21世纪以来，气候异常，自然灾害频发，人类的生产生活活动日益增多，给全球的生态环境造成一定程度的破坏。而在20世纪80年代，地球系统科学的提出，不仅为地球科学的发展提供理论基础，而且也为生态环境的可持续发展提供参考借鉴。自21世纪初美国国家研究会(NRC)提出“地球关键带”概念^[1]以来，大量学者对其进行研究，我国更是将“地球关键带过程与功能”作为国家自然科学基金“十三五”发展规划中的重要研究方向之一，因此，山江海地域系统关键带研究对地球系统科学的发展具有重要意义。

地球关键带作为21世纪地球系统科学的发展前沿，为推动其发展，国内外学界推出许多喀斯特关键带相关的研究计划和项目，全球已建立60多个监测站用以监测关键带地表圈层要素的变化^[1-6]。在研究主题与内容上，主要有地球关键带的物质循环、形成与演化机理，不同时间尺度上的地球关键带的结构特征等^[7-11]；在研究区域上，将生态环境脆弱、空间异质性较强的地区选为关键带研究区，集中选择不同尺度的研究单元如大江大河、山区平原高原、海岸带湿地、城郊、矿区关键带^[12-17]；在研究方法上，有地质-水文学方法、数学方法、地球化学模拟方法、填图-检测-建模方法、驱动力-压力-状态-影响-响应模型等^[18-20]。地球关键带具有多种类型，如流域、喀斯特地区、人类关键区，研究区不同其研究方法、内容也存在着差异，同时研究还存在一定的局限性，如流域关键带研究还处于起步阶段，尚未进行大量的定量研究^{[14, 15, 17]}。地球关键带分类既是地球关键带分区的基础(即注重不同关键带内部特征的同一性与演变性特征，相同区域所产生的变化过程相似)，又可综合反映不同关键带结构的耦合形成与演变特点、特征及其生态系统服务等主题^[10]。地球关键带分类对农业规划和自然资源利用规划具有重要的指导意义。由于地球关键带地层结构面存在一定的空间连续性，难以明确分界线，如何准确地体现地球关键带各要素的连续性特征是目前研究的技术难点之一，目前只能根据研究者对地球关键带的熟悉程度来确定分类原则。一般而言，可以综合自然因素、人类活动及区域分异特征来选择和确定分类指标。国内外众多学者对地球关键带进行了大量的研究，都取得了丰富的成果。张甘霖等^[10]以中国为例，运用空间叠置法构建地球关键带三级分类方案；Lü等^[16]以黄土高原为例，运用聚类和主成分分析法综合地质、地貌、土壤类型对其关键带进行分类研究；马婉君等^[21]运用空间叠置法构建农田关键带三级分类方案。然而，目前地球关键带研究重点内容主要体现在关键带的地表要素和地下要素等方面，对地球关键带的研究大多数仅是单一要素的研究，有关多要素的综合区域关键带的分类研究甚少^[14-18]。

山江海地域系统是指各类圈层的自然地理要素、社会经济要素相互联系，综合水-土-气-生-岩要素，且具有复杂性、综合性、空间异质性的人地系统^[22]。山江海地域系统人类活动频繁，生态环境脆弱，以山江海视角研究山江海地域关键带可为其他综合区域关键带研究提供新思路^[22]。鉴于此，针对桂西南喀斯特区-北部湾海岸带环境脆弱的特点并顺应自然资源发展规划的需求，本文提出山江海地域系统关键带三级分类方案，构建山江海地域系统关键带的指标体系和命名方法；同时，运用空间叠置法对其进行区划分类和制图研究，综合分析在不同地理要素条件下，山江海地域系统关键带所体现的空间分布特征及其环境特征，为地球表层系统关键带的研究提供理论参考。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

桂西南喀斯特区-北部湾海岸带位于我国西南部。桂西南喀斯特区包括百色市、崇左市；北部湾地区包括南宁市、北海市、钦州市、防城港市、玉林市，地理范围为104°28′-109°56′E，20°26′-25°07′N。该地区是典型的集山地、丘陵、台地、平原为一体的地区，地势西北高、东南低，桂西南喀斯特区以山地、丘陵为主，北部湾海岸带以滨海平原为主，有左江、右江等江河流经，形成山江海地域系统国土空间^{[22, 23]}。山江海地域系统，“山”即桂西南喀斯特山区，“江”即左江、右江等流域，“海”即北部湾海岸带^[22]。该区为典型的亚热带季风气候，年均气温16-23 ℃，年降水量1 300-2 500 mm且由桂西南喀斯特区向北部湾海岸带增多，河网密布，水资源丰富，植被类型主要是阔叶林^[23]。

1.2 山江海地域系统关键带分类原则与方法

由于地球表层各要素表现出连续性特征，在实际区划应用中难以确定明确的自然界线，因此分界处一般以地带形式展现^[10]。如何确定关键带各要素的空间过渡性特征仍然是目前研究亟需突破的难点之一。因此，对于山江海地域系统关键带的分类应尽量选择成熟的分类方案，运用地理单元空间叠加的方法，如叠加中出现较小图斑，则按照相邻图斑的大小与相邻长度进行合并^{[10, 24, 25]}。山江海地域系统关键带命名原则和编码机制如下所述。

命名原则：本文主要进行三级分类，首先根据地理要素的重要程度命名，即地貌、地质类型；然后在前者基础上增加土壤类型；最后在前两者基础上增加植被、土地利用类型。第一级体现地质地貌对关键带的影响，比如喀斯特地貌，其环境脆弱，水土容易流失；第二级增加土壤类型，反映土壤形态特征；第三级增加植被、土地利用类型，体现区域的自然特征以及土地开发程度等。

编码机制：地貌类型、地质类型、土壤类型的类型个数不一，分别使用大小写字母进行标识，植被类型、土地利用类型使用数字进行标识。例如，地貌、地质类型用字母Ab表示，地貌、地质、土壤类型用AbD表示，地貌、地质、土壤、植被、土地利用类型用AbD11表示，各类型的命名根据编码举例依此类推。理论单元按照各类型的多少表示。由于第三分类涉及的要素较多，为了编码的延续性，简化的要素用横线替代占位符，如果编码的后几位全是占位符，则可以省略。

第一级分类原则。地球关键带在垂直和水平结构上具有不同的空间分布形式，地质地貌是其水平空间分布上的重要组成部分。由于土壤和岩石是地球表层的重要组成部分，而地质是土壤形成的前提，因此地质是系统分类的重要依据之一。另外，地貌类型决定不同的地表形态，如峰丛洼地，因此地貌类型也是喀斯特关键带的重要控制因素之一。桂西南喀斯特区-北部湾海岸带气候类型变化不大，因此在本文中不展开研究。

第二级分类原则。在一级分类基础上增加土壤类型。岩石经过漫长的风化、侵蚀、搬运、堆积作用，最终在地表形成疏松多孔的土壤母质，土壤母质再经生物、物理作用集聚形成土壤^[26]。土壤作为地球皮肤的存在，在地球关键带中活跃度最高^[27]，将具有共性特征的土壤类型进行分类，归纳整理成更高级别单元并进行地球关键带分类研究。

第三级分类原则。在纵向上，地球关键带上至植被冠层，下至基岩底部及其含水层^[28]。为了体现更多的生态环境、土壤、水文信息，较好地体现一个地区的气候、土壤类型和地貌类型，第三级分类还需要考虑植被类型、土地利用信息。地下部分指标也是地球关键带的重要组成部分，比如地下水深度、水文指标，但由于此部分指标数量过多，使得地图更加破碎，不利于科学研究实践使用，因此本文只选择典型的指标，不展示过多的地下部分指标。本文所提出的分类级别与命名规则详细内容如表 1所示。

1.3 数据来源与预处理

本文研究的数据主要有：地质类型(2015年)，来源于国家地球系统科学数据中心(http://www.geodata.cn/)；地貌类型(2015年)、植被类型(2015年)、土壤类型(2015年)、土地利用类型(2020年)，上述4种数据皆来源于资源环境科学与数据中心(https://www.resdc.cn/)。对地质类型数据进行整理，将具有相似特征的地质类型归纳为高级分类单元，为7种子类。基于中国土壤系统分类《1∶100万中华人民共和国土壤图》数字化生成土壤类型图，其中包含14种土纲，61个土类，227个亚类。地貌类型图按照地形起伏度划分^[29]，包含5种分类单元。植被类型^[30]包含阔叶林、草丛、栽培植被、针叶林、灌丛、沼泽以及其他。土地利用类型数据是通过ArcGIS 10.2重分类，分为耕地、林地、草地、水体、建设用地、未利用地6类。上述地球关键带指标的空间分布如图 1所示。地表温度数据来源于美国国家航空航天局(NASA，https://www.nasa.gov/)，气象数据来源于国家气象科学数据中心(http://data.cma.cn/)，其他社会经济数据来源于广西统计年鉴。

对所获得的数字高程模型(DEM)数据进行基于ArcGIS 10.2的数据裁剪、转化，利用DEM提取海拔高度、坡度等信息；年均温度通过克里金法(Kriging)插值获取；人口密度为人口数量除以区域土地面积之商，人口密度反映人类活动干扰程度，人口密度越大说明人类活动干扰越大。

2 结果与分析 2.1 桂西南喀斯特区-北部湾海岸带分类结果

按照1.2节叙述的分类原则对山江海地域系统关键带类型进行划分，其中第一级地质、地貌类型理论单元种类有12×4种，实际单元种类有38种；第二级地质、地貌、土壤类型理论单元种类有12×4×15种，实际单元种类有78种；第三级地质、地貌、土壤类型、植被类型、土地利用类型理论单元种类有12×4×15×7×6种，实际单元种类有111种。

根据研究区地貌特征，参考喀斯特地貌高程分级标准^[31]，可将地貌高程分为低海拔地貌(＜1 000 m)，中海拔地貌(1 000-2 000 m)，亚高海拔地貌(2 000-3 500 m)，高海拔地貌(＞3 500 m)，并按照此标准对关键带地貌类型进行划分。第一级分类基于地貌类型与地质类型。由图 2可以看出，中海拔山地-非碳酸盐岩区占据最大面积(19.10%)，此类关键带主要分布在桂西南地区的百色市。其次是低海拔丘陵-非碳酸盐岩区(16.80%)，该类关键带主要分布在崇左市南部、南宁市西南部、防城港市北部和南部、玉林市小部分地区；低海拔平原-非碳酸盐岩区主要分布在北海市大部分地区、钦州市南部、百色市中部、玉林市中部。中海拔山地-灰岩加碎屑岩组合、中海拔山地-连续性石灰岩组合和中海拔山地-石灰岩白云岩组合(3种类型共计约21.33%)，主要分布在崇左市的南部、东南部和西北部，百色市的南部和北部。

在第一级分类基础上加入土壤类型，经过小图斑的融合得到第二级分类(图 3)。其中，中海拔山地-非碳酸盐岩区-红壤性土的覆盖面积最大(13.98%)，主要分布在百色市西北部和东南部、防城港市中西部地区、崇左市北部以及玉林市小部分地区。该地区为典型的喀斯特地貌区，山地、峰丛洼地以及红壤土、非碳酸盐岩占地面积大。第二级分类图中覆盖面积较大的单元有低海拔山地-非碳酸盐岩区-红壤性土(D-a-D)，占比9.98%；低海拔丘陵-非碳酸盐岩区-红壤性土(B-a-D)，占比9.31%；低海拔平原-非碳酸盐岩区-红壤性土(A-a-D)，占比9.17%；低海拔丘陵-非碳酸盐岩区-酸性紫色土(B-a-L)，占比4.55%；中海拔山地-非碳酸盐岩区-黄壤性土(E-a-k)，占比3.72%；中海拔山地-灰岩加碎屑岩组合-石灰土(E-f-G)，占比3.50%；中海拔山地-连续性石灰岩组合-石灰岩土(E-g-G)，占比3.01%；低海拔平原-非碳酸岩区-漂洗水稻土(A-a-H)，占比2.98%。

在第二级分类的基础上增加植被类型、土地利用类型，叠加生成第三级山江海地域系统关键带分类(图 4)。为体现分类在研究区域的空间分布特征，按照面积百分比排序，列举前10个具有代表性的类型(表 2)。低海拔丘陵-非碳酸盐岩区-复盐基红黏土-针叶林-河渠(B-a-M-4-10)占研究区总面积的15.21%，主要分布在防城港市、南宁市、玉林市、崇左市4个城市的大部分地区。低海拔山地-非碳酸盐岩-复盐基红黏土-针叶林-河渠(D-a-M-4-10)占研究区总面积的比例次之，为13.17%，主要分布在百色市东北部、南宁市东北部和东南部地区、玉林市的东北部和西南部、崇左市的西南部和防城港市的中部地区。

2.2 典型山江海地域关键带类型特征

以山江海地域系统关键带第三级分类的前10单元为例(表 2)，统计各单元的环境因子信息，将同一类型的单元进行对比(表 3)。低海拔丘陵-非碳酸盐岩区-复盐基红黏土-针叶林-河渠(B-a-M-4-10)、低海拔山地-非碳酸盐岩区-复盐基红黏土-针叶林-河渠(D-a-M-4-10)、低海拔平原-非碳酸盐岩区-复基盐红黏土-针叶林-河渠(A-a-M-4-10)的地质类型、土壤类型、植被类型、土地利用类型基本一致，但地貌类型有一些区别。例如，B-a-M-4-10属于低海拔丘陵，D-a-M-4-10属于低海拔山地，A-a-M-4-10属于低海拔平原；D-a-M-4-10主要分布在桂西南地区，该地区以山地和丘陵为主，坡度大，水土易流失，不利于农作物种植，影响区域的可持续发展。因此，桂西南喀斯特区需要做好水土保持工作。

A-a-M-4-10主要分布在北部湾地区，北部湾地区以丘陵、平原为主，地貌类型的不同，形成的关键带类型特征不同，将会对区域生态环境产生较大影响。D-a-M-4-10的海拔(297.9 m)和坡度(15°)分别略高于A-a-M-4-10的海拔(279.8 m)与坡度(13.2°)；中海拔山地-非碳酸盐岩区-石灰(岩)土-灌丛-灌木林(E-a-G-5-4)、中海拔山地-非碳酸盐岩区-石灰(岩)土-灌丛-旱地(E-a-G-5-2)两个分类单元的地貌类型都是中海拔山地，E-a-G-5-2的海拔(820.3 m)与坡度(21.8°)分别略高于E-a-G-5-4的海拔(658.2 m)与坡度(21.0°)。这几个区域的主要区别是坡度、海拔的不同，这些不同不仅对所在地的降水量和温度有一定的影响，而且可能会造成地貌地质形态的差异。

2.3 山江海地域系统关键带类型特征

山江海地域系统关键带发生的物理化学过程与人类活动紧密相关，因此桂西南喀斯特区关键带、流域关键带、滨海关键带的环境因子及类型特征也会存在差异(表 4)。

通过叠加分析可以划分出不同的关键带类型。

桂西南喀斯特区关键带(图 5)。桂西南喀斯特关键带第三级分类中面积排名占比前10主要有以下几种类型：中海拔山地-非碳酸盐岩区-石灰(岩)土-灌丛-灌木林(E-a-G-5-4)，中海拔山地-非碳酸盐岩区-石灰(岩)土-灌丛-旱地(E-a-G-5-2)，中海拔山地-非碳酸盐岩区-石灰(岩)土-阔叶林-旱地(E-a-G-1-2)，中海拔山地-非碳酸盐岩区-石灰(岩)土-草丛-旱地(E-a-G-2-2)，中海拔山地-非碳酸盐岩区-石灰(岩)土-灌丛-高覆盖度草地(E-a-G-5-7)，中海拔山地-非碳酸盐岩区-石灰(岩)土-草丛-灌木林(E-a-G-2-5)，等等。该地区主要以中海拔山地为主，地势自西北向东南倾斜，地形起伏大，平均起伏度为24.08°，平均海拔411.82 m；以酸性的红壤为主，水热资源相对丰富，年均降水量为1 465.6 mm，地表温度为23.92 ℃；植被覆盖度较高，石漠化发生的坡度为15°-50°，坡度越大，石漠化发生的风险越高、程度越严重。百色市、崇左市和南宁市部分地区喀斯特地貌分布广泛，3市2020年户籍人口总数为1 641.98万人，常住人口为1 441.99万人，人口密度为217.1人/km²。人口密集，人类活动强烈，土地开发利用程度高。人地关系紧张，石漠化问题最为突出，极大地影响该地区生态环境和经济发展。因此，应做好喀斯特石漠化区域的综合治理。

流域关键带。该区域代表性的关键带类型有低海拔低平原-非碳酸盐岩区-复盐基红黏土-针叶林-河渠(A-a-M-4-10)、低海拔丘陵-非碳酸盐岩区-复盐基红黏土-针叶林-河渠(B-a-M-4-10)。该流域拥有着丰富的森林和湿地资源，承载着保持生物多样性、生态水源涵养的功能^[32-34]。该关键带既包括喀斯特区，又经过南宁经济发达地区，因此存在着比较突出的生态环境问题，比如江域上游生态环境较好，下游生态环境比较脆弱^[22]。流域水环境总体水质量较好，但是个别指标偏高^{[32, 33]}。因此，针对平原区、丘陵区流域存在的生态环境问题，应采取生态安全修复措施进行保护，对山水林田湖草要素一体化治理。

北部湾海岸带关键带(图 5)。该地区主要的关键带类型为第三级分类中面积排名占比在前10以内的低海拔丘陵-非碳酸盐岩区-复盐基红黏土-针叶林-河渠(B-a-M-4-10)、低海拔山地-非碳酸盐岩区-复盐基红黏土-针叶林-河渠(D-a-M-4-10)、低海拔平原-非碳酸盐岩区-复盐基红黏土-针叶林-河渠(A-a-M-4-10)、低海拔台地-非碳酸盐岩区-紫色土-针叶林-河渠(C-a-L-4-10)。该地区主要以海岸地貌、低山丘陵、盆地、滨海平原为主，地形起伏较小，平均起伏度为15.94°，平均海拔为125.52 m，土壤以酸性的红壤、赤红壤、砖红土为主，植被类型较丰富；该地区为亚热带季风气候，雨热同期，降雨充沛，年均降水量为1 610.59 mm，地表温度为24.87 ℃。该地区坡度为13.46°，水土流失较少，更适合发展种植业。北海市、防城港市、钦州市临近海洋，玉林市临近北部湾海岸带地区，4市2020年户籍人口数总和为1 441.94万人，常住人口数1 201.35万人，人口密度为424.74人/km²。人口密度大，社会经济活动频繁，人类的不合理经济活动将进一步影响海洋生态环境的可持续发展。因此，做好滨海湿地的生态修复和海洋环境的治理至关重要。

3 讨论

本研究综合分析在不同的地貌、地质、土壤、植被、土地利用类型的条件下，山江海地域系统关键带在空间上的分布规律。本研究以综合的视角耦合山江海关键带地域系统，改变以往仅是研究单个类型关键带而非多个耦合关键带研究的局限性，所提出的山江海地域系统关键带三级分类体系，与张甘霖等^[10]以中国关键带类型划分情况类似，证明该分类体系具有一定的可行性，可尝试用于不同空间尺度的地理区域。然而，现今对山江海地域系统关键带的研究仅仅是起步阶段，一方面，在研究内容上仅是基于地域特征的地类要素进行分类研究；另一方面，在研究构建的指标体系上选择的数量太少，后期可构建更完善的指标体系进行定量研究。

山江海地域系统关键带不仅拥有喀斯特区、流域、海岸带等多重地域特征，而且具有复杂性、脆弱性、空间异质性强的特点^[22]。随着社会经济的不断发展，喀斯特区和北部湾海岸带也出现一些突出的环境问题。喀斯特区关键带海拔较高，耕地破碎，随着人类活动强度的增加，再加上自然条件的局限性，水土易流失、土地荒漠化；流域关键带容易遭受生活、工业污水排放的影响从而导致水体污染；海岸带关键带环境脆弱，陆域污染容易影响海域生态安全。因此，基于研究区生态环境的复杂脆弱性，下一步研究亟待定量分析山江海地域系统关键带的物质循环与能量流动，耦合机理与动力机制，对山江海地域系统关键带进行地理模拟与预测，对人类关键区产生的环境效应进行有效识别，对环境质量较差的人类活动关键区的修复提出有效的解决方案。

4 结论

本文构建了山江海地域系统三级分类方案，并以桂西南喀斯特区-北部湾海岸带为案例，进行山江海地域系统关键带分类和制图；同时，基于分类制图将桂西南喀斯特区-北部湾海岸带划分为38个一级单元、78个二级单元、111个三级单元。一、二、三级关键带分类中，一级分类中的中海拔山地-非碳酸盐岩区占据面积最大；二级分类中的中海拔山地-非碳酸盐岩区-红壤性土占据面积最大；三级分类中的中低海拔丘陵-非碳酸盐岩区-复盐基红黏土-针叶林-河渠占据面积最大，对比分析三级分类中典型单元的空间分异特征及其形成原因，认为喀斯特、海岸带地区生态环境脆弱与区域的环境特征有较大关系。基于桂西南喀斯特区-北部湾海岸带这一典型区域的分类研究，本文提出了一套具有山江海地域系统特色的分类方法，可为其他区域的分类分区提供借鉴，同时可为国土空间的优化调控提供决策支持，以期更好地服务区域生态系统规划。