黃河流域山東段“三生空間”分類及其時空格局變化分析

尋妍，馬紹偉*，王哲，馮海燕，張金盈，王磊

(1.山東省國土測繪院，山東 濟(jì)南 250102；2.山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南 250000；3.濰坊市自然資源和規(guī)劃局坊子分局，山東 濰坊 261200；4.昌樂縣寶都規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，山東 昌樂 262400)

0 引言

黃河是中華民族的母親河,黃河流域的保護(hù)和發(fā)展一直是歷代安民興邦的大事[1]。2019年9月，黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展上升為重大國家戰(zhàn)略。作為黃河流域唯一的沿海省份、黃河流域最便捷的出海口，山東在承擔(dān)重任的同時，也面臨流域生態(tài)環(huán)境脆弱、人地關(guān)系緊張、空間結(jié)構(gòu)失衡等一系列問題[2]。

2021年7月，山東省自然資源廳下發(fā)通知，要求開展黃河流域(山東段)專題監(jiān)測工作，為黃河流域(山東段)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐和決策支持。本文基于黃河流域(山東段)專題監(jiān)測工作，研究黃河流域(山東段)“三生空間”格局，成果可為國土空間優(yōu)化提供借鑒意義。

我國學(xué)者對于“三生空間”做了相關(guān)研究。江曼琦等[3]通過總結(jié)“三生”空間內(nèi)涵界定的視角，討論“三生”空間范圍界定的爭議，提出“三生”空間范圍劃定的方法；劉繼來等[4]探究三生空間理論內(nèi)涵，建立了三生空間分類與評價體系，揭示了1990年—2010年20年間中國三生空間的時空格局及特征；孔冬艷等[5]對中國“生產(chǎn)-生活-生態(tài)”結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的時空演化特征進(jìn)行研究；李科等[6]研究了2005年—2020年湘江流域三生空間格局及演化規(guī)律；陳楚等[7]通過對珠海市1980—2015年35年間“三生”空間格局研究，總結(jié)其驅(qū)動因素。

現(xiàn)今，大多數(shù)學(xué)者研究三生空間數(shù)據(jù)多由遙感影像數(shù)據(jù)解譯得來，其成果精確性有待商榷[8]。本文以黃河流域山東段作為研究區(qū)域，基于山東省地理省情監(jiān)測項目采集的精確地表覆蓋數(shù)據(jù)，通過地類語義對照，構(gòu)建“三生空間”分類體系，分析2021年黃河流域山東段空間格局現(xiàn)狀，同時運(yùn)用格網(wǎng)分析的方法，揭示2017年、2021年黃河流域山東段三生空間時空格局演化特征。

1 研究區(qū)域概況

黃河流域(山東段)位于黃河下游，地處山東西部，呈SW—NE走向。九曲黃河從菏澤市東明縣入魯，流經(jīng)山東9個市25個縣(市、區(qū))，潤澤濟(jì)寧、泰安、聊城、德州、濟(jì)南、淄博、濱州后，最后抵達(dá)東營，奔騰入海。黃河流域(山東段)地勢較為平坦，絕大部分為平原洼地區(qū)，占87.6%，屬于魯西平原、魯北平原和黃河三角洲沖積平原；低山丘陵占12.4%，主要分布于東平、長清、歷城、章丘等縣(市、區(qū))南部，屬于泰山山區(qū)余脈。區(qū)域最高點位于濟(jì)南市長清區(qū)，高程為995.4m，最低點位于東營市東營區(qū)入?？谖恢?，高程為-2.7m。黃河流域(山東段)是環(huán)渤海地區(qū)的重要組成部分，位于京津冀都市圈與山東半島結(jié)合部位，與天津濱海新區(qū)臨近，向西可連接廣闊中西部腹地，向南可通達(dá)長江三角洲北翼，向東與朝鮮半島、日本列嶼隔海相望。

2 數(shù)據(jù)來源

自2013年國務(wù)院第一次全國地理國情普查啟動至今，山東省已完成全省地理省情普查、2016年市轄區(qū)地理省情監(jiān)測、2017年、2018年、2019年、2020年、2021年全省地理省情監(jiān)測工作，形成了全覆蓋、高精度、多時相的海量地理省情數(shù)據(jù)，涵蓋影像數(shù)據(jù)、地形地貌、地表覆蓋、重要地理省情要素等內(nèi)容。本文主要利用2017年、2021年山東省地理省情監(jiān)測數(shù)據(jù)成果。

3 三生空間分類

3.1 分類原則

土地是包含多種自然要素在內(nèi)的自然綜合體，其功能有主次高低之分[8-11]。本文借鑒張紅旗、李明薇研究成果[12-17]，將山東省地理國情數(shù)據(jù)信息類型中的8個一級類、49個二級類、96個三級類進(jìn)行三生功能的歸并，實現(xiàn)地理省情監(jiān)測內(nèi)容與三生空間的對應(yīng)，建立了“三生空間”分類體系。

3.2 生產(chǎn)空間分類

生產(chǎn)空間是人們?yōu)榱双@取各種產(chǎn)品和服務(wù)，直接或間接進(jìn)行社會生產(chǎn)的區(qū)域[18]。根據(jù)土地主導(dǎo)功能不同，將生產(chǎn)空間分為生產(chǎn)用地和生產(chǎn)生態(tài)用地(表1)。生產(chǎn)用地以生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)品、農(nóng)業(yè)產(chǎn)品為主導(dǎo)功能的區(qū)域，如露天采掘場等，生產(chǎn)用地特征明顯；生產(chǎn)生態(tài)用地指以生產(chǎn)功能為主，同時兼具一定生態(tài)功能的區(qū)域，如種植植被既能進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，又具有一定的生態(tài)功能。

表1 生產(chǎn)空間分類體系

3.3 生活空間分類

生活空間是人類居住、消費和休閑等活動服務(wù)的區(qū)域[19]，根據(jù)地類特征，分為生活用地和生活生產(chǎn)用地(表2)。生活用地是提供居民生活服務(wù)的區(qū)域，如鐵路與道路。生活生產(chǎn)用地是生活、生產(chǎn)功能相互交織、難以區(qū)分的區(qū)域，如房屋建筑(區(qū))。

表2 生活空間分類體系

3.4 生態(tài)空間分類

生態(tài)空間是提供生態(tài)服務(wù)為主體功能的區(qū)域[20]，根據(jù)地類特征分為生態(tài)用地和生態(tài)生產(chǎn)用地(表3)。生態(tài)用地是指具有生態(tài)服務(wù)功能的各類用地，主要包括林草覆蓋等。生態(tài)生產(chǎn)用地指兼具生態(tài)功能與生產(chǎn)功能但以生態(tài)功能為主導(dǎo)的用地，如水渠、人工牧草等。

表3 生態(tài)空間分類體系

4 空間數(shù)據(jù)格網(wǎng)化表達(dá)

為直觀展現(xiàn)黃河流域(山東段)三生空間格局變化，本文基于規(guī)則地理格網(wǎng)將三生空間數(shù)據(jù)進(jìn)行格網(wǎng)化表達(dá)[21-22]。不同尺度的格網(wǎng)用于研究不同空間范圍的地理問題，考慮研究區(qū)覆蓋面積及格網(wǎng)內(nèi)面積匯總計算等問題，選取基于Albers投影的1km×1km規(guī)則地理格網(wǎng)，Albers等面積投影可使投影區(qū)面積保持與實地相等，減少計算誤差。將計算得到的格網(wǎng)內(nèi)各類空間面積差值進(jìn)行可視化表達(dá)，分析“三生空間”面積增加、減少趨勢及熱點區(qū)域。計算公式如下：

(1)

式中：Sc—同一單元格網(wǎng)內(nèi)，不同年份相同空間面積的差值，n、m—單元格網(wǎng)內(nèi)同一空間斑塊數(shù)，Si、Sj分別為2021年單元格網(wǎng)內(nèi)第i塊圖斑面積，2017年單元格網(wǎng)內(nèi)第j塊圖斑面積。

5 時空格局分析

5.1 空間格局現(xiàn)狀

利用ArcGIS軟件，按照地類編碼將省情監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行重分類，計算各用地類型面積，將空間數(shù)據(jù)可視化，分析各類空間分布特征(表4，圖1)。

表4 黃河流域(山東段)三生空間統(tǒng)計表 單位：km2

1—黃河流域(山東段)范圍;2—市級界線;3—縣區(qū)界線;4—省界;5—生產(chǎn)空間;6—生活空間;7—生態(tài)空間圖1 黃河流域(山東段)三生空間分布圖

生產(chǎn)空間分布特征：黃河流域(山東段)生產(chǎn)空間面積最大，占比達(dá)到50%。主要分布在黃河流域中西部的魯西北平原以及城市周邊高度城鎮(zhèn)化區(qū)域。細(xì)化到具體用地類型，生產(chǎn)用地主要分布在城市周邊高度城鎮(zhèn)化區(qū)域，歷城區(qū)、濟(jì)陽區(qū)、章丘區(qū)、牡丹區(qū)及濱城區(qū)等城市周邊生產(chǎn)用地連片聚集，以上區(qū)域作為重要的經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)，承載了較多的第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)功能。生產(chǎn)生態(tài)用地主要分布在魯西北平原地區(qū)的鄆城、齊河、東明、惠民等區(qū)域，該區(qū)域是重要的農(nóng)業(yè)區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能突出。

生活空間分布特征：黃河流域(山東段)生活空間面積最小，分布呈現(xiàn)出城市中心集聚，農(nóng)村地區(qū)分散的特征。細(xì)化到具體用地類型，生活用地包含地類為鐵路與道路、構(gòu)筑物，反映了城市發(fā)展和連通能力，主要分布在城市中心，并以此向外輻射區(qū)域，歷城區(qū)、濱州區(qū)、牡丹區(qū)以及黃河流域入海口處河口區(qū)、墾利區(qū)、東營區(qū)生活用地面積較大；生活生產(chǎn)用地整體表現(xiàn)出明顯的“西高東低”的空間分布特征，主要原因為西部地區(qū)人口密度較大，居民居住點多而分散。牡丹區(qū)、鄆城縣生活生產(chǎn)用地面積較大。

生態(tài)空間分布特征：主要分布在黃河流域(山東段)下游入?？凇Ⅳ斨心仙降厍鹆甑貐^(qū)。細(xì)化到具體用地類型，生態(tài)空間中絕大部分為生態(tài)用地，主要分布在黃河入海口處的河口區(qū)、墾利區(qū)、東營區(qū)，以及魯中南山地丘陵地區(qū)的章丘區(qū)、歷城區(qū)。生態(tài)生產(chǎn)用地主要分布在陽谷縣、墾利區(qū)、河口區(qū)。

5.2 空間格局變化

利用ArcGIS軟件，計算2017年、2021年各類空間面積以及“三生空間”四年來變化面積(表5，圖2—圖4)。基于Albers投影的規(guī)則地理格網(wǎng)將“三生空間”變化情況進(jìn)行空間表達(dá)，直觀展示并分析“三生空間”的變化特征。

表5 2017—2021年三生空間面積變化表 單位：km2

1—黃河流域(山東段)范圍;2—市級界線;3—縣區(qū)界線;4—省界;5—生產(chǎn)空間面積增加;6—生產(chǎn)空間面積減少圖2 黃河流域(山東段)生產(chǎn)空間格局變化

1—黃河流域(山東段)范圍;2—市級界線;3—縣區(qū)界線;4—省界;5—生活空間面積增加;6—生活空間面積減少圖3 黃河流域(山東段)生活空間格局變化

1—黃河流域(山東段)范圍;2—市級界線;3—縣區(qū)界線;4—省界;5—生態(tài)空間面積增加;6—生態(tài)空間面積減少圖4 黃河流域(山東段)生態(tài)空間格局變化

生產(chǎn)空間格局變化：黃河流域(山東段)生產(chǎn)空間面積整體呈下降趨勢，由15490.2km2減少至14933.92km2。從空間分布來看，縮小區(qū)域主要分布在黃河三角洲區(qū)域以及濟(jì)南市。黃河三角洲的河口區(qū)、墾利區(qū)、東營區(qū)等區(qū)域隨著國家、省、市生態(tài)保護(hù)工程的推進(jìn)，大量生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)空間。在經(jīng)濟(jì)新形勢下，濟(jì)南市城市生產(chǎn)空間發(fā)展更加注重集約高效，致使生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)化為生活、生態(tài)空間。

生活空間格局變化：黃河流域(山東段)生活空間擴(kuò)張明顯，面積由4303km2增至4656.39km2。從空間分布來看，擴(kuò)張區(qū)域主要分布在城市周邊及農(nóng)村地區(qū)。生活空間在歷城區(qū)、牡丹區(qū)、齊河縣等周邊表現(xiàn)為大規(guī)模集中擴(kuò)張，在廣大農(nóng)村地區(qū)表現(xiàn)為小規(guī)模點狀擴(kuò)張。人口增長是推動生活空間不斷增加的主要因素。

生態(tài)空間格局變化：黃河流域(山東段)生態(tài)空間面積略微增加，面積由9985.72km2增加至10189.05km2。從空間分布來看，擴(kuò)張區(qū)域主要分布在黃河三角洲地區(qū)以及濟(jì)南市歷城區(qū)、章丘區(qū)。生態(tài)空間主要由生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)化而來，增加原因與國家生態(tài)保護(hù)政策、城市集約發(fā)展新格局有關(guān)。

6 結(jié)論

“三生空間”格局受政策、自然、社會等多方面因素的影響不斷的發(fā)展演變。通過對黃河流域(山東段)“三生空間”的研究可以看出，黃河流域(山東段)特別是黃河三角洲區(qū)域生態(tài)空間面積明顯增加，這與國家以及山東省高度重視黃河流域生態(tài)保護(hù)工作，實施黃河三角洲生態(tài)建設(shè)、濕地生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)等一系列工程有關(guān)。同時根據(jù)黃河流域(山東段)涉及的25個縣區(qū)的第六次、第七次人口普查數(shù)據(jù)可知，黃河流域(山東段)城鎮(zhèn)人口數(shù)量由775.34萬人增長至966.30萬人，城鎮(zhèn)化加劇勢必帶來生活空間的擴(kuò)張，同時不可避免占用生產(chǎn)或者生態(tài)空間。

本文基于地理省情監(jiān)測數(shù)據(jù)，從生產(chǎn)、生活、生態(tài)的視角出發(fā)，建立了三生空間分類體系，分析了黃河流域(山東段)三生空間現(xiàn)狀及時空格局演變。由于地理省情數(shù)據(jù)采集原則為“所見即所得”，重點在地表現(xiàn)狀的如實表達(dá)，未對用地性質(zhì)進(jìn)行歸類及屬性標(biāo)注，因此在本文分類體系中，一些地類僅根據(jù)定義進(jìn)行簡單的歸類。例如碾壓踩踏地表，在居民區(qū)及工業(yè)園區(qū)內(nèi)均可存在，在本文中，僅根據(jù)定義將碾壓踩踏地表歸入生活空間中，影響研究成果的準(zhǔn)確性。下一步計劃開展地理省情監(jiān)測數(shù)據(jù)與三調(diào)等其他專業(yè)數(shù)據(jù)融合的相關(guān)研究與試驗，優(yōu)化“三生空間”分類體系，提高研究成果的準(zhǔn)確性。