自然资源学报 ›› 2021, Vol. 36 ›› Issue (5): 1116-1135.doi: 10.31497/zrzyxb.20210503
• "中国'三生空间'统筹优化的方法与实践"专栏 • 上一篇 下一篇
收稿日期:
2020-05-08
修回日期:
2020-09-28
出版日期:
2021-05-28
发布日期:
2021-07-28
作者简介:
孔冬艳(1990- ),女,河南兰考人,博士研究生,研究方向为土地科学与自然资源管理。E-mail: kongdy12@163.com
基金资助:
KONG Dong-yan1(), CHEN Hui-guang1, WU Kong-sen2
Received:
2020-05-08
Revised:
2020-09-28
Online:
2021-05-28
Published:
2021-07-28
摘要:
基于1990年、2000年、2010年和2018年土地利用现状遥感监测数据,利用转移矩阵对中国“生产—生活—生态”结构转型的时空演化特征进行研究,引入生态环境质量指数和土地利用转型的生态贡献率分析中国1990—2018年“三生空间”变化的生态环境效应,利用地理加权回归模型(GWR)对中国生态环境效应的主要影响因素及其作用效应的空间分异进行识别。结果表明:(1)研究期内中国生产、生活空间增加,生态空间减少,总体呈现“入不敷出”的态势。(2)中国1990—2018年生态环境质量的高值区以中国的南部和东北部为主,低值区主要分布在胡焕庸线西北部;其他生态空间和农业生产空间对草地和林地生态空间的挤占是导致研究期内生态环境质量恶化的重要原因。(3)坡度、年平均降水量、土地利用强度、海拔、地形起伏度、人口密度和年平均气温等是中国生态环境质量格局的主要影响因素,且各因素作用效应的空间差异明显。未来中国的政策制定和经济发展应考虑“三生空间”转型的生态环境效应及其主导影响因素,促进“三生空间”用地结构的合理分布,推进中国的生态文明建设。
孔冬艳, 陈会广, 吴孔森. 中国“三生空间”演变特征、生态环境效应及其影响因素[J]. 自然资源学报, 2021, 36(5): 1116-1135.
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表1
“三生空间”结构与土地利用类型衔接表"
一级分类 | 二级分类 | 《全国遥感监测土地利用/覆盖分类体系》的二级地类 | 生态环境质量指数 |
---|---|---|---|
生产空间(P) | 农业生产空间 | 水田、旱地 | 0.263 |
工业生产空间 | 工矿、交通建设用地 | 0.150 | |
生活空间(L) | 城镇生活空间 | 城镇用地 | 0.200 |
农村生活空间 | 农村居民点用地 | 0.200 | |
生态空间(E) | 林地生态空间 | 有林地、灌木林、疏林地、其他林地 | 0.796 |
草地生态空间 | 高、中、低覆盖度草地 | 0.465 | |
水域生态空间 | 河渠、湖泊、水库坑塘、永久性冰川雪地、滩涂、滩地 | 0.697 | |
其他生态空间 | 沙地、戈壁、盐碱地、沼泽地、裸土地、裸岩石质地、其他未利用地 | 0.045 |
表2
地理加权回归指标体系"
维度 | 指标 | 计算方法 |
---|---|---|
自然环境特征 | 海拔 | ArcGIS 10.5中使用ArcToolbox/Spatial Analyst工具/区域分析/以表格显示分区统计工具提取 |
坡度 | ArcGIS 10.5中使用ArcToolbox/Spatial Analyst工具/表面分析/坡度,并以表格显示分区统计工具提取 | |
地形起伏度 | ArcGIS 10.5中使用ArcToolbox/Spatial Analyst工具/区域分析/以表格显示分区统计工具提取 | |
年平均降水量 | ArcGIS 10.5中使用ArcToolbox/Spatial Analyst工具/区域分析/以表格显示分区统计工具提取 | |
年平均气温 | ArcGIS 10.5中使用ArcToolbox/Spatial Analyst工具/区域分析/以表格显示分区统计工具提取 | |
社会经济特征 | 土地利用强度 | 借鉴庄大方等[ |
土地利用多样性 | 借鉴Shannon-Wiener指数,测度中国土地利用的丰富度、复杂度和有序度[ | |
人口密度 | ArcGIS 10.5中使用ArcToolbox/Spatial Analyst工具/区域分析/以表格显示分区统计工具提取 | |
地均GDP | ArcGIS 10.5中使用ArcToolbox/Spatial Analyst工具/区域分析/以表格显示分区统计工具提取 | |
到最近省会中心距离 | ArcGIS 10.5中使用ArcToolbox/分析工具/邻域分析/近邻分析工具提取 |
表3
中国“三生空间”面积占比及变化"
时段/年 | 生产空间(P) | 生活空间(L) | 生态空间(E) | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
农业 | 工业 | 城镇 | 农村 | 林地 | 草地 | 水域 | 其他 | |
1990 | 18.657 | 0.126 | 0.270 | 1.267 | 23.704 | 32.072 | 2.835 | 21.070 |
2000 | 18.955 | 0.146 | 0.348 | 1.320 | 23.597 | 31.708 | 2.863 | 21.066 |
2010 | 18.820 | 0.235 | 0.489 | 1.357 | 23.633 | 31.580 | 2.888 | 21.003 |
2018 | 18.805 | 0.508 | 0.827 | 1.499 | 23.981 | 27.979 | 3.093 | 23.417 |
1990—2000 | 0.298 | 0.020 | 0.078 | 0.053 | -0.107 | -0.364 | 0.028 | -0.004 |
2000—2010 | -0.135 | 0.089 | 0.141 | 0.037 | 0.036 | -0.128 | 0.025 | -0.063 |
2010—2018 | -0.015 | 0.273 | 0.338 | 0.142 | 0.348 | -3.601 | 0.205 | 2.414 |
1990—2018 | 0.148 | 0.382 | 0.557 | 0.232 | 0.277 | -4.093 | 0.258 | 2.347 |
表4
中国1990—2018年“三生空间”结构变化转移矩阵及内部转换贡献率"
2018年 | ||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
期内增减率/% | 农业生产空间 | 工业生产空间 | 城镇生活空间 | 农村生活空间 | 林地生态空间 | 草地生态空间 | 水域生态空间 | 其他生态空间 | 1990年转换总计/km2 | |||
1990年 | 农业生产空间 | 0.784 | 面积/km2 | — | 19531 | 40645 | 98101 | 253841 | 162811 | 40688 | 16498 | 632115 |
转入率/% | — | 0.325 | 0.558 | 11.909 | 40.617 | 34.281 | 5.495 | 6.815 | — | |||
转出率/% | — | 3.090 | 6.430 | 15.519 | 40.157 | 25.757 | 6.437 | 2.610 | — | |||
工业生产空间 | 291.339 | 面积/km2 | 2099 | — | 1260 | 537 | 855 | 610 | 3558 | 463 | 9382 | |
转入率/% | 44.665 | — | 1.006 | 3.437 | 18.819 | 17.979 | 5.806 | 8.288 | — | |||
转出率/% | 22.373 | — | 13.430 | 5.724 | 9.113 | 6.502 | 37.924 | 4.935 | — | |||
城镇生活空间 | 205.319 | 面积/km2 | 3604 | 440 | — | 631 | 1054 | 417 | 779 | 117 | 7042 | |
转入率/% | 68.312 | 2.118 | — | 9.219 | 8.637 | 5.822 | 4.664 | 1.229 | — | |||
转出率/% | 51.179 | 6.248 | — | 8.961 | 14.967 | 5.922 | 11.062 | 1.661 | — | |||
农村生活空间 | 18.283 | 面积/km2 | 76932 | 1503 | 5485 | — | 7230 | 6284 | 3158 | 1410 | 102002 | |
转入率/% | 79.152 | 0.433 | 0.509 | — | 7.625 | 8.187 | 2.589 | 1.505 | — | |||
转出率/% | 75.422 | 1.474 | 5.377 | — | 7.088 | 6.161 | 3.096 | 1.382 | — | |||
林地生态空间 | 1.128 | 面积/km2 | 262375 | 8229 | 5139 | 9450 | — | 252916 | 17465 | 45464 | 601038 | |
转入率/% | 40.527 | 0.137 | 0.168 | 1.154 | — | 50.599 | 2.355 | 5.060 | — | |||
转出率/% | 43.654 | 1.369 | 0.855 | 1.572 | — | 42.08 | 2.906 | 7.564 | — | |||
草地生态空间 | -12.800 | 面积/km2 | 221451 | 7862 | 3464 | 10147 | 316925 | — | 58199 | 570489 | 1188537 | |
转入率/% | 20.356 | 0.076 | 0.052 | 0.786 | 31.622 | — | 4.281 | 42.827 | — | |||
转出率/% | 18.632 | 0.661 | 0.291 | 0.854 | 26.665 | — | 4.897 | 47.999 | — | |||
水域生态空间 | 7.850 | 面积/km2 | 35496 | 2539 | 2775 | 3209 | 14750 | 34237 | — | 45937 | 138943 | |
转入率/% | 25.458 | 2.226 | 0.487 | 1.976 | 10.928 | 36.414 | — | 22.511 | — | |||
转出率/% | 25.547 | 1.827 | 1.997 | 2.31 | 10.616 | 24.641 | — | 33.062 | — | |||
其他生态空间 | 11.018 | 面积/km2 | 44024 | 3624 | 731 | 1865 | 31695 | 342528 | 35979 | — | 460446 | |
转入率/% | 2.425 | 0.068 | 0.017 | 0.207 | 6.682 | 83.849 | 6.752 | — | — | |||
转出率/% | 9.561 | 0.787 | 0.159 | 0.405 | 6.884 | 74.39 | 7.814 | — | — | |||
2018年转换 总计/km2 | 645981 | 43728 | 59499 | 123940 | 626350 | 799803 | 159826 | 680378 | — | |||
期内转换量/km2 | 13866 | 34346 | 52457 | 21938 | 25312 | -388734 | 20883 | 219932 | — |
表5
影响生态环境质量的主要“三生空间”转型、生态贡献率及比率"
导致生态环境改善 | 导致生态环境恶化 | ||||
---|---|---|---|---|---|
“三生空间”结构转型 | 贡献率 | 占贡献率比例/% | “三生空间”结构转型 | 贡献率 | 占贡献率比例/% |
其他生态空间—草地生态空间 | 0.004362 | 32.868 | 草地生态空间—其他生态空间 | -0.008353 | 42.025 |
农业生产空间—林地生态空间 | 0.003798 | 28.621 | 林地生态空间—农业生产空间 | -0.003856 | 19.404 |
草地生态空间—林地生态空间 | 0.001393 | 10.498 | 草地生态空间—农业生产空间 | -0.002331 | 11.729 |
农业生产空间—草地生态空间 | 0.001392 | 10.490 | 林地生态空间—草地生态空间 | -0.001565 | 7.874 |
其他生态空间—林地生态空间 | 0.000607 | 4.573 | 林地生态空间—其他生态空间 | -0.000855 | 4.303 |
水域生态空间—草地生态空间 | 0.000399 | 3.010 | 草地生态空间—水域生态空间 | -0.000787 | 3.960 |
农村生活空间—农业生产空间 | 0.000382 | 2.875 | 农业生产空间—农村生活空间 | -0.000478 | 2.403 |
水域生态空间—林地生态空间 | 0.000267 | 2.010 | 林地生态空间—水域生态空间 | -0.000309 | 1.555 |
其他生态空间—农业生产空间 | 0.000186 | 1.401 | 农业生产空间—城镇生活空间 | -0.000204 | 1.025 |
总计 | 0.012787 | 96.347 | 总计 | -0.018738 | 94.279 |
表6
逐步回归模型估计结果"
变量 | 非标准化系数 | 标准系数 | t | Sig. | |
---|---|---|---|---|---|
B | 标准错误 | β | |||
常量 | 0.536 | 0.045 | 11.991 | 0.000 | |
坡度 | 0.020 | 0.001 | 0.769 | 19.399 | 0.000 |
年平均降水量 | 0.000 | 0.000 | 0.523 | 11.072 | 0.000 |
地形起伏度 | 0.000 | 0.000 | -0.322 | -6.367 | 0.000 |
土地利用强度 | -0.001 | 0.000 | -0.216 | -4.882 | 0.000 |
DEM | 0.000 | 0.000 | -0.252 | -5.368 | 0.000 |
年平均气温 | 0.000 | 0.000 | -0.215 | -4.435 | 0.000 |
人口密度 | 0.000 | 0.000 | -0.077 | -2.363 | 0.019 |
R2 | 0.765 | ||||
调整后的R2 | 0.761 | ||||
F | 163.191 | ||||
Sig. | 0.000 |
表7
GWR模型估计结果"
变量 | 平均值 | 最小值 | 上四分位 | 中位数 | 下四分位 | 最大值 |
---|---|---|---|---|---|---|
地形起伏度 | -0.2675 | -0.3536 | -0.3091 | -0.2648 | -0.2285 | -0.1474 |
海拔 | -0.3396 | -0.5655 | -0.4267 | -0.3552 | -0.2639 | 0.0035 |
坡度 | 0.7531 | 0.6254 | 0.7112 | 0.7517 | 0.7964 | 0.9301 |
人口密度 | -0.1290 | -0.5443 | -0.1617 | -0.1086 | -0.0831 | 0.0136 |
土地利用强度 | -0.3674 | -0.5959 | -0.4742 | -0.3688 | -0.3023 | 0.1563 |
年平均降水量 | 0.4625 | 0.2875 | 0.3980 | 0.4647 | 0.5267 | 0.7014 |
年平均气温 | -0.1229 | -0.4971 | -0.2423 | -0.1307 | 0.0009 | 0.2024 |
带宽 | 2180862.421 | |||||
残差平方和 | 2.505 | |||||
Sigma | 0.085 | |||||
赤池信息准则AICc | -735.241 | |||||
R2 | 0.863 | |||||
校正R2 | 0.858 |
表8
影响因素回归系数均值分区统计"
分区 | 地形起伏度 | 海拔 | 坡度 | 人口密度 | 土地利用强度 | 年均降水量 | 年均气温 | 常数项 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
全国 | -0.2675 | -0.3396 | 0.7531 | -0.1290 | -0.3674 | 0.4625 | -0.1229 | 0.6320 |
东北 | -0.2093 | -0.5121 | 0.8566 | -0.0353 | -0.3384 | 0.5390 | -0.3873 | 0.7085 |
西南 | -0.3160 | -0.1907 | 0.7289 | -0.1926 | -0.2941 | 0.4535 | 0.0121 | 0.5445 |
华东 | -0.2273 | -0.4320 | 0.7401 | -0.0802 | -0.4718 | 0.4225 | -0.1347 | 0.7182 |
西北 | -0.3304 | -0.2256 | 0.7754 | -0.2482 | -0.1491 | 0.5828 | -0.2083 | 0.5244 |
中南 | -0.2527 | -0.3264 | 0.7025 | -0.1083 | -0.4739 | 0.3816 | 0.0096 | 0.6433 |
华北 | -0.2910 | -0.3949 | 0.8261 | -0.1169 | -0.2957 | 0.5418 | -0.2897 | 0.6433 |
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