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        四川省“三生空間”分類評價與時空格局分析

        2021-06-29 09:27:10邵懷勇謝洪斌
        湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2021年11期
        關(guān)鍵詞:分類生態(tài)生產(chǎn)

        肖 蕊,邵懷勇,李 峰,謝洪斌

        (1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,成都 610059;2.外生成礦與礦山環(huán)境重慶市重點實驗室(重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院),重慶 401120)

        隨著社會的不斷進步,中國城鎮(zhèn)化水平顯著提高,截至2019年底,中國城鎮(zhèn)化水平首次跨越60%步入城市社會時代。然而,城市的發(fā)展必然會帶來一系列問題,環(huán)境污染日益加劇、土地資源利用低效及浪費、城市人口膨脹等“城市病”[1,2]和以非農(nóng)化、污損化、老弱化、農(nóng)村空心化為主要特征的“鄉(xiāng)村病”共存[3,4]。四川省發(fā)展面臨著各類用地分布不均勻、生態(tài)系統(tǒng)退化、資源短缺、環(huán)境污染等問題,再加上生態(tài)文明建設(shè)和綠色發(fā)展是其發(fā)展的內(nèi)在要求?;诖耍瑒?chuàng)建一個和諧的土地用地分類系統(tǒng)已經(jīng)迫在眉睫,對四川省土地進行三生空間研究勢在必行。

        三生空間即生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間,生產(chǎn)空間是以提供農(nóng)產(chǎn)品、工業(yè)品以及服務(wù)類產(chǎn)品為主要功能的區(qū)域,生活空間是以提供人類居住和公共活動為主要功能的區(qū)域,生態(tài)空間是指具有重要生態(tài)功能,以提供生態(tài)服務(wù)和生態(tài)產(chǎn)品為主要功能的區(qū)域[5]。三生空間是遵循土地利用的多功能性原則,并結(jié)合《土地利用現(xiàn)狀分類》國家標準而構(gòu)建的三大土地利用分類體系[6,7]。三生空間的研究對四川省國土空間規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境優(yōu)化等具有重要意義。

        國內(nèi)學(xué)者對三生空間做了許多研究并取得豐碩的成果。張紅旗等[6]從土地利用功能的角度研究三生用地的分類;李廣東等[8]結(jié)合理論、實踐以及實證案例對三生空間的主導(dǎo)功能進行定量識別,從而分析三生空間功能之間的關(guān)系;甄霖等[9]界定和分析了中國土地利用的多功能性。對三生空間的評價是學(xué)者們探討的重點方向,學(xué)者們分別從全國層面、省級層面、城市群層面、鄉(xiāng)村地區(qū)及國家限制開發(fā)區(qū)等方面提出了適用于各類地區(qū)的評價指標體系,并分析了三生空間的格局及其變化特征[10-13]。隨著理論研究的不斷深入,學(xué)者們還將新的研究方法和模型引入到三生空間功能的評價中[14,15]。但是已有研究對土地利用分類歸納模糊,對土地主體功能描述不夠全面,且大多數(shù)研究都針對全國、市域、縣域,對省域研究較少,尤其是中西部區(qū)域。四川是西部地區(qū)的重要大省,作為西部創(chuàng)新驅(qū)動的策源地、西部開放合作的樞紐、西部經(jīng)濟的領(lǐng)頭羊,更加要重視城市快速發(fā)展帶來的各種問題。開展三生空間的研究,可以為四川省國土空間優(yōu)化及生態(tài)環(huán)境保護提供可靠的科學(xué)依據(jù)與支持。

        因此,本研究以中國四川省為例,在探究三生空間理論的基礎(chǔ)上,采用國家標準《土地利用現(xiàn)狀分類》體系,遵循功能分級原則,創(chuàng)建基于三生空間的土地利用分類評價體系,分析四川省2000年和2018年兩期三生空間分類及其時空格局特征。

        1 研究區(qū)概況

        四川省位于東經(jīng)92°21′—108°12′,北緯26°03′—34°19′,東連接重慶,北接壤青、甘、陜?nèi)。吓c滇、黔相鄰,西緊挨西藏。全省總面積達48.6萬km2,占全國總面積的5.1%,居全國各省市第5位。四川省人口眾多,截至2018年底,人口達8 341.0萬人,其中鄉(xiāng)村3 979.5萬人,城鎮(zhèn)4 361.5萬人,城鎮(zhèn)化率達52.29%。四川省自然資源豐富,但隨著城市化的推進,對各類資源需求不斷加大,出現(xiàn)自然資源短缺、環(huán)境污染等各類生態(tài)環(huán)境問題,對四川省進行三生空間的研究,有利于四川省的國土空間優(yōu)化以及為解決迫在眉睫的生態(tài)環(huán)境問題提供有力依據(jù)。

        2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

        本研究所涉及的人口和面積統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于《四川省統(tǒng)計年鑒》,土地利用數(shù)據(jù)主要結(jié)合GEE平臺采用人工目視解譯獲取。參照中國科學(xué)院土地資源分類系統(tǒng),在研究三生空間理論的基礎(chǔ)上,遵循土地功能分級原則,建立基于三生空間的土地利用分類評價體系,將土地利用分成耕地、林地、草地、城鄉(xiāng)、工礦、居民用地、水域、未利用地6個一級類和水田、旱地、有林地、灌木林等25個二級類,最終分類精度達80%左右,經(jīng)人工修正精度達85%左右,能滿足研究所需。

        2.1 生產(chǎn)用地分類體系

        生產(chǎn)用地是指人們?yōu)榱巳〉枚喾N服務(wù)以及各類產(chǎn)品而進行社會生產(chǎn)活動的土地[8]。本研究在結(jié)合土地利用主體功能基礎(chǔ)上,進一步將其分為生產(chǎn)用地和生產(chǎn)生態(tài)用地。其中生產(chǎn)生態(tài)用地是指兼具生產(chǎn)功能和生態(tài)功能的用地類型,如水田既屬于耕地大類且具有生態(tài)作用,也屬于能產(chǎn)生經(jīng)濟效益的生產(chǎn)用地;而生產(chǎn)用地則是主要用于服務(wù)和生產(chǎn),少部分或者幾乎沒有發(fā)揮其他作用的土地。因此,本研究創(chuàng)建的生產(chǎn)用地分類體系如表1所示。

        表1 生產(chǎn)用地分類體系

        2.2 生活用地分類體系

        生活用地是滿足人們消費、休閑、娛樂、居住及一些具有特殊功能的土地。根據(jù)土地利用主體功能將其劃分為生活用地和生產(chǎn)生活用地。其中生產(chǎn)生活用地是指不僅滿足生活需求而且提供一定生產(chǎn)作用的土地,如國家提供的公共場所以及公共管理服務(wù)等,這些都是政府機構(gòu)為人們提供的公共利益,包括體育、教育、醫(yī)療、文化等。而生活用地則是如城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民點等,在遙感影像上很容易區(qū)分提取,這類用地直接為人們提供居住和休息場所,是典型的生活用地。生活用地分類體系如表2所示。

        表2 生活用地分類體系

        2.3 生態(tài)用地分類體系

        關(guān)于生態(tài)用地,海內(nèi)外學(xué)者探究甚多但并沒有形成統(tǒng)一的定論。參考國內(nèi)學(xué)者對生態(tài)用地的研究成果與定義[16-19],判定生態(tài)用地是具備一定生態(tài)調(diào)節(jié)功能,能直接或者間接提供相應(yīng)的生物支持,且自身具有一定自我調(diào)節(jié)、修復(fù)、維持和發(fā)展能力的用地類型[20-26]。根據(jù)土地利用主體功能,將其劃分為生態(tài)用地和生態(tài)生產(chǎn)用地。

        生態(tài)生產(chǎn)用地是指既具有重要生態(tài)功能又具有一定生產(chǎn)功能的用地類型,主要包括耕地類別中的水田、旱地,水域中的湖泊、河渠、水庫坑塘等。而生態(tài)用地是指具有涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)大氣、保持水土、保護生物多樣性等功能,且受人類活動影響較小的用地類型,主要包括林地、中覆蓋度草地、低覆蓋度草地、永久性冰川雪地、灘涂、灘地以及未利用地等。生態(tài)用地分類體系如表3所示。

        表3 生態(tài)用地分類體系

        2.4 評價標準

        一種土地類型可能有一種或多種不同功能,但在功能的主次或強弱上也有區(qū)分。結(jié)合已有研究,本研究給出了三生空間的分類及評分標準,如表4所示。具體評價規(guī)則為:若生產(chǎn)用地為5分,則表明該用地生產(chǎn)功能最強或只具備生產(chǎn)功能;若生產(chǎn)生態(tài)用地為3分,則表明除主要生產(chǎn)功能之外還兼具一部分生態(tài)功能或生產(chǎn)和生態(tài)功能無明顯主次之分;若非生產(chǎn)用地為0分,則表明該用地不具備生產(chǎn)功能。生態(tài)用地、生活用地評價規(guī)則與之相同。

        表4 三生空間分類及評分標準 (單位:分)

        3 結(jié)果與分析

        3.1 2000年和2018年四川省三生空間格局

        本研究基于地理信息系統(tǒng)的可視化及空間分析技術(shù),繪制了2000年和2018年兩期四川省生產(chǎn)空間(圖1)、生活空間(圖2)、生態(tài)空間(圖3)格局分布。

        圖3 2000年和2018年四川省生態(tài)空間

        1)四川省生產(chǎn)空間格局。由圖1可見,2000年和2018年四川省生產(chǎn)空間格局分布基本一致,其中評分為5的主要集中在四川東部地區(qū),表明該地區(qū)生產(chǎn)功能最強,包括成都、德陽、眉山、資陽、遂寧、內(nèi)江、自貢、樂山、宜賓、瀘州、南充、廣安、巴中、達州、廣元等市,雅安市以及南部地區(qū)的攀枝花市和涼山彝族自治州分布較少;除此之外,川西北地區(qū)則是零星分布,主要分布于人口活動較密集的地區(qū);評分為3的地區(qū)大致上也都保持一致,其增加和減少主要發(fā)生在各市區(qū)內(nèi)部,2000—2018年各市生產(chǎn)空間都不同程度的增加,成都市最為明顯,而阿壩藏族羌族自治州則有一定程度的減少,可能與大力發(fā)展經(jīng)濟而生態(tài)恢復(fù)力度不夠有關(guān)。

        圖1 2000年和2018年四川省生產(chǎn)空間

        2)四川省生活空間格局。由圖2可見,2000年和2018年四川省生活空間格局分布基本一致,其中評分為5的主要集中在四川東部地區(qū),表明該地區(qū)生活功能最強,包括各市轄區(qū)的城鎮(zhèn)及農(nóng)村居民點,其中成都市分布最為集中且至2018年其分布有所加強,這是由于成都作為四川的省會城市,人口密度大、分布廣;2000—2018年評分為3的地區(qū)有所增加,從2000年只有成都市、樂山市等地零星分布,到2018年東部地區(qū)所有市轄區(qū)都有不同程度的增長,且四川省最南端的攀枝花市生活空間也呈增長趨勢,其余地區(qū)生活空間變化則不明顯。

        圖2 2000年和2018年四川省生活空間

        3)四川省生態(tài)空間格局。由圖3可見,2000年和2018年四川省生態(tài)空間分布基本一致,總體呈現(xiàn)“西高東低、北高南低”的分布格局。其中評分為5的生態(tài)功能最強地區(qū)主要分布于四川西北部及南部,東北部的達州、巴中、綿陽、廣元以及東南部的宜賓、瀘州都有少量分布;評分為3的生態(tài)生產(chǎn)地區(qū)主要分布于四川東部地區(qū),南部區(qū)域也有少量分布。

        3.2 四川省三生空間格局變化

        本研究利用地理信息系統(tǒng)的空間分析可視化技術(shù)將重分類后的影像進行柵格計算,得出2000年和2018年兩期柵格影像的差值,并基于標準差分級法將其分為“減少、保持、擴大”三類,結(jié)果如圖4、圖5、圖6所示。

        1)四川省生產(chǎn)空間格局變化。由圖4可知,四川省2000—2018年生產(chǎn)空間擴大區(qū)域主要是甘孜藏族自治州中部、阿壩藏族羌族自治州西北部以及自貢市中部,其余地區(qū)呈點狀式擴張,擴張程度?。簧a(chǎn)空間減少區(qū)域主要是各市區(qū)的城鎮(zhèn)地區(qū),成都市以及阿壩藏族羌族自治州有較大區(qū)域減少。

        圖4 四川省生產(chǎn)空間格局變化

        甘孜藏族自治州中部地區(qū)以及阿壩藏族羌族自治州西北部生產(chǎn)空間擴大主要是由于該地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富,近年來隨著礦產(chǎn)開發(fā)技術(shù)和經(jīng)濟的快速發(fā)展,對礦產(chǎn)的需求和開發(fā)不斷加大,逐步形成工礦用地等;自貢市生產(chǎn)空間擴大主要是因為近年來經(jīng)濟發(fā)展使得商業(yè)化、城鎮(zhèn)化進程加快,城鎮(zhèn)用地不斷增加。而各市區(qū)生產(chǎn)空間減少的原因主要就是城市化進程加快,城市建設(shè)占用了大量的生產(chǎn)用地,從而使得生產(chǎn)用地大幅度減少;成都市生產(chǎn)空間的減少主要是因為成都為四川的省會城市,經(jīng)濟與工商業(yè)發(fā)達,城鎮(zhèn)化速度快;阿壩藏族羌族自治州生產(chǎn)空間減少是因為政策性退耕還林。

        2)四川省生活空間格局變化。由圖5可知,四川省2000—2018年生活空間擴大區(qū)域主要是各市的城鎮(zhèn)地區(qū),成都市擴張區(qū)域最大且呈點狀式擴張;減少區(qū)域呈零散分布,減少不明顯。

        圖5 四川省生活空間格局變化

        四川省生活空間擴大的主要原因是近些年經(jīng)濟社會發(fā)展較快、城市化進程不斷提高、人口密度增加等使得城市建設(shè)用地擴大。2004—2014年四川省人口為8 140.2萬人,占全國總?cè)丝诘?.99%,3次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)由2004年的21.3∶41.0∶37.7轉(zhuǎn)變?yōu)?014年的12.4∶48.9∶38.7,2014年GDP是2004年的4.47倍,2014年農(nóng)用地面積比2004年減少20.21萬hm2,建設(shè)用地面積增加21.46萬hm2。

        3)四川省生態(tài)空間格局變化。由圖6可知,四川省2000—2018年生態(tài)空間擴大區(qū)域主要有廣元、巴中、達州、瀘州、宜賓、樂山、遂寧、涼山彝族自治州、攀枝花、成都西部、德陽西北部、綿陽等地,其余地區(qū)擴大幅度較??;生態(tài)空間減少區(qū)域主要集中在成都中東部、德陽中部、自貢中部區(qū)域,其余城市生態(tài)空間減少不明顯。

        圖6 四川省生態(tài)空間格局變化

        四川省生態(tài)空間擴大的主要原因是近年來為了響應(yīng)國家號召,大力加強生態(tài)環(huán)境的整治,堅決踐行“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念,更加注重人與自然和諧共生,使生態(tài)空間在城市發(fā)展中逐漸擴大;而成都中東部、德陽中部、自貢中部的生態(tài)空間減少主要是因為經(jīng)濟發(fā)展迅速,再加上為打造成德一體化,使得城市的發(fā)展力度不斷擴大,生產(chǎn)用地和生活用地增加,部分生態(tài)用地遭到破壞且減少,最終使生態(tài)空間減少。

        4 小結(jié)與討論

        1)生產(chǎn)空間大多分布在四川東部地區(qū),包括成都、德陽、眉山、資陽、遂寧、內(nèi)江、自貢、樂山、宜賓、瀘州、南充、廣安、巴中、達州、廣元等市,雅安市以及南部地區(qū)的攀枝花市和涼山彝族自治州分布較少,除此之外川西北地區(qū)零星分布。擴大區(qū)域主要在甘孜藏族自治州中部、阿壩藏族羌族自治州西北部以及自貢市中部,減少區(qū)域主要在各市區(qū)城鎮(zhèn)地區(qū),成都市以及阿壩藏族羌族自治州有較大區(qū)域減少。

        2)生活空間大多分布在四川東部地區(qū),包括各個市轄區(qū)的城鎮(zhèn)及農(nóng)村居民點,其中成都市分布最為集中且至2018年其分布有所加強。其擴大區(qū)域主要是各市的城鎮(zhèn)地區(qū),成都市擴張區(qū)域最大。

        3)生態(tài)空間大多分布在四川西北部及南部,東北部的綿陽、廣元、巴中、達州以及東南部的宜賓、瀘州都有少量分布。其擴大區(qū)域主要有廣元、巴中、達州、瀘州、宜賓、樂山、遂寧、涼山彝族自治州、攀枝花、成都西部、德陽西北部、綿陽等地,其余地區(qū)擴大幅度較小,減少區(qū)域主要有成都中東部、德陽中部、自貢中部區(qū)域,其余城市生態(tài)空間減少不明顯。

        4)經(jīng)濟的發(fā)展使得城市工業(yè)化、商業(yè)化、人口密度以及城鎮(zhèn)化率提高,對應(yīng)著四川省三生空間格局發(fā)生了相應(yīng)變化。其中成都市是變化最多的地區(qū),這是由成都市在全省的經(jīng)濟地位所決定的。

        5)本研究基于土地利用分類建立三生空間分類評價體系,對四川省三生空間進行研究,分析結(jié)果可知,四川省三生空間格局變化影響因素并不是單一的,包括政策、經(jīng)濟、社會、人文、地形等各種影響因素,是一個與時俱進、不斷發(fā)展的狀態(tài)。因此,對三生空間的演變機制、驅(qū)動力、生態(tài)環(huán)境效應(yīng)、均衡狀態(tài)以及適宜性評價和優(yōu)化等仍需要進一步探索和研究。

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