《Land》：Land Spatial Zoning and Tailor-Made Optimization Strategies Considering Both Development States and Change Processes
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地球表面的空间异质性由演化过程与利用状态共同决定，规划政策应针对特定地理区域量身定制。该文提出一种创新的空间分区方法，同时考虑国土空间的利用状态（开发格局与开发强度）与演化过程（发展趋势），并以中国郑州市为案例区。研究评估了不同空间分区内土地覆被转型对地表温度
地球表面的空间异质性由演化过程与利用状态共同决定，规划政策应针对特定地理区域量身定制。该文提出一种创新的空间分区方法，同时考虑国土空间的利用状态（开发格局与开发强度）与演化过程（发展趋势），并以中国郑州市为案例区。研究评估了不同空间分区内土地覆被转型对地表温度（LST）变化的影响，通过相关分析与政策梳理揭示了分区形成的原因，并提出了因地制宜的优化策略。结果表明：研究区可划分为18个空间分区，其形成是土地覆被长期变化与人类活动共同作用的结果。ELG（生态主导低强度增长区）、ALS（农业主导低强度收缩区）和UMG（城镇主导中强度增长区）占比最大，分别反映了当前土地利用状态与以往变化趋势。由农用地向建设用地转型（其中41.34%分布于UMG区）可能与LST增温相关，而由农用地向绿地转型（其中67.04%分布于ELG区）可能与LST降温相关，这两类变化对LST变化的贡献最大。应更加关注土地覆被过程的组合效应与转移效应，以及农业生产中的季节性暴露。地形从根本上影响分区分布，人类活动与规划政策则塑造空间格局。未来规划政策应针对不同空间分区量身定制。该分区方法与优化策略可为研究区及其他城市区域的未来国土空间规划提供有益参考。
研究背景方面，在长期城镇化进程中，土地利用、开发建设、经济生产与生态修复等人类活动显著改变了地球表面，并在不同发展阶段形成各具特征的空间形态。中国近四十年快速城镇化驱动的土地利用转型引发广泛关注：城镇规模快速扩张直接导致建设用地无序蔓延、新开发区土地利用效率偏低、城乡边缘区空间变化强度加大，以及农村地区耕地与天然林地遭到占用和侵蚀；这些问题间接影响生物多样性、粮食安全与气候变化。土地开发强度过高会造成建筑密度大、人口拥挤，进而引发交通拥堵、空气污染物扩散不畅、城市热岛效应加剧与城市内涝风险上升，并损害人体健康；开发强度过低则导致土地资源利用效率低下。因此，不同空间分区的土地资源开发与管理应因地制宜并配套相应政策策略。现有空间分区研究主要集中于功能冲突分区、生态健康诊断与修复分区、生态系统服务管理分区、土地利用结构阈值分区、情景分区与主体功能区治理分区五个方面，但多数研究聚焦当前利用状态，对过去演化过程考虑不足。地理空间的"利用状态"与"演化过程"在长期序列中具有互为因果的关系：利用状态是特定时点土地资源开发利用所形成的外观与特征，是人为活动与自然环境相互作用的结果；演化过程则是土地利用状态逐年变化的趋势，土地利用强度与格局是对利用状态的静态描述，而土地利用趋势（增长、衰退或稳定）是对地理过程的动态描述。基于此，研究人员以中部特大城市郑州为案例区，综合考虑利用状态（土地利用格局与强度）与演化过程（变化趋势）两个维度，借助多源数据分析与集成对地理空间进行分区，量化评估各分区内土地利用变化过程及其对LST变化的影响，并考察地形与人类活动如何塑造空间分区、阐明利用状态与演化过程之间的因果关系，进而为不同空间分区的未来空间规划提出因地制宜的优化策略。研究的重要意义在于为未来国土空间规划、城市发展方向与城市更新策略的制定提供空间依据，其分区方法与优化策略可为研究区及其他城市区域提供参考。
关键技术方法方面（不超过250字）：研究采用2004、2013、2023年三期Landsat影像（30 m分辨率），在ENVI 5.0中通过监督分类结合混淆矩阵与地面真值ROI评估精度，将土地覆被划分为建设用地、绿地、农用地、水体和其他五类；道路网络矢量取自Open Street Map用于计算主干路密度；采用Long Ying团队多属性建筑数据集提取建筑密度、建筑高度与容积率；人口密度栅格（1 km）来自LandScan平台；ALOS数字高程模型（12.5 m）用于量化地形影响；2023年夜光数据作为经济发展与开发强度的代理指标；2004与2023年昼夜四季平均LST栅格（1 km，基于MODIS MOD11A2）取自资源环境科学与数据注册与发布系统。研究以1 km网格（对应15分钟步行距离）为分区单元，通过AHP（层次分析法）与PCA（主成分分析）结合最小相对信息熵原理与拉格朗日乘子法确定组合权重，采用随机森林模型（Python 3.8，scikit-learn，样本量7217，GridSearchCV调参，五折交叉验证与空间分块验证）结合MDR2评估各转型类型的特征重要性，并用Spearman相关分析转型面积与LST变化的关系。
研究结果方面：3.1 土地利用状态的分区与制图结果显示，基于状态结果与过程结果叠加，研究区2023年被划分为18个空间分区。城镇主导区占总面积28.42%，集中于中东南部；农业主导区占30.73%，主要位于中心城区东南与西北；生态主导区占40.30%，主要位于西部。ELG、ALS、UMG面积占比最高，分别为35.21%、23.02%、15.23%，表明近二十年区域土地利用活动主要集中于城市扩张与生态修复。各分区呈现明显空间分布与梯度特征：UHU与UHS主要位于城镇区中心，UHG主要分布于中心城区核心周边及其他城区中心，外围为大量UMG及少量UMU、UMS；ULG散布全区，可能对应扩展的村庄与镇；ULS散布于西部山区。ALG主要沿黄河及东部平原分布，ALS主要位于中心城区西北与东南并紧邻UMG和ULG，说明历史农用地减少主要由城市扩张引起；ELG分布广泛，西部山区多于东部平原，近二十年为生态建设关键区域并呈自西向东扩张趋势，其中心有少量ELU构成生态核心与主要生态保护区，ELS主要位于ELU与ELG之间。3.2 不同空间分区土地覆被演化过程方面，2004—2023年土地覆被总转移面积3401.77 km2，各转型类型时空异质性显著。A向B与A向G转型在两个时期均最突出，集中于中心城区周边并呈外向扩张趋势；A向B在UHG（69.82%）、UMG（58.74%）、ULG（45.86%）、AMS（63.22%）、ALU（22.05%）中占比最大，A向G在ELG（67.92%）、ALS（40.51%）、EMG（37.24%）、ULU（26.20%）、ELU（25.46%）中占比最大；UHS、UHU、UMS中B向G占比最大（59.5%、38.03%、32.73%），表明城市更新与生态修复为主要活动；ULS中B向A（27.54%）、A向G（23.88%）、B向G（23.13%）占比较大且相近。各分区转型过程差异显著：城镇主导区中大量农用地（634.79 km2）转为建设用地，尤以UMG（432.59 km2）为甚；从第一时期到第二时期，UHG与UMG中A向B转移面积减少，ULG中扩大；建设用地减少释放的土地主要用于城市绿化与耕地复垦，在第二时期UMS的B向G（6.75 km2）与ULS的B向A（7.50 km2）中尤为明显。生态主导区中ELG面积最大且A向G面积最大，EMG转型过程最复杂，主导覆被由2004年农用地到2013年城镇建设用地再到2023年绿地，反映发展理念由侧重城市建设转向生态文明建设优先；ELS中流失绿地主要转为建设用地。农业主导区中ALS面积最大，AMS与ALS农用地减少主要转为建设用地与绿地或用于农业设施建设；ALG农用地增加源于建设用地复垦（第一时期6.27 km2、第二时期28.56 km2）与绿地恢复（第一时期18.32 km2、第二时期36.67 km2），复垦与恢复趋势可能持续。3.3 土地覆被转型对LST变化的影响方面，2004—2023年年均气温上升0.8 °C，各季节平均LST均显著上升，夜间增温强于白天，夏秋比冬春更明显；UMG、UHG、EMG、AMS为主要LST升高区，可能与建设用地增长有关，ELG、ELU、ELS为主要LST降低区，可能与绿色植被缓解气候变暖有关；秋季白天农业主导区（如ALG、ALU）LST增幅最明显，而夜间UHG增幅最高，推测与作物收获导致植被覆盖暂时减少、耕翻后表土储热及蒸发冷却减弱等因素有关。随机五折交叉验证R2从0.1353（冬季夜间）到0.5092（夏季白天），重要性排序解释为相对贡献而非绝对贡献。各转型类型对LST变化的解释力在夏秋最显著，A向B与A向G贡献最大，明显超过其他类型；建设用地与绿地转为农用地的贡献排名第三或第四；A向W的贡献在夜间较白天上升5至7位，主要归因于水体的夜间增温效应。A向B、G向B、A向W与LST变化呈正相关，A向G与B向G在昼夜均呈负相关；G向A与B向A白天正相关、夜间负相关。分区分布上，A向B（41.34%）与G向B（32.98%）主要见于UMG，A向G（67.04%）、B向G（45.94%）、A向W（49.75%）主要位于ELG，B向A（27.20%、19.53%、24.07%）与G向A（28.55%、25.66%、25.33%）分别主要分布于ALS、ALG、ELG，O向A（75.28%）主要见于ALG。
讨论部分总结：4.1 地形特征影响空间分区分布，城镇主导区与农业主导区主要集中于地形平坦、坡度平缓区域，二者地形适宜性相似可能是快速城镇化时期A向B显著转换以及协调发展阶段城镇扩张与农业生产用地冲突的关键原因；EMG主要位于较平坦区域，生态空间以城市内部及周边人工绿地与水体为主；ELG多位于低山丘陵区，ELU主要位于海拔较高、坡度较陡的偏远山区且基本完整稳定，是野生动植物重要自然栖息地；ELS主要分布于平坦或缓坡平原及低山地区，其生态空间减少可能归因于农村居民点与镇扩张、旅游与交通基础设施建设及土地利用置换效应。未来空间规划应更重视竖向规划与土地适宜性，统筹协调各类分区。4.2 人类活动与规划政策的影响需更多关注，社会经济发展水平决定特定阶段人类活动的主要目标与方向，不同城镇化阶段的发展目标与战略影响土地利用转型并塑造不同格局。研究区近二十年发展理念与规划政策划分为三阶段：第一阶段（2000—2011）以经济与城市快速发展为主要目标，第二阶段（2012—2017）聚焦生态文明建设，第三阶段（2018—2023）主要通过区域协调与生态转型追求高质量发展。前两阶段在一系列项目推动下大量农用地转为林地与建设用地，郑州城镇化率由2000年55.1%升至2023年80%，2015年（70.6%）完成加速城镇化阶段后进入稳定发展期；城镇人口、经济发展、建成区规模、建成区绿化覆盖率与造林面积快速上升，但2009—2012年人均公园绿地面积急剧下降，因城市绿化速度低于人口增长与土地城镇化速度，随后在生态文明建设推动下迅速恢复；中心城区及周边已建立系统性生态廊道与城市公园网络，A向G与B向G转移面积显著增加；同时受城市建设、造林绿化与农民进城多重影响，农用地持续减少，粮食播种面积与产量2012—2021年急剧下降，2021年后在生产技术进步与更严格耕地保护政策（如防止耕地"非农化""非粮化"）影响下随B向A与G向A增加呈恢复趋势。大城市城镇化是必然趋势，严格耕地保护政策需结合区域特征实施，过度刚性可能损害此前围绕大城市建立的绿色生态屏障并产生新的生态风险。4.3 针对不同发展分区的因地制宜优化策略：高强度城镇主导区（UHG、UHU、UHS）应借城市更新契机增加立体绿化以缓解高密度开发带来的高温与拥挤问题，并增强绿地连通性以改善居住环境质量；中强度城镇主导区（UMG、UMU、UMS）应限制城市扩张、优化用地布局以缓解空间冲突与环境恶化，并推动创新驱动发展与有机更新以增强城市活力、缓解城市收缩；低强度城镇主导区（ULG、ULU、ULS）应防止农用地向绿地与建设用地转移，保护关键生态空间与基本农田不被侵占，提升土地利用效率与城市活力，优化空间功能与布局，提高城市公共基础设施服务水平。EMG与ELG应优先优化生态空间结构、增强空间连通性并强化生态系统服务功能；ELU与ELS最适宜措施为立法保护、扩展生态空间与减少人为干扰，稳定生态绿地是防止气候变暖的重要冷源；AMS应深入分析土地利用适宜性，引导破碎农用地向都市农业与生态空间转型发展；低强度农业主导区（ALG、ALU、ALS）应优先保护农用地数量、防止非农化非粮化、提升农用地质量并建设高标准农田；未来研究还应考虑农田种植结构与收获季节对LST及局地气候变化的影响。4.4 贡献与局限：主要贡献在于提出兼顾当前利用状态与历史演化过程的国土空间分区方法与研究框架，为监测未来土地利用与环境变化、制定土地开发政策提供新的空间尺度与视角；相较传统自然断点法确定开发强度等级，该研究依据规划设计规范中各指标上下限确定强度等级更为合理并具一定创新性。主要发现包括：基于演化过程与当前发展状态将研究区地理空间划分为更细致分区；近几十年郑州农用地转为绿地的面积超过转为建设用地的面积；LST增温趋势夜间强于白天，夏秋较冬春更明显，且秋季白天LST峰值出现在农业主导区而非城镇主导区；不同时期发展理念与规划政策实施与土地利用类型的不稳定和反复转换密切相关，尤其是耕地、林地与建设用地之间的相互转换。局限包括：因数据获取困难未将林地与耕地种植强度纳入分区分类框架；空间分析单元仅采用常用的1 km网格，未比较不同网格尺度；LST变化仅使用首末年份数据，不足以完全区分土地覆被变化与天气变化的影响；对农业主导区秋季白天增温现象的解释有限；仅对一个城市开展实证研究，缺乏不同区域间比较。
研究结论翻译：本研究提供了一套评估国土空间发展状态与具体转型过程的分区方法与研究框架。结果表明，当前利用状态是在特定历史时期内演化的土地利用变化过程的产物，这些过程受自然地形的与人类活动影响，并反过来对人类环境（包括LST变化与气候格局）产生显著影响。在研究区划分的18个分区中，ELG、ALS与UMG占比最大，分别占总面积的35.21%、23.02%与15.23%，表明近二十年郑州城镇空间与生态空间显著扩张，同时农用地减少。在不同时期规划政策影响下，土地覆被转型过程相应变化，并有望在未来走向更加协调的发展。A向B与A向G转型与LST变化相关性最显著，尤其在夏秋季节。与建设用地一致的增温关联和绿地一致的降温关联不同，农用地与LST变化的关系呈现季节性与昼夜差异，秋季出现明显的白天增温效应，可能与作物生长周期有关。在分析政策规制对近二十年土地覆被转型过程的影响后，研究针对不同分区提出了因地制宜的优化策略，主要包括城镇主导区的降强度与存量更新、EMG与ELG的空间结构优化、ELU、ELS、ALG、ALU与ALS的严格保护，以及AMS及其他分区的资源潜力挖掘与功能转型。这些策略可作为预测未来土地利用变化的情景，并为郑州空间规划提供科学依据。此外，研究使用的所有基础数据均可通过官方网站公开获取，因此该分区方法可应用于其他区域及相关研究领域。
