí)別生態(tài)空間的時(shí)空分布格局,實(shí)現(xiàn)了全國(guó)尺度的評(píng)價(jià)；張紅旗等[15]以生態(tài)功能為出發(fā)點(diǎn),系統(tǒng)構(gòu)建“三生用地”分類體系,統(tǒng)籌生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間；劉繼來等[16]采用中國(guó)科學(xué)院1990和2010年兩期土地利用數(shù)據(jù),通過對(duì)生態(tài)空間進(jìn)行映射賦值,評(píng)估了生態(tài)空間和生態(tài)安全評(píng)分,首次進(jìn)行了全國(guó)尺度生態(tài)空間演化過程的分析。

前人開展的大量研究為認(rèn)識(shí)全國(guó)尺度生態(tài)空間格局演化奠定了基礎(chǔ)[17- 20],但目前的研究在幾個(gè)方面仍有較大的提升空間,主要體現(xiàn)在：1)改革開放以來,對(duì)于生態(tài)空間的研究缺乏長(zhǎng)時(shí)間尺度連續(xù)演化過程的刻畫,難以體現(xiàn)生態(tài)空間變化的完整過程；2)對(duì)于生態(tài)空間的認(rèn)識(shí)仍存在爭(zhēng)議,缺乏統(tǒng)一的生態(tài)空間分類標(biāo)準(zhǔn),前期研究多采用已有的土地利用遙感制圖產(chǎn)品進(jìn)行映射歸并,具體的標(biāo)準(zhǔn)有待于進(jìn)一步論證；3)我國(guó)采取的區(qū)域不同的經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略及生態(tài)空間管控措施,使得生態(tài)空間變化的速度和規(guī)模有所不同,但由于研究數(shù)據(jù)時(shí)間長(zhǎng)度所限,目前的研究尚沒有體現(xiàn)出這種空間分異,對(duì)于不同區(qū)域生態(tài)空間的模式及階段演化過程未形成完整的認(rèn)識(shí),本研究擬通過對(duì)比分析揭示這種不同發(fā)展階段下的區(qū)域梯度差異。目前劉紀(jì)遠(yuǎn)等已系統(tǒng)構(gòu)建了1980—2015年多期中國(guó)土地利用數(shù)據(jù)產(chǎn)品[21],為實(shí)現(xiàn)生態(tài)空間演化連續(xù)監(jiān)測(cè)提供了可能。

本研究擬解決的科學(xué)問題包括：1)如何采用最新的土地利用更新數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)對(duì)近30年中國(guó)生態(tài)空間演變完整過程的刻畫？2)我國(guó)生態(tài)空間演化過程在不同區(qū)域(東中西部)是否存在顯著的空間分異規(guī)律？本文采用1990、1995、2000、2005、2010、2015年6期中科院土地利用柵格數(shù)據(jù)產(chǎn)品,構(gòu)建基于土地利用分類數(shù)據(jù)的生態(tài)空間分類體系,分析改革開放以來中國(guó)生態(tài)空間變化的時(shí)空格局,探索生態(tài)空間變化機(jī)理,以期為生態(tài)文明建設(shè)及國(guó)土空間格局優(yōu)化提供參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文所用數(shù)據(jù)來源于中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所資源與環(huán)境數(shù)據(jù)中心的土地利用產(chǎn)品[21]。該數(shù)據(jù)基于Landsat、GF—2等遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù),根據(jù)中國(guó)《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》和土地基本特征等作為分類依據(jù),將土地利用類型分為7個(gè)一級(jí)類及26個(gè)二級(jí)類。采用人機(jī)交互目視判別方法提取土地利用信息,到目前為止完成了包括1980年至2015年多期全國(guó)土地利用矢量數(shù)據(jù)集,并在此基礎(chǔ)上生成了100 m分辨率的柵格數(shù)據(jù)集。為保證土地利用數(shù)據(jù)解譯質(zhì)量及一致性,利用野外調(diào)查資料進(jìn)行統(tǒng)一的質(zhì)量控制和核對(duì)檢查,按10%縣數(shù)比例開展精度驗(yàn)證,一級(jí)類型綜合評(píng)價(jià)精度達(dá)到94.3%,二級(jí)類型達(dá)到91.2%[22]?；谏鲜鰯?shù)據(jù)庫(kù),提取1990—1995年、1995—2000年、2000—2005年、2005—2010年、2010—2015年與1990—2015年土地利用變化信息,刻畫1990至2015年中國(guó)生態(tài)空間演化的總體特征和不同生態(tài)空間類型變化差異特征。為了更好地體現(xiàn)空間分異特征,依據(jù)地形、氣候、人文、經(jīng)濟(jì)、政治及生態(tài)等因素,將全國(guó)分為西南、西北、華北、東北、華東、華中及華南7大區(qū)域(暫不包括港澳臺(tái)地區(qū))進(jìn)行分析。

1.2 生態(tài)空間分類體系

自然資源部在《自然生態(tài)空間用途管制辦法》中首次對(duì)生態(tài)空間進(jìn)行定義,指森林、草地、濕地、河流、海洋、荒地等以提供生態(tài)產(chǎn)品或服務(wù)為主導(dǎo)功能的國(guó)土空間。隨后學(xué)術(shù)界就生態(tài)空間展開深入研究,但目前對(duì)于生態(tài)空間的概念與分類尚未達(dá)成共識(shí)。

表1 生態(tài)空間相關(guān)概念在前期研究中的表述和內(nèi)涵比較

生態(tài)空間源于對(duì)生態(tài)用地概念的拓展與延伸,即生態(tài)用地所在的空間范圍,綜合對(duì)比和分析前人研究中對(duì)生態(tài)空間的相關(guān)定義(表1),本文界定生態(tài)空間內(nèi)涵為：能夠生產(chǎn)生態(tài)產(chǎn)品或提供生態(tài)服務(wù),且自身有一定自我調(diào)節(jié)、修復(fù)、維持和發(fā)展能力,并具有水源涵養(yǎng)、土壤保持、防風(fēng)固沙、生物多樣性、洪水調(diào)蓄、產(chǎn)品提供或人居保障等功能,在保障生態(tài)安全及維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展等方面有一定推動(dòng)作用的國(guó)土空間。生態(tài)空間范圍很廣,在生態(tài)價(jià)值、利用方式上也存在較大差異,不同類型生態(tài)空間所承載的生態(tài)功能也有所不同[25],本文認(rèn)為,不同用地類型在某種程度上均存在一定的生態(tài)功能,但其強(qiáng)度有所不同?？紤]到人為活動(dòng)本身無法脫離生態(tài)空間而也是其一部分,以及人類活動(dòng)作用范圍與生態(tài)空間的關(guān)系,故將生態(tài)空間劃分為生態(tài)用地、半生態(tài)用地及弱生態(tài)用地(表2)。為使生態(tài)空間分類在生態(tài)空間管控及生態(tài)文明建設(shè)中發(fā)揮應(yīng)有的作用,本文以生態(tài)空間辨識(shí)為出發(fā)點(diǎn),以強(qiáng)化生態(tài)功能的基礎(chǔ)地位為分類目標(biāo),建立中國(guó)生態(tài)空間分類體系與中科院土地利用分類系統(tǒng)的銜接關(guān)系,使生態(tài)空間分類體系與原有工作實(shí)現(xiàn)有效對(duì)接。

表2 生態(tài)空間分類體系及其與中科院土地利用分類系統(tǒng)的映射關(guān)系

1.3 研究方法

(1)生態(tài)空間動(dòng)態(tài)度

為了更好地揭示各生態(tài)空間用地類型變化的速率和強(qiáng)度,參考土地利用動(dòng)態(tài)度的定義[26],采用單一生態(tài)空間類型動(dòng)態(tài)度表達(dá)某區(qū)域一定時(shí)間范圍內(nèi)某種生態(tài)空間類型的數(shù)量變化情況及變化速度,其公式為：

式中,Si為i類型生態(tài)空間面積,t為時(shí)間段；|ΔSi,j|為t時(shí)段內(nèi)第i類生態(tài)空間與其他類生態(tài)空間j相互轉(zhuǎn)化面積的絕對(duì)值；i類型的動(dòng)態(tài)度反映了與該時(shí)段生態(tài)空間類型i變化的劇烈程度。

(2)生態(tài)空間變化圖譜

地學(xué)圖譜的概念由陳述彭等[27]首先提出,具有圖形與譜系的雙重特性,反映土地利用變化規(guī)律及結(jié)構(gòu)特征。本文對(duì)生態(tài)空間數(shù)據(jù)集進(jìn)行疊加運(yùn)算并實(shí)現(xiàn)圖譜融合[28]。具體步驟為：1)對(duì)生態(tài)空間數(shù)據(jù)集進(jìn)行重采樣,生態(tài)用地、半生態(tài)用地和弱生態(tài)用地分別設(shè)置為1、2、3,對(duì)重編碼后數(shù)據(jù)進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算和信息重組。2)選取相鄰時(shí)間節(jié)點(diǎn)的生態(tài)空間數(shù)據(jù)集進(jìn)行柵格運(yùn)算,即把前一時(shí)間節(jié)點(diǎn)柵格數(shù)據(jù)的屬性值乘以10,與后一時(shí)間節(jié)點(diǎn)柵格數(shù)據(jù)屬性值相加,生成一個(gè)兩位數(shù)編碼的新柵格數(shù)據(jù),得到1990—1995年、1995—2000年、2000—2005年、2005—2010年、2010—2015年和1990—2015年的全國(guó)生態(tài)空間變化圖譜。參照100 m分辨率的全國(guó)生態(tài)空間變化圖譜信息,基于15km大小的柵格區(qū)域生成生態(tài)空間各用地類型變化比例及變化方式的生態(tài)空間演化格局。

2 結(jié)果分析

2.1 1990—2015年中國(guó)生態(tài)空間演化特征

1990—2015年中國(guó)生態(tài)用地持續(xù)減少,半生態(tài)用地波動(dòng)變化,弱生態(tài)用地逐漸增加(表3)。生態(tài)用地面積減少8.46萬km2,減少幅度占全國(guó)總面積的0.88%。其中,1990—1995年間生態(tài)用地面積減少最為顯著,變化幅度為1.24萬km2,同時(shí)弱生態(tài)用地開始劇烈擴(kuò)張；1995—2000年間半生態(tài)用地面積顯著增加,由1995年的174.33萬km2增長(zhǎng)至2000年的180.59萬km2；2000年后,生態(tài)空間變化幅度均有所降低,半生態(tài)用地面積收縮；2005—2015年間弱生態(tài)用地增長(zhǎng)速度明顯下降,但該階段處于中國(guó)城鎮(zhèn)化快速發(fā)展時(shí)期,建設(shè)用地等弱生態(tài)用地仍持續(xù)擴(kuò)張。

表3 1990—2015年各類型生態(tài)用地動(dòng)態(tài)度

在空間分布上(圖1),生態(tài)用地縮減主要集中在中國(guó)新疆綠洲平原、東北地區(qū)(三江平原、松嫩平原及遼河平原)、華北平原、四川盆地及江漢平原等糧食生產(chǎn)區(qū)域,約占全國(guó)生態(tài)用地減少面積的62.8%,主要輸出為半生態(tài)用地；擴(kuò)張區(qū)域主要發(fā)生在中部及南部地區(qū),且變化趨勢(shì)逐漸南移。1990年之后中國(guó)重要城市群及周邊地區(qū)半生態(tài)用地不斷向弱生態(tài)用地轉(zhuǎn)化,占半生態(tài)用地變化的53.2%。弱生態(tài)用地?cái)U(kuò)張顯著,主要轉(zhuǎn)換形式為半生態(tài)用地向弱生態(tài)用地的變化,中西部城市群、東北城市群,黃淮海平原及東部沿海等地區(qū),約占弱生態(tài)用地?cái)U(kuò)張面積的63%；存在少數(shù)生態(tài)用地向弱生態(tài)用地的轉(zhuǎn)變,發(fā)生在珠三角及長(zhǎng)三角地區(qū)。

2.2 1990—2015年區(qū)域生態(tài)空間演化特征

中國(guó)30年來生態(tài)空間的變化存在著明顯的區(qū)域差異(圖2,圖3)。其中,2000—2010年兩個(gè)時(shí)段,各區(qū)域相對(duì)前后時(shí)期的演化都比較平緩,主要原因是：1)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速率與人類活動(dòng)范圍不相協(xié)調(diào),該階段人口集中活動(dòng)于城鎮(zhèn)及周邊地區(qū),城鎮(zhèn)化發(fā)展速度明顯滯后于經(jīng)濟(jì)發(fā)展速率,對(duì)生態(tài)空間影響范圍仍較小。2)舊的土地政策后延與新的土地政策交錯(cuò),2000年作為中國(guó)生態(tài)空間變化的重要時(shí)間節(jié)點(diǎn),各類生態(tài)保護(hù)工程的實(shí)施與之前的土地開發(fā)工程有所中和,各區(qū)域生態(tài)用地類型變化較為平緩。

圖1 1990—2015 年中國(guó)生態(tài)空間演化格局Fig.1 China′s ecological space evolution from 1990 to 2015

圖2 1990—2015年區(qū)域生態(tài)空間演化Fig.2 Regional ecological space evolution from 1990 to 2015

圖3 1990—2015年區(qū)域各類型生態(tài)用地動(dòng)態(tài)度Fig.3 Dynamic degrees of regional ecological space from 1990 to 2015

(1)西南區(qū)

1990年中國(guó)西南地區(qū)生態(tài)用地面積為204.4萬km2,約占西南區(qū)總面積的87.78%；半生態(tài)用地27.9萬km2,占總面積的12.02%；弱生態(tài)用地0.45萬km2,占總面積的0.20%。生態(tài)空間變化主要集中在四川盆地及滇東南地區(qū),1990—2005年間大量生態(tài)用地快速向半生態(tài)用地轉(zhuǎn)變,主要原因是森林及灌木等改造為耕地。2005年之后,半生態(tài)用地及少量生態(tài)用地開始向弱生態(tài)用地轉(zhuǎn)變,主要原因是成渝城市群地區(qū)及其他主要城市的城鎮(zhèn)化發(fā)展,弱生態(tài)用地增加量為0.80萬km2。

(2)西北區(qū)

西北區(qū)生態(tài)空間變化類型主要以生態(tài)用地向半生態(tài)用地的轉(zhuǎn)化為主,集中分布在塔里木盆地北部、準(zhǔn)噶爾盆地和伊犁河谷平原區(qū)等地區(qū)。由于綠洲農(nóng)業(yè)的發(fā)展[21],生態(tài)用地如草地、林地等被開墾為耕地,因此西北區(qū)耕地呈現(xiàn)出增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),生態(tài)用地減少面積為2.97萬km2,半生態(tài)用地增加面積約為1.01萬km2。另外,該地區(qū)荒漠化有所減緩,綠洲面積增加。2000—2015年間由于退耕還林還草工程的實(shí)施,部分區(qū)域生態(tài)用地得以恢復(fù),生態(tài)用地向半生態(tài)用地的轉(zhuǎn)化速度及強(qiáng)度逐漸降低,但由于西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施,轉(zhuǎn)化方向未發(fā)生轉(zhuǎn)變。

(3)華北區(qū)

該區(qū)生態(tài)用地向半生態(tài)用地及半生態(tài)用地向弱生態(tài)用地的轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在1990—2000年,生態(tài)用地下降約2.45萬km2,由于土地經(jīng)營(yíng)制度改革及木材市場(chǎng)的開放[29],顯著推動(dòng)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的發(fā)展和耕地的擴(kuò)張。2000—2015年間生態(tài)用地?cái)?shù)量有所上升,主要原因是該階段退耕還林還草及國(guó)家生態(tài)保護(hù)工程項(xiàng)目(“三北”防護(hù)林工程等)的實(shí)施[30-31],變化明顯區(qū)域主要集中在黃土高原。但部分區(qū)域如京津冀及周邊主要城市生態(tài)用地面積仍持續(xù)下降,半生態(tài)、弱生態(tài)用地面積顯著擴(kuò)張。

(4)東北區(qū)

東北區(qū)1990—2015年半生態(tài)用地面積共增加2.93萬km2,顯著增長(zhǎng)地區(qū)集中在三江平原、松嫩平原及遼河平原,其他地區(qū)也有少量的增長(zhǎng)現(xiàn)象,但分布較為零散。原因主要為東北平原地區(qū)土壤肥沃、水土資源良好,耕地得到大量開墾[32],林地及草地面積大量縮減。東北各省會(huì)城市及其他主要城市弱生態(tài)用地在1990年以后表現(xiàn)出逐漸擴(kuò)張的態(tài)勢(shì),振興東北戰(zhàn)略帶來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展推動(dòng)了該區(qū)域弱生態(tài)用地的持續(xù)增加,2015年東北區(qū)弱生態(tài)用地面積已達(dá)2.27萬km2。

(5)華東區(qū)

華東區(qū)生態(tài)空間類型以弱生態(tài)用地為主,該區(qū)為國(guó)家重點(diǎn)開發(fā)區(qū),改革開放后經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,半生態(tài)用地持續(xù)向弱生態(tài)用地轉(zhuǎn)變。1990—2015年,弱生態(tài)用地面積增長(zhǎng)約3.47萬km2,變化用地主要集中在長(zhǎng)江三角洲等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。2005—2015年間,華東區(qū)生態(tài)用地面積由40.25萬km2增加至2015年的40.75萬km2。該區(qū)半生態(tài)用地自1990年起面積不斷減少,主要變化形式為半生態(tài)用地向弱生態(tài)用地的轉(zhuǎn)變,后期生態(tài)用地呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢(shì)。

(6)華中區(qū)

1990—2015年該區(qū)生態(tài)空間變化類型以半生態(tài)用地向弱生態(tài)用地轉(zhuǎn)變?yōu)橹?半生態(tài)用地面積減少約0.94萬km2,弱生態(tài)用地(主要是建設(shè)用地)持續(xù)擴(kuò)張,但增長(zhǎng)速度不斷減弱,主要是由于中原城市群、武漢城市群和長(zhǎng)株潭城市群地區(qū)的發(fā)展,面積由1990年的0.86萬km2增長(zhǎng)至2015年的2.03萬km2。部分地區(qū)如洞庭湖、鄱陽湖等水域附近,圍湖造田現(xiàn)象較為嚴(yán)重,生態(tài)用地面積減少較為顯著。

(7)華南區(qū)

華南區(qū)地處中國(guó)沿海,生態(tài)空間變化具有階段性。初期該區(qū)生態(tài)用地向半生態(tài)用地轉(zhuǎn)變,原因主要是該時(shí)期中國(guó)家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的實(shí)施極大地促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的進(jìn)步及耕地的持續(xù)擴(kuò)張。及至2000年后,由于沿海地區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快及基塘農(nóng)業(yè)的發(fā)展,生態(tài)用地及半生態(tài)用地大量流失。2005—2015年,受到國(guó)家主體功能區(qū)戰(zhàn)略的影響,華南區(qū)率先實(shí)施生態(tài)管控(《退耕還林條例》、《廣東省森林管理實(shí)施辦法》等),生態(tài)空間逐漸得到恢復(fù),2015年華南區(qū)生態(tài)用地總面積約30.13萬km2,占全區(qū)的53.71%。

2.3 1990—2015年區(qū)域生態(tài)空間演化梯度

近30年來中國(guó)生態(tài)空間發(fā)生了快速轉(zhuǎn)型,主要經(jīng)歷了3個(gè)階段：首先是生態(tài)用地向半生態(tài)用地的轉(zhuǎn)變,之后轉(zhuǎn)變速率降低,伴隨半生態(tài)用地向弱生態(tài)用地的轉(zhuǎn)化,最后表現(xiàn)為半生態(tài)用地向生態(tài)用地轉(zhuǎn)變。由于自然環(huán)境、資源稟賦及經(jīng)濟(jì)水平等條件的差異,不同區(qū)域生態(tài)空間轉(zhuǎn)型速率有所不同,所處轉(zhuǎn)型階段也有所不同,本文將全國(guó)西南、華北、東北、西北、華東、華中及華南7大區(qū)域劃分為3級(jí)梯度帶(圖4)。

圖4 1990—2015年區(qū)域生態(tài)空間演化的梯度效應(yīng)Fig.4 Gradient effect of regional ecological space evolution from 1990 to 2015

(1)第一梯度：華南區(qū)。半生態(tài)用地向弱生態(tài)用地轉(zhuǎn)變趨勢(shì)仍較為顯著。但部分區(qū)域半生態(tài)用地開始向生態(tài)用地轉(zhuǎn)變,主要集中在水域如湖泊、江河以及林地周圍,說明受到宏觀政策及區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的影響,通過實(shí)施生態(tài)管控措施[33-34],大力推進(jìn)生態(tài)空間保護(hù)和建設(shè),有效遏制了生態(tài)環(huán)境的繼續(xù)惡化,使生態(tài)空間發(fā)生轉(zhuǎn)型,有效推動(dòng)了生態(tài)用地的增加。

(2)第二梯度：華東區(qū)及華中區(qū)。該區(qū)域前期大量生態(tài)用地向半生態(tài)用地轉(zhuǎn)變,后期主要表現(xiàn)為半生態(tài)用地向弱生態(tài)用地的轉(zhuǎn)變,由于生態(tài)保護(hù)工程[35- 37](如天然林資源保護(hù)工程、長(zhǎng)江中上游水土保持重點(diǎn)防治工程等)的實(shí)施,生態(tài)用地縮減速率不斷降低,林地及草地面積有所增加,部分地區(qū)生態(tài)環(huán)境有所改善,但仍需要實(shí)施具有針對(duì)性的空間治理方案。

(3)第三梯度：主要為西南區(qū)、西北區(qū)、華北區(qū)及東北區(qū)。21世紀(jì)前生態(tài)用地持續(xù)縮減,主要的糧食生產(chǎn)區(qū)如華北及東北區(qū)等半生態(tài)用地持續(xù)增加,主要由農(nóng)田開墾導(dǎo)致的大量草地、林地及未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)楦丶昂疵娣e減少所致。及至后期,由于追求經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng),在各區(qū)域經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略實(shí)施的影響下,生態(tài)空間以弱生態(tài)用地面積的增長(zhǎng)為主,建設(shè)用地盲目擴(kuò)張,集中分布于各省會(huì)及主要城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)周邊。該區(qū)域承載了中國(guó)約52%的生態(tài)功能[6],對(duì)保障國(guó)家生態(tài)安全具有重要作用,亟待實(shí)施生態(tài)空間管控措施。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

本文以中科院1990—2015年中國(guó)土地利用變化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),在對(duì)生態(tài)空間內(nèi)涵進(jìn)行界定的基礎(chǔ)上,建立中國(guó)生態(tài)空間分類體系與土地利用分類系統(tǒng)的銜接關(guān)系,分析了改革開放30年以來中國(guó)生態(tài)空間演化的時(shí)空格局和梯度效應(yīng)。主要結(jié)論為：

(1)中國(guó)生態(tài)用地面積持續(xù)減少,主要向半生態(tài)用地轉(zhuǎn)變,變化劇烈地區(qū)集中分布于重要的糧食生產(chǎn)區(qū)域及周邊,通常水土資源良好,具有優(yōu)越的種植環(huán)境。半生態(tài)用地變化較為波動(dòng),前期主要表現(xiàn)為不斷擴(kuò)張,來源為生態(tài)用地,后期大量半生態(tài)用地轉(zhuǎn)換為弱生態(tài)用地,主要發(fā)生在主要城市群地區(qū)。弱生態(tài)用地持續(xù)擴(kuò)張,主要來源為半生態(tài)用地,伴隨城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加速。

(2)生態(tài)空間演變過程表現(xiàn)出一定的區(qū)域差異,西南區(qū)、西北區(qū)、華北區(qū)及東北區(qū)生態(tài)用地持續(xù)縮減,半生態(tài)用地不斷增加,后期由于區(qū)域經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略的實(shí)施,生態(tài)空間變化方向發(fā)生轉(zhuǎn)變,弱生態(tài)用地不斷增加；華東區(qū)及華中區(qū)生態(tài)用地轉(zhuǎn)出速率逐漸降低,半生態(tài)用地仍持續(xù)輸出為弱生態(tài)用地；華南區(qū)部分區(qū)域半生態(tài)用地開始向生態(tài)用地轉(zhuǎn)變,對(duì)該區(qū)域?qū)嵤┑纳鷳B(tài)管控措施有所響應(yīng),生態(tài)用地有所增加。

(3)不同梯度區(qū)域生態(tài)空間演化發(fā)生拐點(diǎn)的時(shí)間不同,整體趨勢(shì)表現(xiàn)為由西向東生態(tài)用地轉(zhuǎn)入面積不斷增多,生態(tài)管控實(shí)施力度增大。因此,區(qū)域生態(tài)空間狀況與生態(tài)空間管控具有較強(qiáng)的相關(guān)性,各級(jí)政府應(yīng)當(dāng)高度重視。生態(tài)空間管控應(yīng)基于區(qū)域生態(tài)空間變化特征,參考主體功能區(qū)戰(zhàn)略,以保障和維護(hù)生態(tài)功能為目標(biāo),強(qiáng)化總體生態(tài)空間管控,確定分區(qū)域生態(tài)空間安全底線目標(biāo),提出國(guó)家空間管控近遠(yuǎn)期戰(zhàn)略性方案。同時(shí),我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略向區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略(西部大開發(fā)、東北振興及中部崛起等)的轉(zhuǎn)變(主要包括生態(tài)環(huán)境建設(shè)及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等),有效遏制了中西部及東北地區(qū)生態(tài)空間的進(jìn)一步惡化。

3.2 討論

1990年以來土地利用變化遙感信息連續(xù)監(jiān)測(cè)為掌握和揭示中國(guó)生態(tài)空間動(dòng)態(tài)演化特征提供了可能,明晰中國(guó)生態(tài)空間演化的時(shí)空及過程特征,有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)我國(guó)過去一段時(shí)間內(nèi)土地利用中存在的生態(tài)問題,并為開展生態(tài)環(huán)境建設(shè)及國(guó)土空間格局優(yōu)化提供參考依據(jù)。然而,本研究在以下兩個(gè)方面仍有待于進(jìn)一步改進(jìn)。

首先,關(guān)于生態(tài)空間的界定和分類體系的確定。十八大報(bào)告中關(guān)于推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)及優(yōu)化國(guó)土空間開發(fā)格局的實(shí)施亟需提出完善的生態(tài)空間分類體系[18]。但學(xué)術(shù)界對(duì)于生態(tài)空間的界定仍存在一定難度。從生態(tài)學(xué)的角度,不同生態(tài)系統(tǒng)類型具有不同的生態(tài)功能。如荒漠生態(tài)系統(tǒng)是一種自然生態(tài)系統(tǒng),盡管其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較低,但結(jié)構(gòu)及功能相對(duì)穩(wěn)定。另外,根據(jù)土地利用類型對(duì)生態(tài)空間進(jìn)行分類仍具有不確定性與非絕對(duì)性。弱生態(tài)用地中某些用地(例如城鎮(zhèn)用地中的人工綠地)也具有半生態(tài)用地的性質(zhì)。下一步應(yīng)基于不同生態(tài)系統(tǒng)對(duì)其功能強(qiáng)度、抵抗力及恢復(fù)力等進(jìn)行量化分析。

其次,關(guān)于土地利用和生態(tài)空間數(shù)據(jù)的不確定性。中科院土地利用數(shù)據(jù)集是目前我國(guó)唯一一套覆蓋1980年代以來的完整時(shí)間序列圖集,采用的人機(jī)交互解譯的方式保證了產(chǎn)品的一致性和精度。盡管野外調(diào)查驗(yàn)證得到的綜合評(píng)價(jià)精度達(dá)到91%—94%[38],但在變化圖譜分析時(shí)這些誤差會(huì)帶入到生態(tài)空間的變化中,對(duì)結(jié)果造成一定的誤差。未來應(yīng)基于大數(shù)據(jù)及遙感技術(shù),運(yùn)用深度學(xué)習(xí)算法等進(jìn)一步優(yōu)化多時(shí)相生態(tài)空間信息。