黄河流域上游城市群三生空间时空演化特征及其变化稳定性分析.pdf

第3 7卷第4期2 0 2 3年8月水土保持学报J o u r n a l o fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.3 7N o.4A u g.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-1 2-0 4 资助项目:国家自然科学基金项目(4 2 2 0 1 4 3 1);甘肃省社科基金项目(2 0 2 2 Y B 0 6 9);甘肃农业大学校级项目(G S AU-Z L-2 0 1 5-0 4 6);兰州市科技计划项目(2 0 2 1-1-1 4 3)第一作者:黄鑫(1 9 8 6-),男,硕士,讲师,主要从事土地评价研究。E-m a i l:h u a n g x g s a u.e d u.c n 通信作者:李晓丹(1 9 8 3-),女,博士,讲师,主要从事土地利用管理研究。E-m a i l:l i x d g s a u.e d u.c n黄河流域上游城市群三生空间时空演化特征及其变化稳定性分析黄 鑫1,李晓丹1,芦 倩2,黄倩倩1,程文仕1,许 艳1(1.甘肃农业大学管理学院,兰州7 3 0 0 7 0;2.甘肃农业大学资源与环境学院,兰州7 3 0 0 7 0)摘要:识别三生空间迁移演化规律并掌握其引发的空间性状改变情况,对优化国土空间布局、提高利用水平影响深远。以黄河流域上游城市群为研究对象,基于转移矩阵对研究区2 0 0 02 0 2 0年三生空间时空演化规律进行分析,并以此为基础,利用强度分析模型,从三生空间一、二级分类双重视角,就空间演化带来的变化稳定性问题进行讨论。结果表明:(1)2 0年间,研究区三生空间转移变化活跃但发生数量和规模均呈缩减态势,空间转移以呼包鄂榆和宁夏沿黄城市群两地为主,呈东多西少分布特征,但以生态为主、生产和生活空间为辅的整体格局未发生改变。(2)2 0年间,流域三生空间变化先强后弱,整体不稳定。生产和生活空间稳定活跃增加,减少趋于平缓,生态空间增加趋于平缓,但减少趋向活跃,前二者对生态空间的胁迫趋向常态。同时,流域三生空间内部彼此转移频繁,存在生产生活及生活生态2种稳定地系统性转变模式。(3)三生空间二级子类此消彼长的改变是生产、生活、生态空间变化的显性原因,而经济发展驱动、城市引力影响以及宏观政策指引则是引发流域三生空间演替变化的内在作用机制。(4)转移矩阵与强度分析模型的联合研究框架,有助于实现区域三生空间变化及其性状改变情况的一体化监测。提高空间利用效率,控制城市规模,坚持耕地保护,推行有效的空间退出机制,发挥宏观政策对空间流转的导引作用,将对研究区国土空间高质量利用产生积极影响。关键词:三生空间;时空演化;强度;变化稳定性;黄河流域上游城市群中图分类号:F 3 0 1.2 4 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 9-2 2 4 2(2 0 2 3)0 4-0 1 8 4-1 1D O I:1 0.1 3 8 7 0/j.c n k i.s t b c x b.2 0 2 3.0 4.0 2 4C h a r a c t e r i s t i c so fS p a t i o-t e m p o r a lE v o l u t i o na n dt h eC h a n g eS t a b i l i t yA n a l y s i so fP r o d u c t i o n-L i v i n g-E c o l o g i c a l S p a c eo fU r b a nA g g l o m e r a t i o n i nt h eU p p e rR e a c h e so f t h eY e l l o wR i v e rB a s i nHUANGX i n1,L IX i a o d a n1,L U Q i a n2,HUANGQ i a n q i a n1,CHE NG W e n s h i1,XUY a n1(1.C o l l e g eo fM a n a g e m e n t,G a n s uA g r i c u l t u r eU n i v e r s i t y,L a n z h o u7 3 0 0 7 0;2.S c h o o l o fR e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t,G a n s uA g r i c u l t u r eU n i v e r s i t y,L a n z h o u7 3 0 0 7 0)A b s t r a c t:I d e n t i f y i n gt h e m i g r a t i o na n de v o l u t i o no fP r o d u c t i o n-L i v i n g-E c o l o g i c a ls p a c e(P L Es p a c e)a n du n d e r s t a n d i n gt h ec h a n g e so fs p a t i a lc h a r a c t e r i s t i c st r i g g e r e db yi th a v eap r o f o u n di n f l u e n c eo no p t i m i z i n gt h e l a y o u to f n a t i o n a l l a n ds p a c e a n d i m p r o v i n gu t i l i z a t i o n l e v e l.T a k i n g t h eu r b a na g g l o m e r a t i o n i n t h eu p p e rr e a c h e so f t h eY e l l o wR i v e rb a s i na st h er e s e a r c ho b j e c t,b a s e do nt h et r a n s f e rm a t r i x,t h es p a t i o-t e m p o r a le v o l u t i o nr u l eo f t h eP L Es p a c e i n t h e s t u d ya r e a f r o m2 0 0 0 t o2 0 2 0w a s a n a l y z e d.O n t h i sb a s i s,b ym e a n so ft h es t r e n g t ha n a l y s i sm o d e l,t h e c h a n g e s t a b i l i t yb r o u g h t b y t h e s p a t i a l e v o l u t i o nw a s d i s c u s s e d a n dq u a n t i f i e d,f r o mt h ed u a l p e r s p e c t i v eo f t h ep r i m a r ya n ds e c o n d a r yc l a s s i f i c a t i o no f t h eP L Es p a c e,r e s p e c t i v e l y.T h er e s u l t sr e v e a l e dt h a t:(1)T h e s p a t i a l c h a n g eo fP L Es p a c e i n t h e s t u d ya r e aw a s a c t i v ed u r i n g t h ep a s t 2 0y e a r s,b u tw i t had e c r e a s i n gt e n d e n c yi nt h ea m o u n ta n dt h es c a l e,w h i c h w a sa l s oc o n c e n t r a t e du p o nt h e H u b a oE r y uu r b a na g g l o m e r a t i o na n dt h eN i n g x i au r b a na g g l o m e r a t i o na l o n gt h eY e l l o wc i t yc l u s t e r,w i t ht h ed i s t r i b u t i o nh i g h i n t h e e a s t a n d l o wi n t h ew e s t.N e v e r t h e l e s s,t h eo v e r a l l p a t t e r nw a s s t i l l d o m i n a t e db y t h ee c o l o g i c a l s p a c ea n dt h ep r o d u c t i o na n d l i v i n gs p a c ew e r e f o l l o w e d.(2)D u r i n gt h ep a s t 2 0y e a r s,t h es p a t i a lc h a n g e t r e n do fP L Es p a c e i nt h eb a s i nw a s f i r s t s t r o n ga n dt h e nw e a k,w h i c hw a su n s t a b l ea saw h o l e.T h ei n c r e a s eo fp r o d u c t i o na n dl i v i n gs p a c ew a sa c t i v ea n ds t a b l e,w h i l et h ed e c r e a s et e n d e dt ob eg e n t l e.T h ei n c r e a s eo f e c o l o g i c a l s p a c e t e n d e dt ob eg e n t l e,b u t t h ed e c r e a s et e n d e dt ob ea c t i v e,a n dt h es t r e s so f t h ef i r s t t w og r o u p so nt h ee c o l o g i c a ls p a c et e n d e dt ob en o r m a l.A tt h es a m et i m e,P L Es p a c ei nt h eb a s i nw a s f r e q u e n t l yt r a n s f e r r e dt oe a c ho t h e r,a n dt h e r ew e r et w os t a b l es y s t e m a t i ct r a n s f o r m a t i o n m o d e so fp r o d u c t i o n-l i f e,l i f e-e c o l o g i c a l.(3)T h e t r a n s f o r m a t i o no fP L Es p a c ew i t h i nt h e s e c o n d a r yc l a s s i f i c a t i o n l e v e lw a s t h ed o m i n a n t r e a s o nf o r t h ec h a n g eo fp r o d u c t i o n,l i v i n ga n de c o l o g i c a l s p a c e,w h i l e t h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m i cd r i v e,t h e i n f l u e n c eo fu r b a na t t r a c t i o n,a sw e l l a s t h eg u i d a n c eo fm a c r op o l i c i e sw e r e t h e i n t e r n a lm e c h a n i s m s t h a t c a u s e d t h ea l t e r n a n t c h a n g eo fP L Es p a c e i nt h eb a s i n.(4)T h e j o i n t r e s e a r c hf r a m e w o r ko ft r a n s f e rm a t r i xa n d t h e i n t e n s i t ya n a l y s i sm o d e lw o u l d r e a l i z e t h e i n t e g r a t e dm o n i t o r i n go f c h a n g em o n i t o r i n ga n dt h ec h a n g e so ft h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h er e g i o n a lP L Es p a c e.T h ei m p r o v e m e n to fs p a c eu t i l i z a t i o ne f f i c i e n c y,r e g u l a t i o no fu r b a ns c a l e,p e r s i s t e n c eo fc u l t i v a t e dl a n dp r o t e c t i o n,f u l f i l l m e n to fe f f e c t i v es p a c ee x i tm e c h a n i s m,a n dg i v i n gp l a yt ot h eg u i d i n gr o l eo fm a c r op o l i c i e so ns p a c et r a n s f o r m w i l lh a v ep o s i t i v ei m p a c t so nt h eh i g h-q u a l i t yu t i l i z a t i o no fP L Es p a c eo f t h es t u d ya r e a.K e y w o r d s:P r o d u c t i o n-L i v i n g-E c o l o g i c a ls p a c e;s p a t i o-t e m p o r a le v o l u t i o n;i n t e n s i t y;c h a n g eo fs t a b i l i t y;u r b a na g g l o m e r a t i o n i nt h eu p p e r r e a c h e so fY e l l o wR i v e rB a s i n 国土空间是支撑各类社会经济活动的基本载体1。改革开放以来,我国城镇化、工业化进程持续推进,有力保障经济高速发展的同时,也不可避免地激化人地矛盾,引发如土地低效利用、空间结构失衡、生态质量下降等次生问题,严重阻碍国土空间潜能发挥2。面对困局,党的十八大提出以“三生空间”为蓝本的国土空间优化目标,开拓“生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”协调发展新格局3。三生空间基于土地利用类型结构、着眼土地利用功能视角提出,其源于土地利用体系,又高于类型分类系统,是对国土资源结构、功能逻辑联系的高度凝练与科学统一,对统筹资源利用、优化资源配置具有重要指导意义2。因此,在土地利用基础上,科学划分三生空间、厘清其发展现状及变化特征,对优化地区国土空间结构,协同社会、经济、生态综合发展,保证空间规划治理体系有效落地具有积极影响。在发展需求与政策导向交织作用下,学界围绕三生空间展开广泛探讨,涉及三生空间内涵与分类4,格局分析、模拟与因素检测2,5-6,功能识别、优化与联系7-8,空间冲突、重构与权衡9-1 0,三生转型及其生态效应1 1等诸方面。总体来看,当前成果丰硕,为优化空间开发、调和空间竞争提供广泛支撑,但也存有不足:(1)过度关注三生空间数量上的增减变化和类型间的迁移流向,缺乏对其变化性状的有效认知、监测与诊断,特定时序内地区三生空间演化带来何种空间状态改变,是平缓、活跃或稳定的,空间转入转出等迁移过程引发何种空间趋势变化,是趋强、趋弱或平稳的等。此次研究将该类性状统称为“三生空间变化稳定性”,并将之定义为规定研究期内,受自然、社会经济等驱动,各类空间不断发生迁移、改变与演化所导致的三生空间状态的改变情况,是趋于由某类空间向另外一类转变或继续维持前一状态不变的一种变化性状的综合描述,若其在不断变化中更趋于不变,则称其具有变化的稳定性。空间变化的稳定与否是空间演化的作用结果,对其探讨可弥补此研究方向关注的不足,在演化“前导过程”动态监测基础上,进一步从其引发的“后继效应”视角,实现变化发生强度、趋势及空间迁移稳定状态的实时监测,为管理者提供更具指向性的决策依据,如发现建设用地存在高强度转移,则予以干预和调控以遏制该趋势,使之趋于平稳防止过快城镇化。为此引入强度分析模型,从要素整体、要素内部、要素之间3个自上而下的不同层面,通过测算要素迁移变化发生的强弱,反馈对象的变化稳定性状态。(2)目前三生空间研究尺度多样,涵盖国家级1 2、行政区6,1 3等多类范围。但整体看,流域尺度研究偏少,特别是对“流域城市群”这一复合目标鲜有关注。此类空间对象,既具备流域所辖范围独特的自然条件属性,又具有城市与城市群独立且兼容并蓄的发展特征,对其三生空间时空演化规律及其带来的变化稳定性进行探讨,有助于全方位了解空间变化发生时的数量、方向、格局及发生后的强度、趋势与稳定性状,可为制定区域空间管理策略、开发个性与共性并存的研究范式提供参考案例。黄河流域是中国九大流域片区之一,也是区域重要的生态屏障与经济文化发展中心,自然本底独特、生态环境脆弱5。作为黄河水源涵养地和黄土高原水土流失重点保护区的上游地区,同时兼具生态韧性差、经济581第4期 黄鑫等:黄河流域上游城市群三生空间时空演化特征及其变化稳定性分析发展过速等问题。改革开放特别是西部大开发以来,上游城市发展迅速,城市间社会经济往来日趋频繁,互动与联系逐渐增多,城市集群效应显著1 4。区域三生空间的转移、开发与改造进入活跃期,空间利用、冲突与矛盾呈现高发态。虽然当前正有序开展国土空间规划,但对区域空间利用强度及其性状变化认知的不足,仍影响流域空间利用效能的高效发挥,而各自为政的利用格局也不利于流域城市群三生空间的协同发展,为地区生态保护与高质量发展带来挑战。科学分析流域城市群空间变化特征,将对转变空间利用方式、提高利用水平起到启示和推动作用。综上,选定黄河流域上游城市群为研究对象,在划定三生空间分类标准基础上,借助转移矩阵、强度分析模型,对研究区2 0 0 02 0 2 0年三生空间格局的时空演化规律及其变化稳定性特征进行探讨,本次研究重点聚焦于:(1)引入变化强度与变化稳定性理念至三生空间领域;(2)构建时空演化与变化稳定性协同分析框架,形成以流域城市群为对象,以三生空间时空演化与变化稳定性水平监测为核心的研究范式;(3)分析并讨论空间变化发生的原因及其内在作用机制,以期为区域国土空间高质量利用提供参考。1 研究区概况与数据来源1.1 研究区概况黄河流域地处9 5 5 0 0 0 1 1 9 0 6 0 0 E,3 2 0 6 0 0 4 1 4 8 0 0 N,横跨中国东、中、西部广大地区,总面积约7 9.5万k m25。根据河道流经区自然和水文情况不同,又细分上、中、下3个流域子区1 5。其中上游覆盖青海、甘肃、宁夏等省区,下辖兰西、呼包鄂榆和宁夏沿黄3大城市群,国土面积、人口和经济占比总量分别为1 4.8 2%,6.5 3%,9.6 2%1 6。改革开放特别是西部大开发来,上游城市群社会经济发展迅速,工业化与城镇化持续推进,交通、水利等基础设施逐步完备。地区快速发展的同时,也较大幅度改变原有国土空间的利用结构、格局与强度(图1)。图1 研究区域1.2 数据来源与空间分类研究数据为2 0 0 0年、2 0 1 0年和2 0 2 0年3期土地利用/覆被遥感监测数据,源于中国科学院资源环境科学与数据中心(h t t p s:/www.r e s d c.c n/),分辨率1k m 1k m。数据集包括耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地6大类,并依据土地自然资源属性细分为2 5个子类。依据三生空间内涵及其功能理论2,1 7,结合空间分类研究成果6,1 8,将其划分为生产、生活和生态3个一级大类和7个二级子类(表1)。表1 黄河流域上游城市群三生空间分类系统一级空间二级空间具体子类生产空间农业生产空间水田、旱地工矿生产空间工矿交通等建设用地生活空间城镇生活空间城镇用地农村生活空间农村居民点用地生态空间绿色生态空间有林地、灌木林地、疏林地、其他林地,高、中、低覆盖度草地蓝色生态空间河渠、湖泊、水库和坑塘、冰川和永久积雪地、滩地灰色生态空间沙地、戈壁、盐碱地、沼泽地、裸土地、裸岩石砾地2 研究方法2.1 转移矩阵转移矩阵能将任意2期空间变化转移面积按矩阵方式排列,描述特定时段三生空间利用结构及类型功能的转移特征1 8。Ai j=A1 1A1 2.A1nA2 1A2 2A2nAn1An2.An n(1)式中:A为面积;i、j分别为研究期初与期末不同三生类型;n为空间类型数量。2.2 强度分析模型强度分析模型最早由美国克拉克大学A l d w a i k团队提出,用以在系统论框架内,通过间隔、类别及转换3个递推层次,逐级测算地类转换强度大小,揭示连续时间间隔内对象变化过程的稳定性情况1 9-2 2,模型结构2 3-2 5分为3个层次。2.2.1 间隔层次 反映不同时间间隔内三生空间变化强度的改变状况,将之与整体平均变化强度相比681水土保持学报 第3 7卷较,以反馈在整个研究时序内三生空间变化的稳定性。假定St和U分别为各研究期和整体空间变化强度,若St=U表示空间变化强度均匀无变,在研究时序内维持稳定;若St或同期变化强度St,说明类型增长活跃,反之为平缓;若总转出强度St,则说明类型减少活跃,反之为平缓;若某一三生类型在连续时限的增长或减少均表现活跃或平缓,则表明该类型在整个观测期具有稳定性。Gt j=(Ji=1Ct i j)-Ct j j/(Yt+1-Yt)Ji=1Ct i j1 0 0%(4)Lt i=(Jj=1Ct i j)-Ct i i/(Yt+1-Yt)Jj=1Ct i j1 0 0%(5)式中:Gt j为某一时限内三生类型j的转入强度;Lt i为类型i的转出强度;Ct i i为某一时限内期初类型i转为期末类型i的面积,即不变面积;Ct j j为期实类型j转为期末类型j的面积;其余参数同前。2.2.3 转换层次 反映某一时限三生空间彼此间相互转移变化的强度,即由某一三生类型转变为其他类型的强度,分转入、转出2个层面。三生类型n转入视角 公式(6)、公式(7):假设某一时限期末三生类型n从期初i转入强度为Rt i n,同一时限内期初各三生类型转为类型n的平均强度为Wt n。若Rt i n=Wt n,说明类型n从期初不同三生类型i转入的过程随机均匀;若Rt i nWt n,说明三生类型n倾向从i获取转入面积,反之为避免;若n在连续时限均表现倾向或避免,则说明其从类型i获取转入的过程具有时间上的稳定性;类型m转出视角 公式(8)、公式(9):亦存在对等关系。若m在连续时限内也表现一致的倾向或避免,则表明其向j转出过程同样具有稳定性。Rt i n=Ct i n/(Yt+1-Yt)Jj=1Ct i j1 0 0%(6)Wt n=(Ji=1Ct i n)-Ct n n/(Yt+1-Yt)Jj=1(Ji=1Ct i j)-Ct n j1 0 0%(7)式中:Rt i n为某一时限内期初三生类型i到期末n的转入强度(in);Wt n为同一时限内期初各三生类型转入为n的平均强度,其他同前。Qt m j=Ct m j/(Yt+1-Yt)Ji=1Ct i j1 0 0%(8)Vt m=(Jj=1Ct m j)-Ct mm/(Yt+1-Yt)Ji=1(Jj=1Ct i j)-Ct i m1 0 0%(9)式中:Qt m j为某一时限内期初三生类型m到期末j的转出强度(jm);Vt m为同一时限内期初三生类型m转出为期末各类型的平均强度,其他同前。由于转变强度识别繁冗复杂,杨建新等2 2提出“交叉列联表”予以改进。根据研究时限与三生类型,构建n2网格矩阵,表示n个研究时限转入、转出2个方向下的三生转换模式(图2):a表示时间间隔1内三生类型j从i转入的倾向性,b表示同时限内三生类型i转出为j的倾向性,真赋红假赋绿;c、d与a、b同源,代表不同研究时限。若横向上a、b或c、d同色,说明该研究时限三生类型i向j具有倾向或避免态的系统性:即期初空间i倾向/避免转出为期末空间j且期末空间j也同样倾向/避免从期初空间i转入,称具有倾向/避免态的系统性2 2。若纵向上a、c或b、d同色,表明研究时限内三生i向j的转换具有稳定性。四格同色则表示:三生i向j的转变是具有稳定特征的系统性变化,即i倾向/避免于向j转出,j倾向/避免于从i转入,二者同时还在时间上保持转换的稳定性。图2 三生空间转移模式的交叉列联781第4期 黄鑫等:黄河流域上游城市群三生空间时空演化特征及其变化稳定性分析3 结果与分析3.1 三生空间时空演化特征3.1.1 时间特征 2 0 0 02 0 2 0年,城市群三生空间此消彼长,变化特征不一。生产先减后增、生活持续增加、生态由增转减(图3)。前1 0年,生产空间下降剧烈,总量由7 17 1 9k m2减少至6 97 2 6k m2,这一趋势与生产空间大幅转出至生态空间有关,累计转出43 9 8k m2,这也与1 9 9 9年起实施的退耕还林(草)工程高度吻合。后1 0年,生产空间转出减少但转入增长,因此出现反弹增加的变化趋势。2 0 0 02 0 2 0年,生活空间平稳增加,总量由51 9 2k m2增长至63 3 0k m2。其间,生活空间转出发生量最小,转入面积较高,因此总量持续攀升。相较而言,生态空间变化波动性较大。前期增加得益于生产空间强力注入,后期减少是由于随着西部大开发推进和经济发展,流域开发对生产、生活空间需求增加,向生态空间扩张增强,加之两类空间向生态空间转入支援锐减,收支失衡导致生态空间快速下降。3.1.2 空间特征 2 0 0 02 0 2 0年城市群三生空间分布格局总体平稳,以生态为主,平均总占比7 6.7 9%,生产和生活空间紧随其后(图4)。生产空间分布广泛,呼包鄂榆城市群集中在包头、呼和浩特和榆林等东部地区;宁夏沿黄城市群密集分布在宁夏平原,包括石嘴山、银川及中宁中部和通宁西北;兰西城市群东侧以兰州为中心,西侧以西宁、乐都城市带为轴线呈散射状,藏区分布较少。生活空间多以各级城市为圆心向外辐射,局地团簇化特征明显。生态空间横跨东西,区域连片性显著,并在鄂尔多斯高原、海东高原等地集聚。子类空间中,农业生产和绿色生态分布最广。灰色生态集聚在鄂尔多斯市杭锦旗北部、乌审旗和鄂托克旗南部,中卫市沙坡头北部及共和、海晏和贵南等地。除刘家峡、龙羊峡、青海湖等大型水源地,蓝色生态主要沿黄河干流分布。工矿生产和城镇生活空间多以城市为中心聚集,农村生活空间破碎而离散。注:白色代表空间减少,灰色反之;箭头表示空间转移方向,数值为变化面积(k m2)。图3 2 0 0 0-2 0 2 0年三生空间转移网络图4 2 0 0 0-2 0 2 0年黄河流域上游城市群不同分类粒度的三生空间分布 相比较而言,空间转移多发于流域中东地区,以呼包鄂榆和宁夏沿黄城市群为主。2 0 0 02 0 1 0年,两地转移变化达54 5 7,18 1 6k m2,占总转移量6 7.9 1%和2 2.6 0%。前者集中于包头、呼和浩特和榆林等东线地区,后者均衡分布在吴忠市盐池、红寺堡区、银川灵武和石嘴山。兰西城市群转移平缓,分布破碎离散,只占总变化量的9.4 9%。各类变化中,生产生态彼此间的转移最剧烈,占总转移面积的8 7.4 3%。2 0 1 02 0 2 0年,空间转移仍集中于呼包鄂榆和宁夏沿黄城市群,但数量和范围都有显著缩减。前者多发于呼和浩特、鄂尔多斯和榆林,但较此前有南偏趋势;后者广泛分布在宁夏平原,集中在吴忠市红寺堡区以北。兰西城市群在兰州北部也出现明显转移团簇,主要是因为自2 0 1 0年起,兰州新区作为第5个国家级新区在此881水土保持学报 第3 7卷地开拔设立。各类变化中,生态向生产空间转移更为明显,占总转移面积的7 3.5 7%(图5)。图5 2 0 0 0-2 0 2 0年黄河流域上游城市群三生空间格局转变特征3.2 变化稳定性分析3.2.1 间隔层次强度 2 0 0 02 0 2 0年流域三生空间间隔层次变化强度分别为0.2 4 3和0.1 2 2,相较于平均变化强度0.1 8 3,呈先高后低变动特征,说明2 0年间,流域三生空间变化状态前后不一致,整体呈现出非平稳性(图6 a)。二级分类视角下间隔层次结果与一级结果一致(图6 b),变化强度同样先高后低于平均变化强度,说明不存在尺度因素导致的变异性问题。图6左侧部分也表明,前期发生的空间变化面积比例远超后期,变化总量缩减,变化发生放缓。三重结果均证实,流域三生空间在2 0年的持续变化中并不稳定,整体 呈前期较强、后期趋弱的 变化特征。2 0 0 02 0 1 0年是退耕还林(草)自启动到实施再到深化的重要时期,受政策导向约束与引导,此阶段发生的定向空间转移较剧烈,这也是导致空间变化不稳的主要原因。图6 间隔层次三生空间不同分类粒度的面积及强度变化3.2.2 类别层次强度 基于类别层次,进一步反馈不同空间类型增加或减少的变化情况(图7)。2 0年间,生产、生活空间总转入强度分别为0.4 0 6,0.4 1 4和1.2 6 4,1.1 9 6,二者均高于同期平均变化强度0.2 4 3和0.1 2 2,说明2 0年来,生产和生活空间的增加一直都较活跃并维持稳定。但同期,两类空间的转出则并不平稳。前1 0年生产、生活空间减少强度均高于同期平均变化强度,二者下降较活跃。后1 0年,二者转出强度均低于平均变化强度,空间减少趋缓。生产、生活空间转出强度前期活跃、后期迟滞,2类空间减少在2 0年间并不稳定。生态空间强度变化与前二者相悖。2 0年间,生 态空间总转 入 强 度 为0.1 7 7和0.0 1 2,均低于同期平均变化强度,表明其增长平缓而稳定,且后期缓和趋势显著高于前期。与转入相对,2 0年间生态空间总转出强度前低后高于平均变化强度,前1 0年减少缓和、后1 0年趋向活跃,空间转出前弱后强,变化也不稳定。值得注意的是,2 0 0 02 0 1 0年生态空间转入量较大,达4 5 2k m2/a(图7 a),但其强度变化并不活跃,远低于平均变化强度0.2 4 3,这与生态空间基数庞大、转入量相对有限有关。这一现象也说明,空间转移数量与强度变化并不完全对等需要鉴别,强度分析是必要的。从二级分类结果解析空间变化稳定性差异产生的原因(图8)。对生产空间,2 0年间农业生产空间转入强度为0.3 7 2和0.1 0 5,均低于同期平均变化强度0.4 2 7和0.1 8 5,空间虽稳定增加但表现平缓。相比下,工矿生产转入强度达4.2 6 1和7.6 7 6,远超平均变化强度,是生产空间稳定增长的主因。2 0年来农业和工矿生产转出呈981第4期 黄鑫等:黄河流域上游城市群三生空间时空演化特征及其变化稳定性分析现一致的前期活跃、后期趋缓特性,这种前强后弱的变化状态使得生产空间转出最终不平稳。对生活空间,2 0年间城镇和农村生活空间转入强度均高于同期平均变化强度,呈活跃增加的稳定态势。2类空间共同加持下,生活空间平稳增长。同期,城镇和农村生活转出均呈前期活跃、后期趋缓的变化特征,使得生活空间转出最终也呈前强后弱的非平稳性。图7 类别层次三生空间一级分类下的面积及强度变化 对生态空间,2 0年间绿色、蓝色生态空间转入都较稳定,前者平缓后者活跃,灰色空间转入先活跃后趋缓。三者协同使得生态空间转入呈平缓不活跃的稳定特征。同期,绿色空间转出平缓,但蓝色、灰色空间转出趋于活跃,最终导致生态空间减少前弱后强不稳定。图8 类别层次三生空间二级分类下的面积及强度变化091水土保持学报 第3 7卷3.2.3 转换层次强度 基于转换层次原理,构建交叉列联表,进一步反馈空间彼此的转移变化特征(图9、图1 0)。图9 转换层次三生空间一级分类的交叉列联图1 0 转换层次三生空间二级分类的交叉列联由图9可知,2 0年间3类空间内部转移频繁、模式多样,其中:生产生活空间呈稳定的倾向性系统转换模式,即生活倾向由生产转入,生产也倾向转出为生活,二者在2 0年间保持转换的稳定性;类似地,生活生态空间呈稳定地避免性系统转换模式。此外,生产避免转出为生态、生态倾向从生产转入、生活倾向转出为生产、生活避免从生态转入这4类转换也具有时间上的稳定性。整体来看,2 0年间生态更倾向从生产空间转入,但生产和生活空间都避免转出为生态空间。由图1 0可知,二级子类空间彼此的转移变化更显详尽,其中,农业生产城镇生活、农业生产农村生活等空间存在稳定的倾向性系统转换关系;农业生产灰色生态、工矿生产农村生活等空间存在稳定的避免性系统转换关系。整体来看,农业生产与城镇生活、农村生活及工矿生产与城镇生活间倾向性的转移关系,是导致生产生活空间出现稳定的倾向性系统转换关系的主要推力;城镇生活、农村生活与3色生态空间彼此相互避免的转移关系,则共同导致生活生态空间出现稳定的避免性系统转换模式。4 讨 论4.1 流域三生空间的实质变化与内在影响机制2 0 0 02 0 2 0年,黄河流域上游城市群三生空间持续变化。数量上,生态转出水平最高,生产转出与生态转入变动性最强,生活转入最为平稳。强度上,生活和生产保持高强度增加、低强度减少,生态增加强度锐减但其减少强度则超过平均强度临界值。变化状态上,流域空间转换稳定与不稳定并存,生产和生活保持稳定倾向性关系的同时,二者减少呈现一致的前强后弱不稳定性;生活和生态彼此稳定排斥的同时,生态减少前弱后强不稳定趋势明显。虽然三生空间在不同监测视角上的表象性变化繁复,但其变化特征的指向性整体趋于一致,多种状态变化均表明:生产和生态空间的彼此转换在流域空间转换关系中占主导地位,但转换优势已由生产转出为生态导向为生态转出为生产,而流域生活空间的持续扩张也在稳步胁迫生态空间。流域空间利用的不协调性依旧存在。前述分析已证实,二级空间此消彼长的迁移变化是生产、生活和生态一级空间演化发生的显性归因,但其对空间变化内在机制究竟如何仍缺乏解释力。三生空间变化是社会经济等诸要素综合作用的结果,纵观流域2 0年发展特征发现,经济的跃迁提升、城市化进程的迅速推进及宏观政策的强势注入对区域空间变化具有绝对影响力,具体而言:(1)经济跃迁。2 0 0 02 0 2 0年,流域经济增速明显,取得量级突破。以流域4大省会城市及榆林市为例,2 0年来5大中心城市生产总值整体呈线性增长态势,年均G D P增量约为1 2 0亿元/a,与5大城市2 0 0 0年平均G D P总量相当(图1 1 a)。经济的急速发