徐磊,張世珍,胡浩,楊靜園,張長春,馬立軍

(1河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 國土資源學(xué)院,河北 保定 071001;2河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 鄉(xiāng)土文化與鄉(xiāng)村治理研究中心,河北 保定 071001;3河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,河北 保定 071001)

我國人口數(shù)目龐大,土地資源有限,保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間是實(shí)現(xiàn)糧食安全的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。同時(shí),近年來從中央到地方都把生態(tài)文明建設(shè)納入重要議程,著力加快生態(tài)空間綠色發(fā)展。由于國土空間規(guī)劃不合理和城市空間擴(kuò)張管理不當(dāng),城鎮(zhèn)規(guī)模迅速擴(kuò)張,建設(shè)用地不斷擴(kuò)張,耕地銳減,生態(tài)問題頻發(fā),國土空間規(guī)劃亟待完善。揭示區(qū)域國土空間適宜性的格局特征、科學(xué)優(yōu)化國土空間是解決人地矛盾、實(shí)現(xiàn)生態(tài)宜居的重要路徑,也是保障我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要手段[2]。京津冀城市群是華北地區(qū)經(jīng)濟(jì)規(guī)模最大的城市群,識(shí)別國土空間適宜性分布規(guī)律,優(yōu)化國土空間開發(fā)格局是實(shí)現(xiàn)京津冀地區(qū)協(xié)同發(fā)展的重要舉措,是帶動(dòng)北方經(jīng)濟(jì)社會(huì)深化發(fā)展的必經(jīng)之路。

國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于國土空間適宜性相關(guān)研究較早,研究視角也不斷創(chuàng)新,從單一指標(biāo)評(píng)價(jià)到多維度發(fā)展,單一指標(biāo)維度有從生境適宜性評(píng)價(jià)、人居環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)和土地開發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)等方面開展研究,多指標(biāo)維度有從“城鎮(zhèn)—農(nóng)業(yè)—生態(tài)”空間和從“三生”空間視角進(jìn)行國土空間適宜性評(píng)價(jià)[3-7]。基于網(wǎng)格單元尺度,以“農(nóng)業(yè)—生態(tài)—建設(shè)”功能的空間載體作為評(píng)價(jià)對(duì)象,進(jìn)行量化識(shí)別國土空間適宜性并優(yōu)化空間布局的研究還處于薄弱環(huán)節(jié)。在研究?jī)?nèi)容上,囊括了理論內(nèi)涵、指標(biāo)體系構(gòu)建、表征和測(cè)算、三生空間演變預(yù)測(cè)、國土空間分區(qū)優(yōu)化等方面[8-12]。在研究區(qū)域上,多從市域、縣域等范圍選取,隨著研究深入,關(guān)于省域、海島等特殊地形區(qū)域尺度的研究分析也逐步增多[13-14]。在研究方法上,運(yùn)用較多的有層次分析法、專家打分法和GIS空間分析等,近年來,貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、物元模型、綜合評(píng)價(jià)等模型構(gòu)建也日益常見[15-18]。此外,國內(nèi)外學(xué)者基于生態(tài)位、系統(tǒng)科學(xué)等理論,從縣域、市域、省域、城市群和特殊地貌山區(qū)等研究尺度入手,運(yùn)用指標(biāo)體系法、三維魔方法和比較優(yōu)勢(shì)指數(shù)法等方法進(jìn)行了分區(qū)優(yōu)化,并提出相應(yīng)對(duì)策與建議[9-10,12,19-24]。

國土空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)作為國土空間規(guī)劃的重要性基礎(chǔ)工作,已有研究多從落實(shí)國土空間規(guī)劃的市、縣尺度入手,評(píng)價(jià)“三生”空間適宜性,對(duì)城市群進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)并分區(qū)優(yōu)化的研究還較為少見。特別是基于網(wǎng)格單元,從生態(tài)、農(nóng)業(yè)、建設(shè)功能空間分類的角度,量化識(shí)別國土空間適宜性并優(yōu)化城市群國土空間布局的研究更為缺乏。綜上所述,以京津冀城市群為研究區(qū)域,以生態(tài)保護(hù)功能、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能和城鎮(zhèn)建設(shè)功能為視角,采取多因素綜合評(píng)價(jià)法綜合評(píng)價(jià)國土空間適宜性水平,利用ArcGIS軟件空間聚類分析揭示京津冀城市群國土空間適宜性的空間集聚特征,運(yùn)用NRCA模型提出國土空間開發(fā)適宜性分區(qū)方案,為區(qū)域協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

京津冀城市群被稱為中國的“首都經(jīng)濟(jì)圈”,包括北京、天津兩大直轄市和河北省的石家莊市、保定市、唐山市、張家口市、承德市、秦皇島市、廊坊市、滄州市、衡水市、邢臺(tái)市和邯鄲市共11個(gè)地級(jí)市。地理位置為E 113°27′～119°50′,N 36°05′～42°40′,城市群總面積為21.8萬km2。京津冀城市群地處華北平原,境內(nèi)河流水系眾多,生物礦產(chǎn)資源豐富,地貌類型多樣,涵蓋高原、山地、丘陵、盆地、平原和洼地,地勢(shì)整體上呈由西北向東南傾斜,山地約占區(qū)域總面積的一半。2021年京津冀城市群國內(nèi)生產(chǎn)總值約96 355.95億元,占全國的8.4%,是中國北方經(jīng)濟(jì)規(guī)模最大的地區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源主要包括:2018年京津冀土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù),空間分辨率為30 m,以Land TM和Landsat-8遙感數(shù)據(jù)為主要信息源,利用ENVI與ArcGIS軟件解譯所得;數(shù)字高程數(shù)據(jù)(DEM)源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái) ( http: // www.gscloud.cn/);植被覆蓋度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為MODIS13Q1,源于陸地產(chǎn)品處理分發(fā)數(shù)據(jù)中心(https://lpdaac.usgs.gov);土壤屬性數(shù)據(jù)采用寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://westdc.westgis.ac.cn);京津冀道路數(shù)據(jù)由高德地圖提供;水系數(shù)據(jù)由國家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心(data.tpdc.ac.cn)提供;人口數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)來自2019年《中國縣域統(tǒng)計(jì)年鑒》和各省市的統(tǒng)計(jì)年鑒。本研究考慮到研究區(qū)域范圍、數(shù)據(jù)類型特征、可計(jì)算性及空間分辨率等因素,所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為高斯-克里格2 000國家大地坐標(biāo)系,通過柵格重采樣轉(zhuǎn)換為3 000 m×3 000 m柵格進(jìn)行計(jì)算,研究區(qū)共分為23 991個(gè)評(píng)價(jià)單元。

2 研究方法

2.1 國土空間適宜性評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

2.1.1 國土空間適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系 研究涉及的評(píng)價(jià)單元較多,確定權(quán)重應(yīng)綜合考慮主觀層面指標(biāo)的重要程度以及數(shù)據(jù)的客觀規(guī)律,采用層次分析法和獨(dú)立性權(quán)重系數(shù)法實(shí)現(xiàn)主客觀相結(jié)合計(jì)算權(quán)重。層次分析法將目標(biāo)劃分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層,基于指標(biāo)的重要性確定專家打分表,從生態(tài)保護(hù)功能、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能和城鎮(zhèn)建設(shè)功能3方面構(gòu)建判斷矩陣以確定權(quán)重。獨(dú)立性權(quán)重系數(shù)法是依據(jù)指標(biāo)間相關(guān)程度確定權(quán)重的客觀賦值法,基于回歸分析確定指標(biāo)的共線性強(qiáng)弱[25]。綜合權(quán)重計(jì)算公式為:

Wi=0.5×Mi+0.5×Ni

(1)

式中:Wi為指標(biāo)i的權(quán)重;Mi為層次分析法測(cè)算指標(biāo)權(quán)重;Ni為獨(dú)立性權(quán)重系數(shù)法測(cè)算指標(biāo)權(quán)重。

2.1.2 國土空間適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)選取 主要包括生態(tài)保護(hù)功能適宜性、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能適宜性、城鎮(zhèn)建設(shè)功能適宜性3方面。

(1)生態(tài)保護(hù)功能適宜性。選取生境質(zhì)量指數(shù)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值、植被覆蓋度、水系密度、生態(tài)結(jié)構(gòu)指數(shù)和土壤可蝕性表征國土空間生態(tài)保護(hù)功能適宜性。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值參照謝高地單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表測(cè)算[26]。水系密度為評(píng)價(jià)單元內(nèi)的水系總長度與網(wǎng)格面積的比值,能夠反映區(qū)域水資源的短缺程度,以水系矢量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),基于ArcGIS的標(biāo)識(shí)和統(tǒng)計(jì)工具測(cè)算。土壤可蝕性參考《生態(tài)保護(hù)紅線生態(tài)功能評(píng)價(jià)技術(shù)指南》的土壤可蝕性因子K測(cè)算。生態(tài)結(jié)構(gòu)指數(shù)能夠反映區(qū)域的防風(fēng)固沙和水土保持情況,參照《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)計(jì)算規(guī)范》測(cè)算,見公式2。

ESI=Cf×0.25+Cg×0.25+Rs×0.5

(2)

式中:ESI為生態(tài)結(jié)構(gòu)指數(shù);Cf、Cg分別表示林草地覆蓋率、草地覆蓋率;Rs表示水域濕地面積占比。

參照現(xiàn)有研究,綜合考慮京津冀城市群研究區(qū)概況和專家意見,本研究以旱地、城鎮(zhèn)用地、工業(yè)用地、公路、鐵路、農(nóng)村居民點(diǎn)用地和未利用地作為威脅因子[27]。關(guān)于威脅因子參數(shù)設(shè)置見表1。

表1 威脅因子表Table 1 Table of threat factors

生境質(zhì)量是生態(tài)環(huán)境對(duì)人類的適宜程度,根據(jù)已有研究,土地利用程度越強(qiáng)對(duì)生境的威脅越大[28]。以土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),設(shè)定各土地利用類型的生境適宜度和土地利用類型對(duì)威脅因子敏感程度,基于InVEST模型測(cè)算生境質(zhì)量指數(shù)。生境適宜度參數(shù)設(shè)置和土地利用類型對(duì)威脅因子敏感程度見表2。

表2 土地利用類型對(duì)威脅因子敏感程度Table 2 Sensitivity of land use types to threat factors

(2)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能適宜性。采用坡度和土壤的理化性質(zhì)測(cè)算農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能適宜性。土壤理化性質(zhì)包含土壤pH值、土壤剖面深度、土壤容重、土壤孔隙度和土壤有機(jī)碳,評(píng)價(jià)單元土壤理化性質(zhì)分值采用分區(qū)統(tǒng)計(jì)測(cè)算獲得。坡度以DEM高程為原始數(shù)據(jù),在ArcGIS基于坡度處理獲得。

(3)城鎮(zhèn)建設(shè)功能適宜性。路網(wǎng)密度為評(píng)價(jià)單元內(nèi)全部道路長度與評(píng)價(jià)單元面積的比值。交通干線可達(dá)性為評(píng)價(jià)單元中心點(diǎn)與1到4級(jí)非高速公路的距離。采用京津冀地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口及鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)面積測(cè)算人口密度,以各鄉(xiāng)鎮(zhèn)點(diǎn)人口密度為中心進(jìn)行插值,確定各評(píng)價(jià)單元人口密度。距離為評(píng)價(jià)單元中心點(diǎn)與鄉(xiāng)鎮(zhèn)點(diǎn)間的距離。地表糙度參照《生態(tài)保護(hù)紅線生態(tài)功能評(píng)價(jià)技術(shù)指南》地表糙度因子測(cè)算,地表糙度越大,城鎮(zhèn)建設(shè)功能適宜性越低。

2.1.3 國土空間適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算及分級(jí)

根據(jù)公式1,確定國土空間適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。為便于統(tǒng)計(jì),對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值、土壤可蝕性和地表糙度進(jìn)行整乘計(jì)算,用自然間斷點(diǎn)分級(jí)法對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)分級(jí)賦值,將國土空間適宜性等級(jí)由低到高賦值20到100。根據(jù)公式(1)和公式(2)測(cè)算得到國土空間生態(tài)保護(hù)功能適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重及指標(biāo)分級(jí)見表3。

表3 國土空間生態(tài)保護(hù)功能適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重及指標(biāo)分級(jí)Table 3 Weight and classification of evaluation indexes of suitability of ecological protection function in territorial space

依據(jù)層次分析法和獨(dú)立性權(quán)重系數(shù)法主客觀相結(jié)合計(jì)算所得權(quán)重,參照已有研究,結(jié)合自然間斷點(diǎn)分級(jí)法對(duì)國土空間農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能適宜性各項(xiàng)指標(biāo)分級(jí)賦值,從20到100由低到高進(jìn)行賦值[29]。見表4。

表4 國土空間農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重及指標(biāo)分級(jí)Table 4 Weight and classification of evaluation indexes of suitability of agricultural production function in territorial space

表4(續(xù))

國土空間城鎮(zhèn)建設(shè)功能適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重及指標(biāo)分級(jí),見表5。

表5 國土空間城鎮(zhèn)建設(shè)功能適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重及指標(biāo)分級(jí)Table 5 Weight and classification of evaluation indexes of functional suitability of urban construction in territorial space

2.2 國土空間適宜性評(píng)價(jià)計(jì)算模型

多因素綜合評(píng)價(jià)法能夠綜合反映多個(gè)指標(biāo)的適宜性分值,采用多因素綜合評(píng)價(jià)法分別測(cè)算生態(tài)保護(hù)功能適宜性、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能適宜性和城鎮(zhèn)建設(shè)功能適宜性分值,依據(jù)自然間斷點(diǎn)分級(jí)法和分位數(shù)法將國土空間適宜性劃分為低適宜、一般適宜、中等適宜和高適宜4類[18]。

(3)

式中:Fj為第j個(gè)評(píng)價(jià)單元的生態(tài)保護(hù)功能適宜性、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能適宜或城鎮(zhèn)建設(shè)功能適宜性分值;Gij為第j個(gè)評(píng)價(jià)單元下第i項(xiàng)指標(biāo)的分級(jí)賦值得分。

2.3 國土空間適宜性冷熱點(diǎn)分析

冷熱點(diǎn)分析是通過高值和低值在空間上的聚類,采用ArcGIS軟件冷熱點(diǎn)分析工具,揭示國土空間適宜性的空間特征[23]。通過檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量z得分、概率P值和置信區(qū)間識(shí)別國土空間適宜性的熱點(diǎn)和冷點(diǎn)區(qū)域。z得分表示標(biāo)準(zhǔn)差的倍數(shù),P值即為概率,對(duì)國土空間適宜性顯著性進(jìn)行評(píng)估,P值越小,表明結(jié)果越顯著;顯著冷熱點(diǎn)區(qū)域、冷熱點(diǎn)區(qū)域和次冷熱點(diǎn)區(qū)域的置信度分別為99%、95%和90%。

2.4 比較優(yōu)勢(shì)功能指數(shù)

比較優(yōu)勢(shì)指數(shù)不受時(shí)空限制,已應(yīng)用于資源利用、貿(mào)易往來、功能評(píng)價(jià)等多個(gè)領(lǐng)域[20,24]。已有研究測(cè)度方法中標(biāo)準(zhǔn)顯示性比較優(yōu)勢(shì)指數(shù)(NRCA)不受時(shí)間和空間的約束能跨區(qū)域比較,能夠準(zhǔn)確反映地理單元在某一功能上的比較優(yōu)勢(shì),本研究采用標(biāo)準(zhǔn)顯示性比較優(yōu)勢(shì)指數(shù)識(shí)別國土空間優(yōu)勢(shì)功能[20-21]。具體計(jì)算公式為:

NRCAij=Xij/Xt-XjXi/XtXt

(4)

式中:Xij為i網(wǎng)格單元的j功能值;Xt為所有網(wǎng)格單元的全部功能值之和;Xj表示所有網(wǎng)格單元j功能值總和;Xi表示i網(wǎng)格單元所有值總和。當(dāng)NRCA>0,該網(wǎng)格單元此功能存在比較優(yōu)勢(shì),反之,則說明其不存在比較優(yōu)勢(shì),該功能競(jìng)爭(zhēng)力較弱。

3 結(jié)果與分析

3.1 京津冀城市群國土空間適宜性格局特征

以京津冀城市群為研究區(qū)域,從生態(tài)保護(hù)功能、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能和城鎮(zhèn)建設(shè)功能出發(fā),選取交通干線可達(dá)性、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值、生境質(zhì)量指數(shù)、土壤孔隙度、土壤pH及距鄉(xiāng)鎮(zhèn)距離指標(biāo)進(jìn)行可視化分析,進(jìn)一步探究京津冀城市群國土空間適宜性格局。京津冀城市群國土空間適宜性指標(biāo)的格局特征見圖1。

(a) 交通干線可達(dá)性 (b) 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值 (c) 生境質(zhì)量指數(shù)

(d) 土壤孔隙度 (e) 土壤pH (f) 距離鄉(xiāng)鎮(zhèn)距離圖1 京津冀城市群國土空間適宜性指標(biāo)圖Figure 1 Spatial suitability index of Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration

根據(jù)京津冀城市群國土空間適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,采用多因素綜合評(píng)價(jià)法分別測(cè)算適宜性分值,在ArcGIS軟件中采用自然間斷點(diǎn)分級(jí)法和分位數(shù)法將國土空間適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行可視化,將評(píng)價(jià)結(jié)果劃分為4個(gè)等級(jí),見圖2。

京津冀城市群國土空間生態(tài)保護(hù)適宜性由西北向東南大致呈“低—一般—中—高—中—一般—低”分布。國土空間生態(tài)保護(hù)高適宜性地區(qū)集中分布在燕山山脈、太行山脈,該區(qū)域海拔相對(duì)較高,包含5 478個(gè)網(wǎng)格單元,地貌類型以山地為主,位于河流上游的太行山是天然屏障;此外,該類型區(qū)域是灤河等多條河流的發(fā)源地,水資源豐富,滋養(yǎng)了山、林、田多種生態(tài)要素,影響和調(diào)節(jié)著該區(qū)域的氣候變化。生態(tài)保護(hù)功能一般適宜和低適宜性地區(qū)主要分布在京津冀城市群西北部和中南部地區(qū),尤其是中部和東南部的河北平原地區(qū),呈鑲嵌分布,包含13 478個(gè)網(wǎng)格單元,主要由古黃河、海河、灤河等水系沖積而成,限制了生態(tài)保護(hù)。

京津冀城市群國土空間農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性具有明顯的空間異質(zhì)性。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性高值區(qū)主要分布在太行山東麓、燕山南麓和山麓平原地區(qū),包含5 888個(gè)網(wǎng)格單元,地貌類型以平原、丘陵和盆地為主,水系分布有洋河流域和桑干河流域,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水、肥條件較好,為發(fā)揮生產(chǎn)功能提供了便利條件。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一般適宜地區(qū)和中等適宜地區(qū)混合分布在京津冀城市群中部和南部地區(qū),呈面狀分布,該區(qū)域干旱缺水,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件較為貧瘠。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性低值區(qū)分布在京津冀城市群西北部,主要分布在壩上高原,零星分布在城市群中部和西南部地區(qū),包含5 693個(gè)網(wǎng)格單元,地貌類型以丘陵為主,海拔較高,環(huán)境惡劣,可利用性較低。

京津冀城市群國土空間城鎮(zhèn)建設(shè)適宜性低值區(qū)和高值區(qū)以燕山山脈和太行山山脈為界分布在南北兩端。城鎮(zhèn)建設(shè)低適宜性地區(qū)主要分布在燕山和太行山2大山脈以北地帶,包含5 487個(gè)網(wǎng)格單元,海拔相對(duì)較高,氣候較為寒冷,人口密度低,社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)緩慢,較難發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)進(jìn)行城鎮(zhèn)建設(shè)。城鎮(zhèn)建設(shè)一般適宜地區(qū)呈網(wǎng)絡(luò)狀分布在京津冀城市群內(nèi),在低適宜性地區(qū)和高適宜地區(qū)交界處集中分布,共包含5 840個(gè)網(wǎng)格單元,在區(qū)位上起到過渡作用。城鎮(zhèn)建設(shè)中高適宜地區(qū)集中分布在京津冀城市群中部和東南部,由城市中心呈放射狀分布,該區(qū)域地勢(shì)優(yōu)越,氣候環(huán)境較好,經(jīng)濟(jì)水平較高,基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)完備,適宜城鎮(zhèn)建設(shè)。

3.2 京津冀城市群國土空間適宜性空間關(guān)聯(lián)特征

基于國土空間“生態(tài)保護(hù)功能、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能和城鎮(zhèn)建設(shè)功能”適宜性水平的正態(tài)統(tǒng)計(jì)量依據(jù)自然斷點(diǎn)法將其從高到低分層,生成京津冀城市群國土空間適宜性水平冷熱點(diǎn)分布圖,見圖3。表明京津冀城市群國土空間適宜性水平指數(shù)存在明顯的空間關(guān)聯(lián)特征,高值區(qū)和低值區(qū)在空間上都趨于集聚。

(a) 生態(tài)保護(hù)功能適宜性 (b) 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能適宜性 (c) 城鎮(zhèn)建設(shè)功能適宜性圖3 京津冀城市群國土空間適宜性冷熱點(diǎn)分析圖Figure 3 Cold and hot spot analysis of spatial suitability of Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration

生態(tài)保護(hù)功能適宜性顯著熱點(diǎn)區(qū)成片分布在京津冀城市群北部和西部邊緣地區(qū),呈塊狀分布,為燕山山脈和太行山山脈交叉處,水源涵養(yǎng)較好,有利于國家實(shí)施各項(xiàng)農(nóng)業(yè)、生態(tài)項(xiàng)目,主要涉及城市有承德市、秦皇島市、張家口市、保定市、石家莊市、邢臺(tái)市、邯鄲市的西部部分地區(qū)。顯著冷點(diǎn)區(qū)和冷點(diǎn)區(qū)集中分布在京津冀城市群中南部和西北部。生態(tài)保護(hù)功能適宜性不顯著區(qū)域處于顯著熱點(diǎn)和顯著冷點(diǎn)區(qū)間隙,視覺上形成明顯分界。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能適宜性熱點(diǎn)區(qū)域和冷點(diǎn)區(qū)域圖斑分布都相對(duì)擴(kuò)散,呈塊狀零星分布。就城市分布而言,顯著熱點(diǎn)區(qū)和熱點(diǎn)區(qū)域主要分布在張家口市中南部、承德市北部、北京市、天津市和秦皇島市部分地區(qū),區(qū)域地貌類型主要為丘陵和盆地,土壤肥沃,適宜植物生長。顯著冷點(diǎn)區(qū)呈條帶狀分布,主要涉及城市有張家口市、保定市、廊坊市、石家莊市和邯鄲市。不顯著區(qū)域廣泛分布在京津冀城市群除顯著冷熱點(diǎn)區(qū)域以外,圖斑連片分布。京津冀城市群城鎮(zhèn)建設(shè)功能適宜性顯著熱點(diǎn)區(qū)集中分布在河北省中南部平原地區(qū)和北京、天津2個(gè)特大城市,并向北部盆地延伸零星分布。顯著冷點(diǎn)區(qū)和冷點(diǎn)區(qū)域主要分布在燕山和太行山、京津冀北部和西部山地、丘陵地區(qū),圖斑均相對(duì)集中。城鎮(zhèn)建設(shè)功能不顯著區(qū)域分布相對(duì)較小,處于冷點(diǎn)區(qū)和熱點(diǎn)區(qū)過渡地帶。城鎮(zhèn)建設(shè)功能適宜性總體表現(xiàn)為東南高西北低,東南部資源豐富,交通便利,為工業(yè)發(fā)展和城鎮(zhèn)建設(shè)提供了有利條件。

3.3 京津冀城市群國土空間適宜性分區(qū)

運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)顯性比較優(yōu)勢(shì)指數(shù),從理論上來說,一個(gè)網(wǎng)格區(qū)域會(huì)有某1種或者2種顯性優(yōu)勢(shì)功能,其他功能競(jìng)爭(zhēng)力較弱?；诰W(wǎng)格單元尺度的各項(xiàng)功能適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果,應(yīng)用NRCA模型計(jì)算各功能比較優(yōu)勢(shì)指數(shù),依據(jù)比較優(yōu)勢(shì)指數(shù)的正負(fù)將京津冀城市群國土空間分區(qū)優(yōu)化。由于研究尺度選取的是網(wǎng)格尺度,單元數(shù)目眾多,為了便于直觀分類和可視化表達(dá),根據(jù)各功能比較優(yōu)勢(shì)指數(shù)正負(fù)情況對(duì)應(yīng)的優(yōu)勢(shì)功能分區(qū),應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法中的判別分析對(duì)其NRCA值進(jìn)行賦值,并在ArcGIS中采用自然間斷點(diǎn)法將比較優(yōu)勢(shì)功能相同的網(wǎng)格單元?dú)w屬為同一類型區(qū)。關(guān)于NRCA值賦值表及優(yōu)勢(shì)功能分區(qū)見表6。

表6 NRCA值賦值表及優(yōu)勢(shì)功能分區(qū)Table 6 NRCA value assignment table and advantage function partition

得到京津冀城市群6種功能類型區(qū),將其按照單一或組合“比較優(yōu)勢(shì)功能+優(yōu)勢(shì)區(qū)”進(jìn)行命名,分別為生態(tài)保護(hù)功能優(yōu)勢(shì)區(qū)、生態(tài)保護(hù)—農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能優(yōu)勢(shì)區(qū)、生態(tài)保護(hù)—城鎮(zhèn)建設(shè)功能優(yōu)勢(shì)區(qū)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能優(yōu)勢(shì)區(qū)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)—城鎮(zhèn)建設(shè)功能優(yōu)勢(shì)區(qū)和城鎮(zhèn)建設(shè)功能優(yōu)勢(shì)區(qū),分析不同功能特征的聚類區(qū)域,針對(duì)6類優(yōu)勢(shì)功能分區(qū)提出以下優(yōu)化方案,見圖4。

圖4 京津冀城市群國土空間適宜性分區(qū)圖Figure 4 Spatial suitability zoning map of Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration

生態(tài)保護(hù)功能優(yōu)勢(shì)區(qū):該區(qū)域涵蓋4 524個(gè)網(wǎng)格單元,面積占比約為18.86%,主要集中在京津冀城市群北部和西部山脈水系處,多山地,不適宜大規(guī)模的農(nóng)業(yè)耕作和城鎮(zhèn)建設(shè)。如承德市依托燕山山脈形成天然生態(tài)屏障,并擁有灤河和伊遜河等眾多水資源,是得天獨(dú)厚的避暑勝地;該區(qū)域在不觸碰生態(tài)紅線的前提下,可利用其優(yōu)越的自然條件和地域人文特色,打造休閑旅游城市,緩解京津大都市發(fā)展壓力。京津冀城市群西部涉及到的城市有保定市、石家莊市、邢臺(tái)市和邯鄲市,憑借太行山脈和百花山、狼牙山、白石山等名山以及拒馬河、沙河、黃壁莊水庫等水系,可大力發(fā)展生態(tài)旅游產(chǎn)業(yè),作為實(shí)驗(yàn)點(diǎn)開展自然觀光、生物研學(xué)等活動(dòng),借助新媒體直播等方式,助力當(dāng)?shù)鼐G色發(fā)展。

城鎮(zhèn)建設(shè)功能優(yōu)勢(shì)區(qū):該區(qū)域涵蓋5 364個(gè)網(wǎng)格單元,面積占比約為22.36%,多分布在京津大城市和京廣線沿線。北京市由于經(jīng)濟(jì)、人才、教育等要素高度集聚,資源承載壓力大,該區(qū)可優(yōu)化城市規(guī)劃,響應(yīng)政策積極進(jìn)行功能轉(zhuǎn)移。廊坊市承接中心大都市,擁有得天獨(dú)厚的城鎮(zhèn)建設(shè)優(yōu)勢(shì),應(yīng)著力高新產(chǎn)業(yè)和設(shè)施建設(shè),向京津大城市引流人才技術(shù),打造鄰京津快速發(fā)展新區(qū)。雄安新區(qū)應(yīng)發(fā)揮首都和冀南樞紐作用,以“千年大計(jì)”為指導(dǎo),緊抓疏解北京非首都功能這一“牛鼻子”,加快集科研和生活功能于一體的高新區(qū)建設(shè)。城鎮(zhèn)建設(shè)功能優(yōu)勢(shì)區(qū)沿京廣線呈線狀分布,可利用交通便利條件發(fā)展適宜產(chǎn)業(yè)進(jìn)行跨區(qū)域多元融合,實(shí)現(xiàn)空間功能協(xié)調(diào)發(fā)展。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能優(yōu)勢(shì)區(qū):該區(qū)域涵蓋1 705個(gè)網(wǎng)格單元,面積占比約為7.11%,空間上主要分布在京津冀城市群西北部,零星分布在中部平原地區(qū)。其中涉及西北部張家口的壩下蔚縣、陽原縣、懷安縣、宣化縣和壩上康保縣、張北縣、尚義縣等縣域的部分地區(qū)。壩上地區(qū)光熱資源豐富,應(yīng)緊緊抓住光伏扶貧這一政策機(jī)遇,發(fā)展綠色低碳經(jīng)濟(jì);將當(dāng)?shù)亓闵⑥r(nóng)地通過土地流轉(zhuǎn)大規(guī)模經(jīng)營,發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)。對(duì)于壩上壩下特色產(chǎn)品,應(yīng)著力構(gòu)建“生產(chǎn)+加工+銷售”一體化保障性經(jīng)營模式,利用農(nóng)業(yè)科技和媒體平臺(tái)打造特色品牌。同時(shí)可利用自身特產(chǎn)優(yōu)勢(shì)創(chuàng)建生產(chǎn)觀光基地,推進(jìn)綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展,提升當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)經(jīng)濟(jì)效益。

生態(tài)保護(hù)—農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能優(yōu)勢(shì)區(qū):該區(qū)域涵蓋5 594個(gè)網(wǎng)格單元,面積占比約為23.31%,主要集中于燕山山脈北部和太行山山脈沿線,并在城市群中部和東部零星分布。涉及張家口市、北京市延慶地區(qū),區(qū)域內(nèi)資源稟賦條件較好,生態(tài)宜人;這些地區(qū)是重要的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)區(qū),應(yīng)加大宣傳打造特色品牌產(chǎn)品;逐步優(yōu)化生態(tài)和產(chǎn)業(yè)布局,打造京津冀城市群“生態(tài)+經(jīng)濟(jì)”雙功能協(xié)同發(fā)展綠色廊道。保定市淶源縣位于燕山、恒山、太行山交匯處,享有“涼城”的美譽(yù),應(yīng)憑借境內(nèi)8大景區(qū)200多個(gè)特色風(fēng)光和豐富的生物礦產(chǎn)資源,大力發(fā)展景區(qū)綠色生態(tài)旅游產(chǎn)業(yè);未利用地可種植核桃等經(jīng)濟(jì)作物,以帶動(dòng)當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)和生態(tài)旅游協(xié)同發(fā)展。

生態(tài)保護(hù)—城鎮(zhèn)建設(shè)功能優(yōu)勢(shì)區(qū):該區(qū)域涵蓋1 819個(gè)網(wǎng)格單元,約占京津冀城市群總面積的7.58%,空間上零星地分布在生態(tài)功能優(yōu)勢(shì)區(qū)和城鎮(zhèn)建設(shè)功能優(yōu)勢(shì)區(qū)邊界。部分網(wǎng)格單元分布在天津市境內(nèi),天津市作為北方最大的港口城市,可依托天津包子和麻花等美食及泥人張彩塑、相聲和快板等風(fēng)俗特色文化,著力打造世界文化名城。同時(shí)在鄰靠河流的平原建立濕地公園等,在建設(shè)高新研發(fā)基地發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)積極推進(jìn)流域綜合治理,加大生態(tài)保護(hù)、生態(tài)修復(fù)和污染防治的力度,助力生態(tài)宜居城市的建設(shè)發(fā)展。京津冀城市群北部和西部,零星斑點(diǎn)狀分布,可依靠建設(shè)功能優(yōu)勢(shì)區(qū)輻射完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),同時(shí)加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)—城鎮(zhèn)建設(shè)功能優(yōu)勢(shì)區(qū):該區(qū)域涵蓋4 985個(gè)網(wǎng)格單元,面積占比約為20.78%,該區(qū)域分布在京津冀城市群東部和東南部,應(yīng)以京津冀一體化為契機(jī),加快城市內(nèi)部建設(shè)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型。唐山市應(yīng)在利用煤礦、鐵礦等礦產(chǎn)資源時(shí)加大科技支持,提高生產(chǎn)效率,降低能耗,推動(dòng)兩型城市建設(shè);同時(shí)響應(yīng)政策聚焦資源整合,優(yōu)化鋼鐵、礦產(chǎn)、物流等多板塊結(jié)構(gòu),充分發(fā)揮當(dāng)前電子商務(wù)優(yōu)勢(shì),建設(shè)發(fā)展“產(chǎn)業(yè)+服務(wù)”的國內(nèi)外一流貿(mào)易港口城市。秦皇島市靠海氣候宜人,可開展農(nóng)漁業(yè)休閑體驗(yàn)服務(wù),建設(shè)生態(tài)宜居小鎮(zhèn)。中部平原腹地應(yīng)充分利用京津和省會(huì)輻射功能著力產(chǎn)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型,進(jìn)行綠色產(chǎn)業(yè)規(guī)?；?jīng)營,也可憑借區(qū)位優(yōu)勢(shì)和文化古跡建設(shè)特色小鎮(zhèn)。

4 討論與結(jié)論

采用ArcGIS構(gòu)建京津冀區(qū)域3 000 m ×3 000 m的網(wǎng)格,將23 991個(gè)網(wǎng)格作為評(píng)價(jià)單元,構(gòu)建國土空間適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,采用多因素綜合評(píng)價(jià)法分別測(cè)算生態(tài)保護(hù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城鎮(zhèn)建設(shè)和國土空間綜合適宜性分值,并運(yùn)用ArcGIS空間聚類分析中冷熱點(diǎn)分析進(jìn)行可視化,運(yùn)用NRCA模型將國土空間分成6種功能優(yōu)勢(shì)區(qū),并提出優(yōu)化路徑。研究結(jié)論如下:

(1)京津冀城市群國土空間生態(tài)保護(hù)功能和城鎮(zhèn)建設(shè)功能的空間分異和集聚特征較為明顯。生態(tài)保護(hù)功能在南北上存在明顯差異,北部地區(qū)生態(tài)功能普遍高于南部大部分地區(qū),中高適宜性地區(qū)集中分布在燕山山脈、太行山脈地段,以及河流、湖泊等水資源密集區(qū);建設(shè)功能則與之相反,在空間上呈現(xiàn)南強(qiáng)北弱的態(tài)勢(shì),中高適宜地區(qū)集中分布在京津冀城市群中部和東南部及京廣鐵路沿線附近。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能適宜性分布較為零散,高適宜性地區(qū)主要分布在太行山東麓、燕山南麓和山麓平原地區(qū)。

(2)京津冀城市群國土空間綜合適宜性由中心向外呈“顯著熱點(diǎn)區(qū)-熱點(diǎn)區(qū)-次熱點(diǎn)區(qū)”分布,顯著冷點(diǎn)區(qū)域和冷點(diǎn)區(qū)則主要分布在城市群西北部和中部地區(qū),次冷點(diǎn)區(qū)域擴(kuò)散在冷點(diǎn)區(qū)域邊緣。生態(tài)保護(hù)功能、城鎮(zhèn)建設(shè)功能適宜性顯著熱點(diǎn)區(qū)和顯著冷點(diǎn)區(qū)都成片分布,以燕山山脈和太行山山脈為分割線分布在南北兩端。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能適宜性各圖斑分布都相對(duì)零散。

(3)標(biāo)準(zhǔn)顯示性比較優(yōu)勢(shì)指數(shù)模型(NRCA)更適合判別城市群優(yōu)勢(shì)功能區(qū)位置和空間分布的占比情況。從京津冀城市群國土空間優(yōu)勢(shì)功能分區(qū)結(jié)果來看,生態(tài)保護(hù)功能優(yōu)勢(shì)區(qū)、生態(tài)保護(hù)—農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能優(yōu)勢(shì)區(qū)、生態(tài)保護(hù)—城鎮(zhèn)建設(shè)功能優(yōu)勢(shì)區(qū)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能優(yōu)勢(shì)區(qū)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)—城鎮(zhèn)建設(shè)功能優(yōu)勢(shì)區(qū)及城鎮(zhèn)建設(shè)功能優(yōu)勢(shì)區(qū)面積占比分別為18.86%、23.31%、7.58%、7.11%、20.78%、22.36%。生態(tài)保護(hù)—農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能優(yōu)勢(shì)區(qū)面積較大,位于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能優(yōu)勢(shì)區(qū)和生態(tài)保護(hù)功能優(yōu)勢(shì)區(qū)過渡地帶。國土空間適宜性水平、優(yōu)勢(shì)功能區(qū)空間分布等的差異性決定了優(yōu)化對(duì)策需因地制宜。