劉文平, 湯懷志, 桑玲玲, 梁夢茵

京津冀國土空間服務(wù)分布特征研究

劉文平1,*, 湯懷志2,3, 桑玲玲2, 梁夢茵2

1. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院, 武漢 430070
2. 國土資源部土地整治中心, 北京100035
3. 國土資源部土地整治重點實驗室, 北京 100035

科學(xué)合理地診斷國土空間服務(wù)是實現(xiàn)京津冀國土空間資源合理利用與管理以及人類福祉可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。基于專家經(jīng)驗法建立了土地利用類型單位面積國土空間服務(wù)相對當(dāng)量表, 在此基礎(chǔ)上定量化繪制了京津冀國土空間服務(wù)供給現(xiàn)狀圖, 并利用GIS密度分析、疊加分析等工具對其空間分布特征進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示, 京津冀北部燕山和太行山地區(qū)、壩上草原和冀西北山區(qū)所提供的服務(wù)類型主要是以生態(tài)調(diào)節(jié)服務(wù)和生境服務(wù)為主; 冀中南平原區(qū)城市外區(qū)域主要提供生物質(zhì)生產(chǎn)服務(wù)、能源礦產(chǎn)儲藏服務(wù)、景觀文化服務(wù); 而平原區(qū)城市區(qū)域則主要提供住行與公共場所服務(wù)、生產(chǎn)場所承載服務(wù)。

國土空間; 國土空間服務(wù); 分布特征; 京津冀

1 前言

京津冀是繼長三角、珠三角之后迅速崛起的中國第三大城市群, 在我國區(qū)域經(jīng)濟(jì)格局中占據(jù)著重要地位[1]。然而, 由于受行政區(qū)劃、資源稟賦以及人口隨城市化進(jìn)程不斷向城市聚集等影響, 京津冀城市群資源利用不節(jié)約[2–4]、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理[5]、生態(tài)環(huán)境污染[6–7]等問題日益凸顯, 給城市群各區(qū)域發(fā)展及其周邊環(huán)境帶來了巨大壓力。國土空間作為城市發(fā)展的載體, 是制約京津冀發(fā)展的核心要素[8]。盡管十八大報告提出生態(tài)文明建設(shè)要“優(yōu)化國土空間開發(fā)格局”, 但目前京津冀國土空間發(fā)展仍圍繞基于土地數(shù)量、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、權(quán)屬等方面[9–11], 當(dāng)前城市群國土空間不合理的資源利用問題依然沒有解決[12]。而有關(guān)國土空間資源利用與管理方面的研究, 目前國內(nèi)外對城市發(fā)展的土地利用現(xiàn)狀特征[10,13]、時空動態(tài)變化[14–15]以及土地利用相關(guān)政策與法律[16]等多方面進(jìn)行了大量探討, 且取得了顯著進(jìn)展。而在與人類福祉緊密聯(lián)系的國土空間服務(wù)方面, 主要集中在有生物成分參與的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)或其價值[17–18]的研究, 忽略了國土空間非生物組分對人類福祉的貢獻(xiàn), 使得當(dāng)前城市發(fā)展中國土空間利用與人類利益沖突的矛盾不斷升級, 資源與環(huán)境一體化管理問題亟待解決。

國土空間服務(wù)主要關(guān)注國土三維空間功能及其與人類福祉的聯(lián)系, 是由國土空間中的物理組成、生物組成、環(huán)境組成等產(chǎn)生的對人類生存有貢獻(xiàn)的功能, 是實現(xiàn)國土空間資源合理利用和管理以及人類福祉可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。廣義上講, 被人類利用的國土空間功能都可稱為國土空間服務(wù), 既包括由生物要素主導(dǎo)提供的水源涵養(yǎng)、空氣凈化等服務(wù),也包括由非生物要素主導(dǎo)提供的生產(chǎn)場所、庇護(hù)所等服務(wù)。與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)不同, 國土空間服務(wù)的實現(xiàn)不要求生物組分必須參與。如道路對人類提供的交通服務(wù), 由于沒有生物組分的參與就不是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù), 但卻屬于國土空間服務(wù)。由于國土空間具有多功能性和功能混合性, 一處空間往往具有多種服務(wù), 而各服務(wù)之間則可能會以重疊和交叉的形式呈現(xiàn)。除與生態(tài)系統(tǒng)多種服務(wù)在同一空間混合重疊(如公園綠地提供的降溫服務(wù)與空氣凈化服務(wù)在同一空間內(nèi)混合重疊)相同外, 國土空間服務(wù)還表現(xiàn)出同一土地空間內(nèi)服務(wù)層層重疊的特性, 如底層商鋪上層住宅的國土空間所提供的層層重疊的商業(yè)服務(wù)與居住服務(wù)。充分認(rèn)識國土空間多項服務(wù)的重疊性以及科學(xué)合理地診斷國土空間服務(wù)現(xiàn)狀是京津冀有效整合國土資源, 優(yōu)化空間結(jié)構(gòu), 促進(jìn)區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一發(fā)展的重要前提。本研究即是在此背景下, 定量化診斷了京津冀國土空間服務(wù)的供給現(xiàn)狀和空間分布特征, 以期識別出京津冀國土空間服務(wù)的地域分異特征, 為京津冀一體化可持續(xù)發(fā)展提供參考。

2 研究方法

2.1研究區(qū)概況

京津冀是指由北京市、天津市和河北省所覆蓋的行政邊界范圍內(nèi)的所有區(qū)域(東經(jīng)113°04′—119°53′, 北緯36°01′—42°37′), 總面積21.8萬km2。該區(qū)域地處環(huán)渤海地區(qū)和東北亞的核心區(qū)域, 背山面海, 是中國華東、西北、華北連接?xùn)|北的必經(jīng)之地。京津冀地區(qū)礦產(chǎn)資源、旅游資源和文化遺產(chǎn)資源等非常豐富, 工業(yè)基礎(chǔ)和科技力量雄厚, 是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的第三增長極。

2.2國土空間服務(wù)供給相對評估

不同土地利用類型提供國土空間服務(wù)的種類和能力不同。為便于簡化量化京津冀國土空間服務(wù),本研究假設(shè)單位面積不同類型土地提供的各項國土空間服務(wù)具有一個特定當(dāng)量值。參考謝高地提出的中國不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表[19–20], 以及不同土地利用類型生態(tài)服務(wù)價值單價[21–22], 并結(jié)合實地調(diào)查情況, 利用專家經(jīng)驗法確定出各土地利用類型單位面積的國土空間服務(wù)相對當(dāng)量表(表1)?；谠摦?dāng)量表, 利用GIS軟件對京津冀2011年土地利用現(xiàn)狀地塊(1:50萬)進(jìn)行各單項服務(wù)賦值, 定量化繪制京津冀國土空間各單項服務(wù)相對供給圖。本研究將國土空間服務(wù)劃分為7類進(jìn)行研究, 即生物質(zhì)生產(chǎn)服務(wù)、能源礦產(chǎn)儲藏服務(wù)、生產(chǎn)場所承載服務(wù)、住行與公共場所服務(wù)、景觀文化服務(wù)、生態(tài)調(diào)節(jié)服務(wù)、生境服務(wù)。

2.3國土空間關(guān)鍵服務(wù)分布特征

(1) 基于2.2共可獲得7類國土空間服務(wù)供給圖,且每一類服務(wù)值范圍為1—10, 因而假設(shè)當(dāng)國土空間提供的某類服務(wù)值大于5時, 即可認(rèn)定該空間為該類服務(wù)的主要提供區(qū), 或者說該類服務(wù)為該空間的關(guān)鍵服務(wù)。分別提取每一類服務(wù)供給圖中服務(wù)值大于5的區(qū)域, 以識別不同區(qū)域的關(guān)鍵服務(wù)類型。為進(jìn)一步分析這些關(guān)鍵服務(wù)的空間分布特征, 利用GIS密度分析工具分析提取出的這些關(guān)鍵服務(wù)提供區(qū)域的密度分布情況, 并運用Natural breaks法將計算獲得的密度圖劃分為高、中、低三類, 以清楚展示各服務(wù)主要提供區(qū)的空間集聚與分散特征。

(2) 利用GIS柵格計算器工具將上一步獲得的7類國土空間服務(wù)高值分布分級圖相疊加, 獲得國土空間服務(wù)類型數(shù)量分布圖, 分析國土空間的多服務(wù)利用情況。

表1 不同土地利用單位面積國土空間服務(wù)相對當(dāng)量Tab. 1 Relative equivalent per unit area of land spatial services

3 研究結(jié)果

3.1京津冀國土空間服務(wù)

(1) 生物質(zhì)生產(chǎn)服務(wù)。京津冀國土空間生物質(zhì)生產(chǎn)服務(wù)空間分布具有明顯的地域差異性(圖1a, 圖2a), 總體呈現(xiàn)出東南較高而西北較低的格局, 其中冀中南平原區(qū)是該項服務(wù)的主要提供區(qū)。該區(qū)土地利用類型中耕地占主導(dǎo)地位, 由耕地提供的糧食供給構(gòu)成了主要的生物質(zhì)生產(chǎn)服務(wù)。在北京市、天津市和石家莊市等人口密集的大型城市周邊, 生物質(zhì)生產(chǎn)服務(wù)均較高。近年來, 隨著土地開發(fā)程度不斷提高, 建設(shè)用地面積持續(xù)上升, 農(nóng)田面積不斷減少[23],該區(qū)生物質(zhì)生產(chǎn)服務(wù)總量也隨之逐年下降。

(2) 能源礦產(chǎn)儲藏服務(wù)。幾乎所有的能源礦產(chǎn)儲藏服務(wù)高值區(qū)域都集中在京津冀環(huán)渤海濱海區(qū)域區(qū)域(圖1b, 圖2b), 此區(qū)域也是近年來經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的區(qū)域。而其他一些能源礦產(chǎn)儲藏服務(wù)提供區(qū)則主要零星分布于京津冀的北部區(qū)域, 河北省的開灤、蔚縣、宣化下花園、邢臺等幾大礦區(qū)分布較為分散, 主要分布在唐山、張家口、石家莊、邢臺和邯鄲五個城市。天津煤炭資源則主要集中在寶坻區(qū), 但儲量少。而北京能源礦產(chǎn)服務(wù)主要集中在城市西南區(qū)域。

(3) 生產(chǎn)場所承載服務(wù)。北京市、天津市和石家莊市是京津冀國土空間生產(chǎn)場所承載服務(wù)的高服務(wù)區(qū), 而其余該服務(wù)的較高提供區(qū)則主要分布于連接北京與石家莊的高速公路兩側(cè)輻射區(qū)域(與交通干道走向相契合)(圖1c, 圖2c)。生產(chǎn)要素資源的流動在很大程度上取決于交通的便利性。高速鐵路建成通車后, 北京-石家莊一小時可以到達(dá)[24], 這種便捷性促進(jìn)了京津冀地區(qū)能源、物資與信息的流動, 形成了國土空間生產(chǎn)場所承載服務(wù)的高值提供區(qū)。從服務(wù)分布面積上來看, 北京的生產(chǎn)場所承載服務(wù)面積最大, 這可能與其城市面積基數(shù)較大有關(guān)。

圖1 京津冀國土空間服務(wù)供給分布圖Fig. 1 Supply map of land spatial services of Beijing-Tianjin-Hebei region

(4) 住行與公共場所服務(wù)。住行與公共場所服務(wù)以北京市、天津市為兩高服務(wù)核心, 幾個零星地級市為較高服務(wù)提供區(qū), 而其他大部分區(qū)域則為低服務(wù)提供區(qū)(圖1d, 圖2d)。這可能與京津冀大部分區(qū)域城市發(fā)展受制于其苛刻的自然條件有關(guān), 如沙化嚴(yán)重的壩上草原和石化嚴(yán)重的燕山和太行山區(qū)等[25],從而造成這些區(qū)域城鎮(zhèn)數(shù)量少, 住行與公共場所服務(wù)提供區(qū)域少, 特別是西北部的山區(qū)地帶。從空間分布上看, 住行與公共場所服務(wù)提供區(qū)主要集中分布于北京和天津兩市, 以及零星分布于京津冀東部和南部的平原地區(qū)。這種分布格局與京津冀區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的空間特征一致。京津兩市之間的連接地帶則也是住行與公共場所服務(wù)的提供區(qū)域, 這是因為該區(qū)域有環(huán)繞北京、天津兩大直轄市的一些中小城鎮(zhèn), 這些地方也是該服務(wù)的主要提供區(qū)域。

(5) 景觀文化服務(wù)。京津冀國土空間景觀文化服務(wù)高值提供區(qū)主要集中在北京、天津和石家莊城市區(qū)域, 較高服務(wù)提供區(qū)則是圍繞以上三城市之間的高速公路兩側(cè)蔓延分布(圖1e, 圖2e)。這些區(qū)域提供的景觀文化服務(wù)包括北京的八達(dá)嶺長城遺址、故宮、天壇、圓明園、頤和園等, 天津的盤山、古文化街旅游區(qū)以及河北的太行山、北戴河等山水旅游資源。

(6) 生態(tài)調(diào)節(jié)服務(wù)。京津冀國土空間生態(tài)調(diào)節(jié)服務(wù)提供區(qū)域主要分布于北部山地區(qū)(圖1f, 圖2f)。北部燕山和太行山地區(qū)的土地利用主要以森林、灌叢和灌草為主, 植被覆蓋率高, 具有較高的土壤形成與保護(hù)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)和生物多樣性保護(hù)服務(wù)[26]。壩上高原和冀西北山區(qū)同樣是生態(tài)調(diào)節(jié)服務(wù)的高值提供區(qū), 是土壤形成與保護(hù)、生物多樣性保護(hù)的主要集中區(qū)域, 但該區(qū)近年來由于草場放牧過度, 導(dǎo)致生態(tài)調(diào)節(jié)服務(wù)逐年下降[27]。整體來看, 京津冀東南部平原區(qū)生態(tài)調(diào)節(jié)服務(wù)較低, 而北京、石家莊等城市區(qū)域的生態(tài)調(diào)節(jié)服務(wù)值最低。

(7) 生境服務(wù)。京津冀東北部是國土空間生境服務(wù)的高值提供區(qū), 燕山和太行山地區(qū)是生物多樣性保護(hù)服務(wù)的高值集聚區(qū)域(圖1g, 圖2g)。該區(qū)域自然植被覆蓋度高, 人工干擾少, 物種資源豐富, 是生物棲息地和避難所的最佳空間。京津冀西北部是國土空間生境服務(wù)高值分布的較高區(qū), 該區(qū)同樣以自然山林景觀為主, 具有生境形成的天然優(yōu)勢。與北部區(qū)域不同, 京津冀東南部平原區(qū)則由于人工干擾嚴(yán)重、自然植被稀少而成為生境服務(wù)最低的區(qū)域,加強(qiáng)該區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)顯得尤為必要。

圖2 京津冀國土空間服務(wù)高值集聚區(qū)分布圖Fig. 2 High value distribution of land spatial service in Beijing-Tianjin-Hebei region

3.2京津冀國土空間關(guān)鍵服務(wù)類型數(shù)量特征

京津冀國土空間關(guān)鍵服務(wù)類型數(shù)量空間分布結(jié)果顯示, 多服務(wù)(5—6項服務(wù))提供區(qū)主要分布于北京、天津、石家莊的城市周邊區(qū)域, 以及廊坊、唐山、保定、邯鄲和張家口城區(qū); 較多服務(wù)(4項服務(wù))提供區(qū)主要分布于滄州、衡水和邢臺城區(qū); 其余城市國土空間所提供的服務(wù)均少于4項(圖3)。結(jié)合圖2結(jié)果綜合來看, 京津冀北部燕山和太行山地區(qū)、壩上草原以及冀西北山區(qū)所提供的服務(wù)類型較少, 主要是以生態(tài)調(diào)節(jié)服務(wù)和生境服務(wù)為主。雖然冀中南平原區(qū)城市外的其他區(qū)域土地利用主要是以耕地為主, 但該區(qū)域是整個京津冀的人口主要分布區(qū)域,同時也是城鎮(zhèn)擴(kuò)張速度最快的區(qū)域[24], 因而該區(qū)域國土空間服務(wù)類型較多, 不僅包括生物質(zhì)生產(chǎn)服務(wù),還容納了生產(chǎn)場所承載服務(wù)、能源礦產(chǎn)儲藏服務(wù)、景觀文化服務(wù)等。而處于高度城市化發(fā)展的北京、天津和石家莊城區(qū)則主要以建設(shè)用地為主, 且是京津冀人口的高度密集區(qū)域[28], 因而其國土空間服務(wù)類型相對較少, 不能充分提供生物生產(chǎn)服務(wù)、能源礦產(chǎn)儲藏服務(wù)、生態(tài)調(diào)節(jié)與生境服務(wù)等多項服務(wù),而主要以住行和公共場所服務(wù)為主。整體來看, 北京、天津的國土空間服務(wù)形態(tài)較相似, 且中間由廊坊等地相連, 具有較強(qiáng)的空間聯(lián)系。而其他城市, 如石家莊、保定、邯鄲等地, 則各自與周邊環(huán)境國土空間服務(wù)形態(tài)差異較大, 形成了各自的“孤島”服務(wù)中心, 城市間的空間聯(lián)系較弱。京津冀北部的張家口與承德兩市與其他城市之間的國土空間服務(wù)形態(tài)差異最大, 空間聯(lián)系最弱。這可能是因為山區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展屬性相異, 發(fā)展水平有高有低, 國土空間服務(wù)與平原區(qū)相差較大。

圖3 京津冀國土空間服務(wù)數(shù)量分布圖Fig. 3 Numbers of land spatial service in Beijing-Tianjin-Hebei region

4 結(jié)論與討論

4.1結(jié)論

國土空間服務(wù)可以作為衡量區(qū)域國土空間資源利用質(zhì)量的一個綜合性指標(biāo)。京津冀國土空間服務(wù)發(fā)展具有空間差異性。北部燕山和太行山地區(qū)、壩上草原和冀西北山區(qū)主要提供生態(tài)調(diào)節(jié)服務(wù)和生境服務(wù), 冀中南平原區(qū)城市外區(qū)域主要提供生物質(zhì)生產(chǎn)服務(wù)、能源礦產(chǎn)儲藏服務(wù)、景觀文化服務(wù); 而平原區(qū)城市區(qū)域則主要提供住行與公共場所服務(wù)、生產(chǎn)場所承載服務(wù)。

4.2討論

(1) 自然地理背景的不同和人類利用方式與強(qiáng)度的地域差異, 導(dǎo)致了國土空間服務(wù)呈現(xiàn)出顯著的多樣性空間分異特征。這種差異實質(zhì)上是人類選擇下多重國土空間服務(wù)相互權(quán)衡與協(xié)同的結(jié)果。京津冀地區(qū)國土空間服務(wù)類型數(shù)量低值區(qū)是服務(wù)權(quán)衡的主要區(qū)域。這些區(qū)域一種情況是限于自然地理背景條件而常常以少數(shù)幾種服務(wù)為主導(dǎo), 如承德市由于山林地較多提供了大量的生態(tài)調(diào)節(jié)服務(wù)和生境服務(wù),而其他服務(wù)則較少被提供; 另一種情況是由于人類對某一方面服務(wù)的過度強(qiáng)調(diào), 使得該區(qū)域朝單方面服務(wù)高效率發(fā)展而其他服務(wù)被抑制, 如北京市城區(qū)最大限度地挖掘了居住與生產(chǎn)場所承載服務(wù), 而降低了生態(tài)調(diào)節(jié)等其他國土空間服務(wù)的提供, 從而引發(fā)了城市各種生態(tài)環(huán)境問題的產(chǎn)生。京津冀地區(qū)服務(wù)數(shù)量高值區(qū)是服務(wù)協(xié)同的主要區(qū)域。這些區(qū)域的一處空間可以同時提供多種服務(wù), 反映了人類需求的復(fù)雜性與多樣性, 如北京市城市近郊區(qū)多數(shù)國土空間可以同時提供4種以上服務(wù)。

(2) 一般來說, 一個有限的國土空間能夠提供的服務(wù)類型和數(shù)量越多, 人類福祉就越容易得到滿足, 該區(qū)域就越可能朝著可持續(xù)的方向發(fā)展。對區(qū)域內(nèi)國土空間關(guān)鍵服務(wù)類型數(shù)量空間聚集程度和區(qū)域的識別, 有利于以最節(jié)約的資源維護(hù)國土空間安全, 同時也打破了京津冀地區(qū)行政界線的劃定, 對統(tǒng)籌京津冀社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)一體化發(fā)展具有重要意義, 是人類福祉可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。

(3) 本研究旨在探討京津冀國土空間服務(wù)的空間異質(zhì)性, 因而采用了國土空間服務(wù)當(dāng)量這種定量化服務(wù)相對值的方法。這種方法操作簡便, 能夠快速診斷出國土空間服務(wù)的高值集聚區(qū)域, 對國土空間管理和優(yōu)化決策的制定具有重要作用。然而, 由于不能準(zhǔn)確定量化各項服務(wù)的絕對值, 因而該方法尚不能對國土空間資源數(shù)量優(yōu)化做出指導(dǎo)。同時,由于該方法中國土空間服務(wù)當(dāng)量的確定依賴于專家經(jīng)驗, 因而具有一定程度的主觀性, 可能會高估或低估某種國土空間提供的某項服務(wù), 這需要在后期研究中繼續(xù)深入探討。

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Research on distribution characteristics of land spatial services of Beijing-Tianjin-Heibei region

LIU Wenping1,*, TANG Huaizhi2,3, SANG Lingling2, LIANG Mengyin2
1.College of Horticulture & Forestry Sciences,Huazhong Agricultural University,Wuhan430070,China
2.Centre of Land Consolidation,Ministry of Land and Resource,Beijing100035,China
3.Key Laboratory of Land Consolidation and Rehabilitation,Beijing100035,China

The scientific diagnosis of land spatial service is a basis of rational utilization and management of land resource as well as sustainable development of human well-being. Supplies of land spatial service in the Beijing-Tianjin-Hebei region were quantitatively mapped using a table of equivalent value per unit area of land spatial services based on expert experience method. The spatial distribution characteristics of land spatial services were analyzed using density analysis and union analysis tools of ArcGIS. The results showed that both ecosystem regulating service and habitat service were provided in Yanshan Mountain, Taihang Mountain and upper dam grass land as well as mountains in the northwest of Hebei Province. Biomass production service, energy mines store service, landscape and cultural service were provided in southern and middle plains of Hebei Province, while transportation, communication and public place services and workplace service were provided in urban area in the plain of Beijing-Tianjin-Hebei region.

land space; land spatial service; distribution characteristic; Beijing-Tianjin-Hebei region

10.14108/j.cnki.1008-8873.2016.05.019

F301.2

A

1008-8873(2016)05-136-07

劉文平, 湯懷志, 桑玲玲, 等. 京津冀國土空間服務(wù)分布特征研究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2016, 35(5): 136-142.

LIU Wenping, TANG Huaizhi, SANG Lingling, et al. Research on distribution characteristics of land spatial services of Beijing-Tianjin-Heibei region[J]. Ecological Science, 2016, 35(5): 136-142.

2015-08-14;

2015-09-21

國土資源部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目(201511010)

劉文平(1987—), 男, 山西大同人, 博士, 講師, 主要從事景觀服務(wù)與地景規(guī)劃研究, E-mail: liuwenping@mail.hzau.edu.cn