武愛(ài)彬

(1.河北省科學(xué)院地理科學(xué)研究所/河北省地理信息開(kāi)發(fā)應(yīng)用工程技術(shù)研究中心，石家莊 050011；2.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，北京 100083)

0 引言

國(guó)土空間是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的載體，是人們生存和發(fā)展的依托[1]?！叭臻g”即生態(tài)空間、生產(chǎn)空間和生活空間，生態(tài)空間是指具有重要生態(tài)功能，以提供生態(tài)產(chǎn)品和生態(tài)服務(wù)為主要功能的區(qū)域，生產(chǎn)空間是以提供工業(yè)品、農(nóng)產(chǎn)品和服務(wù)產(chǎn)品為主要功能的區(qū)域，生活空間是以提供人類居住和公共活動(dòng)為主要功能的區(qū)域[2]，三者相互作用，共同構(gòu)成了國(guó)土空間的整體。如何識(shí)別和定量刻畫“三生”功能空間結(jié)構(gòu)及其組成要素是進(jìn)行國(guó)土空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)[3]。目前對(duì)三生空間的識(shí)別和分類主要有兩種方法：一種為基于生活—生產(chǎn)—生態(tài)功能的評(píng)價(jià)體系法，基于“三生”功能的理念，李廣東[4]等利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和空間功能價(jià)值量核算函數(shù)群，通過(guò)縱橫對(duì)比的方法劃定了城市三生空間，李秋穎[5]等通過(guò)構(gòu)建生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間利用質(zhì)量指數(shù)、張景鑫利用熵值法和綜合評(píng)價(jià)法分別對(duì)全國(guó)和蘇南城市群國(guó)土空間利用質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)[6]；洪惠坤[7]等通過(guò)熵權(quán)法建立鄉(xiāng)村空間功能綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)重慶市鄉(xiāng)村空間功能值進(jìn)行了測(cè)度，邊振興[8]等采用熵權(quán)法對(duì)沈撫連接帶的三生空間的功能均衡性進(jìn)行了分析。一種為基于土地利用主導(dǎo)功能的空間分類法，依據(jù)土地三生主體功能分類，吳艷娟等[9]、胡恒等[10]分別構(gòu)建了寧波、唐山海岸帶的“三生空間”分類體系，張紅旗等[11]，廖李紅等[12]、于莉等[13]將地類劃分為生態(tài)用地、生態(tài)生產(chǎn)用地、生產(chǎn)生態(tài)用地和生活生產(chǎn)用地，分別對(duì)全國(guó)、平潭島、昌黎縣的三生空間格局進(jìn)行了研究。其實(shí)質(zhì)是根據(jù)土地主導(dǎo)功能對(duì)土地利用空間數(shù)據(jù)的歸并與分類，但由于土地具有多功能性，例如耕地既是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地，具有重要的生產(chǎn)功能，同時(shí)也是重要的人工生態(tài)系統(tǒng)用地，發(fā)揮著重要的生態(tài)功能，兩種功能無(wú)明顯的主次關(guān)系[14]。按主導(dǎo)功能將土地進(jìn)行單一功能分類，忽略其他功能屬性，具有一定偏差性。

文章引入土地三生功能評(píng)分矩陣法，對(duì)具體地類的生產(chǎn)功能、生活功能、生態(tài)功能分別評(píng)分，代入地類數(shù)量加權(quán)平均后可得某一研究區(qū)域三生功能總得分，便于刻畫三生功能分布格局和對(duì)比分析，此方法不僅體現(xiàn)了土地的多功能性，更能反映不同地類功能的差異性，通過(guò)在京津冀地區(qū)的實(shí)際應(yīng)用，可以為三生功能識(shí)別分類提供參考依據(jù)，對(duì)京津冀區(qū)域三生空間格局演變的研究可以為區(qū)域國(guó)土空間優(yōu)化提供政策參考。

表1 土地三生功能評(píng)分矩陣

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

京津冀地區(qū)位于東北亞中國(guó)地區(qū)環(huán)渤海心臟地帶，113°04′E～119°53′E，36°01′N～42°37′N，北靠燕山山脈，南朝華北平原，西倚太行山，東臨渤海灣。該區(qū)域地勢(shì)由西北向東南傾斜，地貌類型多樣，屬于典型的溫帶半濕潤(rùn)半干旱大陸性氣候，降水量自東南向西北遞減。土地面積約為2 166萬(wàn)hm2，約占全國(guó)總面積的2.26%，2016年，京津冀地區(qū)常住人口1.12億人，占全國(guó)的8.28%，GDP為7.562 49萬(wàn)億元，占全國(guó)10.16%。

1.2 三生功能評(píng)分矩陣

該研究采用基于統(tǒng)計(jì)資料、模型結(jié)果、專家知識(shí)、問(wèn)卷調(diào)查、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)綜合的評(píng)分矩陣法，分別對(duì)每種土地利用類型生產(chǎn)、生活、生態(tài)功能進(jìn)行“0～5”的評(píng)分，0分代表無(wú)相關(guān)功能，5分代表提供最大功能。該研究結(jié)合京津冀區(qū)域?qū)嶋H情況，在對(duì)10位熟悉該區(qū)域的土地生態(tài)學(xué)專家打分基礎(chǔ)基礎(chǔ)上，對(duì)評(píng)分矩陣進(jìn)行了修正，得出京津冀區(qū)域土地三生功能評(píng)分矩陣，如表1所示。

2 結(jié)果分析

2.1 京津冀區(qū)域“三生空間”格局

在ArcGIS軟件中對(duì)100m分辨率的土地解譯數(shù)據(jù)按照表1打分值進(jìn)行重分類，制作矢量漁網(wǎng)格覆蓋整個(gè)研究區(qū)域，對(duì)重分類的影像進(jìn)行區(qū)域統(tǒng)計(jì)，計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)得分值，生成柵格影像并進(jìn)行可視化表達(dá)，得出研究區(qū)域“三生空間”格局圖。綜合比較1、2、5和10km分辨率的網(wǎng)格分析結(jié)果后，考慮成果輸出的精細(xì)度和計(jì)算冗余度后，最終選擇2km的空間分辨率。

2.1.1 京津冀區(qū)域生產(chǎn)空間格局

1990—2015年京津冀區(qū)域生產(chǎn)空間格局如圖1所示，1990年和2015年生產(chǎn)空間格局特征基本一致，集中分布在東南平原區(qū)，其中唐山沿渤海地區(qū)生產(chǎn)空間得分值最高，燕山太行山山地丘陵區(qū)得分最低，總體上呈現(xiàn)東南高西北低的格局。

圖1 京津冀區(qū)域生產(chǎn)空間分布格局

圖2 京津冀區(qū)域生活空間分布格局

2.1.2 京津冀區(qū)域生活空間格局

1990—2015年京津冀區(qū)域生活空間格局如圖2所示，1990年和2015年生活空間格局特征基本一致，生活空間集中分布在北京、天津、石家莊、唐山等大城市區(qū)及東南平原城鎮(zhèn)區(qū)域，在西北高原區(qū)和燕山太行山山地丘陵區(qū)極少分布。與生產(chǎn)空間格局基本類似，呈現(xiàn)東南高西北低的格局。

2.1.3 京津冀區(qū)域生態(tài)空間格局

1990—2015年京津冀區(qū)域生態(tài)空間格局如圖3所示，1990年和2015年生態(tài)空間格局特征基本一致，與生活空間、生產(chǎn)空間大致相反，生態(tài)空間集中分布在西北高原區(qū)和燕山太行山山地丘陵區(qū)，東南平原區(qū)極少分布。其中北京、天津、唐山、廊坊、石家莊等城市及周邊得分最低。

2.2 京津冀區(qū)域“三生空間”格局

利用ArcGIS軟件Raster Calculator工具將2015年三生空間柵格圖與1990年相減，可得1990—2015年三生空間變化分布圖(圖4～6)，基于標(biāo)準(zhǔn)差分級(jí)法劃分為“嚴(yán)重縮小、輕度縮小、保持穩(wěn)定、輕度擴(kuò)張、嚴(yán)重?cái)U(kuò)張”5類。

圖3 京津冀區(qū)域生態(tài)空間分布格局

圖4 京津冀區(qū)域生產(chǎn)空間分布格局變化 圖5 京津冀區(qū)域生活空間分布格局變化

2.2.1 京津冀區(qū)域生產(chǎn)空格局變化

1990—2015年京津冀區(qū)域生產(chǎn)空間格局變化整體上以保持穩(wěn)定為主，如圖4所示。嚴(yán)重縮小集中分布在環(huán)渤海周邊和壩上西南區(qū)域，主要由于期間生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度的增加，環(huán)渤海大量的工礦用地退出，轉(zhuǎn)變?yōu)榫幼∮玫鼗蛏鷳B(tài)用地，以及退耕還林還草政策的實(shí)施，導(dǎo)致壩上西南區(qū)域耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱植莸壬鷳B(tài)用地。輕度縮小集中在北京、天津、石家莊等大城市周邊，是因?yàn)樯a(chǎn)功能得分較高的耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榈梅州^低的城鎮(zhèn)用地，輕度擴(kuò)張和重度擴(kuò)張主要分布在燕山太行山山區(qū)，大多是因?yàn)樯a(chǎn)功能得分較低的林草地轉(zhuǎn)變?yōu)榈梅州^高的耕地。

圖6 京津冀區(qū)域生態(tài)空間分布格局變化

2.2.2 京津冀區(qū)域生活空間格局變化

1990—2015年京津冀區(qū)域生活空間變化整體上呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢(shì)，如圖5所示。變化主要集中在嚴(yán)重?cái)U(kuò)張和輕度縮小，嚴(yán)重縮小和輕度擴(kuò)張的比例很小。輕度縮小主要發(fā)生在壩上高原和華北平原東部，大多是因?yàn)閳@地轉(zhuǎn)變?yōu)榱烁?、有林地等生活空間得分為0的地類，嚴(yán)重?cái)U(kuò)張集中發(fā)生在北京、天津、石家莊、廊坊等城市周邊，與期間城市用地的急劇擴(kuò)張保持一致。

2.2.3 京津冀區(qū)域生態(tài)空間格局變化

1990—2015年京津冀區(qū)域生態(tài)空間變化整體上以保持穩(wěn)定為主，如圖6所示。嚴(yán)重縮小發(fā)生在北京、天津、石家莊等大城市周邊，是由于耕地、林地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地導(dǎo)致，輕度縮小發(fā)生在嚴(yán)重縮小區(qū)域周邊，以及零星分布在華北平原區(qū)域，主要是因?yàn)樯鷳B(tài)功能得分較高的水田轉(zhuǎn)變?yōu)榱松鷳B(tài)功能得分稍低的旱地。嚴(yán)重?cái)U(kuò)張主要集中分布在秦皇島市東南區(qū)域和石家莊市東部，主要影響因素為工礦及交通用地轉(zhuǎn)變化生態(tài)用地和疏林地轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)功能得分更高的有林地。

3 討論與結(jié)論

京津冀區(qū)域三生空間分布格局具有較強(qiáng)的規(guī)律性。生產(chǎn)空間主要分布在東南平原區(qū)，生活空間主要分布在北京、天津、石家莊、唐山、廊坊等都市圈，生態(tài)空間主要分布燕山太行山山區(qū)。1990年京津冀區(qū)域生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間得分平均值分別為2.61、0.32、3.39，2015年為2.61、0.57、3.20，說(shuō)明1990—2015年京津冀區(qū)域生產(chǎn)空間保持穩(wěn)定，生活空間呈擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，生態(tài)空間略有減小，主要是由于研究期間，土地利用變化主要以耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變(1.263 819萬(wàn)hm2)、建設(shè)用地向耕地轉(zhuǎn)變(2 080.47hm2)、草地向耕地(1 368.12hm2)和林地(1 605.52hm2)轉(zhuǎn)變、林地向草地轉(zhuǎn)變(1 009.14hm2)為主。北京、天津、石家莊、唐山、廊坊等都市圈三生空間變化最為活躍，具體表現(xiàn)為生產(chǎn)生活空間快速擴(kuò)張、生態(tài)空間大幅度縮減。

京津冀區(qū)域應(yīng)嚴(yán)格控制人口、城市用地規(guī)模，劃定耕地?cái)?shù)量底線，河北應(yīng)充分發(fā)揮京津冀生態(tài)環(huán)境支撐區(qū)作用，壩上地區(qū)應(yīng)構(gòu)建結(jié)構(gòu)合理的綠色生態(tài)屏障，恢復(fù)和建設(shè)疏林灌草景觀。燕山—太行山區(qū)應(yīng)加快推進(jìn)京津風(fēng)沙源治理、太行山綠化、退耕還林、水土保持等生態(tài)工程建設(shè)，在河流上游、礦山、水庫(kù)、沙源、風(fēng)口、風(fēng)道周邊及宜林荒山荒地，大力營(yíng)造水源涵養(yǎng)林和水土保持林。平原區(qū)應(yīng)全面實(shí)施地下水超采綜合治理，恢復(fù)地下水戰(zhàn)略儲(chǔ)備與生態(tài)功能，調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，發(fā)展節(jié)水型農(nóng)林業(yè)，加強(qiáng)濕地和農(nóng)田保護(hù)。增加生態(tài)用地?cái)?shù)量，重點(diǎn)建設(shè)成片森林和恢復(fù)連篇濕地，擴(kuò)大生態(tài)空間，為京津城市發(fā)展提供生態(tài)空間保障。