美国本土的国土空间格局演化特征、影响因素及启示

doi:10.3969/j.issn.1004-9479.2024.10.20230443

摘要/Abstract

摘要：

从国家尺度解析美国国土空间演化特征及关键影响要素，为完善新时期国土空间规划体系提供经验参考，结果表明：（1）城镇扩张、农业生产、水生态保护和裸土地治理是2001—2019年美国国土空间演化的主要态势，尤其是大规模、高增幅的城镇扩张仍然是全美的突出特征；近20年全美仍保持着8.80%的城镇发展空间增幅，同时农业空间生产效率大幅提升。（2）不同于城镇剧烈扩张的演化结果，农业与生态空间的大规模相互转换是美国国土空间内部的主要转换特征。“耕-畜-林”之间的空间布局正在进行深刻的调整，虽然这促进了农业扩张及生产效率提高、裸地治理与生态环境优化，但是也导致了大规模绿色生态空间流失。（3）地理条件、基础设施建设、国土开发政策、自然灾害及区域基本特征是美国国土空间演化的主导驱动因素，降水、气温及湿度等水文气候条件的变化发挥了关键的促进作用。相比之下，人口、经济和产业等因素主要在城镇发展空间内部产生局部影响，并未对美国整体的国土空间变化产生显著影响。基于上述结论，本文提出：重视长时序气候变化对农业空间、生态空间布局的动态影响；关注不同等级、不同地区间城镇空间新增规模参数分配的差异；预防传统粮食主产区农业空间退化，构建裸地治理、重大土地工程与国土空间规划体系的弹性衔接路径。

关键词: 国土空间, 时空演化, 国土空间规划, 中国式现代化, 美国

Abstract:

Analyzing the evolution characteristics and key influencing factors of the spatial pattern of the United States at the national scale provides an experiential reference for the improvement of China's territorial spatial planning system in the new era. The results show that: (1) Urban expansion, agricultural production, water ecological protection, and bare land management are the main trends in the evolution of the spatial pattern of the United States from 2001 to 2019. Especially, large-scale and high-growth urban expansion is still a prominent feature of the United States, where the urban area has remained at 8.80% for nearly 20 years. At the same time, agricultural production efficiency in spatial areas has significantly increased. (2) Unlike the final evolution result of the rapid expansion of urban areas, the large-scale mutual transformation between agricultural and ecological spaces is the dominant transformation characteristic within the spatial pattern of the United States. A profound spatial layout adjustment is taking place between "cropland-animal husbandry-forestry". While promoting agricultural expansion and improving production efficiency, land management and ecological environment optimization, it has also led to large-scale loss of green space. (3) Geographical conditions, infrastructure construction, land development policies, natural disasters, and regional basic characteristics are the dominant driving factors of the spatial evolution of the United States in the past 20 years. At the same time, changes in hydroclimate conditions such as precipitation, temperature, and humidity have played a key promoting role. Population, economy, and industry have only had a partial impact on the internal development space of urban areas, and have not had a significant impact on the overall spatial changes of the United States. Based on the above conclusions, the article proposes the following suggestions: pay attention to the dynamic impact of long-term climate change on the spatial layout of agriculture and ecology; focus on the differences in the allocation of parameters for urban spatial expansion among different levels and regions; prevent the degradation of agricultural space in traditional grain-producing areas, and construct policies and suggestions for the elastic connection path between bare land management, major land projects, and the territorial spatial planning system.

Key words: territorial space, spatio-temporal evolution, territorial spatial planning, Chinese-Style Modernization, the United States

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图/表 11

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数据分类	数据名称	来源
土地利用基础数据	（美国）国家土地覆被数据库（NLCD）	美国多分辨率土地特征（MRLC）联盟（www.mrlc.gov）
行政要素数据	自然地球1:10 m公共地图集	自然地球（Natural Earth） GIS公共领域数据集（www.naturalearthdata.com）
影响因素数据	人口、经济与产业相关数据	美国人口普查局（U.S.Census Bureau）（data.census.gov
	降水、气温等气候变化数据	英国国家大气科学中心（NCAS）CRU TS v4气象数据集（crudata.uea.ac.uk/cru/data/hrg）
	油、汽、矿产资源开发数据	美国国家气象局（NOAA）（www.ngdc.noaa.gov）
	海拔、坡度、河流湖泊等地理基础数据	美国地质调查局（USGS）（www.usgs.gov）
	土地管辖、区域类型、自然灾害数据	美国能源地图集（U.S.Energy Atlas）（atlas.eia.gov）奥斯陆和平研究所（PRIO）（www.prio.org/）世界保护区数据库（WDPA）（www.protectedplanet.net）
	生态保护区、国家公园、生态区等数据

数据分类	数据名称	来源
土地利用基础数据	（美国）国家土地覆被数据库（NLCD）	美国多分辨率土地特征（MRLC）联盟（www.mrlc.gov）
行政要素数据	自然地球1:10 m公共地图集	自然地球（Natural Earth） GIS公共领域数据集（www.naturalearthdata.com）
影响因素数据	人口、经济与产业相关数据	美国人口普查局（U.S.Census Bureau）（data.census.gov
	降水、气温等气候变化数据	英国国家大气科学中心（NCAS）CRU TS v4气象数据集（crudata.uea.ac.uk/cru/data/hrg）
	油、汽、矿产资源开发数据	美国国家气象局（NOAA）（www.ngdc.noaa.gov）
	海拔、坡度、河流湖泊等地理基础数据	美国地质调查局（USGS）（www.usgs.gov）
	土地管辖、区域类型、自然灾害数据	美国能源地图集（U.S.Energy Atlas）（atlas.eia.gov）奥斯陆和平研究所（PRIO）（www.prio.org/）世界保护区数据库（WDPA）（www.protectedplanet.net）
	生态保护区、国家公园、生态区等数据

空间类型	土地类型	分类依据
城镇开发空间	建设的开敞空间	不透水表面占比小于20%，包括大面积单户住宅单元、公园、高尔夫球场和在建成环境中种植的植被，用于娱乐或美学目的
	低强度建设空间	不透水表面占比20%~49%，通常包括单户住宅单元
	中强度建设空间	混合了建筑材料和植被，不透水表面占比50%~79%，通常包括单户住宅单元
	高强度建设空间	人类大量居住或工作的高度发达地区，包括公寓大楼、排屋和商业/工业区，不透水表面占比80%~100%
农业生产空间	自由放牧草地	不受耕作等集约化管理的影响，但可用于放牧的以草本或草本植被为主的区域，一般占总植被比例的80%以上
	牧场及干草地	草地/干草植被占总植被的比例大于20%，包括为牲畜放牧或生产种子或干草作物而种植的草、豆科植物或草豆混合物的区域，通常处于常年周期管理
	栽培作物种植地	农作物植被占植被总量的20%以上，用于生产一年生作物，如玉米、大豆、蔬菜、烟草和棉花，以及多年生木本作物，如果园和葡萄园等区域
绿色生态空间	落叶林地	由高于5 m的树木占主导的区域，并且大于总植被覆盖率的20%，超过75%的树种随着季节的变化而同时落叶
	常绿森林地	由高于5 m的树木占主导的区域，并且大于总植被覆盖率的20%，超过75%的树种一年四季都有叶子
	混交林地	由高于5 m的树木占主导的区域，并且大于总植被覆盖率的20%，落叶树种和常绿树种都不超过总盖度的75%
	灌木丛地	以高度不到5 m的灌木主导的地区，灌木郁闭度通常超过总植被的20%，包括灌木、处于早期演替阶段的幼树和因环境条件而发育不良的树木
蓝色生态空间	木本湿地	森林或灌丛植被占植被覆盖的20%以上，土壤或基质定期被水饱和或被水覆盖的地区
	常年冰雪覆盖区	以常年冰雪覆盖为特征的地区，通常超过总覆盖的25%
	新兴草本湿地	多年生草本植被占植被盖度80%以上，土壤或基质定期被水饱和或覆盖地区
	开阔水域	江河、湖泊、水库等，一般植被或土壤覆盖率低于25%
其他生态空间	裸土地	由基岩、沙漠人行道、悬崖、峡谷、滑坡、火山物质、冰川碎屑、沙丘、露天矿、砾石坑和其他土质堆积物的区域，植被在总覆盖率中所占比例不到15%

空间类型	土地类型	分类依据
城镇开发空间	建设的开敞空间	不透水表面占比小于20%，包括大面积单户住宅单元、公园、高尔夫球场和在建成环境中种植的植被，用于娱乐或美学目的
	低强度建设空间	不透水表面占比20%~49%，通常包括单户住宅单元
	中强度建设空间	混合了建筑材料和植被，不透水表面占比50%~79%，通常包括单户住宅单元
	高强度建设空间	人类大量居住或工作的高度发达地区，包括公寓大楼、排屋和商业/工业区，不透水表面占比80%~100%
农业生产空间	自由放牧草地	不受耕作等集约化管理的影响，但可用于放牧的以草本或草本植被为主的区域，一般占总植被比例的80%以上
	牧场及干草地	草地/干草植被占总植被的比例大于20%，包括为牲畜放牧或生产种子或干草作物而种植的草、豆科植物或草豆混合物的区域，通常处于常年周期管理
	栽培作物种植地	农作物植被占植被总量的20%以上，用于生产一年生作物，如玉米、大豆、蔬菜、烟草和棉花，以及多年生木本作物，如果园和葡萄园等区域
绿色生态空间	落叶林地	由高于5 m的树木占主导的区域，并且大于总植被覆盖率的20%，超过75%的树种随着季节的变化而同时落叶
	常绿森林地	由高于5 m的树木占主导的区域，并且大于总植被覆盖率的20%，超过75%的树种一年四季都有叶子
	混交林地	由高于5 m的树木占主导的区域，并且大于总植被覆盖率的20%，落叶树种和常绿树种都不超过总盖度的75%
	灌木丛地	以高度不到5 m的灌木主导的地区，灌木郁闭度通常超过总植被的20%，包括灌木、处于早期演替阶段的幼树和因环境条件而发育不良的树木
蓝色生态空间	木本湿地	森林或灌丛植被占植被覆盖的20%以上，土壤或基质定期被水饱和或被水覆盖的地区
	常年冰雪覆盖区	以常年冰雪覆盖为特征的地区，通常超过总覆盖的25%
	新兴草本湿地	多年生草本植被占植被盖度80%以上，土壤或基质定期被水饱和或覆盖地区
	开阔水域	江河、湖泊、水库等，一般植被或土壤覆盖率低于25%
其他生态空间	裸土地	由基岩、沙漠人行道、悬崖、峡谷、滑坡、火山物质、冰川碎屑、沙丘、露天矿、砾石坑和其他土质堆积物的区域，植被在总覆盖率中所占比例不到15%

空间类型	空间规模/km²					规模变化/km²	变化幅度/%
空间类型	2001年	2006年	2011年	2016年	2019年	规模变化/km²	变化幅度/%
城镇发展空间	429 678.27	445 758.03	456 110.73	463 575.24	467 508.33	+37 830.06	+8.80
农业生产空间	2 900 869.29	2 926 063.08	2 937 471.30	2 934 500.04	2 901 725.19	+855.90	+0.03
绿色生态空间	3 759 126.21	3 719 067.48	3 695 744.88	3 692 206.44	3 720 027.96	－39 098.25	－1.04
蓝色生态空间	910 029.69	909 351.81	911 091.51	909 118.17	912 539.07	+2 509.38	+0.28
其他生态空间	80 695.08	80 158.14	79 980.12	80 998.65	78 597.99	－2 097.09	－2.60