黄河流域山东段“三生空间”分类及其时空格局变化分析

寻妍，马绍伟*，王哲，冯海燕，张金盈，王磊

(1.山东省国土测绘院，山东 济南 250102；2.山东省第一地质矿产勘查院，山东 济南 250000；3.潍坊市自然资源和规划局坊子分局，山东 潍坊 261200；4.昌乐县宝都规划设计研究院有限公司，山东 昌乐 262400)

0 引言

黄河是中华民族的母亲河,黄河流域的保护和发展一直是历代安民兴邦的大事[1]。2019年9月，黄河流域生态保护和高质量发展上升为重大国家战略。作为黄河流域唯一的沿海省份、黄河流域最便捷的出海口，山东在承担重任的同时，也面临流域生态环境脆弱、人地关系紧张、空间结构失衡等一系列问题[2]。

2021年7月，山东省自然资源厅下发通知，要求开展黄河流域(山东段)专题监测工作，为黄河流域(山东段)经济社会的可持续发展提供数据支撑和决策支持。本文基于黄河流域(山东段)专题监测工作，研究黄河流域(山东段)“三生空间”格局，成果可为国土空间优化提供借鉴意义。

我国学者对于“三生空间”做了相关研究。江曼琦等[3]通过总结“三生”空间内涵界定的视角，讨论“三生”空间范围界定的争议，提出“三生”空间范围划定的方法；刘继来等[4]探究三生空间理论内涵，建立了三生空间分类与评价体系，揭示了1990年—2010年20年间中国三生空间的时空格局及特征；孔冬艳等[5]对中国“生产-生活-生态”结构转型的时空演化特征进行研究；李科等[6]研究了2005年—2020年湘江流域三生空间格局及演化规律；陈楚等[7]通过对珠海市1980—2015年35年间“三生”空间格局研究，总结其驱动因素。

现今，大多数学者研究三生空间数据多由遥感影像数据解译得来，其成果精确性有待商榷[8]。本文以黄河流域山东段作为研究区域，基于山东省地理省情监测项目采集的精确地表覆盖数据，通过地类语义对照，构建“三生空间”分类体系，分析2021年黄河流域山东段空间格局现状，同时运用格网分析的方法，揭示2017年、2021年黄河流域山东段三生空间时空格局演化特征。

1 研究区域概况

黄河流域(山东段)位于黄河下游，地处山东西部，呈SW—NE走向。九曲黄河从菏泽市东明县入鲁，流经山东9个市25个县(市、区)，润泽济宁、泰安、聊城、德州、济南、淄博、滨州后，最后抵达东营，奔腾入海。黄河流域(山东段)地势较为平坦，绝大部分为平原洼地区，占87.6%，属于鲁西平原、鲁北平原和黄河三角洲冲积平原；低山丘陵占12.4%，主要分布于东平、长清、历城、章丘等县(市、区)南部，属于泰山山区余脉。区域最高点位于济南市长清区，高程为995.4m，最低点位于东营市东营区入海口位置，高程为-2.7m。黄河流域(山东段)是环渤海地区的重要组成部分，位于京津冀都市圈与山东半岛结合部位，与天津滨海新区临近，向西可连接广阔中西部腹地，向南可通达长江三角洲北翼，向东与朝鲜半岛、日本列屿隔海相望。

2 数据来源

自2013年国务院第一次全国地理国情普查启动至今，山东省已完成全省地理省情普查、2016年市辖区地理省情监测、2017年、2018年、2019年、2020年、2021年全省地理省情监测工作，形成了全覆盖、高精度、多时相的海量地理省情数据，涵盖影像数据、地形地貌、地表覆盖、重要地理省情要素等内容。本文主要利用2017年、2021年山东省地理省情监测数据成果。

3 三生空间分类

3.1 分类原则

土地是包含多种自然要素在内的自然综合体，其功能有主次高低之分[8-11]。本文借鉴张红旗、李明薇研究成果[12-17]，将山东省地理国情数据信息类型中的8个一级类、49个二级类、96个三级类进行三生功能的归并，实现地理省情监测内容与三生空间的对应，建立了“三生空间”分类体系。

3.2 生产空间分类

生产空间是人们为了获取各种产品和服务，直接或间接进行社会生产的区域[18]。根据土地主导功能不同，将生产空间分为生产用地和生产生态用地(表1)。生产用地以生产工业产品、农业产品为主导功能的区域，如露天采掘场等，生产用地特征明显；生产生态用地指以生产功能为主，同时兼具一定生态功能的区域，如种植植被既能进行农业生产，又具有一定的生态功能。

表1 生产空间分类体系

3.3 生活空间分类

生活空间是人类居住、消费和休闲等活动服务的区域[19]，根据地类特征，分为生活用地和生活生产用地(表2)。生活用地是提供居民生活服务的区域，如铁路与道路。生活生产用地是生活、生产功能相互交织、难以区分的区域，如房屋建筑(区)。

表2 生活空间分类体系

3.4 生态空间分类

生态空间是提供生态服务为主体功能的区域[20]，根据地类特征分为生态用地和生态生产用地(表3)。生态用地是指具有生态服务功能的各类用地，主要包括林草覆盖等。生态生产用地指兼具生态功能与生产功能但以生态功能为主导的用地，如水渠、人工牧草等。

表3 生态空间分类体系

4 空间数据格网化表达

为直观展现黄河流域(山东段)三生空间格局变化，本文基于规则地理格网将三生空间数据进行格网化表达[21-22]。不同尺度的格网用于研究不同空间范围的地理问题，考虑研究区覆盖面积及格网内面积汇总计算等问题，选取基于Albers投影的1km×1km规则地理格网，Albers等面积投影可使投影区面积保持与实地相等，减少计算误差。将计算得到的格网内各类空间面积差值进行可视化表达，分析“三生空间”面积增加、减少趋势及热点区域。计算公式如下：

(1)

式中：Sc—同一单元格网内，不同年份相同空间面积的差值，n、m—单元格网内同一空间斑块数，Si、Sj分别为2021年单元格网内第i块图斑面积，2017年单元格网内第j块图斑面积。

5 时空格局分析

5.1 空间格局现状

利用ArcGIS软件，按照地类编码将省情监测数据进行重分类，计算各用地类型面积，将空间数据可视化，分析各类空间分布特征(表4，图1)。

表4 黄河流域(山东段)三生空间统计表 单位：km2

1—黄河流域(山东段)范围;2—市级界线;3—县区界线;4—省界;5—生产空间;6—生活空间;7—生态空间图1 黄河流域(山东段)三生空间分布图

生产空间分布特征：黄河流域(山东段)生产空间面积最大，占比达到50%。主要分布在黄河流域中西部的鲁西北平原以及城市周边高度城镇化区域。细化到具体用地类型，生产用地主要分布在城市周边高度城镇化区域，历城区、济阳区、章丘区、牡丹区及滨城区等城市周边生产用地连片聚集，以上区域作为重要的经济发展区，承载了较多的第二产业生产功能。生产生态用地主要分布在鲁西北平原地区的郓城、齐河、东明、惠民等区域，该区域是重要的农业区，农业生产功能突出。

生活空间分布特征：黄河流域(山东段)生活空间面积最小，分布呈现出城市中心集聚，农村地区分散的特征。细化到具体用地类型，生活用地包含地类为铁路与道路、构筑物，反映了城市发展和连通能力，主要分布在城市中心，并以此向外辐射区域，历城区、滨州区、牡丹区以及黄河流域入海口处河口区、垦利区、东营区生活用地面积较大；生活生产用地整体表现出明显的“西高东低”的空间分布特征，主要原因为西部地区人口密度较大，居民居住点多而分散。牡丹区、郓城县生活生产用地面积较大。

生态空间分布特征：主要分布在黄河流域(山东段)下游入海口、鲁中南山地丘陵地区。细化到具体用地类型，生态空间中绝大部分为生态用地，主要分布在黄河入海口处的河口区、垦利区、东营区，以及鲁中南山地丘陵地区的章丘区、历城区。生态生产用地主要分布在阳谷县、垦利区、河口区。

5.2 空间格局变化

利用ArcGIS软件，计算2017年、2021年各类空间面积以及“三生空间”四年来变化面积(表5，图2—图4)。基于Albers投影的规则地理格网将“三生空间”变化情况进行空间表达，直观展示并分析“三生空间”的变化特征。

表5 2017—2021年三生空间面积变化表 单位：km2

1—黄河流域(山东段)范围;2—市级界线;3—县区界线;4—省界;5—生产空间面积增加;6—生产空间面积减少图2 黄河流域(山东段)生产空间格局变化

1—黄河流域(山东段)范围;2—市级界线;3—县区界线;4—省界;5—生活空间面积增加;6—生活空间面积减少图3 黄河流域(山东段)生活空间格局变化

1—黄河流域(山东段)范围;2—市级界线;3—县区界线;4—省界;5—生态空间面积增加;6—生态空间面积减少图4 黄河流域(山东段)生态空间格局变化

生产空间格局变化：黄河流域(山东段)生产空间面积整体呈下降趋势，由15490.2km2减少至14933.92km2。从空间分布来看，缩小区域主要分布在黄河三角洲区域以及济南市。黄河三角洲的河口区、垦利区、东营区等区域随着国家、省、市生态保护工程的推进，大量生产空间转变为生态空间。在经济新形势下，济南市城市生产空间发展更加注重集约高效，致使生产空间转化为生活、生态空间。

生活空间格局变化：黄河流域(山东段)生活空间扩张明显，面积由4303km2增至4656.39km2。从空间分布来看，扩张区域主要分布在城市周边及农村地区。生活空间在历城区、牡丹区、齐河县等周边表现为大规模集中扩张，在广大农村地区表现为小规模点状扩张。人口增长是推动生活空间不断增加的主要因素。

生态空间格局变化：黄河流域(山东段)生态空间面积略微增加，面积由9985.72km2增加至10189.05km2。从空间分布来看，扩张区域主要分布在黄河三角洲地区以及济南市历城区、章丘区。生态空间主要由生产空间转化而来，增加原因与国家生态保护政策、城市集约发展新格局有关。

6 结论

“三生空间”格局受政策、自然、社会等多方面因素的影响不断的发展演变。通过对黄河流域(山东段)“三生空间”的研究可以看出，黄河流域(山东段)特别是黄河三角洲区域生态空间面积明显增加，这与国家以及山东省高度重视黄河流域生态保护工作，实施黄河三角洲生态建设、湿地生态系统保护等一系列工程有关。同时根据黄河流域(山东段)涉及的25个县区的第六次、第七次人口普查数据可知，黄河流域(山东段)城镇人口数量由775.34万人增长至966.30万人，城镇化加剧势必带来生活空间的扩张，同时不可避免占用生产或者生态空间。

本文基于地理省情监测数据，从生产、生活、生态的视角出发，建立了三生空间分类体系，分析了黄河流域(山东段)三生空间现状及时空格局演变。由于地理省情数据采集原则为“所见即所得”，重点在地表现状的如实表达，未对用地性质进行归类及属性标注，因此在本文分类体系中，一些地类仅根据定义进行简单的归类。例如碾压踩踏地表，在居民区及工业园区内均可存在，在本文中，仅根据定义将碾压踩踏地表归入生活空间中，影响研究成果的准确性。下一步计划开展地理省情监测数据与三调等其他专业数据融合的相关研究与试验，优化“三生空间”分类体系，提高研究成果的准确性。