中国“三生空间”演变特征、生态环境效应及其影响因素

doi:10.31497/zrzyxb.20210503

摘要/Abstract

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。

关键词: “三生空间”, 时空特征, 生态环境效应, 影响因素, 中国

Abstract:

Based on the remote sensing monitoring data of land use change/cover in 1990, 2000, 2010 and 2018, using land use transfer matrix, eco-environmental quality index, and ecological contribution ratio of land use transition, this paper analyzes the spatiotemporal features of "Production-Living-Ecological" space structural transformation and eco-environmental effects of land use/cover change in China from 1990 to 2018. On this basis, we identify the main influencing factors of eco-environmental effects and the spatial heterogeneity by using geographically weighted regression model. The results showed that: (1) The production and living space increased, the ecological space decreased, and the overall situation was insufficient from 1990 to 2018 in the whole country. (2) The high-value areas of eco-environmental quality were concentrated to the east of the Hu Huanyong Line during 1990-2018, and mainly in the south and northeast of China. The low-value areas were mainly distributed to the northwest of Hu Huanyong Line. The squeeze of other ecological space and agricultural production space on grassland and woodland ecological space is an important reason for the deterioration of the eco-environment during the study period. (3) Slope, annual precipitation, land use intensity, elevation, topographic relief, population density, and average annual temperature were the main factors influencing eco-environmental quality pattern in China, and the spatial difference of the effect of each factor was obvious. Chinese policies on economic development should take into account the eco-environmental effect of "Production-Living-Ecological" space transformation and influencing factors in the future, and promote the rational distribution of "Production-Living-Ecological" space and the construction of ecological civilization in China.

Key words: "Production-Living-Ecological" space, spatio-temporal characteristics, eco-environmental effect, influencing factor, China

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图/表 12

表1

表2

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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4

图2

图3

表5

表6

表7

图4

表8

参考文献 41

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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

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^[39]提出的土地利用程度测度模型,测度中国土地系统在社会因素影响下自然平衡保持状态^[2]
	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^[2,40]
	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

时段/年	生产空间（P）		生活空间（L）		生态空间（E）
时段/年	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

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

变量	非标准化系数		标准系数	t	Sig.
变量	B	标准错误	β	t	Sig.
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