黃河流域山東段“三生空間”分類及其時空格局變化分析

尋妍，馬紹偉*，王哲，馮海燕，張金盈，王磊

(1.山東省國土測繪院，山東 濟南 250102；2.山東省第一地質礦產勘查院，山東 濟南 250000；3.濰坊市自然資源和規劃局坊子分局，山東 濰坊 261200；4.昌樂縣寶都規劃設計研究院有限公司，山東 昌樂 262400)

0 引言

黃河是中華民族的母親河,黃河流域的保護和發展一直是歷代安民興邦的大事[1]。2019年9月，黃河流域生態保護和高質量發展上升為重大國家戰略。作為黃河流域唯一的沿海省份、黃河流域最便捷的出海口，山東在承擔重任的同時，也面臨流域生態環境脆弱、人地關系緊張、空間結構失衡等一系列問題[2]。

2021年7月，山東省自然資源廳下發通知，要求開展黃河流域(山東段)專題監測工作，為黃河流域(山東段)經濟社會的可持續發展提供數據支撐和決策支持。本文基于黃河流域(山東段)專題監測工作，研究黃河流域(山東段)“三生空間”格局，成果可為國土空間優化提供借鑒意義。

我國學者對于“三生空間”做了相關研究。江曼琦等[3]通過總結“三生”空間內涵界定的視角，討論“三生”空間范圍界定的爭議，提出“三生”空間范圍劃定的方法；劉繼來等[4]探究三生空間理論內涵，建立了三生空間分類與評價體系，揭示了1990年—2010年20年間中國三生空間的時空格局及特征；孔冬艷等[5]對中國“生產-生活-生態”結構轉型的時空演化特征進行研究；李科等[6]研究了2005年—2020年湘江流域三生空間格局及演化規律；陳楚等[7]通過對珠海市1980—2015年35年間“三生”空間格局研究，總結其驅動因素。

現今，大多數學者研究三生空間數據多由遙感影像數據解譯得來，其成果精確性有待商榷[8]。本文以黃河流域山東段作為研究區域，基于山東省地理省情監測項目采集的精確地表覆蓋數據，通過地類語義對照，構建“三生空間”分類體系，分析2021年黃河流域山東段空間格局現狀，同時運用格網分析的方法，揭示2017年、2021年黃河流域山東段三生空間時空格局演化特征。

1 研究區域概況

黃河流域(山東段)位于黃河下游，地處山東西部，呈SW—NE走向。九曲黃河從菏澤市東明縣入魯，流經山東9個市25個縣(市、區)，潤澤濟寧、泰安、聊城、德州、濟南、淄博、濱州后，最后抵達東營，奔騰入海。黃河流域(山東段)地勢較為平坦，絕大部分為平原洼地區，占87.6%，屬于魯西平原、魯北平原和黃河三角洲沖積平原；低山丘陵占12.4%，主要分布于東平、長清、歷城、章丘等縣(市、區)南部，屬于泰山山區余脈。區域最高點位于濟南市長清區，高程為995.4m，最低點位于東營市東營區入海口位置，高程為-2.7m。黃河流域(山東段)是環渤海地區的重要組成部分，位于京津冀都市圈與山東半島結合部位，與天津濱海新區臨近，向西可連接廣闊中西部腹地，向南可通達長江三角洲北翼，向東與朝鮮半島、日本列嶼隔海相望。

2 數據來源

自2013年國務院第一次全國地理國情普查啟動至今，山東省已完成全省地理省情普查、2016年市轄區地理省情監測、2017年、2018年、2019年、2020年、2021年全省地理省情監測工作，形成了全覆蓋、高精度、多時相的海量地理省情數據，涵蓋影像數據、地形地貌、地表覆蓋、重要地理省情要素等內容。本文主要利用2017年、2021年山東省地理省情監測數據成果。

3 三生空間分類

3.1 分類原則

土地是包含多種自然要素在內的自然綜合體，其功能有主次高低之分[8-11]。本文借鑒張紅旗、李明薇研究成果[12-17]，將山東省地理國情數據信息類型中的8個一級類、49個二級類、96個三級類進行三生功能的歸并，實現地理省情監測內容與三生空間的對應，建立了“三生空間”分類體系。

3.2 生產空間分類

生產空間是人們為了獲取各種產品和服務，直接或間接進行社會生產的區域[18]。根據土地主導功能不同，將生產空間分為生產用地和生產生態用地(表1)。生產用地以生產工業產品、農業產品為主導功能的區域，如露天采掘場等，生產用地特征明顯；生產生態用地指以生產功能為主，同時兼具一定生態功能的區域，如種植植被既能進行農業生產，又具有一定的生態功能。

表1 生產空間分類體系

3.3 生活空間分類

生活空間是人類居住、消費和休閑等活動服務的區域[19]，根據地類特征，分為生活用地和生活生產用地(表2)。生活用地是提供居民生活服務的區域，如鐵路與道路。生活生產用地是生活、生產功能相互交織、難以區分的區域，如房屋建筑(區)。

表2 生活空間分類體系

3.4 生態空間分類

生態空間是提供生態服務為主體功能的區域[20]，根據地類特征分為生態用地和生態生產用地(表3)。生態用地是指具有生態服務功能的各類用地，主要包括林草覆蓋等。生態生產用地指兼具生態功能與生產功能但以生態功能為主導的用地，如水渠、人工牧草等。

表3 生態空間分類體系

4 空間數據格網化表達

為直觀展現黃河流域(山東段)三生空間格局變化，本文基于規則地理格網將三生空間數據進行格網化表達[21-22]。不同尺度的格網用于研究不同空間范圍的地理問題，考慮研究區覆蓋面積及格網內面積匯總計算等問題，選取基于Albers投影的1km×1km規則地理格網，Albers等面積投影可使投影區面積保持與實地相等，減少計算誤差。將計算得到的格網內各類空間面積差值進行可視化表達，分析“三生空間”面積增加、減少趨勢及熱點區域。計算公式如下：

(1)

式中：Sc—同一單元格網內，不同年份相同空間面積的差值，n、m—單元格網內同一空間斑塊數，Si、Sj分別為2021年單元格網內第i塊圖斑面積，2017年單元格網內第j塊圖斑面積。

5 時空格局分析

5.1 空間格局現狀

利用ArcGIS軟件，按照地類編碼將省情監測數據進行重分類，計算各用地類型面積，將空間數據可視化，分析各類空間分布特征(表4，圖1)。

表4 黃河流域(山東段)三生空間統計表 單位：km2

1—黃河流域(山東段)范圍;2—市級界線;3—縣區界線;4—省界;5—生產空間;6—生活空間;7—生態空間圖1 黃河流域(山東段)三生空間分布圖

生產空間分布特征：黃河流域(山東段)生產空間面積最大，占比達到50%。主要分布在黃河流域中西部的魯西北平原以及城市周邊高度城鎮化區域。細化到具體用地類型，生產用地主要分布在城市周邊高度城鎮化區域，歷城區、濟陽區、章丘區、牡丹區及濱城區等城市周邊生產用地連片聚集，以上區域作為重要的經濟發展區，承載了較多的第二產業生產功能。生產生態用地主要分布在魯西北平原地區的鄆城、齊河、東明、惠民等區域，該區域是重要的農業區，農業生產功能突出。

生活空間分布特征：黃河流域(山東段)生活空間面積最小，分布呈現出城市中心集聚，農村地區分散的特征。細化到具體用地類型，生活用地包含地類為鐵路與道路、構筑物，反映了城市發展和連通能力，主要分布在城市中心，并以此向外輻射區域，歷城區、濱州區、牡丹區以及黃河流域入海口處河口區、墾利區、東營區生活用地面積較大；生活生產用地整體表現出明顯的“西高東低”的空間分布特征，主要原因為西部地區人口密度較大，居民居住點多而分散。牡丹區、鄆城縣生活生產用地面積較大。

生態空間分布特征：主要分布在黃河流域(山東段)下游入海口、魯中南山地丘陵地區。細化到具體用地類型，生態空間中絕大部分為生態用地，主要分布在黃河入海口處的河口區、墾利區、東營區，以及魯中南山地丘陵地區的章丘區、歷城區。生態生產用地主要分布在陽谷縣、墾利區、河口區。

5.2 空間格局變化

利用ArcGIS軟件，計算2017年、2021年各類空間面積以及“三生空間”四年來變化面積(表5，圖2—圖4)。基于Albers投影的規則地理格網將“三生空間”變化情況進行空間表達，直觀展示并分析“三生空間”的變化特征。

表5 2017—2021年三生空間面積變化表 單位：km2

1—黃河流域(山東段)范圍;2—市級界線;3—縣區界線;4—省界;5—生產空間面積增加;6—生產空間面積減少圖2 黃河流域(山東段)生產空間格局變化

1—黃河流域(山東段)范圍;2—市級界線;3—縣區界線;4—省界;5—生活空間面積增加;6—生活空間面積減少圖3 黃河流域(山東段)生活空間格局變化

1—黃河流域(山東段)范圍;2—市級界線;3—縣區界線;4—省界;5—生態空間面積增加;6—生態空間面積減少圖4 黃河流域(山東段)生態空間格局變化

生產空間格局變化：黃河流域(山東段)生產空間面積整體呈下降趨勢，由15490.2km2減少至14933.92km2。從空間分布來看，縮小區域主要分布在黃河三角洲區域以及濟南市。黃河三角洲的河口區、墾利區、東營區等區域隨著國家、省、市生態保護工程的推進，大量生產空間轉變為生態空間。在經濟新形勢下，濟南市城市生產空間發展更加注重集約高效，致使生產空間轉化為生活、生態空間。

生活空間格局變化：黃河流域(山東段)生活空間擴張明顯，面積由4303km2增至4656.39km2。從空間分布來看，擴張區域主要分布在城市周邊及農村地區。生活空間在歷城區、牡丹區、齊河縣等周邊表現為大規模集中擴張，在廣大農村地區表現為小規模點狀擴張。人口增長是推動生活空間不斷增加的主要因素。

生態空間格局變化：黃河流域(山東段)生態空間面積略微增加，面積由9985.72km2增加至10189.05km2。從空間分布來看，擴張區域主要分布在黃河三角洲地區以及濟南市歷城區、章丘區。生態空間主要由生產空間轉化而來，增加原因與國家生態保護政策、城市集約發展新格局有關。

6 結論

“三生空間”格局受政策、自然、社會等多方面因素的影響不斷的發展演變。通過對黃河流域(山東段)“三生空間”的研究可以看出，黃河流域(山東段)特別是黃河三角洲區域生態空間面積明顯增加，這與國家以及山東省高度重視黃河流域生態保護工作，實施黃河三角洲生態建設、濕地生態系統保護等一系列工程有關。同時根據黃河流域(山東段)涉及的25個縣區的第六次、第七次人口普查數據可知，黃河流域(山東段)城鎮人口數量由775.34萬人增長至966.30萬人，城鎮化加劇勢必帶來生活空間的擴張，同時不可避免占用生產或者生態空間。

本文基于地理省情監測數據，從生產、生活、生態的視角出發，建立了三生空間分類體系，分析了黃河流域(山東段)三生空間現狀及時空格局演變。由于地理省情數據采集原則為“所見即所得”，重點在地表現狀的如實表達，未對用地性質進行歸類及屬性標注，因此在本文分類體系中，一些地類僅根據定義進行簡單的歸類。例如碾壓踩踏地表，在居民區及工業園區內均可存在，在本文中，僅根據定義將碾壓踩踏地表歸入生活空間中，影響研究成果的準確性。下一步計劃開展地理省情監測數據與三調等其他專業數據融合的相關研究與試驗，優化“三生空間”分類體系，提高研究成果的準確性。