黃河三角洲國土空間演變的時空分異特征與驅(qū)動力分析

曲衍波，王世磊，朱偉亞，平宗莉

黃河三角洲國土空間演變的時空分異特征與驅(qū)動力分析

曲衍波1，王世磊1，朱偉亞2※，平宗莉2

（1. 山東財經(jīng)大學(xué)公共管理學(xué)院，濟(jì)南 250014；2. 山東省土地調(diào)查規(guī)劃院，濟(jì)南 250014）

科學(xué)有效掌握國土空間時空演變特征及其驅(qū)動機(jī)制是優(yōu)化與構(gòu)建國土空間保護(hù)開發(fā)格局的基本前提。該研究以黃河三角洲為例，圍繞“過程-格局-驅(qū)動”的邏輯主線，基于2000、2010和2020年遙感數(shù)據(jù)構(gòu)建國土空間分類體系，利用弦圖可視化模型和地學(xué)信息圖譜刻畫國土空間演變過程，借助重心偏移模型和空間自相關(guān)分析法明晰國土空間演變的時空格局特征，通過地理探測器解析國土空間演變的驅(qū)動機(jī)制。結(jié)果表明：1）2000—2020年黃河三角洲國土空間規(guī)模與結(jié)構(gòu)變化日益顯著，不同類型之間發(fā)生著農(nóng)業(yè)空間內(nèi)部互換、生態(tài)空間與農(nóng)業(yè)空間互換以及城鎮(zhèn)空間向生態(tài)空間的轉(zhuǎn)移過程。2）2000—2020年黃河三角洲不同類型國土空間重心偏移呈同向連續(xù)和異向迂回現(xiàn)象，沿海地區(qū)的HH集聚和LL集聚特征顯著，并在不同時期表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)空間和城鎮(zhèn)空間占用生態(tài)空間轉(zhuǎn)向城鎮(zhèn)空間反哺生態(tài)空間和農(nóng)業(yè)空間的特點。3）2000—2020年黃河三角洲前后兩個時期國土空間演變的驅(qū)動力存在差異，由早期的交通區(qū)位和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平為主控因子逐漸轉(zhuǎn)向后期以政策制度環(huán)境為主導(dǎo)的驅(qū)動機(jī)制。積極開展黃河三角洲資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評價，構(gòu)建合理有序的國土空間保護(hù)開發(fā)秩序是實現(xiàn)該地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要支撐。

土地利用；時空分異；驅(qū)動力；地學(xué)信息圖譜；空間自相關(guān)；地理探測器；黃河三角洲

0 引 言

國土是支撐人類社會可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)文明建設(shè)的空間載體，2015年9月，聯(lián)合國《2030年可持續(xù)發(fā)展議程》中提出實現(xiàn)糧食安全，建設(shè)具有包容性、安全性、復(fù)原力和可持續(xù)性的城市和人類住區(qū)以及保護(hù)、恢復(fù)和促進(jìn)對陸地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)利用等17項可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)[1]。2019年5月，《中共中央國務(wù)院關(guān)于建立國土空間規(guī)劃體系并監(jiān)督實施的若干意見》中指出“……科學(xué)有序統(tǒng)籌布局生態(tài)、農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)等功能空間，劃定生態(tài)保護(hù)紅線、永久基本農(nóng)田、城鎮(zhèn)開發(fā)邊界等空間管控邊界以及各類海域保護(hù)線，強(qiáng)化底線約束，為可持續(xù)發(fā)展預(yù)留空間”。因此合理劃分國土空間類型，科學(xué)識別國土空間時空演變特征與驅(qū)動因素是積極響應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的邏輯前提，也是加快構(gòu)建國土空間治理能力與治理體系現(xiàn)代化的必然要求。

面向空間識別與優(yōu)化的“三生空間”是當(dāng)前國土空間研究的學(xué)術(shù)前沿[2-3]，“雙評價”（資源環(huán)境承載能力評價和國土空間開發(fā)適宜性評價）實施以來，研究重點逐漸關(guān)注“生態(tài)-農(nóng)業(yè)-城鎮(zhèn)空間”的國土空間格局優(yōu)化與驅(qū)動力研究[4-7]。具體來看，“三生空間”的概念內(nèi)涵[8-9]、用地分類[10-11]、空間格局[12-15]、生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[16]等研究備受關(guān)注，與之相銜接的“三生功能”耦合協(xié)調(diào)[17]、分區(qū)調(diào)控[18]、協(xié)同演化機(jī)制[19]等研究成為“三生空間”的深入探究和邏輯順延，并且兩者之間建立起較為完善的“要素-結(jié)構(gòu)-功能”系統(tǒng)關(guān)聯(lián)機(jī)制[3,20]；圍繞“三區(qū)三線”劃定[21-23]、土地利用優(yōu)化[24]、主體功能區(qū)高質(zhì)量發(fā)展[25]、國土空間格局演變及其驅(qū)動因素[7,26]等是“生態(tài)-農(nóng)業(yè)-城鎮(zhèn)”空間研究的主要內(nèi)容，為優(yōu)化國土空間開發(fā)保護(hù)格局提供有益借鑒，具有鮮明的國家戰(zhàn)略導(dǎo)向。其中，在分類體系上，從生產(chǎn)、生活、生態(tài)三個方面闡述國土空間的形成機(jī)理及其相互關(guān)系，是開展國土空間類型識別與結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)，得到學(xué)術(shù)界的一致認(rèn)可[3]，而針對國土空間規(guī)劃體系下的“生態(tài)-農(nóng)業(yè)-城鎮(zhèn)空間”類別劃分鮮有涉及[7]；在研究尺度上，典型山區(qū)、城市群、湖泊、特殊開發(fā)區(qū)以及行政區(qū)劃（如縣域、省域、全國）等局地或全域空間尺度為主要研究對象，對國土空間及其功能演變進(jìn)行微觀探析和宏觀把握，較少對流域和行政區(qū)劃相結(jié)合的中觀層面尤其是陸地、河流、海洋交匯的生態(tài)脆弱性區(qū)域進(jìn)行深入剖析；對于時空演變分析，土地利用轉(zhuǎn)移矩陣與景觀格局指數(shù)是刻畫國土空間演變特征的重要方法，能夠定量化的揭示國土空間演變過程的數(shù)量關(guān)系及其空間結(jié)構(gòu)特征，然而國土空間演變過程不僅具有數(shù)量屬性，也涉及速度屬性和空間屬性，尤其是相鄰行政單元之間數(shù)量變化關(guān)系的集聚或離散程度在空間上的表達(dá)狀態(tài)鮮有報道。

基于此，本研究以區(qū)域可持續(xù)發(fā)展為導(dǎo)向，以保護(hù)與開發(fā)并重的黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)為研究區(qū)，基于2000—2020年遙感數(shù)據(jù)，借鑒并完善已有研究的國土空間分類體系，從過程、格局與驅(qū)動因素等多個維度刻畫國土空間演變過程，全面揭示黃河三角洲國土空間演變的一般規(guī)律，以期為區(qū)域國土空間規(guī)劃和高質(zhì)量發(fā)展提供決策參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)（36°25′～38°16′N，116°54′～120°18′E）（以下簡稱黃河三角洲）（圖1）位于山東省北部，毗鄰渤海，共涉及6個設(shè)區(qū)市的19個縣（市、區(qū)），總面積2.65×104km2，2020年GDP總額為4 304.2億元，常住人口1 052.65萬；截至2020年，黃河三角洲國土空間開發(fā)強(qiáng)度為15.76%。該區(qū)域作為環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈與山東半島的結(jié)合部，社會經(jīng)濟(jì)增長動能顯著加強(qiáng)，生態(tài)空間、農(nóng)業(yè)空間與城鎮(zhèn)空間之間的供需矛盾不斷加劇，導(dǎo)致社會生態(tài)系統(tǒng)失衡，調(diào)節(jié)區(qū)域人地關(guān)系和諧與可持續(xù)發(fā)展迫在眉睫。國務(wù)院2009年11月23日正式批復(fù)《黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展規(guī)劃》，提出“合理劃分農(nóng)業(yè)、建設(shè)和生態(tài)用地，探索土地利用管理新模式”，國土空間保護(hù)與開發(fā)面臨著新的機(jī)遇，2010年以來該區(qū)域國土空間管控成效如何還有待于進(jìn)一步實證分析，尤其是在生態(tài)文明建設(shè)背景下，構(gòu)建集約高效的國土空間開發(fā)保護(hù)格局成為重要命題，以此作為案例區(qū)開展國土空間演變研究具備重要的典型性和現(xiàn)實意義。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

當(dāng)前國土空間分類主要遵循的是國土空間規(guī)劃“三區(qū)三線”中的“三區(qū)”（生態(tài)空間、農(nóng)業(yè)空間、城鎮(zhèn)空間），而可供作為國土空間分類的土地利用數(shù)據(jù)來源主要有國土調(diào)查數(shù)據(jù)、國土空間規(guī)劃數(shù)據(jù)和遙感影像數(shù)據(jù)，前兩類具有分類詳細(xì)、斑塊清晰等優(yōu)點，但缺少長時期的連續(xù)型數(shù)據(jù)，并且與國土空間分類的匹配度存在一定差距；而遙感影像數(shù)據(jù)具有時間連續(xù)性強(qiáng)、分類標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的優(yōu)點，適合進(jìn)行長時間序列的國土空間演變分析。因此，本文選取2000、2010、2020年3期土地利用遙感數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境與科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://www.resdc.cn），分辨率為1 km，并通過劃分國土空間類型，揭示黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)設(shè)立前后的國土空間演變差異特征。首先，在ArcGIS10.3中，利用研究區(qū)邊界對遙感數(shù)據(jù)按掩膜提取，形成研究區(qū)國土空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；然后，基于LUCC分類體系和國土空間的對應(yīng)關(guān)系，將國土空間進(jìn)行三級分類，如表 1所示。

表1 黃河三角洲國土空間分類體系

2 研究方法

國土空間開發(fā)保護(hù)格局體現(xiàn)了人類活動利益訴求的空間反映[27]，其基本前提在于明晰國土空間演變特征。因此，本文按照“過程-格局-驅(qū)動”的研究邏輯主線，從總量變化和類型轉(zhuǎn)化兩個方面解析國土空間變化的過程性特征，從重心軌跡和集聚性兩個方面刻畫國土空間演變的空間異質(zhì)特征，進(jìn)而綜合自然條件、交通區(qū)位、社會經(jīng)濟(jì)水平以及政策環(huán)境等要素探究國土空間演變的影響因子與驅(qū)動機(jī)制。

2.1 國土空間演變過程分析方法

2.1.1 弦圖可視化模型

弦圖主要用于展示多個對象之間的關(guān)系，連接圓上任意兩點的線段叫做弦，弦（兩點之間的連線）就代表著兩者之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。弦圖可以反映國土空間演變過程中不同國土空間之間轉(zhuǎn)換的數(shù)量和流向關(guān)系并進(jìn)行可視化表達(dá)[28]，弦（連接線）的寬度越寬，表示不同國土空間之間轉(zhuǎn)換的數(shù)量越高。本文利用Mul-Charts1.8軟件（https://jshare.com.cn/new）將不同國土空間演變過程進(jìn)行可視化表達(dá)。

2.1.2 地學(xué)信息圖譜

地學(xué)信息圖譜分析用于反映國土空間數(shù)量、類型等方面的變化程度，是人類社會經(jīng)濟(jì)活動在國土空間的基本體現(xiàn)[29]。國土空間演變過程體現(xiàn)了一種國土空間類型轉(zhuǎn)化為另一種國土空間類型的變化關(guān)系，包括轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出兩個轉(zhuǎn)化方向，前者關(guān)注轉(zhuǎn)入國土空間類型的增量，后者關(guān)注該國土空間類型的減量。本文利用ArcGIS10.3平臺的柵格計算器對2000—2020年兩個時期的國土空間類型進(jìn)行疊加運算（公式1），得到黃河三角洲不同時段國土空間變化圖譜，進(jìn)一步從中提取國土空間類型的新增規(guī)模和萎縮規(guī)模，得到漲勢圖譜和落勢圖譜。

=×10+（1）

式中表示新生成的圖譜編碼，、分別表示研究初期和末期的土地利用圖譜單元編碼（二級分類編碼）。例如：=12的含義是指由綠被生態(tài)空間轉(zhuǎn)換為水域生態(tài)空間的地學(xué)信息圖譜。

2.2 國土空間演變格局分析方法

2.2.1 重心偏移模型

國土空間變化重心遷移模型體現(xiàn)了不同國土空間變化軌跡，是不同時間段國土空間演變過程空間表達(dá)的直觀反映，計算方法如公式（2）、（3）。

式中和分別表示特定時期內(nèi)國土空間類型的重心坐標(biāo)；S和分別表示第個斑塊的面積（km2）和斑塊數(shù)量；M和N分別表示第個斑塊的重心坐標(biāo)。

2.2.2 空間自相關(guān)分析

空間自相關(guān)分析包括全局自相關(guān)和局部自相關(guān)分析，在此基礎(chǔ)上各自又劃分為單變量和雙變量分析，單變量分析用于識別單一地理要素之間的聚集或離散特征，而雙變量分析用于識別兩個變量之間增減關(guān)系的空間表達(dá)[30]。本文通過計算2000—2020年兩個時期不同國土空間類型的規(guī)模變化量，借助GeoDa和Stata 15軟件，分別測度國土空間單變量局部Moran’s指數(shù)、雙變量相關(guān)系數(shù)以及全局Moran’s指數(shù)，探析黃河三角洲不同國土空間類型變化的空間格局特征。計算公式如（4）、（5）所示：

單變量空間自相關(guān)表達(dá)公式為

雙變量空間自相關(guān)表達(dá)公式為

2.3 國土空間演變驅(qū)動分析方法

地理探測器是解釋空間分異特征、探測解釋因子的數(shù)理統(tǒng)計方法，具有操作便捷、受樣本約束小等優(yōu)點[31]，計算方法如公式（7）?？紤]驅(qū)動因素數(shù)據(jù)可獲取性，本文以黃河三角洲縣（市、區(qū)）為基本單元，以2000—2010年和2010—2020年兩個時期生態(tài)、農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)3類國土空間的變化率為地理探測器指標(biāo)，借助GeoDetector工具進(jìn)行國土空間變化的驅(qū)動因素探析。

表2 國土空間演變驅(qū)動因素指標(biāo)

3 結(jié)果與分析

3.1 國土空間演變整體特征分析

整體來看（表3），黃河三角洲國土空間類型以農(nóng)業(yè)空間和生態(tài)空間為主，符合區(qū)域資源稟賦條件。在2000—2020年，全域農(nóng)業(yè)空間面積占比均在60%以上，生態(tài)空間面積占比在17%~23%之間，城鎮(zhèn)空間面積占比介于7%~11%。同時，在2000—2010年、2010—2020年和2000—2020年3個時間段，全域國土空間綜合變化速率分別為0.39%、2.1%和1.07%，變化幅度隨著時間的推移明顯加快，說明國土空間結(jié)構(gòu)變化日益顯著，受人類活動干擾愈加強(qiáng)烈。

表3 2000—2020年黃河三角洲國土空間變化統(tǒng)計表

不同國土空間類型來看（表3），生態(tài)、農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)空間面積均有所增加，但動態(tài)度有所差異。其中，生態(tài)空間規(guī)模先減少后增加，主要是2010—2020期間以沿海灘涂、濕地為主的水域生態(tài)空間面積急劇增加，但綠被生態(tài)空間面積卻持續(xù)萎縮且幅度逐漸增強(qiáng)，主要是人類開發(fā)建設(shè)活動占用了大量的綠被生態(tài)空間。農(nóng)業(yè)空間規(guī)模則先增加后減少，鄉(xiāng)村生活空間面積變化較小，主要是受耕地變化影響較大，隨著土地用途管制的趨嚴(yán)，耕地保護(hù)力度加大，生態(tài)脆弱區(qū)內(nèi)早期增加的耕地逐漸退出。城鎮(zhèn)空間規(guī)模也是先增加后減少，主要與工礦生產(chǎn)空間變化有關(guān)，前期受資源稟賦條件影響大規(guī)模開采石油導(dǎo)致工礦生產(chǎn)空間上升，而后期受生態(tài)保護(hù)需求以及礦山修復(fù)工程使得工礦生產(chǎn)空間下降；但受社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化持續(xù)推進(jìn)的影響，城鎮(zhèn)生活空間規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，在一定程度上也滿足了市民基本生活的建設(shè)用地需求。

3.2 國土空間演變過程分析

3.2.1 規(guī)模特征分析

從分階段來看（圖2a、圖2b），2000—2010年黃河三角洲國土空間演變特征表現(xiàn)為生態(tài)空間轉(zhuǎn)換為農(nóng)業(yè)空間、城鎮(zhèn)空間占用生態(tài)空間和農(nóng)業(yè)空間以及生態(tài)空間內(nèi)部互換。其中，綠被生態(tài)空間主要轉(zhuǎn)化為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間、工礦生產(chǎn)空間和水域生態(tài)空間，轉(zhuǎn)出面積為6 475、3 705和1 905km2；水域生態(tài)空間主要轉(zhuǎn)化為工礦生產(chǎn)空間、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間和綠被生態(tài)空間，轉(zhuǎn)出面積203、59和53 km2；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的主要轉(zhuǎn)入來源為綠被生態(tài)空間和水域生態(tài)空間，轉(zhuǎn)入面積分別為647 km2和59 km2；工礦生產(chǎn)空間主要轉(zhuǎn)入來源為綠被生態(tài)空間、水域生態(tài)空間和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間，轉(zhuǎn)入面積分別為370、203和89 km2。2010—2020年國土空間演變表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)空間和城鎮(zhèn)空間補償生態(tài)空間、農(nóng)業(yè)空間內(nèi)部互換。其中，工礦生產(chǎn)空間主要轉(zhuǎn)出為水域生態(tài)空間，轉(zhuǎn)出面積為1 750 km2；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間主要轉(zhuǎn)化為鄉(xiāng)村生活空間和水域生態(tài)空間，轉(zhuǎn)出面積分別為1 587 km2和1 083km2；鄉(xiāng)村生活空間主要轉(zhuǎn)化為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間，轉(zhuǎn)出面積為1 578 km2，同時鄉(xiāng)村生活空間主要轉(zhuǎn)入來源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間，轉(zhuǎn)入面積為1 587 km2；水域生態(tài)空間主要來源于工礦生產(chǎn)空間和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間，轉(zhuǎn)入面積分別為1 750 km2和1 083 km2。

從全時段來看（圖2c），2000—2020年黃河三角洲國土空間變化主要表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)空間內(nèi)部互換、生態(tài)空間與農(nóng)業(yè)空間互換以及城鎮(zhèn)空間向生態(tài)空間轉(zhuǎn)移。其中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)入鄉(xiāng)村生活空間面積為1 587 km2，鄉(xiāng)村生活空間轉(zhuǎn)入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間面積為1 576 km2；綠被生態(tài)空間主要轉(zhuǎn)化為水域生態(tài)空間和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間，轉(zhuǎn)入面積分別為1 568 km2和1 432 km2，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)入水域生態(tài)空間面積為850 km2；工礦生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)入水域生態(tài)空間面積為1 214 km2。

3.2.2 空間圖譜特征分析

1）基本變化圖譜

從分階段來看，2000—2010年黃河三角洲國土空間變化圖譜共生成31類圖譜單元，共有25類圖譜單元發(fā)生了變化（圖3a）。其中，“綠被生態(tài)空間→農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間”（編碼13）圖譜類型最為明顯，主要分布在墾利區(qū)和河口區(qū)，大量沿海灘涂被開墾為耕地；“綠被生態(tài)空間→工礦生產(chǎn)空間”（編碼16）和“水域生態(tài)空間→工礦生產(chǎn)空間”（編碼26），空間分布向河口區(qū)北部擴(kuò)張，進(jìn)一步侵占沿海灘涂和灘地；“綠被生態(tài)空間→水域生態(tài)空間”（編碼12），主要分布在東營市沿海地區(qū)，為緩解生態(tài)系統(tǒng)脆弱性，大量林地和草地轉(zhuǎn)化為濕地。2010—2020年黃河三角洲國土空間變化圖譜共生成35類圖譜單元，共有29類圖譜單元發(fā)生了變化（圖3b），空間聚集程度較上一階段顯著加強(qiáng)，且沿海地區(qū)高于內(nèi)陸地區(qū)。其中，最為顯著的是“工礦生產(chǎn)空間→水域生態(tài)空間”（編碼62），主要分布在萊州灣南岸和研究區(qū)北部，主要原因是《黃河三角洲發(fā)展規(guī)劃》管控下的發(fā)展理論轉(zhuǎn)變，更加注重生態(tài)環(huán)境保護(hù)，使得鹽場與水產(chǎn)養(yǎng)殖基地大幅度減少；“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間→鄉(xiāng)村生活空間”（編碼34），主要分布在內(nèi)陸大部分地區(qū)；“鄉(xiāng)村生活空間→農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間”（編碼43），離散分布在研究區(qū)內(nèi)部，為保障糧食安全和響應(yīng)國家耕地占補平衡政策，土地整治和復(fù)墾等一系列工程措施使廢棄宅基地轉(zhuǎn)變?yōu)楦?，進(jìn)而使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間規(guī)模擴(kuò)大。

從全時段來看，2000—2020年黃河三角洲國土空間變化圖譜共生成35類圖譜單元，共有29類圖譜單元發(fā)生了變化（圖3c）。其中，“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間→鄉(xiāng)村生活空間”（編碼34）和“鄉(xiāng)村生活空間→農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間”（編碼43），較為均勻的分布在黃河三角洲地區(qū)，空間離散程度明顯；“綠被生態(tài)空間→水域生態(tài)空間”（編碼12）和“綠被生態(tài)空間→農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間”（編碼13）主要分布在東北部陸海交匯地區(qū)，“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間→水域生態(tài)空間”（編碼32）主要分布在萊州灣西部；“工礦生產(chǎn)空間→水域生態(tài)空間”（編碼62）主要分布在黃河三角洲北部和萊州灣南岸。

2）漲勢與落勢變化圖譜

從漲勢圖譜來看（圖4），2000—2020年黃河三角洲增長的國土空間類型比較明顯且相對復(fù)雜。其中，2000—2010年黃河三角洲國土空間整體處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，未發(fā)生變化面積占90%以上，發(fā)生變化的國土空間以新增工礦生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，主要分布在近海區(qū)域。產(chǎn)業(yè)發(fā)展是該時期黃河三角洲開發(fā)的主流，依托海洋資源建設(shè)了港口和大量鹽田，通過鹽堿地治理增加了許多農(nóng)業(yè)用地。到2010—2020年黃河三角洲國土空間整體變化比較劇烈，發(fā)生變化區(qū)域占到了40%以上，以水域生態(tài)空間、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間和城鎮(zhèn)生活空間為主，其中新增的水域生態(tài)空間集中分布在沿海地區(qū)，新增的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間在沿黃河兩岸和入海口處分布較多，新增的城鎮(zhèn)生活空間主要分布在現(xiàn)有城區(qū)和鎮(zhèn)區(qū)周圍，該時期黃河三角洲建立并大力開展生態(tài)保護(hù)，原有過度開采和建設(shè)的工礦用地以及污染嚴(yán)重的化工企業(yè)逐漸退出，由生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)空間；國家級農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)的成立，為生態(tài)農(nóng)業(yè)和循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了支撐，土壤改良帶動棉花、蔬菜、林木等耐鹽作物種植推廣，促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間明顯增加；而在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的帶動下，黃河三角洲地區(qū)的人口城鎮(zhèn)化進(jìn)程快速，城鎮(zhèn)建設(shè)空間也隨之增加。

從落勢圖譜來看（圖5），整體變化與漲勢空間有所相似。其中，2000—2010年水域和綠被生態(tài)空間萎縮明顯，空間分布范圍由沿海向內(nèi)陸擴(kuò)張，主要是大量內(nèi)陸灘涂被開發(fā)為鹽田。到2010—2020年間受政策影響，國土空間用途管控趨嚴(yán)，生態(tài)保護(hù)進(jìn)一步加強(qiáng)，不合理的農(nóng)業(yè)開發(fā)和高強(qiáng)度開采的鹽田等工礦用地恢復(fù)為自然狀態(tài)，以人為活動為主導(dǎo)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城鎮(zhèn)建設(shè)空間明顯縮減。

3.3 國土空間演變時空格局分析

3.3.1 國土空間演變軌跡

由圖6可知，黃河三角洲各類國土空間重心遷移路徑呈現(xiàn)同向連續(xù)和反向迂回的特點。其中，生態(tài)空間重心在2000—2020年持續(xù)向東南方向偏移，整體偏移距離為23.903 km，該過程主要受綠被生態(tài)空間變化影響顯著，其持續(xù)向東南方向偏移了21.308 km。農(nóng)業(yè)空間重心在2000—2020年的變化軌跡先向東偏移1.227 km再向西北方向偏移2.841 km，呈現(xiàn)迂回式變化過程，但整體移動距離不遠(yuǎn)，其中2000—2010年變化軌跡受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間重心向東南偏移和鄉(xiāng)村生活空間重心向東北偏移的綜合影響，到2010—2020年則主要受鄉(xiāng)村生活空間重心偏移影響顯著。城鎮(zhèn)空間重心在2000—2020年的變化軌跡先向西南偏移5.737 km再向東南方向偏移9.264 km，也呈迂回式變化過程，但整體移動距離相對較遠(yuǎn)，其中2000—2010年變化軌跡受城鎮(zhèn)生活空間重心向西南偏移和工礦生產(chǎn)空間重心向西北偏移的綜合影響，到2010—2020年則主要受城鎮(zhèn)生活空間重心向東南偏移影響顯著。

3.3.2 空間自相關(guān)分析

從單變量空間相關(guān)性來看（圖7），2000—2020年黃河三角洲生態(tài)空間、農(nóng)業(yè)空間和城鎮(zhèn)空間變化量Moran’s指數(shù)均大于0，均呈現(xiàn)空間正相集聚現(xiàn)象，且沿海地區(qū)集聚特征高于內(nèi)陸。在生態(tài)空間上，2000—2020變化總量介于-347.48～375.68 km2之間，高高集聚（HH）行政單元由14個減少至5個，集聚區(qū)域從西南部移至西北部；低低集聚（LL）行政單元由11個減少至6個，空間分布變化不大；HL集聚和LH集聚行政單元由3個增至4個，空間分布有所擴(kuò)散。在農(nóng)業(yè)空間上，2000—2020變化總量介于-201.42～190.6 km2之間，兩時段高高集聚（HH）行政單元均為9個，但其空間分布由黃河入海口移至研究區(qū)西部；低低集聚（LL）行政單元由24個降至9個，空間分布由鄒平縣、廣饒縣和濱城區(qū)移至墾利區(qū)和東營區(qū)；HL集聚和LH集聚行政單元的數(shù)量和空間變化不明顯。在城鎮(zhèn)空間上，2000—2020變化總量介于-203.46～69.71 km2之間，高高集聚（HH）行政單元由5個增至11個，空間分布由無棣縣、沾化區(qū)、河口區(qū)和利津縣北部移至研究區(qū)中部；低低集聚（LL）行政單元由17個降至14個，空間上由西南部移至北部和萊州灣南岸；HL集聚和LH集聚行政單元在數(shù)量和空間上沒有顯著變化。

從雙變量空間相關(guān)性來看（圖8），不同國土空間變化量之間增減關(guān)系的空間異質(zhì)特征顯著，整體上沿海高于內(nèi)陸、西部高于東部。一方面，生態(tài)空間與農(nóng)業(yè)空間變化量由負(fù)相關(guān)變?yōu)檎嚓P(guān)，且絕對值逐漸減小，其中2000—2010年兩者關(guān)系此增彼減，HL集聚分布在黃河三角洲，LH集聚位于濱城區(qū)、鄒平縣；2010—2020年則以同增同減關(guān)系為主，主要分布在墾利區(qū)、東營區(qū)和無棣縣。另一方面，生態(tài)空間與城鎮(zhèn)空間變化量相關(guān)系數(shù)均為負(fù)相關(guān)，兩者關(guān)系持續(xù)保持著此增彼減的互換關(guān)系，其中2000—2010年空間分布趨于聚集，HL集聚分布于無棣縣、沾化區(qū)和河口區(qū)，LH集聚較為分散，到2010—2020年趨向了分散。再者，農(nóng)業(yè)空間與城鎮(zhèn)空間變化量相關(guān)系數(shù)由正相關(guān)變?yōu)樨?fù)相關(guān)，但絕對值均比較小，其中2000—2010年兩者關(guān)系同增同減，以HH集聚為主，集中于黃河入?？诒辈浚嗽霰藴p關(guān)系主要分布在黃河入?？冢?010—2020年則以此增彼減關(guān)系為主，其中HL集聚分布在東營區(qū)和廣饒縣。

綜合來看，2000—2010年國土空間關(guān)系表現(xiàn)農(nóng)業(yè)空間和城鎮(zhèn)空間占用生態(tài)空間，生態(tài)安全面臨嚴(yán)重威脅；2010—2020年，國土空間關(guān)系表現(xiàn)為城鎮(zhèn)空間反哺生態(tài)空間和農(nóng)業(yè)空間，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與資源環(huán)境協(xié)調(diào)關(guān)系得到一定程度改善。

表5 國土空間變化量相關(guān)系數(shù)

注：***為解釋變量在< 0.01下具有統(tǒng)計顯著性。

Note: ***, explanatory variables were statistically significant at< 0.01

3.4 國土空間演變驅(qū)動分析

3.4.1 驅(qū)動因素分析

綜合來看（表6），2000—2020年黃河三角洲國土空間變化率的空間分異特征受到自然、區(qū)位、社會、經(jīng)濟(jì)和政策因素共同作用，但不同時期的各類國土空間變化率的驅(qū)動因子和作用強(qiáng)度有所差異。

從生態(tài)空間來看，導(dǎo)致2000—2010年生態(tài)空間變化率空間分異的前3位驅(qū)動因子分別是地均農(nóng)業(yè)機(jī)械動力變化率（0.352）、距海岸線距離（0.263）和城鎮(zhèn)化變化率（0.251），農(nóng)業(yè)技術(shù)水平的提高加快農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的同時，也對未利用地開發(fā)創(chuàng)造有利條件，同時距海岸線距離遠(yuǎn)近影響生態(tài)空間的總體規(guī)模，而城鎮(zhèn)化水平影響建設(shè)用地侵占生態(tài)空間速度，兩者也對生態(tài)空間變化率的空間分異起到了重要作用。相較于前一階段而言，地均固定資產(chǎn)投資變化率（0.313）由第10位升至第1位，第三產(chǎn)業(yè)比例變化率（0.226）由第9位升至第2位，公共財政支出變化率（0.201）由第5位升至第3位，該時期主要是由于黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)設(shè)立，通過建立黃河三角洲產(chǎn)業(yè)（股權(quán)）投資基金恢復(fù)和改善生態(tài)系統(tǒng)完整性，生態(tài)旅游也得到快速發(fā)展，因此政策制度環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平是導(dǎo)致生態(tài)空間變化率空間分異的主導(dǎo)因素。

表6 國土空間變化率驅(qū)動因子探測

從農(nóng)業(yè)空間來看，導(dǎo)致2000—2010年農(nóng)業(yè)空間變化率空間分異的前3位驅(qū)動因子分別是距海岸線距離（0.411）、地均農(nóng)業(yè)機(jī)械動力變化率（0.328）、年平均降水量變化率（0.254），相對于內(nèi)陸，黃河入?？谟捎谑苣嗌吵练e影響形成大量新增土地，形成了農(nóng)業(yè)空間補充的主要來源，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高帶動了農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步，加速了其他空間向農(nóng)業(yè)空間轉(zhuǎn)化，而且由沿海向內(nèi)陸遞減的降水量變化趨勢為農(nóng)業(yè)空間演變的空間分異特征發(fā)揮重要作用。相較于前一時期，地均固定資產(chǎn)投資變化率（0.481）由第9位升至第1位，地均農(nóng)業(yè)機(jī)械動力變化率（0.393）仍保持第2位，人均社會消費品銷售額變化率（0.291）由第5位升至第3位，《黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展規(guī)劃》確立了建立高效生態(tài)農(nóng)業(yè)示范區(qū)的戰(zhàn)略布局，并進(jìn)一步劃分了優(yōu)質(zhì)糧棉區(qū)、生態(tài)漁業(yè)區(qū)、生態(tài)畜牧區(qū)和綠色果蔬區(qū)，針對不同區(qū)域的發(fā)展特色與資金需求給予差異化的政策扶持和資金投入，進(jìn)而形成了農(nóng)業(yè)空間變化率的空間分異主導(dǎo)因素。

從城鎮(zhèn)空間來看，導(dǎo)致2000—2010年城鎮(zhèn)空間演變速率空間分異的前3位驅(qū)動因子分別是距海岸線距離（0.472）、地均固定資產(chǎn)投資變化率（0.383）和城鎮(zhèn)化變化率（0.376），黃河三角洲沿海地區(qū)擁有豐富的石油、鹽業(yè)資源，固定資產(chǎn)投資額巨大，同時由于石油化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展導(dǎo)致大量人口集聚，這種傳統(tǒng)資源型產(chǎn)業(yè)的空間差異性是形成城鎮(zhèn)空間變化率空間分異的主導(dǎo)因素。相較于前一時期，城鎮(zhèn)化變化率（0.486）由第4位升至第1位，地均固定資產(chǎn)投資變化率（0.442）仍為第二位，道路密度變化率（0.401）由第5位升至第3位，伴隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，依托產(chǎn)業(yè)、交通等優(yōu)勢，以東營區(qū)為核心的黃河三角洲城鎮(zhèn)發(fā)展核心逐漸形成，同時黃河三角洲產(chǎn)業(yè)投資基金為經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、特色工業(yè)園區(qū)提供有力資金支持，是該階段城鎮(zhèn)空間變化率空間分異的主導(dǎo)因素。

3.4.2 驅(qū)動機(jī)制分析

針對兩個時段黃河三角洲國土空間變化影響因子的差異性，分別選取作用強(qiáng)度前三位的驅(qū)動因子，著重進(jìn)行黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)設(shè)立前后的驅(qū)動機(jī)制對比分析（圖9）。

首先，在黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)設(shè)立之前，受大規(guī)模的土地開發(fā)與高強(qiáng)度利用影響，以經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)為主導(dǎo)的國土空間格局逐漸形成。一方面，黃河三角洲未利用地規(guī)模較大，加之降水量比較充沛，能夠滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的灌溉水源，加之土壤改良技術(shù)的不斷發(fā)展，大量沿海灘涂得以開發(fā)利用，新增農(nóng)業(yè)空間規(guī)模較大；另一方面，持續(xù)推進(jìn)的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程，加快了城市建設(shè)區(qū)和工業(yè)園區(qū)的擴(kuò)展，城鎮(zhèn)工礦用地面積不斷擴(kuò)張；而隨著海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，港口建設(shè)也不斷加強(qiáng)，黃河入?？诤捅辈康貐^(qū)的開發(fā)利用強(qiáng)度逐漸加大。然后，隨著黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的設(shè)立以及《黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展規(guī)劃》編制與實施，確立了高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展理念，國土空間格局發(fā)生顯著轉(zhuǎn)變。一方面，受降水量增加影響，加快了區(qū)域碳水循環(huán)，使得沿海地區(qū)生態(tài)空間規(guī)模增加；另一方面，隨著鐵路、高速公路等交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，便利了地區(qū)之間生產(chǎn)要素的互聯(lián)互通，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)更趨合理，城鎮(zhèn)化建設(shè)由增量擴(kuò)張轉(zhuǎn)向存量盤活，城鎮(zhèn)空間規(guī)模有所下降；同時，大量專項資金的投入和科技的進(jìn)步，也加快了現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)發(fā)展和新舊動能轉(zhuǎn)換，帶動黃河三角洲國土空間集約利用水平顯著增強(qiáng)。

4 結(jié)論與討論

本文基于“過程-格局-驅(qū)動”的邏輯主線開展黃河三角洲國土空間演變分析，以期為構(gòu)建合理有序的國土空間開發(fā)保護(hù)格局提供有益參考，主要結(jié)論如下：

1）2000—2020年黃河三角洲國土空間整體以農(nóng)業(yè)空間為主，不同國土空間類型的演變過程差異顯著。其中，生態(tài)空間規(guī)模先減少后增加，水域生態(tài)空間面積急劇增加，綠被生態(tài)空間面積持續(xù)萎縮；農(nóng)業(yè)空間城鎮(zhèn)空間規(guī)模均為先增加后減少，前者受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間影響較大，后者主要與工礦生產(chǎn)空間變化有關(guān)。不同國土空間類型之間表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)空間內(nèi)部互換、生態(tài)空間與農(nóng)業(yè)空間互換以及城鎮(zhèn)空間向生態(tài)空間轉(zhuǎn)移，且在沿海地區(qū)較為密集，在內(nèi)陸地區(qū)較為分散。

2）2000—2020年黃河三角洲國土空間格局呈明顯的規(guī)律性演變。其中，國土空間重心偏移路徑表現(xiàn)為生態(tài)空間向東南方向持續(xù)偏移、農(nóng)業(yè)空間和城鎮(zhèn)空間則分別向北、向南迂回偏移。國土空間集聚特征表現(xiàn)為沿海地區(qū)單類型空間HH集聚和LL集聚，不同類型之間則由農(nóng)業(yè)空間和城鎮(zhèn)空間占用生態(tài)空間轉(zhuǎn)向城鎮(zhèn)空間反哺生態(tài)空間和農(nóng)業(yè)空間的轉(zhuǎn)變。

3）2000—2020年黃河三角洲國土空間演變過程受到自然、區(qū)位、社會、經(jīng)濟(jì)和政策因素共同作用，但不同時期的影響因子與作用強(qiáng)度存在差異。在2010年黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)設(shè)立之前，交通區(qū)位條件和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平為主控因子，農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)空間大規(guī)模開發(fā)利用，以經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)為主導(dǎo)的國土空間格局逐漸形成；自2010年黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)設(shè)立以來，受政策制度環(huán)境主導(dǎo)，黃河三角洲發(fā)展理念轉(zhuǎn)向生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量同步，生態(tài)修復(fù)治理逐漸加強(qiáng)，國土空間格局發(fā)生顯著轉(zhuǎn)變。

本研究在一定程度上豐富和發(fā)展了土地利用/覆被變化的實證研究，揭示了黃河三角洲國土空間時空演變的發(fā)展過程、空間格局與驅(qū)動因素，為國土空間格局優(yōu)化提供有益參考。相較于內(nèi)陸地區(qū)，黃河三角洲沿海一側(cè)的生態(tài)系統(tǒng)更加脆弱，但其國土空間變化特征更為明顯，并隨時間推移呈現(xiàn)增強(qiáng)趨勢，這種高頻率的國土空間轉(zhuǎn)化關(guān)系極易造成區(qū)域發(fā)展的不穩(wěn)定性，不利于長期的可持續(xù)發(fā)展，因此，積極開展區(qū)域性資源環(huán)境承載力評價和國土空間適宜性評價并編制《黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)國土空間規(guī)劃》，明確區(qū)域發(fā)展的承載規(guī)模和適宜性等級是構(gòu)建合理有序的國土空間保護(hù)與開發(fā)格局的研究重點和主要方向。

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Spatial-temporal differentiation characteristics and driving force of territorial space evolution in the Yellow River Delta

Qu Yanbo1, Wang Shilei1, Zhu Weiya2※, Ping Zongli2

(1.,,250014,; 2.,250014,)

Territorial space is an essential carrier to support the sustainable development of ecological civilization in the human community. It is necessary to accurately identify the types of territorial space, and thereby to determine the temporal and spatial evolution characteristics and driving factors. Taking the High-Efficiency Eco-economic Zone of the Yellow River Delta as the research area,this study aims to optimize the pattern of land and space under the guideline of “process-pattern-drive”.Firstly, a territorial space classification system was constructed using the remote sensing data from 2000 to 2020. Secondly, a chord diagram model in visualization data and Geo-information Tupu were selected to describe the evolution of territorial space. A gravity-center shift model and spatial autocorrelation were used to clarify the spatial and temporal pattern in territorial space evolution.Finally, a geographic detector was used to analyze the driving mechanism of territorial space evolution.The results showed that: 1) The change rates of territorial space in the Yellow River Delta were 0.39% and 2.1% in 2000-2010 and 2010-2020, respectively. There was an increasingly significant change in the territorial space structure.The territorial space evolution included the internal exchange of agricultural space, the exchange of ecological space and agricultural space, as well as the transfer of urban space to ecological space.2) The gravity-center of ecological space shifted 23.903 km to the southeast in the Yellow River Delta, indicating the longest migration path from 2000 to 2020. Nevertheless, the gravity center of agricultural space shifted 3.241 km to the northwest with the shortest migration path. In addition, the spatial agglomeration of territorial space change was mainly concentrated in the coastal areas. The agricultural and urban space occupied the ecological space from 2000 to 2010, whereas, the urban space fed back ecological and agricultural space from 2010 to 2020.3) There were different driving factors for the spatial differentiation in the spatial change rate in various periods. Specifically, the policy and institutional environment dominated the study area after the construction of the high efficiency eco-economic zone, whereas, the traffic location and the level of economic development dominated before that. A reasonable and orderly pattern of land protection was also established to evaluate regional resources, environment carrying capacity, and territorial space suitability (“double assessment”), thereby clarifying the carrying scale and suitability level of regional development for the decision-making on the territorial space strategies.

land use; spatial-temporal differentiation; driving force; Geo-information Tupu; spatial autocorrelation; geographic detector; the Yellow River Delta

曲衍波，王世磊，朱偉亞，等. 黃河三角洲國土空間演變的時空分異特征與驅(qū)動力分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2021，37(6)：252-263.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.06.031 http://www.tcsae.org

Qu Yanbo, Wang Shilei, Zhu Weiya, et al. Spatial-temporal differentiation characteristics and driving force of territorial space evolution in the Yellow River Delta[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(6): 252-263. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.06.031 http://www.tcsae.org

2020-12-24

2021-03-12

國家自然科學(xué)基金項目（42077434，41771560）

曲衍波，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為國土空間利用、評價與規(guī)劃。Email：yanboqu2009@126.com

朱偉亞，研究員，副院長，研究方向為國土空間利用、規(guī)劃與管理。Email：zhangyongjeff@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.06.031

K909

A

1002-6819(2021)-06-0252-12