◎文/孫 鈺 劉全英 馬建輝

一、引言

改革開放以來，隨著工業(yè)化以及城市化的快速推進(jìn)，人地矛盾日益凸顯，進(jìn)而引起大氣污染、水土環(huán)境污染、水資源短缺、城市內(nèi)澇增加、生物多樣性銳減、自然災(zāi)害頻發(fā)等一系列的生態(tài)環(huán)境問題。在此背景下，國家提出“三生空間”功能規(guī)劃，倡導(dǎo)建立“生產(chǎn)空間集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀”的“三生空間”，而生態(tài)空間的保護(hù)與調(diào)控則是化解人地關(guān)系矛盾的重要抓手與關(guān)鍵舉措。當(dāng)前，生態(tài)空間的研究尚處于摸索階段，現(xiàn)有研究包括生態(tài)空間識別與分類、生態(tài)空間的重構(gòu)與優(yōu)化、生態(tài)空間時空演變等方面，但對于生態(tài)空間模擬預(yù)測的研究鮮有開展，而未來生態(tài)空間規(guī)模與格局的變化則直接關(guān)系到國土空間生態(tài)安全。因此，使用切實可行的預(yù)測分析模型模擬未來的生態(tài)空間，對生態(tài)空間治理以及生態(tài)文明建設(shè)，推動人地關(guān)系和諧共生、協(xié)同互動，具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

PLUS（Patch-generating LandUseSimulation）模型基于土地利用轉(zhuǎn)換動態(tài)背后的驅(qū)動因素模擬土地利用變化，考慮到土地利用模擬過程中的氣候背景條件，模擬訓(xùn)練量化過程中不同土地利用類型之間的相互作用和競爭以及其他相關(guān)因素（自然保護(hù)區(qū)、城市、交通路線等）對土地利用模擬的影響，可以很好地模擬預(yù)測未來土地分布格局的變化情況。所以，本文設(shè)定四種情景，并采用PLUS模型以仿真模擬未來生態(tài)空間在各個政策優(yōu)先引導(dǎo)作用下的格局分布狀況。

京津冀是中國北方經(jīng)濟(jì)規(guī)模最大、發(fā)展水平最高的地區(qū)，是華北平原生態(tài)屏障的重要組成部分。在落實三大城市群協(xié)同發(fā)展的背景下，京津冀遇到的重要生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)功能退化等生態(tài)環(huán)境問題有較強(qiáng)的典型性。通過對京津冀2050年生態(tài)空間的模擬預(yù)測結(jié)果進(jìn)行分析，能夠很好地識別京津冀生態(tài)重點區(qū)與脆弱區(qū)，可以為區(qū)域重點保護(hù)與修復(fù)提供理論與數(shù)據(jù)支持，也能為類似地區(qū)生態(tài)修復(fù)治理建設(shè)提供可靠樣本。所以，本文選取京津冀為案例區(qū)，探討生態(tài)空間未來發(fā)展趨勢，以期為京津冀生態(tài)空間治理與優(yōu)化提供科學(xué)參考。

二、研究區(qū)域、數(shù)據(jù)與方法

（一）研究區(qū)域概況

京津冀是中國北方經(jīng)濟(jì)規(guī)模最大、發(fā)展水平最高的地區(qū)，位于北方腹地，渤海灣西翼，地勢西北高、東南低，地貌以平原、丘陵、山地為主，屬于溫帶季風(fēng)氣候，區(qū)域總面積為21.8萬平方公里，涉及北京市、天津市和河北省。自1978年改革開放以來，該地區(qū)經(jīng)歷了快速城市化過程，社會經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，2020年國內(nèi)生產(chǎn)總值實現(xiàn)8.6萬億元，總?cè)丝诩s為1.10億人。

（二）研究方法

1.用地需求規(guī)模預(yù)測

Markov模型根據(jù)假定t+1時的某土地利用類型狀態(tài)，只和t時的土地利用類型狀態(tài)有關(guān)來獲得生態(tài)空間需求規(guī)模的預(yù)測。Markov過程的每一次狀態(tài)轉(zhuǎn)移都只和前一刻狀態(tài)相關(guān)，即無后效性的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程。本文應(yīng)用Markov模型來預(yù)測京津冀2050年各土地空間類型的需求規(guī)模。計算公式如下：

式 中：St、St+1為t、t+1時刻研究區(qū)土地利用類型狀態(tài)矩陣；Pij表示由類型i轉(zhuǎn)移為類型j的轉(zhuǎn)移概率矩陣，表示i用地空間類型轉(zhuǎn)移到j(luò)用地空間類型的概率。

2.生態(tài)空間預(yù)測

在完成各用地類型需求規(guī)模預(yù)測基礎(chǔ)上，對生態(tài)空間分布格局進(jìn)行預(yù)測分析。本文根據(jù)數(shù)據(jù)的可獲取性和研究尺度選用的科學(xué)性，結(jié)合研究區(qū)實際情況，界定本研究的生態(tài)空間包括林地、草地、水域及未利用土地，生產(chǎn)空間包括耕地，生活空間包括建設(shè)用地。PLUS模型由基于土地擴(kuò)張分析策略的轉(zhuǎn)化規(guī)格挖掘框架（LEAS）與基于多類型隨機(jī)斑塊種子機(jī)制的CA模型（CARS）模塊組成。生態(tài)空間格局模擬的關(guān)鍵在于元胞的轉(zhuǎn)換規(guī)則，本文正是通過PLUS模型界定的不同土地類型的轉(zhuǎn)換規(guī)則來完成生態(tài)空間格局變化的預(yù)測，以此實現(xiàn)生態(tài)空間分布格局的模擬預(yù)測。

（三）數(shù)據(jù)來源及處理

本文所使用數(shù)據(jù)涉及京津冀行政邊界、土地利用等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及驅(qū)動因子數(shù)據(jù)（見表1）。全部數(shù)據(jù)經(jīng)空間柵格化后并運(yùn)用均勻采樣法依照100m分辨率歸一化處理。

表1 數(shù)據(jù)來源信息表

三、結(jié)果與分析

（一）總體變化情況

本文以2000年“三生空間”分布為基準(zhǔn)，以2020年“三生空間”實際分布為參照，模擬預(yù)測2020年“三生空間”分布格局，選取Kappa系數(shù)作為衡量京津冀“三生空間”模擬結(jié)果準(zhǔn)確度的指標(biāo)。Kappa系數(shù)是用來驗證實際數(shù)據(jù)與預(yù)測結(jié)果之間的一致性程度，值大于75%時，表明預(yù)測結(jié)果與真實情況的一致性強(qiáng)，具有較高的可信度。本次模擬結(jié)果Kappa系數(shù)為82%，說明PLUS模型的模擬結(jié)果基本符合實際的“三生空間”分布格局。模擬“三生空間”用地變化情況（見表2）表明，京津冀2050年生態(tài)空間除生活空間優(yōu)先情景下有小幅減少外，其他三種情景都處于增加趨勢，且生態(tài)空間優(yōu)先情景下升幅最大；生產(chǎn)空間在四種情景下均處于減少趨勢，且生態(tài)空間優(yōu)先情景下減少幅度較大；而生活空間則在四種情景下都處于增長趨勢，且除生產(chǎn)空間優(yōu)先情景的增幅較緩?fù)?，其他情景下都有較大增幅。另外，各用地類型的空間布局變化整體上也相當(dāng)明顯，且京津冀生態(tài)空間主要分布于燕山—太行山地區(qū)、壩上高原地區(qū)及海岸帶區(qū)，平原地區(qū)生態(tài)空間分布則相對零星。在變化強(qiáng)度上，不同情景下燕山—太行山地區(qū)、壩上高原地區(qū)及海岸帶區(qū)的生態(tài)空間變化均不是很顯著，變化顯著發(fā)生的區(qū)域主要位于北京、天津、唐山及其周邊區(qū)域。

表2 2020年、2050年京津冀多情景模擬“三生空間”用地情況

（二）多情景模擬結(jié)果

在不同的情景模擬方案下，京津冀生態(tài)空間變化差異顯著：

1.生產(chǎn)空間優(yōu)先情景

耕地作為保障生產(chǎn)空間的核心土地利用類型，有效保護(hù)耕地資源是生產(chǎn)空間優(yōu)先得以實現(xiàn)的主要方法。從總體占比來看，生態(tài)空間、生活空間、生產(chǎn)空間分別占41.79%、13.25%、44.96%，相較于生活優(yōu)先情景，該情景生態(tài)空間所占比重更大。從面積變化來看，到2050年該情景的生態(tài)空間有所增加，由88461km2增加到90423km2，增加幅度為1962km2，耕地面積減少3233km2，建設(shè)用地增加1271km2。該情景下，生產(chǎn)空間保持向生活空間和生態(tài)空間轉(zhuǎn)移的態(tài)勢，但與其他情景比較而言，生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)出面積有所減少，城市發(fā)展占用生產(chǎn)空間和生態(tài)空間的發(fā)展建設(shè)受到一定遏制。從空間格局來看，生產(chǎn)空間向生活空間變化區(qū)域主要集中在平原地區(qū)各城市周圍，以石家莊、保定、滄州等城市的變化尤為顯著，生產(chǎn)空間向生態(tài)空間的變化則集中在張北地區(qū)，體現(xiàn)為山區(qū)耕地向林地、草地生態(tài)用地的轉(zhuǎn)變。該情景下，雖然生態(tài)空間有所增加，但京津冀發(fā)展的建設(shè)用地需求難以得到長期保障，經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到一定制約。

2.生態(tài)空間優(yōu)先情景

在生態(tài)空間優(yōu)先情景下，對生態(tài)用地類型的保護(hù)獲得高度重視，相對應(yīng)的土地利用類型不再縮減，另外，為打造生態(tài)安全屏障，鼓勵其他用地類型轉(zhuǎn)換成為生態(tài)空間。從整體占比來看，生態(tài)空間、生活空間、生產(chǎn)空間分別占 比 43.18% 、14.23% 、42.60%，該情景下生態(tài)空間所占比重最大。從面積變化情況來看，生態(tài)空間面積有所增加，生產(chǎn)空間向生態(tài)空間轉(zhuǎn)換的面積增加，主要集中在林地、草地和水域上，生態(tài)空間總體面積增加4962km2，同時生產(chǎn)空間向生活空間轉(zhuǎn)換的面積也得到控制，增加面積3380km2，低于生活空間優(yōu)先情景下增加的面積。從實際情況來看，生態(tài)空間優(yōu)先情景下，生產(chǎn)空間面積減少的幅度減緩，同時生產(chǎn)空間向生活空間轉(zhuǎn)換的面積也有所減少，生態(tài)環(huán)境保護(hù)得到保障。在空間分布上，生態(tài)空間的增加主要集中在京津冀西側(cè)的太行山區(qū)和北部的燕山山區(qū)，為耕地向林地、草地轉(zhuǎn)換。

3.生活空間優(yōu)先情景

在生活空間優(yōu)先情景下，城鎮(zhèn)用地、倉儲用地、道路等建設(shè)用地類型向生產(chǎn)和生態(tài)空間的變動受到嚴(yán)格的限制。從總體占比來看，生態(tài)空間占比40.14%、生活空間占比15.17%、生產(chǎn)空間占比44.69%，生活空間面積占比有所提升，生產(chǎn)空間占比下降幅度增加，生態(tài)空間占比有所降低。從面積變化來看，該情景下生活空間面積增加幅度提升，增加面積達(dá)5420km2，遠(yuǎn)高于生產(chǎn)優(yōu)先和生態(tài)優(yōu)先情景的生活空間增加面積；同時生態(tài)空間面積有所減少，草地、水域和未利用地面積降低，生態(tài)空間減少面積1615km2，城市和區(qū)域發(fā)展在一定程度上對生產(chǎn)空間和生態(tài)空間造成了擠壓，生態(tài)環(huán)境和糧食安全問題極為嚴(yán)峻。從空間分布來看，生態(tài)空間的減少主要集中在北京西北部以及石家莊、保定等城市西部地區(qū)，主要是城市發(fā)展對山區(qū)的開發(fā)和建設(shè)，草地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)化。綜合來看，生活空間情景下京津冀生態(tài)空間演化趨勢較為嚴(yán)峻，城市發(fā)展規(guī)模急劇擴(kuò)大，在影響生產(chǎn)空間穩(wěn)定的同時，生態(tài)空間的面積有所減少，生態(tài)空間演化態(tài)勢不容樂觀，區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題極為突出，區(qū)域綠色發(fā)展受到嚴(yán)重威脅。

4.綜合空間協(xié)調(diào)情景

綜合空間協(xié)調(diào)情景綜合考量生產(chǎn)空間優(yōu)先、生活空間優(yōu)先和生態(tài)空間優(yōu)先三種情景的各種需求，土地利用變化及空間轉(zhuǎn)換更加復(fù)雜。從整體占比來看，生態(tài)空間、生活空間、生產(chǎn)空間分別占比41.43%、14.23%、44.34%，與其他三種情景相比較，三類空間所占比重更加均衡穩(wěn)定。從面積變化情況來看，生態(tài)空間增加1185km2、生活空間增加3380km2、生產(chǎn)空間減少4566km2。從空間分布格局來看，該情景下北京、天津和石家莊等城市周圍生產(chǎn)空間和生活空間分布與生活空間、生產(chǎn)空間優(yōu)先情景基本保持一致，與此同時，在燕山—太行山地區(qū)、壩上高原地區(qū)的生態(tài)空間分布區(qū)域有一定的增長。這種變化符合京津冀國土空間戰(zhàn)略規(guī)劃提出的建設(shè)冀西北生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)和生態(tài)屏障建設(shè)，對于支撐京津冀發(fā)展、保障首都區(qū)域生態(tài)安全具有重要作用。綜合來看，綜合空間協(xié)調(diào)情景兼顧了城市發(fā)展、生態(tài)文明和京津冀協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略對生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求，對京津冀高質(zhì)量建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

四、結(jié)論與建議

（一）結(jié)論

本文基于京津冀城市群2000年、2010年、2020年土地利用數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，運(yùn)用PLUS模型模擬生態(tài)空間在不同情景下的格局變化趨勢，主要結(jié)論如下：

1.從空間分布格局上看，京津冀的生態(tài)空間主要位于燕山—太行山地區(qū)、壩上高原地區(qū)及海岸帶區(qū)，且這些地區(qū)變化不大，平原地區(qū)生態(tài)空間分布則相對零星，變化較為明顯，變化主要發(fā)生在北京、天津、唐山及其周邊區(qū)域，這很好地契合了京津冀的區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃定位。

2.從面積上看，四種情景下各個用地類型面積變化較為明顯。生產(chǎn)空間優(yōu)先情景下，生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)出面積有所減少，生態(tài)空間有所增加，城市發(fā)展占用生產(chǎn)空間和生態(tài)空間的發(fā)展建設(shè)受到一定限制；生活空間優(yōu)先情景下，生態(tài)空間面積有所減少，城鎮(zhèn)建設(shè)用地大幅增加；生態(tài)空間優(yōu)先情景下，生產(chǎn)空間向生態(tài)空間轉(zhuǎn)換的面積增加，主要集中在林地、草地和水域上；綜合空間協(xié)調(diào)情景下，生態(tài)空間的變化態(tài)勢與生產(chǎn)空間優(yōu)先情景、生態(tài)空間優(yōu)先情景基本保持一致，只是幅度愈加平緩，這種變化能夠滿足京津冀面臨的區(qū)域協(xié)同發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)安全保護(hù)的綜合訴求。

（二）政策建議

黨的二十大報告指出，必須牢固樹立“綠水青山就是金山銀山”的理念，站在人與自然和諧共生的高度謀劃發(fā)展。而要想促進(jìn)人與自然和諧共生，就必須多措并舉，加強(qiáng)生態(tài)空間治理。唯有如此，才能真正實現(xiàn)生態(tài)文明建設(shè)的“新常態(tài)”。

1.加強(qiáng)重點區(qū)域生態(tài)空間保護(hù)。對于張家口和承德北部區(qū)縣為主要部分的壩上地區(qū)，應(yīng)該以防風(fēng)固沙與濕地、草地恢復(fù)為主，運(yùn)用退化林分改造、退耕還濕、草場修復(fù)等措施，緊緊把控高耗水農(nóng)作物面積和用水量，建立防風(fēng)固沙區(qū)。壩下地區(qū)，應(yīng)該將潮白河（潮河、白河等）、灤河（小灤河、武烈河等）、永定河（桑干河、洋河等）干支流生態(tài)保護(hù)修復(fù)作為主要抓手，利用水土流失治理、水環(huán)境治理、水源涵養(yǎng)林建設(shè)、農(nóng)村環(huán)境整治、河道綜合整治等途徑，提升水源涵養(yǎng)水平，增強(qiáng)水質(zhì)，改善河流生態(tài)，構(gòu)建水源涵養(yǎng)區(qū)；對于張家口、保定和承德市為主要構(gòu)成的燕山—太行山地區(qū)，需要加快推進(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、水庫、沙源、風(fēng)口、風(fēng)道周邊及宜林荒山荒地，應(yīng)大力打造水源涵養(yǎng)林和水土保持林，帶動“駝梁自然保護(hù)區(qū)”“青崖寨自然保護(hù)區(qū)”等生態(tài)休閑旅游和特色農(nóng)業(yè)發(fā)展；對于京津冀東北部秦皇島低山丘陵區(qū)的海岸帶生態(tài)防護(hù)區(qū)，需要恢復(fù)和拓建濱海濕地，構(gòu)筑海岸帶生態(tài)安全防御體系，消除海洋與山地雙重災(zāi)害隱患。

2.建立生態(tài)空間協(xié)同治理體系。第一，構(gòu)建共同參與機(jī)制。由于生態(tài)資源多樣性以及產(chǎn)權(quán)管理主體多元性都決定了京津冀生態(tài)空間協(xié)同治理主體必然是多元參與，多主體、多部門、多機(jī)構(gòu)彼此銜接，所以生態(tài)空間協(xié)同治理應(yīng)該創(chuàng)新其管理模式，倡導(dǎo)公眾參與，鼓勵社會組織和企業(yè)等群體積極參與對生態(tài)空間的治理與監(jiān)督，建立多元共治的新格局。在管理機(jī)制層面，應(yīng)創(chuàng)建利益分享機(jī)制，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各方利益，最大限度做到多方共贏，使生態(tài)環(huán)境治理實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展，增強(qiáng)保護(hù)的效能。第二，建立合理的生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制。京津冀生態(tài)空間治理必須依靠生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制等取得資金支持來協(xié)調(diào)跨區(qū)域多元主體之間的利益關(guān)系。生態(tài)補(bǔ)償是以推動區(qū)域生態(tài)安全與保障社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展為原則，以資金調(diào)配措施為核心的協(xié)同機(jī)制，是調(diào)節(jié)保護(hù)和開發(fā)利用之間矛盾的關(guān)鍵措施。建立生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，形成損害者賠償、受益者付費、保護(hù)者得到合理補(bǔ)償?shù)纳鷳B(tài)空間經(jīng)濟(jì)新格局，有利于生態(tài)空間內(nèi)保護(hù)和區(qū)外發(fā)展的共贏。

3.加強(qiáng)生態(tài)空間規(guī)劃與管制。第一，完善生態(tài)保護(hù)紅線劃定。京津冀地區(qū)應(yīng)在明確生態(tài)空間保護(hù)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，將北京市北部燕山山地和西部太行山山地、天津市中南部平原濕地與北部薊州山地丘陵區(qū)、河北省東北部燕山山地、北部壩上防風(fēng)固沙帶納入生態(tài)保護(hù)紅線，其生態(tài)功能定位分別為水土保持與水源涵養(yǎng)、水源涵養(yǎng)和生物多樣性維護(hù)、水源涵養(yǎng)、水土保持和防風(fēng)固沙。同時，京津冀三地政府部門應(yīng)出臺相應(yīng)的“生態(tài)保護(hù)紅線管控規(guī)定”，擬定生態(tài)保護(hù)紅線管制要求，厘清法律責(zé)任，對違法開發(fā)生態(tài)空間的行為進(jìn)行嚴(yán)厲懲治。第二，嚴(yán)格控制生態(tài)空間的用途轉(zhuǎn)變，尤其是要嚴(yán)格控制生態(tài)空間向城鎮(zhèn)空間轉(zhuǎn)變，應(yīng)深入推進(jìn)城鎮(zhèn)發(fā)展由外延擴(kuò)展向內(nèi)涵提升轉(zhuǎn)化，按照不同環(huán)境功能區(qū)劃和資源環(huán)境承載力容量，系統(tǒng)調(diào)整城鎮(zhèn)功能配置，嚴(yán)控城市開發(fā)規(guī)模和強(qiáng)度，合理安排建設(shè)用地指標(biāo)，盤活低效存量產(chǎn)業(yè)用地，挖掘低效利用土地潛力，科學(xué)部署安排城市與產(chǎn)業(yè)區(qū)域板塊，嚴(yán)格保護(hù)城市及周邊自然山水資源，控制城市“攤大餅”式空間擴(kuò)張與擠壓生態(tài)空間。