薄立明,魏 偉,*,尹 力,趙 浪,夏俊楠

2000～2020年長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)空間格局變化及其影響要素

薄立明1,魏 偉1,2*,尹 力2,趙 浪2,夏俊楠2

(1.武漢大學(xué)中國發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃研究院,湖北 武漢 430072；2.武漢大學(xué)城市設(shè)計(jì)學(xué)院,湖北 武漢 430072)

面向國土空間用途管制需求構(gòu)建水生態(tài)空間分類體系,基于空間轉(zhuǎn)移矩陣和空間計(jì)量模型實(shí)證研究2000～2020年長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)空間演化特征與影響因素,彌補(bǔ)水生態(tài)空間在國土空間規(guī)劃語境下長時(shí)間?大尺度研究中的缺失.研究發(fā)現(xiàn):近20年長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)空間整體規(guī)模增加2076.08km2,上游和下游地區(qū)增加顯著,但中游地區(qū)規(guī)模銳減;東部沿海地區(qū)及中部以武漢?長沙?南昌為核心的“中三角”區(qū)域城鎮(zhèn)空間對(duì)水生態(tài)空間的侵占嚴(yán)重;水生態(tài)空間和農(nóng)業(yè)空間的交叉轉(zhuǎn)換最為顯著,是長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)空間轉(zhuǎn)換的主導(dǎo)類型;水生態(tài)空間同時(shí)受到自然地理和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的綜合影響,不同因素在不同演化方向上的作用強(qiáng)度存在顯著差異.

水生態(tài)空間；國土空間規(guī)劃；演化特征；影響因素；長江經(jīng)濟(jì)帶

水生態(tài)空間是為生態(tài)―水文過程提供場(chǎng)所、維持水生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定、保障水安全的國土空間[1],其作為生態(tài)空間的核心構(gòu)成要素,也是城鎮(zhèn)空間、農(nóng)業(yè)空間的底層支撐[2-3].在當(dāng)前以國土空間規(guī)劃為核心的新時(shí)期空間治理體系下,水生態(tài)空間基本管控要素和管理主體、方式發(fā)生了質(zhì)的改變[4-5].然而,目前水生態(tài)空間研究一般服務(wù)于特定管理目的,對(duì)國土空間規(guī)劃語境下的分類體系及演化研究尚未更新,導(dǎo)致規(guī)劃實(shí)踐中水生態(tài)空間的分區(qū)界線劃定、規(guī)模參數(shù)確定和用途管制決策中的可操作性存在一定局限,已有研究結(jié)果與新規(guī)劃體系脫鉤,不利于水生態(tài)空間相關(guān)研究的進(jìn)一步深化.依據(jù)現(xiàn)行空間分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)和管理實(shí)際重新梳理水生態(tài)空間分類體系,摸清長時(shí)間序列水生態(tài)空間演化規(guī)律及其影響要素,有助于銜接水生態(tài)空間資源客體和國土空間規(guī)劃主體,促使其更好融入空間管控體系,可為水生態(tài)空間精準(zhǔn)劃區(qū)和用途管制之間高效實(shí)踐路徑搭建提供重要參考.

國外學(xué)者對(duì)水生態(tài)空間的研究從水質(zhì)監(jiān)測(cè)[6]、流域生境[7]、水資源管理與保護(hù)[8]等水生態(tài)問題向土地覆被變化與水生態(tài)空間演化的聯(lián)系[9-10]及水生態(tài)空間效應(yīng)[11-12]等空間問題擴(kuò)展,基于水體特征對(duì)河、湖、海、濕地等水域及其周圍空間展開研究.受我國獨(dú)特的土地開發(fā)制度以及“多規(guī)合一”前水生態(tài)空間管理主體多元特性的影響,水生態(tài)空間的分類及空間管控成為研究重點(diǎn),主要可概括為以下兩個(gè)方面:①分類體系構(gòu)建.水生態(tài)空間分類識(shí)別體系是國內(nèi)研究熱點(diǎn),已有分類標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)包括空間成因[13]、組成介質(zhì)[5]、空間形態(tài)[14]、可視性[15]等多種方式,但并未形成共識(shí).近年來依托國土空間規(guī)劃探討適用于遙感影像的水生態(tài)空間分類體系已產(chǎn)生初步成果[4];②空間尺度及管控內(nèi)容.水生態(tài)空間的研究單元或以行政、經(jīng)濟(jì)區(qū)為范圍[16],或以江河流域、湖泊等自然地理區(qū)劃為界線[17-18],不同尺度差異較大,但主要內(nèi)容可概括為水生態(tài)空間環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)[19-20]、空間演化分析及格局優(yōu)化[21]、管控體系構(gòu)建[22]三個(gè)方面.隨著生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)一步推進(jìn)、自然資源部建立并行使所有國土空間用途管制職責(zé),分散的國土管理職能進(jìn)一步集中,為水生態(tài)空間統(tǒng)一分類及研究提供了政策支撐.但面向國土空間規(guī)劃背景下的水生態(tài)空間格局優(yōu)化,仍存在以下問題:①水生態(tài)空間分類體系尚不明晰.現(xiàn)有分類標(biāo)準(zhǔn)或以水生態(tài)空間的物理特性?空間特征進(jìn)行定義分類,未對(duì)其內(nèi)部包含的土地要素進(jìn)行明確界定;或從“多規(guī)合一”前不同國土管理部門/目的出發(fā),有強(qiáng)烈的部門屬性和實(shí)施限制,對(duì)其有效分類從而實(shí)現(xiàn)國土空間用途精準(zhǔn)管制仍需進(jìn)一步強(qiáng)化.②針對(duì)長時(shí)間序列的時(shí)空格局分析不足.過往研究多立足于單一時(shí)間截面的“功能―格局”評(píng)價(jià),而缺乏長時(shí)間序列的空間演化特征及規(guī)律的探究,對(duì)水生態(tài)空間的空間特征屬性研究有待加強(qiáng).③重管控與評(píng)價(jià)、輕過程與規(guī)律.現(xiàn)有成果中仍以水利部、環(huán)境部等相關(guān)管理主體的水資源管轄方式、治理體制研究為核心,對(duì)其演化規(guī)律及影響因素的分析整體不足.

長江經(jīng)濟(jì)帶是依靠大江大河的區(qū)域經(jīng)濟(jì)帶[23],在中國生態(tài)保護(hù)總體格局中戰(zhàn)略地位突出,具有強(qiáng)烈的“水資源”自然屬性,隨著長江經(jīng)濟(jì)帶城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的推進(jìn),水生態(tài)空間日益縮減,由此導(dǎo)致的“四水問題”——水環(huán)境惡化?水生態(tài)受損、水資源不均和水旱災(zāi)害頻發(fā)逐漸成為制約區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸[24].目前,有關(guān)長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)環(huán)境研究主要集中在管控體系層面[25-26],較少落實(shí)到水生態(tài)空間實(shí)體.面向長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)空間全面保護(hù)及可持續(xù)利用,響應(yīng)國土空間規(guī)劃的水生態(tài)空間用途管制研究,已成為長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)空間保護(hù)中亟待解決的重要科學(xué)命題.鑒于此,本文以“分類體系建構(gòu)—演化格局測(cè)度—影響因素分析”為研究思路,系統(tǒng)研究由1998年特大洪水所推進(jìn)的一系列綜合防洪治理工程實(shí)施以來(2000～2020年)長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)空間演化規(guī)律,面向國土空間規(guī)劃實(shí)踐需求構(gòu)建水生態(tài)空間分類體系,定量分析水生態(tài)空間時(shí)空演化格局、轉(zhuǎn)換模式和影響要素,彌補(bǔ)長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)空間在國土空間規(guī)劃語境下長時(shí)間、大尺度研究的缺失,為水生態(tài)空間保護(hù)開發(fā)和相關(guān)專項(xiàng)規(guī)劃編制提供理論借鑒與數(shù)據(jù)支撐.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)

1.1.1 研究區(qū)概況 長江經(jīng)濟(jì)帶水資源與水體類型豐富(圖1),根據(jù)全國生態(tài)功能區(qū)規(guī)劃和主體功能區(qū)規(guī)劃包括:南水北調(diào)東段工程水源區(qū)、沿淮河蓄洪區(qū)?鄱陽湖生態(tài)功能區(qū)、洞庭湖地區(qū)生態(tài)功能保護(hù)區(qū)共4個(gè)洪水調(diào)蓄生態(tài)功能保護(hù)區(qū);新安江上游水源涵養(yǎng)區(qū)、淮河源生態(tài)功能區(qū)、南水北調(diào)中線工程水源區(qū)、滇西北及珠江源等5個(gè)水涵養(yǎng)生態(tài)功能區(qū);此外,還包括三峽庫區(qū)、大別山山地、西南喀斯特3個(gè)水土保持生態(tài)功能區(qū).

1.1.2 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理 本文用以劃分長江經(jīng)濟(jì)帶國土空間分區(qū)、提取水生態(tài)空間的3期(2000、2010、2020年)基礎(chǔ)地表覆蓋數(shù)據(jù)來源于自然資源部全球30m地表覆蓋數(shù)據(jù)產(chǎn)品GlobeLand30數(shù)據(jù)集,通過將原始柵格數(shù)據(jù)在ArcGIS10.6中鑲嵌、裁切后得到研究區(qū)各期地表覆蓋數(shù)據(jù),依照分類體系利用重分類工具生成各時(shí)間截面水生態(tài)空間及其他空間類型分布數(shù)據(jù),并使用分區(qū)統(tǒng)計(jì)、面積指標(biāo)等工具進(jìn)行規(guī)模統(tǒng)計(jì).各級(jí)行政邊界、河流、道路等數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)和地理國情監(jiān)測(cè)云平臺(tái)(http://www.dsac.cn/),DEM來源于地理空間數(shù)據(jù)云(https://www.gscloud.cn/),其中坡度、地形起伏度數(shù)據(jù)基于高程數(shù)據(jù)分別利用坡度分析、分區(qū)統(tǒng)計(jì)工具獲得.社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于各年度《中國縣域統(tǒng)計(jì)年鑒(縣市卷)》和所涉及11省市統(tǒng)計(jì)年鑒;氣溫、降水、日照等數(shù)據(jù)來源于國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://data.cma.cn/).

圖1 長江經(jīng)濟(jì)帶自然地理?xiàng)l件及城鎮(zhèn)現(xiàn)狀(2020年)

1.2 水生態(tài)空間分類體系構(gòu)建

水生態(tài)空間分類體系構(gòu)建是研究水生態(tài)空間演化規(guī)律,實(shí)現(xiàn)國土空間規(guī)劃用途管制的首要基礎(chǔ).以“三生空間(生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間)”為空間基底,是已有研究對(duì)水生態(tài)空間分類的主要方式[13,27],該分類方式以保障水體完整功能實(shí)現(xiàn)為主要目的,涉及耕地、林地、城市表面及地下水資源等多種地類,存在邊界沖突、空間重疊、主要功能混淆等問題,制約了水生態(tài)空間精確管理和保護(hù)開發(fā).國土空間規(guī)劃背景下“三區(qū)三線”成為國土空間用途管制的主要手段[28],“三區(qū)空間(城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)和生態(tài)空間)”成為了整合各類國土分區(qū)的主要方式[29-30],強(qiáng)調(diào)空間的唯一性和“數(shù)、線、圖”一致,導(dǎo)致水生態(tài)空間分類與識(shí)別發(fā)生了質(zhì)的改變(圖2,表1):水生態(tài)空間應(yīng)邊界清晰分離,空間功能唯一,對(duì)接生態(tài)空間分類.

圖2 國土空間規(guī)劃背景下水生態(tài)空間分區(qū)與土地利用類型體系銜接

基于國土“三區(qū)空間”構(gòu)建水生態(tài)空間分類體系,應(yīng)確保:①邊界清晰不重疊,與城鎮(zhèn)空間、農(nóng)業(yè)空間和其他生態(tài)空間分離,便于規(guī)劃分區(qū)管理;②主體突出易識(shí)別,以空間所發(fā)揮的主體功能進(jìn)行歸類,適配“雙評(píng)價(jià)”的過程與結(jié)果;③銜接“三區(qū)三線”劃定好管制,水生態(tài)空間的基本地類應(yīng)從屬于“三區(qū)空間”中的生態(tài)空間,為空間用途管制搭建高效路徑.基于此,根據(jù)長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)空間基底特征,結(jié)合已有“三區(qū)空間”[31-32]、水生態(tài)空間相關(guān)分類方式[4,15],將長江經(jīng)濟(jì)帶國土空間劃分為城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)、其他生態(tài)空間和水生態(tài)空間4種主要類型,水生態(tài)空間作為生態(tài)空間的重要子類,與其他生態(tài)空間共同構(gòu)成生態(tài)空間整體(表2).需要說明的是,長江經(jīng)濟(jì)帶中下游地區(qū)存在大量的水田及溝渠系統(tǒng),雖然在地類識(shí)別上屬于水環(huán)境的一部分,但在國土空間用途管制中卻屬于農(nóng)業(yè)空間,空間主導(dǎo)功能為承擔(dān)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)而非生態(tài)環(huán)境保護(hù),故本文將其劃分為農(nóng)業(yè)空間.

表1 傳統(tǒng)水生態(tài)空間分類體系與國土空間規(guī)劃管制要求分類對(duì)比

表2 長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)空間研究分類體系與GlobeLand30土地利用類型的銜接

注:資料來源為GlobeLand30產(chǎn)品說明書(http://www.globallandcover.com/),經(jīng)整理.

1.3 水生態(tài)空間演化格局測(cè)度

1.3.1 水生態(tài)空間時(shí)空分布特征 使用標(biāo)準(zhǔn)差橢圓(SDE)和重心分析法描述各時(shí)間截面水生態(tài)空間的展布范圍、重心、聚集程度和方位變化.通過重心點(diǎn)遷移方位和距離刻畫水生態(tài)空間的整體變動(dòng)方向,SDE方位角反映空間分布的主趨勢(shì)方向;長短軸分別表示要素在主趨勢(shì)方向和次要方向的離散程度;長短軸之比表示空間形態(tài)的變化趨勢(shì),其計(jì)算公式不再贅述.此外,定義水生態(tài)空間變化強(qiáng)度指數(shù)(WCI)測(cè)度空間變化劇烈程度,計(jì)算公式為:

式中:WCI是各縣區(qū)水生態(tài)空間變化強(qiáng)度,取值范圍為[-1,1],越接近1表明水生態(tài)空間擴(kuò)張?jiān)矫黠@,越接近-1表明規(guī)模縮減越明顯;S1、S0分別是末期?初期水生態(tài)空間規(guī)模.

1.3.2 水生態(tài)空間交叉轉(zhuǎn)換特征 使用空間轉(zhuǎn)移矩陣來揭示水生態(tài)空間變化的方向和規(guī)模情況.計(jì)算公式為:

式中:S表示水生態(tài)空間轉(zhuǎn)出/轉(zhuǎn)入其他類型空間的規(guī)模;為空間類型數(shù).本研究采用ArcGIS10.6空間統(tǒng)計(jì)工具對(duì)水生態(tài)空間轉(zhuǎn)換進(jìn)行處理,并在Excel 2019中構(gòu)建轉(zhuǎn)移矩陣.

1.4 水生態(tài)空間演化影響要素分析

1.4.1 模型選擇與驗(yàn)證 鑒于水生態(tài)空間規(guī)模的變化具有空間依賴性,即某一單元內(nèi)自身水生態(tài)空間規(guī)模的變化會(huì)影響到周圍單元,周圍單元的規(guī)模變化反過來也會(huì)影響自身規(guī)模,故本文在對(duì)長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)空間演化格局測(cè)度的基礎(chǔ)上,采用最小二乘回歸模型(OLS)、空間滯后模型(SLM)和空間誤差模型(SEM)回歸交叉驗(yàn)證,最后綜合分析得到影響因子與交叉轉(zhuǎn)換的相關(guān)關(guān)系.本文因變量是跨年度的交叉轉(zhuǎn)換規(guī)模,故自變量同時(shí)采用變化量與之對(duì)應(yīng).基礎(chǔ)的OLS模型公式不再贅述,SLM模型見式(3),SEM模型見式(4)、式(5).

式中:為各三區(qū)空間轉(zhuǎn)換的規(guī)模;是選取的自變量;是空間權(quán)重矩陣;是空間效應(yīng)系數(shù);是參數(shù)向量;是干擾項(xiàng).SLM模型能夠反映各變量是否在區(qū)域中有擴(kuò)散現(xiàn)象,轉(zhuǎn)換規(guī)模存在空間依賴性時(shí)使用.

式中:是空間權(quán)重矩陣;是回歸殘差向量;是空間誤差相關(guān)系數(shù);是隨機(jī)誤差向量.SEM模型反映空間擾動(dòng)項(xiàng)和空間總體相關(guān),轉(zhuǎn)換規(guī)模隨空間效應(yīng)影響到其他單元時(shí)使用.

1.4.2 影響因子選取 水生態(tài)空間形成和演化不僅受到自身水環(huán)境系統(tǒng)的影響,也會(huì)與城鎮(zhèn)空間、農(nóng)業(yè)空間進(jìn)行交叉轉(zhuǎn)換.在影響因子的選取時(shí)應(yīng)將水生態(tài)空間放置于整個(gè)國土空間系統(tǒng)中統(tǒng)一考慮,并最大程度與現(xiàn)行規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)銜接,便于分析結(jié)果有效指導(dǎo)規(guī)劃實(shí)踐過程.基于此,本文從自然地理?xiàng)l件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素兩個(gè)維度,共選取20個(gè)指標(biāo):①銜接《資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)技術(shù)指南》(下文簡(jiǎn)稱《指南》),選擇平均海拔高度(1)、平均坡度(2)、地形起伏度(3)、平均降水量(4)、年平均氣溫(5)、年日照時(shí)數(shù)(6)共6個(gè)水文地質(zhì)類因子.結(jié)合《指南》中區(qū)位優(yōu)勢(shì)度推薦指標(biāo),選擇距河流距離(7)、距主要鐵路距離(8)、距主要公路距離(9)、距市中心距離(10)、距省會(huì)距離(11)5個(gè)區(qū)位類因子,共計(jì)11個(gè)地理區(qū)位類因子;②借鑒已有水生態(tài)空間相關(guān)研究[15,18,23],結(jié)合長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)空間保護(hù)與利用實(shí)際,選取總?cè)丝?12)、城鎮(zhèn)化率(13)、地區(qū)生產(chǎn)總值(14)、一產(chǎn)增加值(15)、二產(chǎn)增加值(16)、三產(chǎn)增加值(17)、平均人口密度(18)、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力(19)、公共財(cái)政支出(20)共9個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)?需要說明的是,部分區(qū)位?社會(huì)經(jīng)濟(jì)類因子不會(huì)直接影響水生態(tài)空間演化,但會(huì)通過影響城鎮(zhèn)?農(nóng)業(yè)空間的演化間接對(duì)水生態(tài)空間演化造成顯著影響.

2 結(jié)果與分析

2.1 整體格局演化特征

由2000～2020年長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)空間的時(shí)空分布及變化強(qiáng)度(圖3,表3)可見,近20年長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)空間的空間分布重心在武漢,未發(fā)生明顯變動(dòng);整體規(guī)模增加了2076.08km2,截至2020年,長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)空間規(guī)模達(dá)到7.61萬km2,約占全域國土總面積的3.59%.具體分析可知:長江經(jīng)濟(jì)帶上游地區(qū)水生態(tài)空間近20年擴(kuò)張了14.11%,呈先減后增態(tài)勢(shì).2000～2010年水生態(tài)空間整體呈減少態(tài)勢(shì),共涉及670個(gè)縣區(qū),而重慶市與湖北省交界區(qū)域受三峽大壩的蓄水使用影響擴(kuò)張現(xiàn)象顯著.此外,云貴地區(qū)在此期間變化較為特別:高地勢(shì)區(qū)域水生態(tài)空間顯著減少,低地勢(shì)區(qū)域顯著增加,與地區(qū)石漠化現(xiàn)象導(dǎo)致的水土流失存在一定聯(lián)系. 2010～2020年長江經(jīng)濟(jì)帶上游地區(qū)呈全面增加態(tài)勢(shì),僅在川西橫斷山河谷地區(qū)存在減少現(xiàn)象,可能由橫斷山干熱河谷效應(yīng)引起.中游地區(qū)呈退化態(tài)勢(shì).顯著減少地區(qū)主要集中在武漢及其周邊,近20年高強(qiáng)度的城市建設(shè)開發(fā)使得武漢湖泊數(shù)量及規(guī)模銳減,截至2020年,武漢全域湖泊總數(shù)僅余166個(gè),水生態(tài)空間退化嚴(yán)重.值得注意的是,潛江市是近20年中游地區(qū)除武漢以外,減少最為劇烈的城市,與地區(qū)龍蝦養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展導(dǎo)致的自然水域功能轉(zhuǎn)化存在一定聯(lián)系.下游地區(qū)水生態(tài)空間變化相對(duì)平衡,在快速城市化的沿海城市及皖北和蘇北的黃淮平原地區(qū)存在部分退化情況,僅浙江省內(nèi)部有少數(shù)地區(qū)增加.整體來看,長江經(jīng)濟(jì)帶2010～ 2020年水生態(tài)空間規(guī)模變化較2000～2010年更為劇烈,且上中下游同樣存在前10年微減,后10年顯著增加的態(tài)勢(shì),這與長江經(jīng)濟(jì)帶同時(shí)期所強(qiáng)調(diào)的“共抓大保護(hù)、不搞大開發(fā),以生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展為引領(lǐng)”的戰(zhàn)略契合.

圖3 2000～2020年長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)空間時(shí)空分布格局及變化強(qiáng)度

表3 2000、2010、2020年長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)空間數(shù)據(jù)

2.2 時(shí)空交叉轉(zhuǎn)換特征

由圖4和表4可知,總體格局上,2000～2020年長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)空間和農(nóng)業(yè)空間?城鎮(zhèn)空間的交叉轉(zhuǎn)換的重心均位于中游及下游地區(qū),且空間范圍集中,而與其他生態(tài)空間的轉(zhuǎn)換重心在上游地區(qū),空間展布范圍更為分散,標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的面積相對(duì)較大.水生態(tài)空間與農(nóng)業(yè)空間的相互交叉轉(zhuǎn)換最為劇烈,轉(zhuǎn)化規(guī)?；境制?近20年長江經(jīng)濟(jì)帶農(nóng)業(yè)空間向水生態(tài)空間轉(zhuǎn)入11838.62km2,同時(shí)水生態(tài)空間向農(nóng)業(yè)空間轉(zhuǎn)化了11649.1km2,主要發(fā)生在東部沿海發(fā)達(dá)城市以及省會(huì)城市附近.水生態(tài)空間主要被城鎮(zhèn)空間侵占,在轉(zhuǎn)出2522.60km2同時(shí)僅有434.86km2城鎮(zhèn)空間轉(zhuǎn)入水生態(tài)空間,該類轉(zhuǎn)換集中發(fā)生在東部沿海區(qū)域以及中部以武漢、長沙、南昌為核心的“中三角”區(qū)域.水生態(tài)空間擴(kuò)張的主要來源是其他生態(tài)空間,近20年共有8496.34km2其他生態(tài)空間轉(zhuǎn)入水生態(tài)空間,4522.09km2水生態(tài)空間轉(zhuǎn)化為其他生態(tài)空間,轉(zhuǎn)化現(xiàn)象顯著的發(fā)生在川西高原地區(qū).結(jié)合區(qū)域分析,長江上游地區(qū)水生態(tài)空間與其他生態(tài)空間的轉(zhuǎn)換最為顯著,轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出占比分別達(dá)到全域轉(zhuǎn)換規(guī)模的50.76%、67.10%;長江中游地區(qū)水生態(tài)空間主要與農(nóng)業(yè)空間以及其他生態(tài)空間之間存在顯著的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象,其中較為突出的是水生態(tài)向農(nóng)業(yè)空間的轉(zhuǎn)化,達(dá)到全域轉(zhuǎn)換規(guī)模的45.91%;長江下游地區(qū)水生態(tài)空間轉(zhuǎn)化最為活躍,與其他三種功能空間均有轉(zhuǎn)化情況,尤其是水生態(tài)空間與城鎮(zhèn)空間的轉(zhuǎn)化情況中,轉(zhuǎn)入規(guī)模占全域的65.25%,轉(zhuǎn)出占比80.13%,而水生態(tài)空間與農(nóng)業(yè)空間的轉(zhuǎn)入、轉(zhuǎn)出也占到全域變化規(guī)模的54.26%與45.09%.綜合來看,長江經(jīng)濟(jì)帶農(nóng)業(yè)空間、城鎮(zhèn)空間與水生態(tài)空間之間存在劇烈沖突,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、高度城市化地區(qū)水生態(tài)空間受干擾程度更為劇烈.

表4 2000～2020年長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)空間交叉轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)

2.3 影響因素分析

2.3.1 模型選擇 依據(jù)OLS回歸結(jié)果比較Lagrange Multiplier(error)和Lagrange Multiplier(lag),如果前者較后者在統(tǒng)計(jì)上更加顯著,選擇空間滯后模型(SLM);反之,則選擇空間誤差模型(SEM),如果兩者都不顯著,則選用OLS;兩者均顯著則比較Robust LM-Error和Robust LM-Lag.此外,空間計(jì)量模型擬合效果的檢測(cè)除2外,還有自然對(duì)數(shù)似然函數(shù)值(log)、赤池信息準(zhǔn)則(AIC)和施瓦茨準(zhǔn)則(SC),log越大、AIC和SC越小,模型效果越好.研究由表5可知,在空間依賴性檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)不同方向的水生態(tài)空間交叉轉(zhuǎn)換顯著性不同,應(yīng)綜合兩種模型共同解釋.其中:水生態(tài)空間與城鎮(zhèn)空間之間選擇SEM模型進(jìn)行解釋,農(nóng)業(yè)空間?其他生態(tài)空間和水生態(tài)空間之間選擇SLM模型進(jìn)行解釋.具體分析結(jié)果見表6.

2.3.2 水生態(tài)空間―城鎮(zhèn)空間 水生態(tài)空間與城鎮(zhèn)空間之間互相轉(zhuǎn)換受到自然地理―社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的雙重作用.具體包括:①水生態(tài)空間轉(zhuǎn)城鎮(zhèn)空間更多受到社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的影響,與平均日照時(shí)數(shù)、距河流距離、二產(chǎn)增加值和財(cái)政支出在1%置信水平下顯著正相關(guān),與農(nóng)機(jī)總動(dòng)力在1%置信水平下顯著負(fù)相關(guān),與一產(chǎn)增加值在5%置信水平下顯著正相關(guān),與平均氣溫和地區(qū)生產(chǎn)總值在10%置信水平下顯著負(fù)相關(guān);說明農(nóng)業(yè)及工業(yè)的快速發(fā)展促使距離河流近、適宜農(nóng)業(yè)開發(fā)的水生態(tài)空間變?yōu)槌擎?zhèn)空間,長江經(jīng)濟(jì)帶沿海、沿湖產(chǎn)業(yè)發(fā)展稟賦好、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿Τ渥阃瑫r(shí)水網(wǎng)密集的區(qū)域此類現(xiàn)象尤為明顯,以地區(qū)的財(cái)政支出為支撐的“填海、填湖造地”是其主要工程形式;②城鎮(zhèn)空間退化為水生態(tài)空間雖只占總退化規(guī)模的2.09%,但在快速發(fā)展的長江經(jīng)濟(jì)帶仍值得關(guān)注;城鎮(zhèn)空間向水生態(tài)空間退化與平均日照時(shí)數(shù)和一產(chǎn)增加值在1%置信水平下顯著正相關(guān),與平均海拔、平均氣溫和平均人口密度在5%置信水平下顯著負(fù)相關(guān),與財(cái)政支出在10%置信水平下顯著正相關(guān).該類集聚發(fā)生在皖北、蘇北地區(qū),這些地方平均人口密度小、遠(yuǎn)離區(qū)域中心,大量人口流失導(dǎo)致城鄉(xiāng)建設(shè)用地的需求減少,氣候條件合適的城鎮(zhèn)空間由于無人使用,自然荒廢演化為水生態(tài)空間;值得注意的是,由于大型水利設(shè)施或者水產(chǎn)產(chǎn)業(yè)設(shè)施的修建導(dǎo)致的人口搬遷、疏散,也在一定程度上促進(jìn)城鎮(zhèn)空間轉(zhuǎn)化為水生態(tài)空間,以三峽大壩的修建導(dǎo)致的長江宜昌段上游地區(qū)水生態(tài)空間擴(kuò)張最為典型.

表5 長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)空間交叉轉(zhuǎn)換的空間依賴性檢驗(yàn)

注:*表示在10%置信水平下顯著;**表示在5%置信水平下顯著;***表示在1%置信水平下顯著;其他無顯著相關(guān)性.

表6 長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)空間交叉轉(zhuǎn)換與影響因子的空間回歸分析結(jié)果

注:*表示在10%置信水平下顯著;**表示在5%置信水平下顯著;***表示在1%置信水平下顯著;其他無顯著相關(guān)性,lambda是SEM模型中空間誤差項(xiàng)的回歸系數(shù).

2.3.3 水生態(tài)空間―農(nóng)業(yè)空間 農(nóng)業(yè)空間―水生態(tài)空間的交叉轉(zhuǎn)換是長江經(jīng)濟(jì)帶的主導(dǎo)類型,相互轉(zhuǎn)換過程中各影響因素的作用強(qiáng)度出現(xiàn)明顯差異.具體包括:①水生態(tài)空間向農(nóng)業(yè)空間轉(zhuǎn)化僅受社會(huì)經(jīng)濟(jì)類因子的影響:與地區(qū)生產(chǎn)總值、農(nóng)機(jī)總動(dòng)力和財(cái)政支出在1%置信水平下顯著正相關(guān),與二產(chǎn)增加值和三產(chǎn)增加值在1%置信水平下顯著負(fù)相關(guān),與一產(chǎn)增加值在5%置信水平下顯著正相關(guān);側(cè)面說明在以農(nóng)業(yè)為主要產(chǎn)業(yè)、工業(yè)服務(wù)業(yè)不發(fā)達(dá)的地區(qū)更加關(guān)注水生態(tài)空間的農(nóng)業(yè)效益而非生態(tài)服務(wù)效益,從而將水體改造為農(nóng)業(yè)空間以增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)值與地方經(jīng)濟(jì)水平,實(shí)際中以湖北潛江市地區(qū)最為典型,該地區(qū)大力發(fā)展小龍蝦養(yǎng)殖業(yè),將河流、湖泊斷流放水轉(zhuǎn)為淺水濕地、坑塘進(jìn)行小龍蝦養(yǎng)殖;水生態(tài)空間向農(nóng)業(yè)空間的轉(zhuǎn)化實(shí)質(zhì)是在經(jīng)濟(jì)利益與當(dāng)?shù)卣叩囊龑?dǎo)下,由生態(tài)效益向?qū)I(yè)化水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)效益轉(zhuǎn)變.②農(nóng)業(yè)空間向水生態(tài)空間轉(zhuǎn)化受到自然環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的共同驅(qū)動(dòng):與一產(chǎn)增加值在1%置信水平下顯著正相關(guān),與距鐵路距離和財(cái)政支出在5%置信水平下顯著正相關(guān),與平均海拔和總?cè)丝谠?%置信水平下顯著負(fù)相關(guān),與平均日照時(shí)數(shù)在10%置信水平下顯著正相關(guān),在對(duì)外交通便利、人口流失、氣候適宜地區(qū)更多發(fā)生該類型的空間轉(zhuǎn)變,如江漢平原區(qū)域,隨著人口向大城市、城鎮(zhèn)遷移,大量廢棄農(nóng)田自然演化為水體.

圖5 長江經(jīng)濟(jì)帶水生態(tài)空間交叉轉(zhuǎn)換機(jī)理

2.3.4 水生態(tài)空間―其他生態(tài)空間 水生態(tài)空間與其他生態(tài)空間的交叉轉(zhuǎn)換同屬生態(tài)空間內(nèi)部,通過細(xì)分后可明顯發(fā)現(xiàn)長江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)空間內(nèi)部的劇烈演化,自然地理?xiàng)l件是生態(tài)空間內(nèi)部的交叉轉(zhuǎn)換主導(dǎo)影響因素.具體包括:①其他生態(tài)空間向水生態(tài)空間轉(zhuǎn)化受到自然地理因素的作用明顯:在所選社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素中,僅與一產(chǎn)增加值在10%置信水平下顯著正相關(guān);而在自然地理因素中,與地形起伏度、距鐵路距離和距市中心距離在1%置信水平下顯著正相關(guān),與平均坡度在1%置信水平下顯著負(fù)相關(guān),與距公路距離在5%置信水平下顯著正相關(guān),與距河流距離在5%置信水平下顯著負(fù)相關(guān),與距省會(huì)距離和一產(chǎn)增加值在10%置信水平下顯著正相關(guān),與平均氣溫在10%置信水平下顯著負(fù)相關(guān).川西高原地區(qū)是近20年此類轉(zhuǎn)化的重點(diǎn)區(qū)域,地區(qū)自身自然地理?xiàng)l件決定了不適合大規(guī)模城鎮(zhèn)建設(shè)及農(nóng)業(yè)開發(fā),受人為活動(dòng)影響較少,主要受氣候變暖影響,青藏高原的永久冰川和積雪融化,該地區(qū)作為主要融水承載區(qū),水生態(tài)空間劇烈增長.②水生態(tài)空間向其他生態(tài)空間轉(zhuǎn)化僅受自然地理因素影響:與平均海拔?地形起伏度和平均降水量在1%置信水平下顯著正相關(guān),與平均坡度在1%置信水平下顯著負(fù)相關(guān),與平均氣溫在5%置信水平下顯著負(fù)相關(guān),與距省會(huì)距離在10%置信水平下顯著正相關(guān);長江經(jīng)濟(jì)帶中水生態(tài)空間向其他生態(tài)空間轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在海拔高、地形落差大、降雨豐富、坡度較小且遠(yuǎn)離大城市的區(qū)域,這些區(qū)域較少受到人為因素的干擾,地勢(shì)落差較大,不易形成大規(guī)模的地表蓄水空間.

2.4 政策建議

(1)重視長江經(jīng)濟(jì)帶中游地區(qū)填湖造地、圍湖墾田等開發(fā)行為,結(jié)合水生態(tài)空間專項(xiàng)規(guī)劃編制,劃定水生態(tài)空間“紅線”,協(xié)調(diào)開發(fā)建設(shè)與水生態(tài)空間的沖突,防止其他空間對(duì)水生態(tài)空間的侵占,從“量”上守住水生態(tài)空間的基本盤.

(2)關(guān)注長江經(jīng)濟(jì)帶下游沿海地區(qū)城鎮(zhèn)擴(kuò)張對(duì)水生態(tài)空間的侵占,保證上游地區(qū)水生態(tài)空間格局穩(wěn)定向好,結(jié)合國土空間規(guī)劃生態(tài)修復(fù)與土地整治項(xiàng)目,積極開展水體治理、水域生態(tài)修復(fù)工作,持續(xù)優(yōu)化區(qū)域水生態(tài)空間格局,從“質(zhì)”上進(jìn)一步提升水生態(tài)空間生態(tài)服務(wù)功能.

(3)從長江經(jīng)濟(jì)帶整體尺度對(duì)水生態(tài)空間統(tǒng)籌管控,平衡城鎮(zhèn)建設(shè)、農(nóng)業(yè)開發(fā)和水生態(tài)保護(hù)的多重矛盾,結(jié)合主體功能區(qū)劃以及生態(tài)專項(xiàng)規(guī)劃,明確各縣區(qū)水生態(tài)空間的具體功能類型及保護(hù)方向,探尋“生態(tài)―發(fā)展”耦合發(fā)展的水生態(tài)空間配置及用途管制方式.

3 結(jié)論

3.1 基于遙感地表覆蓋數(shù)據(jù)所構(gòu)建的水生態(tài)空間分類體系能夠有效應(yīng)用在國土空間規(guī)劃對(duì)水生態(tài)空間用途管制實(shí)踐與研究中,可為大尺度下低成本識(shí)別水生態(tài)空間格局提供高效路徑;“分類體系構(gòu)建―演化格局測(cè)度―影響要素分析”可作為針對(duì)特定區(qū)域長時(shí)間序列水生態(tài)空間演化特征及規(guī)律分析的有效研究范式;對(duì)水生態(tài)空間演化格局特征與影響要素的研究是推動(dòng)水生態(tài)空間精準(zhǔn)劃區(qū)和科學(xué)施策的重要內(nèi)容.

3.2 實(shí)證結(jié)果表明長江經(jīng)濟(jì)帶近20年水生態(tài)空間規(guī)模增加2076.08km2,上、下游地區(qū)是增長的熱點(diǎn)區(qū)域,但中游地區(qū)嚴(yán)重縮減;東部沿海地區(qū)及中部以武漢、長沙、南昌為核心的“中三角”區(qū)域城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)空間對(duì)水生態(tài)空間的侵占嚴(yán)重;水生態(tài)空間與農(nóng)業(yè)空間的轉(zhuǎn)換最為顯著,一產(chǎn)增加值與財(cái)政支出的影響作用顯著;川西高原地區(qū)其他生態(tài)空間向水生態(tài)空間的轉(zhuǎn)入彌補(bǔ)了長江經(jīng)濟(jì)帶整體水生態(tài)空間轉(zhuǎn)出的缺口.

3.3 水生態(tài)空間演化同時(shí)受到自然地理和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的綜合影響,不同因素在不同轉(zhuǎn)換方向上的作用強(qiáng)度存在顯著差異.以長江經(jīng)濟(jì)帶為例,社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)水生態(tài)空間演化的影響作用最為廣泛,造成了水生態(tài)空間與其他空間類型的劇烈轉(zhuǎn)換,其中財(cái)政支出、第一產(chǎn)業(yè)增加值的影響作用顯著;自然地理類因素對(duì)特定水生態(tài)空間的轉(zhuǎn)換方向有顯著影響,尤其在生態(tài)空間內(nèi)部對(duì)水生態(tài)空間與其他生態(tài)空間的互相轉(zhuǎn)換作用明顯.

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Evolution characteristics and influencing factors of hydro-ecological space pattern in the Yangtze River Economic Belt from 2000 to 2020.

BO Li-ming1, WEI Wei1,2*, YIN Li2, ZHAO Lang2, XIA Jun-nan2

(1.China Institute of Development Strategy and Planning, Wuhan University, Wuhan 430072, China；2.School of Urban Design, Wuhan University, Wuhan 430072, China).2023,43(2)：874～885

Using the spatial transfer matrix and spatial econometric model, this research aims to explore the evolution characteristics and influencing factors of hydro-ecological space in the Yangtze River Economic Belt from 2000 to 2020, and fleshes out the understanding of long-term and large-scale research of hydro-ecological space in the context of territorial spatial planning. The results show that in the 20 years between 2000 and 2020, the overall scale of the hydro-ecological space in the Yangtze River Economic Belt had increased by 2076.08km2, with a significant scale increase in upstream and downstream regions while a sharp scale drop in the middle reaches. The urban space of the eastern coastal areas and the central areas, including Wuhan, Changsha, Nanchang, which were recognized as the core of the 'Central Triangle' region, have occupied the hydro-ecological space severely; the most significant conversion is hydro-ecological space and agricultural space, which was the major type of land use conversion in the Yangtze River economic belt; Hydro-ecological space was affected by both natural geographical and socio-economic factors, showing a significant difference in the effects of influencing factors on the hydro-ecological space in various evolutionary directions.

hydro-ecological space；territorial spatial planning；evolution characteristics；influencing factors；Yangtze River Economic Belt

X321

A

1000-6923(2023)02-0874-12

薄立明(1982-),男,山東臨沂人,副研究員,博士,主要研究方向?yàn)閲量臻g規(guī)劃.發(fā)表論文17篇.

2022-07-10

長江科學(xué)院開放研究基金資助項(xiàng)目(CKWV2021864/KY)

* 責(zé)任作者, 教授,weiwei@whu.edu.cn