近40年来黑河流域三生空间格局演变及其驱动因素分析

吴绮琦 蒙吉军

北京大学学报(自然科学版) 第59卷 第6期 2023年11月

Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 59, No. 6 (Nov. 2023)

10.13209/j.0479-8023.2023.056

国家自然科学基金(41871074)资助

2022–11–04;

2023–01–16

近40年来黑河流域三生空间格局演变及其驱动因素分析

吴绮琦 蒙吉军†

北京大学城市与环境学院, 地表过程分析与模拟教育部重点实验室, 北京 100871; †通信作者, E-mail: jijunm@pku.edu.cn

选择西北内陆黑河流域为研究区, 基于 1980—2020 年土地利用数据和社会经济统计数据, 通过构建三生空间分类体系, 从地形、城镇与道路方面分析近 40 年三生空间的时空演变特征, 采用地理探测器分析其驱动因素, 得到如下结果。1)黑河流域国土空间水平分异明显, 以生态空间为主导地位。生产生态空间主要分布于中游农业绿洲, 生产生活空间散布在生产生态空间之中。近 40 年来, 生产生态空间和生产生活空间持续扩张, 强生态空间波动增加, 弱生态空间持续缩小。2)三生空间垂直分异明显, 以海拔 1500m 和坡度 5º 为界线, 生产生态、生产生活和弱生态空间集中在界线以下区域, 强生态空间则相对集中在界线以上区域。3)三生空间受城镇和道路的显著影响, 生产生态空间和生产生活空间趋向靠近城镇和道路分布, 生态空间则多分布在远离城镇和道路的区域。4)自然地理因素是三生空间格局形成和演变的基础性条件, 社会经济因素则是关键推动力, 其中城镇化率、城镇规模和固定资产投资是主要的驱动因素; 因子间的交互作用具有协同增强效应, 尤其城镇规模、总人口与自然因素交互作用对三生空间的格局变化影响最为显著。研究结果可为黑河流域生态保护与高质量发展提供参考。

三生空间; 时空格局; 驱动因素; 黑河流域

国土空间是人类生产、生活和生态建设的重要空间载体, 是自然生态过程和社会经济系统交互耦合作用下形成的地域综合体。改革开放以来, 伴随着工业化、城镇化的快速发展, 我国社会经济的发展取得巨大成就, 也带来国土空间格局的剧烈演变, 人与自然的矛盾日益突出。由于城镇建设用地快速扩张, 挤占耕地和林地等国土空间, 生产、生活和生态空间的冲突和博弈加剧[1–2]。当前, 我国的国土空间格局正经历从生产空间主导向生产–生活–生态空间协调转变[3]。“生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”是我国生态文明建设的目标和原则[4]。因此, 揭示国土空间时空演变规律和驱动机制, 是实现“美丽中国”愿景目标的重要科学问题[5], 对优化国土空间布局, 推动区域可持续发展亦具有重要意义。

“三生空间”概念的提出是基于土地多功能性视角, 将国土空间分为生产空间、生活空间与生态空间, 三者之间关系紧密, 相辅相成[6]。近年来, 学者们在三生空间的理论内涵与框架构建[7–8]、三生空间的分类体系[6,9]、三生空间功能识别与格局演化[10–11]、三生空间优化与调控[12–13]等方面开展了诸多研究。在时空格局演化研究中, 多采用土地利用动态度[14]、转移矩阵[11]和空间自相关分析[15]等方法, 对三生空间数量动态变化和时空格局演变特征进行测度, 融合相关学科的研究方法已成为三生空间时空格局研究的新趋势[16–17]。在三生空间变化驱动机制的研究中, 利用逐步回归方法[11]、地理探测器[18–19]、冗余分析方法[20]和增强回归树[21], 对自然和社会经济因素进行识别和分析; 针对难以定量化的因素(如政策制度和规划[22]等), 则进行定性分析, 研究范围涉及国家[10,21]、省域[15,23]、城市群[24-25]、流域[18,26]、市域[27]和单一县域或村域[28]等多种地理单元。总体而言, 现有研究多集中于不同时段三生空间结构特征与优化的分析, 缺乏针对长时间序列三生空间时空格局演化及驱动力的研究。此外, 现有研究多关注行政区划单元, 较少关注干旱区内陆河流域生态脆弱区。西北干旱区是我国典型的生态脆弱区, 国土空间利用易受到自然本底的制约和社会经济发展的影响, 揭示其三生空间格局的演变规律与驱动机制, 对广大西北内陆河流域国土空间优化具有重要指导意义。

黑河流域是我国西北地区第二大内陆河流域, 也是国家重要的生态安全屏障, 干旱的自然环境条件使其生态环境极其脆弱。近年来, 随着人口快速增长和社会经济飞速发展, 流域生态环境保护与国土资源配置间的矛盾日益凸显[29–31]。因此, 本文基于“三生”视角, 采用国土空间转移矩阵和地理探测器方法, 从地形、城镇与道路方面揭示黑河流域1980—2020 年三生空间的时空演变规律, 探究三生空间演变的驱动因素, 以期为流域生态保护和高质量发展提供科学依据, 也为干旱区其他内陆河流域可持续发展提供借鉴。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

黑河发源于祁连山北麓, 流经青海、甘肃和内蒙古三省(自治区)共 11 个市(区、县), 干流全长约为 821km, 最终汇入东、西居延海。以莺落峡和正义峡为界, 将流域分为上、中、下游, 流域总面积约为 12.84 万 km2(图 1)。黑河流域地势南高北低, 地貌单元自南向北可分为上游祁连山区、中游河西走廊平原和下游额济纳盆地。截至 2020 年底, 流域总人口为 213.8 万, 地区生产总值为 794 亿元, 人均GDP 为 8.41 万元, 三次产业结构比为 24.38:43.11:66.97。黑河上、中、下游经济发展水平差异显著, 上游青海祁连县为高山牧区, 畜牧业为主导产业, 经济发展水平总体较低; 中游为整个流域人口最集中、也是经济最发达的区域, 流域 88%的人口和95%的耕地集中在此, 是全国最大的玉米制种基地; 下游甘肃金塔县和内蒙古额济纳旗以戈壁沙漠为主, 畜牧业是其主体经济。近年来, 随着黑河流域城镇的扩张和绿洲农业的发展, 导致生态空间占用的趋势日益显著。

图1 黑河流域区位

1.2 数据来源与处理

黑河流域 1980, 1990, 2000, 2010, 2015 和 2020年 6 期土地利用数据、DEM 数据和气象数据均来源于中国科学院资源环境科学与数据中心(http:// www.resdc.cn/), 空间分辨率为 1km×1km, 其中海拔高度和平均坡度基于 ArcGIS 软件, 通过 DEM 数据提取; 社会经济数据来自《中国县域统计年鉴》和黑河流域各县区统计年鉴(2000—2020); 交通路网、城镇居民点数据来自 BIGEMAP 地图下载器(http://www.bigemap.com/); 行政区划、水系数据来自中国科学院寒区旱区科学数据中心(http://westdc. westgis.ac.cn/)。数据处理工具为 ArcGIS 10.2, 空间数据统一到相同的坐标系和投影系统(WGS_1984_ Albers), 栅格数据均重采样到 1km×1km 的分辨率。

2 研究方法

2.1 三生空间划分

基于黑河流域土地利用特征, 从土地利用的多功能性原则和土地利用的主导功能原则出发, 借鉴相关研究[10,32], 构建黑河流域三生空间分类体系(表 1)。

2.2 空间转移矩阵

空间转移矩阵用来刻画流域内三生空间类型相互转换的数量关系, 揭示三生空间格局的变化过程及其特征[22], 计算公式为

式中,S表示研究初期第类三生空间转为末期第类三生空间的总面积,表示三生空间利用类型 数量。

2.3 地理探测器

地理探测器是探测地理现象空间分异性及揭示其驱动力的一种统计学方法[33], 包括因子探测器、风险探测器、生态探测器及交互式探测器。本文利用因子探测器和交互式探测器模块, 探究黑河流域三生空间格局变化的影响因素, 并识别其对三生空间动态变化的影响程度, 计算公式为

表1 黑河流域三生空间分类

三生空间格局的形成和演化是自然地理因素和社会经济因素综合作用的空间呈现。根据黑河流域的地理环境特点, 结合相关研究[11,18], 本文选择海拔(1)、平均坡度(2)、年均降水量(3)、年均温(4)、地区生产总值(5)、总人口(6)、城镇化率(7)、城镇居民人均可支配收入(8)、农民人均可支配收入(9)、全社会固定资产投资总额(10)、道路密度(11)和城镇规模(12)共 12 个指标, 探测三生空间演变的驱动因素。

3 结果分析

3.1 黑河流域三生空间格局特征

3.1.1三生空间水平分布格局特征

受自然本底和社会经济因素的影响, 黑河流域三生空间格局水平差异明显(图 2)。2020 年, 生产生态、生产生活、强生态和弱生态空间分别占流域总面积的 13.47%, 0.65%, 5.57%和 80.29%, 生态空间占据绝对地位。其中, 生产生态空间集中分布在中游绿洲区, 多为农业绿洲区, 生产生活空间零星散布于中游和下游各大绿洲地区, 为规模不等的城镇居民点, 两者具有显著的趋同性; 强生态空间主要分布在上游祁连山区、黑河干流沿岸, 下游也有零星分布; 弱生态空间在黑河流域分布最广、面积最大, 多为沙漠戈壁。

3.1.2三生空间垂直梯度特征

黑河流域三生空间垂直梯度差异显著(图 3)。以海拔 1500m 和坡度 5°为界线, 生产生态、生产生活和弱生态空间集中在界线以下区域, 强生态空间集中在界线以上区域。生产生态空间和生产生活空间随海拔升高呈现先增大后减小的变化趋势, 其中生产生态空间数量峰值出现在海拔为 1000～1500m的区域, 生产生活空间面积数量峰值出现在海拔1500～2000m 的区域, 反映出黑河流域海拔 1000～ 2000m 范围的自然环境和水土资源条件最适宜人类的生活和生产。强生态空间面积数量的峰值出现在海拔 3500～4000m 的区域, 弱生态空间面积的峰值出现在海拔 1000～1500m 的区域。坡度对三生空间的影响表现为生产生态空间和生产生活空间随坡度上升逐渐减小, 且集中分布在坡度为 0～5°的区域; 强生态空间和弱生态空间面积随坡度升高呈波动减少趋势, 集中分布在坡度为 0～15°的区域。

3.2 黑河流域三生空间格局变化特征

3.2.1三生空间结构变化

1980—2020 年期间, 黑河流域生产生活空间和生产生态空间均呈增加趋势(表 2), 其中生产生活空间 40 年间增加 1 倍, 尤其2010—2020年的增幅最大, 10 年间增加 340km2; 生产生态空间面积增加1368km2; 强生态空间相对稳定, 经历先减后增的波动变化; 只有弱生态空间的面积呈持续减少趋势, 减幅达 1807km2。

从图 4 可以看出, 生产生态空间、生产生活空间转化为其他空间的数量较少, 弱生态空间转为其他空间的面积最大, 达到 3338km2, 向其他空间转出面积大于其转入面积。其中, 39.30%转化为生产生态空间, 9.02%转化为生产生活空间。生产生活空间和生产生态空间的扩张导致弱生态空间的退缩。其次, 强生态空间和弱生态空间相互转换较为频繁,表现为 1980—1990 年的低速转化、1990—2015 年间的大幅增加以及 2015—2020 年的转化趋缓 3 个阶段。近年来, 强生态空间逐渐由转出变为转入, 与黑河流域生态保护力度加大以及开展一系列生态建设工程是息息相关的, 也反映出流域整体生态环境趋向好转。

3.2.2三生空间格局变化

从图 5 可以看出, 近 40 年来黑河流域的三生空间转化集中在上游和中游地区, 少量分散于下游地区。其中, 1980—2000 年期间, 三生空间转化集中在上游地区, 以强生态空间和弱生态空间相互转化为主, 伴随中游地区少量弱生态空间转化为生产生态空间和生产生活空间。该时段内, 上游地区林地退化较为严重, 主要退化为草地、裸地等弱生态空间。2000—2020 年期间, 三生空间转换主要为中游地区弱生态空间转化为生产生态空间和生产生活空间, 以及下游地区的弱生态空间转化为生产生活空间, 黑河中游的嘉峪关、肃州区, 下游金塔县城镇中心以及额济纳旗北部的策克口岸为生产生态和生产生活空间转换的主要聚集区域。

图2 黑河流域三生空间的格局及演变特征

图3 2020年黑河流域三生空间的垂直分布

3.3 黑河流域三生空间格局变化驱动力分析

3.3.1基于空间统计的三生空间格局变化驱动力 分析

1)三生空间垂直梯度变化。从图 6 可以看出, 40 年来生产生态空间逐渐趋于低海拔区域, 尤其海拔 1000～1500m 区域的增幅最大; 生产生活空间则逐渐趋于高海拔空间, 尤其海拔 1500～2000m 区域的面积增幅最大。海拔>3000m 的空间以强生态空间和弱生态空间的相互转换为主。从坡度来看, 0～5°的区域空间生产生态空间和生产生活空间面积大量增加, 伴随着弱生态空间面积的大幅度减少;>5°区域三生空间的变化相对较小。综合来看, 生产、生活空间受海拔和坡度的影响较大, 趋向于分布在相对低海拔、坡度和缓的区域; 生态空间受海拔和坡度的影响较小, 趋向于分布在高海拔、坡度较大的山地和丘陵地区。

表2 黑河流域1980—2020年三生空间面积变化

2)三生空间格局的变化与典型城镇的空间关系。选择黑河流域 11 个区县级行政中心作为典型城镇, 以 10km 的间隔对城镇进行 0～30km 的缓冲区分析, 统计 1980, 2000 和 2020 年三生空间在各缓冲区的面积。从图 7(a)可以看出, 生产生活空间和生产生态空间趋于在靠近城镇中心的区域分布。其中, 生产生活空间主要分布在 0～10km 范围内, 随着缓冲距离增大, 面积由内向外呈现距离衰减规律。近 40 年扩张区域集中在 0～10km 缓冲范围内, 其中 2020 年面积是 2000 年的两倍; 生产生态空间集中分布在距离城镇中心 10～20km 的范围, 近 40年来有向外蔓延的趋势, 0～30km 缓冲区内面积都有不同程度的扩大, 且扩大态势不断加速; 强生态空间和弱生态空间多分布在距城镇较远的区域, 20～30km 缓冲区范围相对较多。三生空间与城镇的空间关系反映出城镇居民点附近的强生态和弱生态空间均受到城镇扩张的影响而发生转化。

3)三生空间格局的变化与道路交通的空间关系。交通条件是影响国土空间开发的重要因素之一[34]。随着公路、铁路的建设和区域交通运输体系的不断完善, 区域内交通可达性的提高也深刻地影响三生空间的格局。我们选择黑河流域国道、省道和县道等交通要道, 进行距道路 0～5, 5～10 和 10～ 15km 缓冲区分析。从图 7(b)可以看出, 生产生活空间和生产生态空间集中分布在距离道路干线 0～5km 的缓冲区范围, 随着缓冲距离的增加, 道路附近强生态空间和弱生态空间面积呈减少趋势。近 20年来, 黑河流域交通建设迅速, 尤其是 2014 年兰新高铁正式通车, 途径张掖、酒泉和嘉峪关等市, 为沿线城镇带来巨大的人流和物流, 加速区域国土空间开发的速度和强度。

3.3.2基于地理探测器的三生空间格局变化驱动力分析

1)自然地理因素分析。自然地理因素是影响黑河流域三生空间格局形成和演变的基础条件。从因子探测结果(表 3)来看, 年平均温度对三生空间的影响最显著。从时间变化来看, 除海拔高度对三生空间格局的约束作用呈上升趋势外, 其余各自然因子对黑河流域三生空间的影响有不同程度的下降。其中, 年平均降水量对三生空间的影响下降最明显,值从 0.1258 下降为 0.0639; 其次是平均坡度和年平均温度,值分别从 0.0472 和 0.1863 下降到0.0226 和 0.1773, 反映出自然地理因素对三生空间格局的影响有所降低。

2)社会经济因素分析。社会经济条件是影响黑河流域三生空间格局的主要动力。探测结果显示, 各社会经济因素对三生空间的影响均不同程度地增强。其中, 城镇化率、城镇规模以及固定资产投资是三生空间演变的主要驱动力, 其值平均为0.2033, 0.1877 和 0.1818; 农民人均可支配收入和道路密度对三生空间的影响显著增强,值从 2000 年的 0.0803 和 0.1708 分别上升到 2020 年的 0.1880 和0.2357。总体而言, 近 20 年黑河流域三生空间格局受社会经济因素的影响较大, 自然地理因素对三生空间变化的影响相对较小。2000 年以来, 黑河流域先后实施若干生态保护和综合治理项目, 其固定资产投资在一定时间内呈快速增涨趋势。中游地区城镇化进程加快, 人口规模的增大和全社会固定资产投资增加是促进该区域城镇生产生态、生产生活空间形成的重要因素。此外, 以农牧业为主要经济活动的地区, 农民人均可支配收入的提高促进乡村城镇化的进程, 也对生产生活空间提出更多的需求。与此同时, 作为“经济发展的先行官”, 道路交通交通体系的改善进一步拓展生产和生活空间, 推动区域的经济社会发展。

图4 1980—2020年黑河流域三生空间相互转化情况

图5 1980—2020年黑河流域三生空间变化的空间差异

图6 1980—2020年黑河流域三生空间的垂直变化

图7 黑河流域典型城镇(a)和交通道路(b)不同缓冲区的三生空间分布

表3 黑河流域三生空间演变驱动因素探测结果

3) 交互作用探测结果与分析。图 8 显示, 三生空间各驱动因子两两交互作用强于单因子内部的交互作用, 均为非线性增强和双因子增强, 且增强效应总体呈上升趋势。城镇规模与其余 11 个因子均呈较显著的协同增强效应, 反映出城镇规模的扩大引起对基础设施、住房等生产生活和生产生态空间的需求增加, 进而影响三生空间格局。城镇居民人均可支配收入和城镇化率与其他因子交互作用也较强。此外, 人文因素与自然因素的交互作用普遍强于自然因素内部之间的交互作用, 尤其是城镇规模和总人口与自然因素的协同增强交互作用较为显著, 对流域三生空间格局演变产生重要影响。

4 讨论

4.1 三生空间的演变机制

干旱区内陆河流域三生空间的演化受到人类对自然资源的开发利用和近年来生态建设工程的深刻影响。40 年来, 黑河流域生产和生活空间不断扩张, 强生态空间经历“减少→恢复”的过程, 弱生态空间不断压缩, 与流域社会经济发展进程较为吻合。其中, 生产生活空间和生产生态空间挤占强生态空间和弱生态空间是演化的显著特征, 这一结果与王福红等[35]和韦江伟等[32]对黑河中游的研究结果较为一致。水资源是黑河流域最大的刚性约束, 由于中游是整个流域社会经济最集中的区域, 农业绿洲的扩张造成水资源需求的增大, 已成为制约黑河流域生态安全的症结。早期粗放的国土开发模式以及对土地生态功能认识的不足, 导致对生态空间的盲目占用, 流域生态环境质量遭到一定的破坏。

图8 黑河流域2000—2020年三生空间演变驱动因子交互探测结果

2001 年以来, 黑河流域先后实施退耕还林还草、林草围栏封育和生态调水工程等政策, 也促使林地、高覆盖度草地和湿地等强生态空间呈现逐渐恢复的趋势。在黑河上游, 祁连山天然林封育和草地围栏等政策的实施, 治理水土流失面积 160km2, 尤其是随着祁连山国家公园的建设, 将进一步提升上游的生态功能。在黑河中游, 通过黑河国家湿地公园的建设、绿洲边缘防风固沙林以及绿洲内部农田防护林的优化, 使得中游城市(镇)和农田绿洲的生态环境日益好转。在黑河下游, 生态调水工程实施以来, 生态用水增加, 地下水位上升, 生态环境恶化趋势得到遏制[36]。在上述生态政策调控下, 黑河流域的生态环境质量得到提高。

40 年来, 随着黑河流域社会经济的发展, 生活空间和生产空间不断扩张, 成为流域社会经济发展的引擎和重要资源, 但也对生态空间造成一定的压力。黑河流域经济发展与生态保护之间的冲突仍将长期存在, 基于流域生态安全格局[37], 实现从空间增量无序向空间增量有序和空间存量盘活转变是实现流域高质量发展的关键, 对生活空间的开发、生产空间的效率提升和潜在生态空间的保护提出更高的要求。

4.2 基于三生空间演变的流域生态保护与高质量发展策略

“山地–绿洲–荒漠”是干旱区内陆河流域典型的景观格局, 耦合协调三生空间的关系是流域生态保护和高质量发展的重要保证。基于黑河流域三生空间演变过程和驱动因素的揭示, 本文提出以下流域生态保护与高质量发展策略建议。

1)强生态空间集中分布在上游祁连山区和黑河干流沿岸, 生态功能较强, 生产和生活功能较弱。近年来, 强生态空间整体上呈恢复的趋势。在完善祁连山国家公园、黑河湿地国家级自然保护区、东大山省级自然保护区和金塔沙枣园子省级自然保护区建设的基础上, 继续加强天然林、草地和湿地的保护, 不断提高强生态空间的功能。

2)生产生态空间集中在中游农业绿洲区, 以生产功能为主, 兼顾生态功能。多年来生产生态空间一直呈扩张的态势。水资源是黑河流域高质量发展的瓶颈, 必须控制农业绿洲的无序扩张, 严防灌溉用水挤占生态用水; 发展高效节水灌溉农业, 提高水资源利用效率; 同时减少化肥和农药施用量, 控制面源污染, 提高流域环境健康水平。

3)生产生活空间以各级城镇和农村居民点为主, 多散布于生产生态空间中, 生产和生活功能均较强, 近年来面积扩大趋势显著, 且以挤占生产生态空间和生态空间为主。要规划建设适度规模的城镇体系, 提倡节约集约利用, 推进农村居民点土地整治工程; 加大城镇旧城区和农村居民点的改造升级, 扩大休憩绿色空间, 提高居民生活幸福感。

4)弱生态空间以沙漠戈壁和低覆盖度草地为主, 多分布于中下游绿洲外围, 虽然生态功能较弱, 但面积广布, 近年来呈持续减少的态势。弱生态空间脆弱且较敏感, 减少人类干扰是生态修复的关键, 要严格禁牧、轮牧、休牧; 此外, 推进退牧还草和防沙治沙工程, 恢复和扩大天然绿洲规模。

4.3 本研究的局限性

本文从地形、城镇和交通多维度定量分析黑河流域三生空间的时空演化, 进而揭示影响其变化的驱动因素, 能够在一定程度上为黑河流生态保护和高质量发展提供有意义的实证参考。三生空间本质上是人地关系地域系统不断演化的结果, 受到自然、社会、文化和政策等诸多因素影响, 未来尚需结合政策因素等更多的驱动因素开展深入的研究, 以期为黑河流域三生空间优化和区域可持续发展提供更具有参考性的对策建议。

5 结论

本文以黑河流域为研究区, 分析 1980—2020 年三生空间格局演变特征与驱动机制, 得到如下主要结论。

1)黑河流域三生空间分布格局的水平差异明显, 生态空间占据主要地位(约占 80.29%), 强生态空间主要分布在祁连山区和黑河干流沿岸, 弱生态空间则分布广泛; 生产生态空间约占 13.47%, 集中在中游农业绿洲区; 生产生活空间仅占 0.65%, 零星地散布于中游和下游各大绿洲地区的城镇中心。近40 年来, 生产生态空间和生产生活空间逐渐增加, 强生态空间波动增加, 弱生态空间持续减小。

2)黑河流域三生空间的垂直分异显著。以海拔 1500m 和坡度 5°为界线, 强生态空间主要分布在此界线以上区域; 生产生态、生产生活和弱生态空间则集中在此界线以下区域。40 年期间, 生产、生活空间趋向于分布在相对低海拔、坡度和缓的区域, 生态空间趋向于分布在高海拔、坡度较大的山地和丘陵地区。

3)黑河流域三生空间的分布与城镇规模和交通因素有显著关系。生产、生活空间呈现环城镇中心、沿交通道路分布的空间格局, 生态空间则分布在远离城镇中心和交通道路的区域, 近 40 年来, 生态空间受生产生活空间和生产生态空间的挤占呈现加剧趋势, 反映出城镇化、工业化的发展是生态空间被挤占的主要原因。

4)黑河流域三生空间的形成和演变是自然本底和社会经济因素共同作用的结果。自然地理因素是三生空间格局演变的基础性条件, 社会经济因素有明显的推动作用。其中, 海拔高度对三生空间约束作用显著增强, 人口和固定资产投资是三生空间演变的主要人文驱动因素, 且各因子间的交互作用对三生空间格局演变的影响主要表现为非线性增强和双因子增强, 尤其是城镇规模和总人口与自然因素交互作用的影响最强。

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Analysis of the Evolution and Driving Factors of Production-Living-Ecological Space Pattern in the Heihe River Basin from 1980 to 2020, China

WU Qiqi, MENG Jijun†

Laboratory for Earth Surface Processes (MOE), College of Urban and Environmental Sciences, Peking University, Beijing 100871; † Corresponding author, E-mail: jijunm@pku.edu.cn

Taking the Heihe River Basin as study area, based on the land use data and socioeconomic statistics from 1980 to 2020, constructing the production-living-ecological space classification system, this paper analyzes evolution characteristics of production-living-ecological space from the aspects of topography, towns and roads. Besides, the driving factors of production-living-ecological space is analyzed by using Geodetector. The results show that 1) the territorial space of the study area features obvious horizontal regional differences. Within the production-living-ecological space schema, the ecological space has occupied the absolute dominant position, while the production ecological space is mainly distributed in the agricultural oasis area in the middle reaches of the Heihe River Basin, and the production living space is scattered in the production ecological space. In the past 40 years, the production ecological space and production living space has steadily expanded, and the strong ecological space has increased with fluctuations, while the weak ecological space has continuously decreased. 2) The production-living-ecological space of the Heihe River Basin has significant vertical differences. The altitude of 1500m and the slope of 5° are taken as the boundary of the production-living-ecological space. Below the boundary, the production ecological space, the production living space and the weak ecological space are concentrated; above the boundary, the strong ecological space are relatively concentrated. 3) The distribution of production-living-ecological space is significantly influenced by towns and roads, the production ecological space and the production living space tend to be distributed close to towns and roads, while the ecological space is mostly distributed in areas far away from towns and roads. 4) Natural geographical factors are the basic conditions for the formation and evolution of production-living-ecological space pattern. Socioeconomic factors are the key driving forces. Among them, the urbanization rate, urban scale and fixed asset investment are the main driving factors; the interaction of factors has significant synergistic enhancement effect, especially the interaction between urban scale and natural factors, total population and natural factors has the most significant impact on the evolution of the production-living-ecological space pattern. The results can provide reference for ecological protection and to achieve high-quality development pattern in the Heihe River Basin.

production-living-ecological space; spatio-temporal pattern; driving factor; Heihe River Basin