王亞楠 肖 瀟 蒲金芳 王 數(shù) 王維佳 王 汶
(1.中國(guó)人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院,北京 100872;2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,北京 100193;3.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,北京 100193)
國(guó)土空間是支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展與人類生存的基本載體,隨著全球范圍內(nèi)城鎮(zhèn)化、工業(yè)化和信息化進(jìn)程持續(xù)加快[1],人類不斷加大對(duì)國(guó)土空間開(kāi)發(fā)利用的強(qiáng)度和廣度,對(duì)單一空間的功能需求日益多元化,致使生產(chǎn)、生活空間和生態(tài)空間在有限的國(guó)土空間內(nèi)產(chǎn)生激烈的競(jìng)爭(zhēng)與沖突[2-3],城鄉(xiāng)建設(shè)用地不斷擴(kuò)張,農(nóng)業(yè)和生態(tài)空間受到擠壓,各級(jí)空間尺度上均存在著人與自然之間、生產(chǎn)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)之間的矛盾。在此背景下,科學(xué)識(shí)別和系統(tǒng)剖析區(qū)域生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間的數(shù)量面積變化、相互轉(zhuǎn)移過(guò)程與空間格局演化對(duì)形成合理的國(guó)土空間開(kāi)發(fā)利用格局、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
面向國(guó)土空間優(yōu)化的“三生”空間研究是地理學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃、土地科學(xué)等學(xué)科研究的熱點(diǎn)和前沿課題[4]。文獻(xiàn)[5]提出從土地覆被變化到土地利用多功能的綜合理論框架,國(guó)外與“三生”空間相關(guān)研究集中在土地利用多功能測(cè)算[6-7]、生產(chǎn)-生活-生態(tài)空間耦合協(xié)調(diào)狀態(tài)評(píng)估[8-9]和國(guó)土空間分區(qū)[10]等方面。“三生”空間的國(guó)土空間分區(qū)方式形成于我國(guó)綜合型空間規(guī)劃體系[11]。目前,國(guó)內(nèi)已有諸多學(xué)者對(duì)“三生”空間這一科學(xué)問(wèn)題域展開(kāi)了系列研究,內(nèi)容涉及“三生”空間概念內(nèi)涵[12-14]、形成機(jī)理[11, 15-16]、識(shí)別方法[17-18]、時(shí)空格局演化[18-20]和優(yōu)化路徑[4, 16]等方面,以及同土地整治[21]、土地利用轉(zhuǎn)型[22]、鄉(xiāng)村振興[23-24]、土地利用沖突[25-26]等主題交叉研究;研究范圍包含村域[27]、鄉(xiāng)鎮(zhèn)[17]、縣域[28]等行政區(qū)域和流域[18]、島嶼[26]、山區(qū)[29]等特殊地理單元。在時(shí)空演化分析方面,現(xiàn)有研究主要依靠土地利用轉(zhuǎn)移矩陣[30]、景觀格局指數(shù)[28]等方式測(cè)度“三生”空間時(shí)空演化的整體特征和宏觀趨勢(shì),較少研究相鄰區(qū)域內(nèi)不同類型功能空間的互動(dòng)增減關(guān)系[31]?,F(xiàn)有研究多是在較短時(shí)期內(nèi)剖析“三生”空間時(shí)空演化特征,對(duì)長(zhǎng)時(shí)間序列和中宏觀范圍內(nèi)的“三生”空間演化特征研究相對(duì)闕如[11]。
長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶縱穿我國(guó)東、中、西三大區(qū)域11個(gè)省(市),是我國(guó)重要的糧食主產(chǎn)區(qū),同時(shí)也是我國(guó)最重要的水源涵養(yǎng)區(qū)和人口聚集區(qū),兼具農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、居住生活和生態(tài)旅游等多重功能[32]。自1978年改革開(kāi)放以來(lái),經(jīng)濟(jì)帶內(nèi)不同地區(qū)尤其是上、中、下游地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段差異明顯,“三生”空間增減狀況存在顯著差異。2016年《長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展規(guī)劃綱要》形成了“生態(tài)優(yōu)先、流域互動(dòng)、集約發(fā)展”的總體思路;2020年《長(zhǎng)江保護(hù)法》提出要統(tǒng)籌安排長(zhǎng)江流域生態(tài)、農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)等功能空間。在此現(xiàn)實(shí)背景和政策背景雙重驅(qū)動(dòng)下,本文基于長(zhǎng)時(shí)間序列的土地利用遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),運(yùn)用土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)、地學(xué)信息圖譜、重心模型和雙變量空間自相關(guān)分析研究40年來(lái)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶“三生”空間數(shù)量增減關(guān)系和空間格局演化,以期為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶國(guó)土空間合理開(kāi)發(fā)和可持續(xù)利用提供理論參考和決策依據(jù)。
長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶國(guó)土面積約為205萬(wàn)km2,土地利用類型以耕地和林地為主,涉及上海、江蘇、浙江等9省2市。將長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶分為上游、中游、下游3個(gè)區(qū)域,上游地區(qū)包括云南、貴州、四川和重慶4省(市);中游地區(qū)包括湖北、湖南和江西3??;下游地區(qū)包括浙江、安徽、江蘇和上海4省(市)(圖1)。其是我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)最具潛力的區(qū)域之一。由于上、中、下游間社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、自然資源稟賦狀況存在著較大差異,因此,選取長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶作為研究區(qū)來(lái)分析“三生”空間的數(shù)量變化和格局演化特征,具有一定的典型性和科學(xué)性。
圖1 研究區(qū)概況
1980—2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥www.resdc.cn),該數(shù)據(jù)以各期Landsat TM/ETM為數(shù)據(jù)源,通過(guò)人工目視解譯生成,空間分辨率為1 km,其土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)建設(shè)用地、未利用地6個(gè)一級(jí)類和24個(gè)二級(jí)類;2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶行政區(qū)劃數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥www.resdc.cn),研究期內(nèi)所涉及的行政區(qū)劃調(diào)整均以2020年為準(zhǔn)。
“三生”空間識(shí)別與分類是研究其時(shí)空演變特征的基礎(chǔ),主流的“三生”空間識(shí)別方法可分為自上而下的量化測(cè)算法和自下而上的歸并分類法[4]。量化測(cè)算法是通過(guò)預(yù)設(shè)“三生”空間指標(biāo)體系進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間量化識(shí)別,但所需數(shù)據(jù)量較大,難以進(jìn)行多主體融合和多尺度表達(dá)[4];歸并分類法是基于土地利用類型與“三生”空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,通過(guò)這種確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行“三生”空間分類,以實(shí)現(xiàn)“三生”空間與土地利用分類有效銜接,具有易于操作和推廣性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)??臻g是功能的客觀物質(zhì)載體,功能依附于空間而存在。土地利用現(xiàn)狀是“三生”功能空間形成的基礎(chǔ)。據(jù)此,可建立土地利用類型與“三生”空間的邏輯關(guān)聯(lián)。參考已有研究[17, 19, 33],建立長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶“三生”空間分類體系(表1)。將國(guó)土空間類型劃分為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、非農(nóng)生產(chǎn)空間、城鎮(zhèn)生活空間、鄉(xiāng)村生活空間、林地生態(tài)空間、草地生態(tài)空間、水域生態(tài)空間和其他生態(tài)空間,分別編碼為1、2、3、4、5、6、7、8,詳見(jiàn)表1。
表1 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶“三生”空間分類體系
(1)土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)。土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)能系統(tǒng)反映某一區(qū)域不同階段土地利用類型的數(shù)量變化狀況,可分為綜合土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)和單一土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)[34]。本文采用單一土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)分析長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶“三生”空間的數(shù)量面積變化情況,其計(jì)算公式[34]為
(1)
式中K——某一階段內(nèi)某類國(guó)土空間的動(dòng)態(tài)度,%
Ub、Ua——研究階段內(nèi)末期和初期該類國(guó)土空間面積,km2
T——間隔時(shí)長(zhǎng),a
(2)地學(xué)信息圖譜。地學(xué)信息圖譜能以圖譜單元來(lái)記錄國(guó)土空間變化的時(shí)空復(fù)合信息[35-36],直觀展示國(guó)土空間格局變化。本文利用ArcGIS 10.5中柵格計(jì)算器模塊對(duì)1980—2000年、2000—2020年和1980—2020年3個(gè)時(shí)期內(nèi)國(guó)土空間類型進(jìn)行疊加運(yùn)算,得到不同時(shí)期長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶國(guó)土空間變化圖譜。其計(jì)算公式為
C=10A+B
(2)
式中C——新生成的圖譜編碼
A、B——基期和末期的國(guó)土空間類型編碼
例如C=13,表示研究期內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)換為城鎮(zhèn)生活空間的圖譜單元。
(1)重心模型。本文引入物理學(xué)中的重心概念來(lái)揭示國(guó)土空間格局演變特征,各類國(guó)土空間類型在轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出過(guò)程中,其重心會(huì)發(fā)生遷移變化。各類國(guó)土空間重心遷移過(guò)程反映長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶國(guó)土空間格局演化軌跡[37]。公式為
(3)
(4)
式中Mt、Nt——t年份某類國(guó)土空間類型重心坐標(biāo)
Sit——t年份i類國(guó)土空間面積,km2
Mi、Ni——第i類國(guó)土空間地理中心坐標(biāo)
(2)空間自相關(guān)分析??臻g自相關(guān)分析包含全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)分析,在此基礎(chǔ)上又分別劃分為單變量自相關(guān)和雙變量自相關(guān)。單變量空間自相關(guān)分析主要用以研究單個(gè)地理要素在空間上的聚集或離散特征;雙變量空間自相關(guān)分析主要用以表達(dá)兩個(gè)地理要素間的權(quán)衡或協(xié)同狀況[38]。本文通過(guò)將1980—2000年和2000—2020年兩個(gè)時(shí)期內(nèi)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶同一市級(jí)行政單元的各類國(guó)土空間面積進(jìn)行作差處理,并將處理結(jié)果與矢量格式的市級(jí)行政單元進(jìn)行空間鏈接,據(jù)此分別進(jìn)行單變量和雙變量空間自相關(guān)分析。單變量全局莫蘭指數(shù)計(jì)算公式為
(5)
式中xi、xj——研究期內(nèi)市級(jí)行政單元i、j的某類國(guó)土空間變化量
N——研究區(qū)市級(jí)行政單元個(gè)數(shù)
S2——研究區(qū)內(nèi)各行政單元該類空間變化量的方差
wij——研究區(qū)內(nèi)市級(jí)行政單元的空間權(quán)重
全局莫蘭指數(shù)取值介于[-1,1],當(dāng)全局莫蘭指數(shù)大于0時(shí),表明該類空間變化量空間分布特征呈正相關(guān),即一定區(qū)域內(nèi)高值或低值呈現(xiàn)“抱團(tuán)”現(xiàn)象;當(dāng)全局莫蘭指數(shù)小于0時(shí),表明該類空間變化量空間分布特征呈負(fù)相關(guān),即一定區(qū)域內(nèi)高值與低值相鄰分布現(xiàn)象明顯。當(dāng)全局莫蘭指數(shù)等于0時(shí),表明該類空間變化量空間分布特征無(wú)顯著相關(guān)性,呈空間隨機(jī)性。全局莫蘭指數(shù)的絕對(duì)值越大,表明該類空間變化量空間相關(guān)性越顯著。如果Z(I)≥1.96或Z(I)≤-1.96(α=0.05),表示該類空間變化量在空間上存在顯著的相關(guān)性。其中HH和LL表示相鄰市級(jí)行政單元內(nèi)該類空間變化量存在高值與高值或低值與低值集聚的現(xiàn)象;HL和LH表示相鄰市級(jí)行政單元內(nèi)該類空間變化量存在高值與低值或低值與高值集聚的現(xiàn)象。
通過(guò)測(cè)度不同國(guó)土空間類型間的雙變量全局莫蘭指數(shù)和局部莫蘭指數(shù)來(lái)探析相鄰行政單元不同國(guó)土空間類型數(shù)量變化的互動(dòng)增減狀況。雙變量全局莫蘭指數(shù)計(jì)算公式為
(6)
當(dāng)雙變量全局莫蘭指數(shù)大于0時(shí),表明p類空間變化量與q類空間變化量分布特征呈正相關(guān),即相鄰區(qū)域內(nèi)高值與高值集聚分布現(xiàn)象明顯。當(dāng)雙變量全局莫蘭指數(shù)小于0時(shí),表明p類空間變化量與q類空間變化量分布特征呈負(fù)相關(guān),即相鄰區(qū)域內(nèi)高值與低值集聚分布現(xiàn)象明顯。當(dāng)雙變量全局莫蘭指數(shù)等于0時(shí),表明p類空間變化量與q類空間變化量空間分布特征無(wú)顯著相關(guān)性。雙變量全局莫蘭指數(shù)的絕對(duì)值越大,表明兩類空間變化量空間相關(guān)性越顯著。
雙變量局部莫蘭指數(shù)計(jì)算公式為
(7)
S(p)、S(q)——p類空間和q類空間變化量的方差
聚類模式可分為HH聚類,即行政單元i的p類空間與行政單元j的q類空間變化量均較小;LL聚類,即行政單元i的p類空間與行政單元j的q類空間變化量均較大;LH聚類,即行政單元i的p類空間變化量較小,行政單元j的q類空間變化量較大;HL聚類,即行政單元i的p類空間變化量較大,行政單元j的q類空間變化量較小。本文采用queen鄰接方法構(gòu)建空間權(quán)重矩陣Wij,采用Geoda軟件進(jìn)行空間自相關(guān)分析。
3.1.1總體特征
整體來(lái)看,長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶國(guó)土空間利用以生產(chǎn)空間和生態(tài)空間為主,符合區(qū)域資源稟賦狀況。研究期內(nèi),全域生產(chǎn)空間面積百分比和生態(tài)空間面積百分比分別在30%和66%以上,生活空間面積百分比處于1.86%~3.20%之間。在1980—2000年、2000—2020年和1980—2020年,國(guó)土空間綜合變化速率分別為-0.11%、0.32%和0.21%(表2),變化幅度隨著時(shí)間推移明顯加快,表明研究期內(nèi)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶國(guó)土空間結(jié)構(gòu)變化日益顯著,受人類活動(dòng)干擾愈加強(qiáng)烈。
表2 1980—2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶國(guó)土空間變化統(tǒng)計(jì)
在研究期內(nèi),從不同國(guó)土空間類型來(lái)看,生活空間面積有所增加,而生產(chǎn)空間和生態(tài)空間面積呈減小趨勢(shì),但動(dòng)態(tài)度有所差異。生產(chǎn)空間面積持續(xù)減小24 239 km2,其中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間凈減小39 043 km2,絕大多數(shù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)變?yōu)榱值厣鷳B(tài)空間,百分比高達(dá)56.83%,主要是受退耕還林政策的影響。非農(nóng)生產(chǎn)空間面積增加14 804 km2,擴(kuò)張7.26倍,主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間面積減小。受社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快影響,長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶內(nèi)生活空間面積增加27 271 km2,城鎮(zhèn)生活空間增長(zhǎng)幅度遠(yuǎn)超于鄉(xiāng)村生活空間,大量人口涌向城市,加劇了對(duì)城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施的需求。1980—2020年間,長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)空間面積先增加后減小,期間凈減小248 km2。生態(tài)空間主要轉(zhuǎn)換為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間,林地生態(tài)空間、草地生態(tài)空間、水域生態(tài)空間、其他生態(tài)空間轉(zhuǎn)化為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間面積分別為142 566、38 063、15 021、612 km2。
分階段來(lái)看,1980—2000年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶國(guó)土空間演變特征表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)換為生活空間和生態(tài)空間、生活空間占用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間以及生態(tài)空間內(nèi)部轉(zhuǎn)換(圖2)。其中,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間主要轉(zhuǎn)換為林地生態(tài)空間、草地生態(tài)空間、鄉(xiāng)村生活空間,轉(zhuǎn)出面積分別為123 002、31 745、23 485 km2。研究期內(nèi),鄉(xiāng)村生活空間和城鎮(zhèn)生活空間分別占用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間 5 155 km2和23 485 km2;林地生態(tài)空間主要轉(zhuǎn)入來(lái)源為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間和草地生態(tài)空間。2000—2020年國(guó)土空間特征表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)換為非農(nóng)生產(chǎn)空間和生活空間以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間與生態(tài)空間內(nèi)部轉(zhuǎn)換(圖2),研究期內(nèi),農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)換為非農(nóng)生產(chǎn)空間和生活空間的面積分別為8 880 km2和40 993 km2;農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間主要轉(zhuǎn)出為林地生態(tài)空間、草地生態(tài)空間、水域生態(tài)空間,轉(zhuǎn)出面積為144 939、35 875、17 166 km2,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間主要轉(zhuǎn)入來(lái)源為林地生態(tài)空間、草地生態(tài)空間、鄉(xiāng)村生活空間,轉(zhuǎn)入面積分別為140 663、39 850、21 052 km2。
圖2 1980—2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶國(guó)土空間變化沖積圖
3.1.2地學(xué)信息圖譜分析
從整個(gè)研究期來(lái)看,1980—2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶共有64類圖譜單元,其中56類圖譜單元發(fā)生了變化,面積為726 303 km2,百分比為35.69%。其中,“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)換為鄉(xiāng)村生活空間”(13)圖譜廣泛分布于長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶各主要城市周圍,然而“鄉(xiāng)村生活空間轉(zhuǎn)換為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間”(31)圖譜集中分布在長(zhǎng)江中游城市群和長(zhǎng)三角城市群周圍。前者主要原因在于城鎮(zhèn)化發(fā)展致使農(nóng)民居住需求提高;后者是由于土地整治和高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)的實(shí)施?!稗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)換為水域生態(tài)空間”(18)和“水域生態(tài)空間轉(zhuǎn)換為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間”(81)圖譜主要分布在長(zhǎng)江水系和鄱陽(yáng)湖、太湖、洞庭湖等大湖地區(qū)周圍(圖3)。
圖3 1980—2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶國(guó)土空間變化圖譜
分階段來(lái)看,1980—2000年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶國(guó)土空間共有64類圖譜單元,共有56類圖譜單元發(fā)生了變化,面積為620 290 km2,百分比為30.50%。其中“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)化為林地生態(tài)空間”(15)圖譜變化最為明顯,數(shù)量高達(dá)123 002個(gè),廣泛分布于云南、四川、湖南、湖北、江西、安徽省和重慶市;少量分布在貴州、江蘇、浙江省和上海市?!稗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)生活空間”(13)圖譜主要分布于各主要城市周圍;“林地生態(tài)空間轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)生活空間”(53)圖譜主要分布在湖南、江西省(圖3)。
2000—2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶國(guó)土空間共有64類圖譜單元,其中有56類圖譜單元發(fā)生了變化,面積為731 866 km2,百分比為35.98%。其中“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)換為林地生態(tài)空間”(15)圖譜和“林地生態(tài)空間轉(zhuǎn)換為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間”(51)圖譜變化最為明顯,兩者廣泛分布于四川、云南、貴州、湖北、湖南、江西、安徽、浙江省和重慶市;少量散落在江蘇省和上海市,主要原因在于退耕還林政策實(shí)施和毀林開(kāi)荒行為存在。與1980—2000年相比,“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)換為城鎮(zhèn)生活空間”(13)圖譜單元數(shù)量明顯增多,從5 155個(gè)增長(zhǎng)至13 380個(gè),表明隨著城鎮(zhèn)化水平提高,城市建成區(qū)大量侵蝕城市周圍農(nóng)田(圖3)。
3.2.1重心分析
由圖4可見(jiàn),1980—2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶“三生”空間重心遷移路徑呈現(xiàn)出同向連續(xù)和反復(fù)遷移的特點(diǎn)。其中,生產(chǎn)空間重心持續(xù)向西南方向偏移,其持續(xù)偏移了21.39 km。該過(guò)程主要受長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間變化影響,其持續(xù)向西南方向偏移了 23 km,重心始終位于湖南省常德市西北部。非農(nóng)生產(chǎn)空間重心向西南方向移動(dòng)了402.55 km。生活空間重心整體上向東南方向偏移,偏移距離為25.01 km。其中,城鎮(zhèn)生活空間重心在1980—2000年向西南方向移動(dòng)12.78 km,然而,在2000—2020年向東北方向持續(xù)偏移37.28 km,重心始終位于湖北省黃石市。生態(tài)空間重心先向東北方向偏移再向西北方向偏移,整體僅向北部偏移2.56 km。其主要受水域生態(tài)空間影響,水域生態(tài)空間重心整體向西側(cè)偏移了52.4 km。
圖4 1980—2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶“三生”空間重心偏移路徑
3.2.2空間自相關(guān)分析
從單變量空間自相關(guān)分析來(lái)看,1980—2000年和2000—2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生產(chǎn)空間、生活空間和生態(tài)空間的全局莫蘭指數(shù)均大于0(圖5),均呈現(xiàn)出顯著的空間正相關(guān)。在生產(chǎn)空間方面,1980—2000年生產(chǎn)空間變化量介于-630~217 km2之間,高高集聚的市級(jí)行政單元主要分布在云南省西側(cè)和渝黔湘交界處;低低集聚的市級(jí)行政單元主要分布在湖北省中部和蘇滬浙交界處,共有20個(gè)。2000—2020年生產(chǎn)空間變化量處于-1 510~481 km2之間,與1980—2000年相比,生產(chǎn)空間面積增減幅度變強(qiáng)。高高集聚的市級(jí)行政單元共有17個(gè),大量分布在江西和湖南省境內(nèi),少量散落在貴州省、云南省。低低集聚的市級(jí)行政單元共有22個(gè),主要分布在長(zhǎng)三角地區(qū)。在生活空間方面,1980—2020年生活空間變化量處于-7~1 388 km2之間,高高集聚的市級(jí)行政單元始終集中分布在長(zhǎng)三角地區(qū),數(shù)量由18個(gè)增至21個(gè)。低低集聚的市級(jí)行政單元個(gè)數(shù)由33個(gè)減少至29個(gè),其分布狀態(tài)由長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶南部地區(qū)轉(zhuǎn)移至湘鄂贛交界處和云南省西側(cè)。在生態(tài)空間方面,1980—2000年生態(tài)空間變化量介于-428~471 km2之間,高高集聚的市級(jí)行政單元集中分布在湖北省東南側(cè),共計(jì)11個(gè),這主要是由于江漢平原湖泊密集,水域生態(tài)空間增長(zhǎng)較快。低低集聚的市級(jí)行政單元數(shù)量為4個(gè),處于云南省西側(cè)。2000—2020年生態(tài)空間變化量處于-499~441 km2之間,高高集聚的市級(jí)行政單元數(shù)量為7個(gè),分布于江蘇省和安徽省交界處;低低集聚的行政單元共有7個(gè),位于湖南省東南側(cè)和江西省中部,詳見(jiàn)圖5。
圖5 1980—2020年“三生”空間單變量空間自相關(guān)
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、非農(nóng)生產(chǎn)空間、城鎮(zhèn)生活空間、鄉(xiāng)村生活空間、水域生態(tài)空間是研究期內(nèi)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶變化最為劇烈的國(guó)土空間類型。與此同時(shí),農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間和城鎮(zhèn)生活空間的增減過(guò)程與區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展情況高度相關(guān)。因此,本文重點(diǎn)定量分析農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、城鎮(zhèn)生活空間與上述各類國(guó)土空間數(shù)量的互動(dòng)增減過(guò)程。
從表3中可以看出,不同時(shí)期內(nèi)相同兩類國(guó)土空間面積變化的相關(guān)性程度存在較大差異。與1980—2000年相比,2000—2020年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間與非農(nóng)生產(chǎn)空間、城鎮(zhèn)生活空間與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、鄉(xiāng)村生活空間與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間以及城鎮(zhèn)生活空間與非農(nóng)生產(chǎn)空間相關(guān)程度變強(qiáng)。
表3 不同國(guó)土空間類型雙變量全局莫蘭指數(shù)
1980—2020年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間與非農(nóng)生產(chǎn)空間作用關(guān)系由負(fù)相關(guān)變?yōu)檎嚓P(guān),且相關(guān)程度在增強(qiáng)(表3)。其中,1980—2000年二者關(guān)系為負(fù)相關(guān),主要原因在于工礦用地、城市道路建設(shè)會(huì)大量侵占耕地。LH聚類的市級(jí)行政單元共有3個(gè),集中分布在江蘇省,分別為南通市、泰州市和揚(yáng)州市;HL聚類的市級(jí)行政單元共有7個(gè),主要分布在四川省、云南省、貴州省和湖南省。2000—2020年二者關(guān)系為正相關(guān),HH聚類的市級(jí)行政單元主要環(huán)繞重慶市分布,部分散落在長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶中部地區(qū);LL聚類的市級(jí)行政單元集中分布在蘇北、蘇中地區(qū)(圖6)。
圖6 1980—2020年不同國(guó)土空間類型局部空間自相關(guān)
研究期內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間與水域生態(tài)空間作用關(guān)系由負(fù)相關(guān)變?yōu)檎嚓P(guān),相互作用程度在減弱(表3)。其中1980—2000年二者作用關(guān)系為負(fù)相關(guān),即農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間擴(kuò)張迅速的區(qū)域會(huì)導(dǎo)致周圍區(qū)域水域生態(tài)空間面積減小,這與大范圍的圍湖造田相關(guān)。2000—2020年二者作用關(guān)系為正相關(guān),作用程度減弱,即農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間擴(kuò)張并未加劇周圍水域生態(tài)空間面積減小,這與國(guó)土空間用途管制政策趨嚴(yán),耕地和水域保護(hù)力度加大有關(guān)。1980—2000年LH聚類市級(jí)行政單元集中分布在江漢平原和鄱陽(yáng)湖平原,2000年后LH聚類的市級(jí)行政單元主要分布在江蘇省中東部,散落在貴州省遵義市和云南省西雙版納市。兩者形成原因不同,1980—2000年LH聚類形成原因在于該區(qū)域?yàn)閭鹘y(tǒng)農(nóng)區(qū),農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間面積增速較慢,湖泊眾多,水域生態(tài)空間范圍較大。2000—2020年LH聚類形成原因是由于江蘇省中東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較高,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間迅速減小,同時(shí)該區(qū)分布著太湖、洪澤湖等水域,水域面積廣泛。1980—2000年HL聚類的市級(jí)行政單元主要為江西省景德鎮(zhèn)市、鷹潭市和安徽省黃山市,2000年后僅湖南省婁底市屬于HL聚類(圖6)。
1980—2020年鄉(xiāng)村生活空間與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間作用關(guān)系為負(fù)相關(guān),且關(guān)聯(lián)程度在增強(qiáng)(表3)。即區(qū)域內(nèi)農(nóng)村居民點(diǎn)面積增加會(huì)致使周圍區(qū)域農(nóng)用地面積減小,主要原因在于鄉(xiāng)村住宅、道路建設(shè)大量侵占周圍農(nóng)用地。1980—2020年HL聚類的市級(jí)行政單元主要分布在江蘇省、上海市和浙江??;這些城市是鄉(xiāng)村生活空間面積增長(zhǎng)較快、周圍地區(qū)農(nóng)用地減少或增速緩慢的區(qū)域;主要原因在于該區(qū)域人口密集,農(nóng)村居民點(diǎn)擴(kuò)張侵占了大量農(nóng)用地。1980—2020年LH聚類的市級(jí)行政單元大多分布在云南省、貴州省、湖南省;少量分布在四川省和江西省。這些區(qū)域農(nóng)村居民點(diǎn)用地增速較慢,周圍地區(qū)農(nóng)業(yè)用地增速較快,主要原因在于該區(qū)域農(nóng)業(yè)資源稟賦條件好,人口較少,農(nóng)村居民點(diǎn)用地增速較慢(圖6)。
1980—2020年城鎮(zhèn)生活空間與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間作用關(guān)系為負(fù)相關(guān),且關(guān)聯(lián)程度在增強(qiáng)(表3)。即區(qū)域內(nèi)城鎮(zhèn)生活空間面積增加會(huì)導(dǎo)致周邊地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間面積減小,這與大規(guī)模城鎮(zhèn)建設(shè)侵占了周圍農(nóng)業(yè)用地有關(guān)。1980—2000年HL聚類的市級(jí)行政單元主要分布在湖北省中部和長(zhǎng)江三角洲地區(qū),2000—2020年HL聚類的市級(jí)行政單元主要分布在江蘇省、上海市和浙江省,這些城市是城鎮(zhèn)用地增加較快、周圍區(qū)域農(nóng)用地面積減小或增速較慢的區(qū)域,該區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高,城市建成區(qū)擴(kuò)張較快,侵占了大量農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間。1980—2000年LH聚類的市級(jí)行政單元大量分布在湖南省和貴州省交界處,少量散落在四川省、云南省和江西省。2000—2020年LH聚類的行政單元主要分布在云南省、貴州省和江西省。這些城市是城鎮(zhèn)用地增速較慢、周圍農(nóng)業(yè)用地增速較快的區(qū)域,該區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)落后,以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植為主,城鎮(zhèn)建設(shè)用地增速較慢(圖6)。
1980—2020年城鎮(zhèn)生活空間與非農(nóng)生產(chǎn)空間作用關(guān)系由正相關(guān)變?yōu)樨?fù)相關(guān),二者作用程度在增強(qiáng)(表3)。其中,1980—2000年二者作用關(guān)系為正相關(guān),即城鎮(zhèn)生活空間增加會(huì)致使周圍區(qū)域非農(nóng)生產(chǎn)空間擴(kuò)張,這與城鎮(zhèn)生活空間擴(kuò)張導(dǎo)致的市民基本生活、生產(chǎn)用地需求增加有關(guān)。2000—2020年二者作用關(guān)系為負(fù)相關(guān),即城鎮(zhèn)生活空間擴(kuò)張速度高于周圍地區(qū)工礦、道路用地增速。1980—2020年HL聚類的市級(jí)行政單元主要分布在安徽省、江蘇省、浙江省,少量分布在云南省。1980—2020年LH聚類的市級(jí)行政單元主要分布在江蘇省、浙江省和環(huán)重慶市周圍城市,少量散落在湖南省和湖北省(圖6)。
本文基于長(zhǎng)時(shí)間序列的土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)研究長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間數(shù)量面積變化和空間格局演化,重點(diǎn)解析了城鎮(zhèn)生活空間、鄉(xiāng)村生活空間與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間與水域生態(tài)空間的互動(dòng)增減關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)1980—2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶城鎮(zhèn)生活空間、鄉(xiāng)村生活空間與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間相關(guān)關(guān)系為負(fù)相關(guān),且相關(guān)程度在增強(qiáng)。研究期內(nèi)城鎮(zhèn)生活空間、鄉(xiāng)村生活空間與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間HL聚類模式的行政單元主要分布在長(zhǎng)三角地區(qū),該地區(qū)城鄉(xiāng)生活空間急劇擴(kuò)張侵占了周圍地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間,這與文獻(xiàn)[39]的研究相一致。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶是我國(guó)重要的糧食產(chǎn)區(qū),分布著江漢平原、鄱陽(yáng)湖平原、太湖平原等重要的商品糧基地。1980—2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間凈減小39 053 km2,年均減小976.07 km2,遠(yuǎn)超同期黃河流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間年均損失量[40]。未來(lái)應(yīng)嚴(yán)格落實(shí)國(guó)土空間用途管制制度,保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間不被城鄉(xiāng)建設(shè)用地侵占,嚴(yán)格防范耕地非糧化現(xiàn)象;優(yōu)化用地布局推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化建設(shè),以地級(jí)市中心城區(qū)為重點(diǎn),劃定城市開(kāi)發(fā)邊界和禁止建設(shè)邊界,形成“生產(chǎn)-生活-生態(tài)”空間合理分布的用地結(jié)構(gòu)[41];嚴(yán)格落實(shí)耕地占補(bǔ)平衡政策,制定村莊規(guī)劃,推行土地綜合整治,合理引導(dǎo)農(nóng)民建房行為,防范農(nóng)村居民點(diǎn)侵占優(yōu)質(zhì)農(nóng)田[42]。
(1)1980—2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶國(guó)土空間類型為生產(chǎn)空間和生態(tài)空間,不同的國(guó)土空間類型數(shù)量面積變化差異顯著。其中,研究期內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間面積呈減小趨勢(shì),凈減小39 403 km2;非農(nóng)生產(chǎn)空間凈增加14 804 km2;生活空間面積呈增加趨勢(shì)且城鎮(zhèn)生活空間增速高于鄉(xiāng)村生活空間;生態(tài)空間面積先增加后減小,凈減小248 km2。
(2)1980—2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶國(guó)土空間格局變化的空間指向性和地區(qū)差異性明顯。其中,國(guó)土空間重心偏移軌跡變現(xiàn)為生產(chǎn)空間持續(xù)向西南方向偏移、生活空間和生態(tài)空間整體上分別向東南方向和北部偏移;研究期內(nèi)生產(chǎn)空間變化量HH集聚的地區(qū)由長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶西南地區(qū)轉(zhuǎn)移到中部地區(qū);生活空間變化量HH集聚的地區(qū)始終主要分布在長(zhǎng)三角地區(qū);生態(tài)空間變化量LL集聚的地區(qū)由湖北省東南側(cè)轉(zhuǎn)移到江蘇省和安徽省交界處。
(3)1980—2020年長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶不同國(guó)土空間類型互動(dòng)增減關(guān)系差異顯著且空間異質(zhì)性明顯。其中,城鎮(zhèn)生活空間、鄉(xiāng)村生活空間與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間呈負(fù)相關(guān),且顯著性加強(qiáng)。即本行政區(qū)內(nèi)生活空間面積的增加會(huì)致使周圍行政區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間面積減??;農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間與非農(nóng)生產(chǎn)空間和水域空間相關(guān)關(guān)系由負(fù)轉(zhuǎn)正;城鎮(zhèn)生活空間與非農(nóng)生產(chǎn)空間相關(guān)關(guān)系由正轉(zhuǎn)負(fù),且相關(guān)關(guān)系在增強(qiáng);不同國(guó)土空間類型HH、LL、LH和HL聚類行政單元在空間分布上存在較大差異。