基于綜合區(qū)劃的中國西南地區(qū)自然資源動態(tài)變化特征分析

賴明， 吳淑玉， 張海燕， 劉玖芬， 王新華， 陳熹卓

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，湖北武漢 430074； 2.自然資源要素耦合過程與效應(yīng)重點實驗室，北京 100055； 3.中國地質(zhì)調(diào)查局煙臺海岸帶地質(zhì)調(diào)查中心，山東煙臺 264000；4.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101； 5.中國地質(zhì)調(diào)查局自然資源綜合調(diào)查指揮中心，北京 100055)

0 引言

20世紀(jì)80年代以來，中國以大量消耗自然資源與一定環(huán)境破壞為代價，實現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展[1]。當(dāng)前中國已經(jīng)全面進(jìn)入生態(tài)文明的新時代，經(jīng)濟(jì)已由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段，是推進(jìn)國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化的時代，迫切需要建立健全中國特色的自然資源治理體系，提升自然資源治理能力[2]。為有效合理地開發(fā)利用自然資源，減小生態(tài)環(huán)境壓力，達(dá)到維持發(fā)展與資源利用的動態(tài)平衡，促進(jìn)資源可持續(xù)利用和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，需要對中國自然資源進(jìn)行綜合區(qū)劃，探討分析自然資源的動態(tài)變化，明確自然資源動態(tài)變化狀況，提高對自然資源的認(rèn)知能力。我國在20世紀(jì)20年代至30年代便開始了區(qū)劃工作的相關(guān)研究[3]，至今已取得了較為豐碩的成果。中國區(qū)劃工作經(jīng)歷了服務(wù)于自然本底認(rèn)知[4]、服務(wù)于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[5]、服務(wù)于經(jīng)濟(jì)建設(shè)以及當(dāng)前服務(wù)于可持續(xù)發(fā)展4個階段[6-7]。其中研究較多且較為成熟的有氣候[8-10]、生態(tài)[11-13]、地理[5,7,14]等自然區(qū)劃，以及服務(wù)于單項自然資源的農(nóng)業(yè)[15-17]、植被[18-19]、土地[20-21]、水資源[22]等區(qū)劃工作。然而，以自然資源為研究對象，從“山水林田湖草是生命共同體”的理念出發(fā)，由單一大尺度到多維尺度和單一要素到多要素綜合的自然資源綜合區(qū)劃還處于萌芽階段。中國西南地區(qū)分布有豐富的江河、森林、牧草、農(nóng)田等自然資源，前人在西南地區(qū)進(jìn)行了大量的區(qū)劃研究，如傅伯杰等[11]在“中國生態(tài)區(qū)劃方案”中將西南地區(qū)劃分到亞熱帶濕潤常綠闊葉林生態(tài)地區(qū)和南亞季風(fēng)濕潤、半濕潤常綠闊葉林生態(tài)地區(qū)兩個二級生態(tài)區(qū)劃中； 鄭景云等[10]對西南地區(qū)的氣候區(qū)進(jìn)行了新的劃分，但目前針對自然資源的綜合區(qū)劃還存在不足。

本文基于已有研究，以張海燕等[23]劃分的中國自然資源綜合區(qū)劃一級分區(qū)為基礎(chǔ)，以一級分區(qū)中的西南林耕自然資源大區(qū)為例，根據(jù)區(qū)域特征確定指標(biāo)和權(quán)重，按照區(qū)劃方案進(jìn)行該大區(qū)的二級、三級自然資源綜合區(qū)劃，并根據(jù)區(qū)劃結(jié)果，對區(qū)劃內(nèi)的自然資源動態(tài)變化進(jìn)行特征分析，以期闡明自然資源的空間分異特征和動態(tài)演變規(guī)律。

1 研究區(qū)概況

西南林耕自然資源大區(qū)主要分布于中國7大自然地理分區(qū)之一的西南地區(qū)，包括云南省、貴州省、四川省東部、重慶市西部、陜西省南部、甘肅省南部、河南省西部、廣西壯族自治區(qū)西部以及湖北省和湖南省的少部分地區(qū)(圖1)。全區(qū)總面積約102.32×104km2，占全國陸地總面積的約10.62%。西南林耕自然資源大區(qū)的地形較為顯著地分為四川盆地及其周邊山地、云貴高原中高山山地丘陵區(qū)和青藏高原高山山地區(qū)3個地形單元[24]； 氣候類型主要包括四川盆地中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候、云貴高原中南亞熱帶季風(fēng)氣候，大區(qū)南端少部分地區(qū)為熱帶季雨林氣候； 大區(qū)內(nèi)春季和秋季降水量整體偏少，冬季降水量最少，夏季濕潤多雨，全區(qū)年降水量整體呈“東多西少，南多北少”的分布規(guī)律； 主要農(nóng)作物包括水稻、小麥、油菜、玉米等。西南林耕自然資源大區(qū)包含貴州省梵凈山、云南省西雙版納、云南省蒼山洱海等多個自然保護(hù)區(qū)，重點保護(hù)對象包括亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)、熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)、冰川遺跡、高原湖泊等自然系統(tǒng)，以及黔金絲猴、珙桐、弓魚等珍稀動植物[25-27]。

圖1 西南林耕自然資源大區(qū)地理位置

2 自然資源綜合區(qū)劃方案

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文獲取的地形地貌數(shù)據(jù)、植被數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、流域數(shù)據(jù)和陸地生態(tài)系統(tǒng)空間分布數(shù)據(jù)(自然資源)來自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(http: //www.resdc.cn/)，其中植被數(shù)據(jù)包括基于遙感數(shù)據(jù)與氣象數(shù)據(jù)，運用光能利用率模型模擬的植被凈初級生產(chǎn)力(Net Primary Productivity,NPP)數(shù)據(jù)和歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vege-tation Index,NDVI)。

2.2 區(qū)劃指標(biāo)體系與權(quán)重

西南林耕自然資源大區(qū)以地形地貌、氣候、植被、流域和陸表自然資源為主控要素大類，并在各主控要素中選擇具有代表性的指標(biāo)，按照地區(qū)特點確定指標(biāo)權(quán)重。各指標(biāo)及權(quán)重系數(shù)見表1。

表1 區(qū)劃要素指標(biāo)和權(quán)重系數(shù)

2.3 區(qū)劃體系構(gòu)建

西南林耕自然資源大區(qū)的二級、三級區(qū)劃是在全國自然資源綜合區(qū)劃一級分區(qū)的基礎(chǔ)上，按照區(qū)劃方案(圖2)，基于獲取的各指標(biāo)數(shù)據(jù)，綜合考察自然資源、氣候、地形地貌、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況等客觀要素，以柵格像元為基本單元，突破以往區(qū)劃按照行政區(qū)劃劃分的界限，運用網(wǎng)格法對西南林耕自然資源大區(qū)進(jìn)行不同等級的界限劃分。由于西南地區(qū)各自然資源混雜分布，難以確定區(qū)域之間的主導(dǎo)資源和優(yōu)勢資源，則在宏觀上依據(jù)大中尺度數(shù)據(jù)，按照自然地理分異的地帶性和非地帶性規(guī)律進(jìn)行自然資源大區(qū)的二級和三級區(qū)劃。

本文繼承張海燕等[23]對中國自然資源綜合區(qū)劃一級分區(qū)的成果，對西南林耕自然資源大區(qū)進(jìn)行二級、三級區(qū)劃，區(qū)劃代碼依然以“Ⅳ”開頭。二級區(qū)劃在“Ⅳ”后加阿拉伯?dāng)?shù)字，如“Ⅳ2”； 三級區(qū)劃在二級區(qū)劃代碼的基礎(chǔ)上再加阿拉伯?dāng)?shù)字，如“Ⅳ21”。其中，二級、三級區(qū)劃分別為自然資源亞區(qū)和自然資源地區(qū)，二級區(qū)劃采用“自然地理位置+地貌形態(tài)組合特征+溫濕情況/氣候類型+自然資源一級類型+亞區(qū)”的命名規(guī)則，三級區(qū)劃采用“具體自然地理位置+地貌形態(tài)組合特征+自然資源二級類型+地區(qū)”的命名規(guī)則。

圖2 區(qū)劃方案流程圖

3 結(jié)果

3.1 區(qū)劃結(jié)果

在一級分區(qū)的基礎(chǔ)上，基于區(qū)劃指標(biāo)體系與權(quán)重，按照區(qū)劃方案和命名規(guī)則，將西南林耕自然資源大區(qū)劃分為6個自然資源亞區(qū)。在二級區(qū)劃的基礎(chǔ)上，劃分了11個自然資源地區(qū)，利用ArcGIS獲取二級和三級區(qū)劃的邊界圖。(表2和圖3)。

表2 區(qū)劃結(jié)果及命名

(a) 二級區(qū)劃邊界 (b) 三級區(qū)劃邊界

3.2 區(qū)劃特征分析

3.2.1 西南林耕自然資源大區(qū)特征分析

根據(jù)1990—2018年自然資源動態(tài)變化轉(zhuǎn)移矩陣(表3)，西南林耕自然資源大區(qū)的自然資源類型以森林、耕地和草原為主。2018年，全區(qū)森林、耕地和草原面積分別約為49.51×104km2、30.82×104km2和18.96×104km2，分別約占該大區(qū)總面積的48.38%、30.12%和18.53%。西南林耕自然資源大區(qū)各類自然資源的面積變化中，較為明顯的是耕地和森林、耕地和草原、森林和草原之間的相互轉(zhuǎn)變，約占全區(qū)變化總面積的90%。1990—2018年，耕地面積減少約0.90×104km2，建設(shè)用地面積增加約1.06×104km2。其中，耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地的面積約為1.13×104km2，而建設(shè)用地轉(zhuǎn)變?yōu)楦氐拿娣e僅有約0.35×104km2，表明建設(shè)用地的增加大部分來自耕地的占用。

表3 1990—2018年大區(qū)自然資源動態(tài)變化轉(zhuǎn)移矩陣

3.2.2 三級區(qū)劃特征分析

本文重點以三級自然資源綜合區(qū)劃為對象進(jìn)行特征分析。利用ArcGIS獲取大區(qū)在三級區(qū)劃的背景下1990—2000年、2000—2010年、2010—2018年及1990—2018年的自然資源動態(tài)變化分布圖，并依次記作第1期、第2期、第3期和第4期(圖4)。

(a) 1990—2000年自然資源動態(tài)變化分布 (b) 2000—2010年自然資源動態(tài)變化分布

西南林耕自然資源大區(qū)共分為11個自然資源地區(qū)，由表4可知，各三級區(qū)劃中絕大部分面積為森林、耕地和草原，在1990—2018年，主要資源的面積占比變化不大，基本保持穩(wěn)定狀態(tài)。其中，森林面積占比超過50%的有漢中盆地北部有林地地區(qū)、貴州高原山地有林地高覆蓋草原地區(qū)、云南高原西部有林地高覆蓋草原地區(qū)、滇南谷地丘陵有林地高覆蓋草原地區(qū)、滇東南平原山地疏林地高覆蓋草原地區(qū)和桂南山地有林地灌木林地區(qū)； 耕地集中分布在四川盆地西南部旱地水田地區(qū)和四川盆地東部旱地水田地區(qū)，其中四川盆地西南部旱地水田地區(qū)的耕地面積占比在1990年達(dá)到80.98%，2018年減少到77.65%； 草原面積相對較高的有漢中盆地南部中覆蓋草原旱地地區(qū)，1990—2018年保持在約42%。

根據(jù)三級區(qū)劃自然資源動態(tài)變化分布圖(圖4)，各期的自然資源動態(tài)變化分布情況在整體上大致相當(dāng)，變化數(shù)量和分布狀況只在一些區(qū)域有微小的差異。森林轉(zhuǎn)變?yōu)楦匾约案剞D(zhuǎn)變?yōu)樯衷趨^(qū)劃內(nèi)的分布位置基本一致，森林和草原之間、耕地和草原之間的變化分布情況也相類似。森林和耕地之間的相互轉(zhuǎn)變主要分布于四川盆地西南部旱地水田地區(qū)、四川盆地東部旱地水田地區(qū)、貴州高原山地有林地高覆蓋草原地區(qū)、貴州高原中覆蓋草原旱地地區(qū)和桂南山地有林地灌木林地區(qū)。森林和草原之間的相互轉(zhuǎn)變主要分布于漢中盆地北部有林地地區(qū)、云南高原東部高覆蓋草原地區(qū)、云南高原西部有林地高覆蓋草原地區(qū)、滇南谷地丘陵有林地高覆蓋草原地區(qū)、滇東南平原山地疏林地高覆蓋草原地區(qū)； 耕地和草原之間的轉(zhuǎn)變主要分布于漢中盆地南部中覆蓋草原旱地地區(qū)； 耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)變集中分布于各省會城市和直轄市。

比較第1期、第2期和第3期可以看出，貴州高原中覆蓋草原旱地地區(qū)在第3期有明顯的森林轉(zhuǎn)變?yōu)椴菰内厔?，說明該地區(qū)的森林轉(zhuǎn)變?yōu)椴菰饕杏诮?0 a間。對比建設(shè)用地的動態(tài)變化分布情況，第1期的建設(shè)用地增加較少，而第3期的建設(shè)用地增加明顯，1990—2018年間的建設(shè)用地呈增加趨勢。從全部4期的分布圖看，四川盆地亞熱帶耕地亞區(qū)和桂南山地有林地灌木林地區(qū)都呈現(xiàn)大片空白，這表明四川盆地內(nèi)的耕地和廣西西部的森林在近30 a間沒有發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)變。

表4 三級區(qū)劃自然資源面積占比統(tǒng)計表

4 結(jié)論與討論

(1)基于自然資源綜合區(qū)劃方案和原則，在一級區(qū)劃(西南林耕自然資源大區(qū))的基礎(chǔ)上，進(jìn)行二級(自然資源亞區(qū))和三級(自然資源地區(qū))區(qū)劃，共劃分了6個亞區(qū)和11個地區(qū)。各個區(qū)劃內(nèi)有明顯的優(yōu)勢主導(dǎo)資源，各區(qū)劃間的資源占比、變化情況有顯著差異，表明該區(qū)劃結(jié)果較為合理。

(2)自然資源區(qū)劃可以全面反映區(qū)劃單元內(nèi)自然資源的空間分異狀況、空間結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能特征。本文對西南林耕自然資源大區(qū)三級區(qū)劃內(nèi)自然資源的動態(tài)變化進(jìn)行了分析研究，結(jié)果表明： 1990—2018年間，研究區(qū)內(nèi)自然資源變化主要表現(xiàn)為森林、耕地和草原三者間的相互轉(zhuǎn)變，耕地面積有所減少，森林、草原面積的總量和占比基本保持動態(tài)平衡，森林和耕地之間的相互轉(zhuǎn)變主要分布于貴州和重慶的地區(qū)，森林和草原、耕地和草原之間的相互轉(zhuǎn)變主要分布于云南和陜西的地區(qū)； 2010—2018年，建設(shè)用地明顯增加，主要集中分布于各省會城市和直轄市，表明研究區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展速度逐漸加快，建設(shè)用地不斷向外擴張，大量耕地被占用； 四川盆地內(nèi)的耕地和廣西西部的森林面積基本未變，表明該區(qū)耕地和森林保護(hù)情況良好。

(3)現(xiàn)行區(qū)劃方案、區(qū)劃界限還需進(jìn)一步驗證、完善。本文遴選的區(qū)劃指標(biāo)只能滿足開展全國或大區(qū)范圍內(nèi)自然資源研究、管理的需要，要滿足省市縣或更高級別的自然資源研究、管理需要，還需增加指標(biāo)，探索創(chuàng)新區(qū)劃技術(shù)方法。此外，還缺少用于特征分析的連續(xù)性、高精度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，期待全國自然資源要素綜合觀測工程數(shù)據(jù)的產(chǎn)出和共享。