京津冀區(qū)域“三生空間”分類評價與格局演變*

武愛彬

(1.河北省科學院地理科學研究所/河北省地理信息開發(fā)應用工程技術研究中心，石家莊 050011；2.北京林業(yè)大學水土保持學院，北京 100083)

0 引言

國土空間是經濟社會發(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)產品和生態(tài)服務為主要功能的區(qū)域，生產空間是以提供工業(yè)品、農產品和服務產品為主要功能的區(qū)域，生活空間是以提供人類居住和公共活動為主要功能的區(qū)域[2]，三者相互作用，共同構成了國土空間的整體。如何識別和定量刻畫“三生”功能空間結構及其組成要素是進行國土空間結構優(yōu)化的基礎[3]。目前對三生空間的識別和分類主要有兩種方法：一種為基于生活—生產—生態(tài)功能的評價體系法，基于“三生”功能的理念，李廣東[4]等利用生態(tài)系統(tǒng)服務價值和空間功能價值量核算函數群，通過縱橫對比的方法劃定了城市三生空間，李秋穎[5]等通過構建生產、生活和生態(tài)空間利用質量指數、張景鑫利用熵值法和綜合評價法分別對全國和蘇南城市群國土空間利用質量進行了評價[6]；洪惠坤[7]等通過熵權法建立鄉(xiāng)村空間功能綜合評價模型對重慶市鄉(xiāng)村空間功能值進行了測度，邊振興[8]等采用熵權法對沈撫連接帶的三生空間的功能均衡性進行了分析。一種為基于土地利用主導功能的空間分類法，依據土地三生主體功能分類，吳艷娟等[9]、胡恒等[10]分別構建了寧波、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)生產用地、生產生態(tài)用地和生活生產用地，分別對全國、平潭島、昌黎縣的三生空間格局進行了研究。其實質是根據土地主導功能對土地利用空間數據的歸并與分類，但由于土地具有多功能性，例如耕地既是重要的農業(yè)生產用地，具有重要的生產功能，同時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，兩種功能無明顯的主次關系[14]。按主導功能將土地進行單一功能分類，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分矩陣法，對具體地類的生產功能、生活功能、生態(tài)功能分別評分，代入地類數量加權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比分析，此方法不僅體現了土地的多功能性，更能反映不同地類功能的差異性，通過在京津冀地區(qū)的實際應用，可以為三生功能識別分類提供參考依據，對京津冀區(qū)域三生空間格局演變的研究可以為區(qū)域國土空間優(yōu)化提供政策參考。

表1 土地三生功能評分矩陣

1 數據來源與研究方法

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)域地勢由西北向東南傾斜，地貌類型多樣，屬于典型的溫帶半濕潤半干旱大陸性氣候，降水量自東南向西北遞減。土地面積約為2 166萬hm2，約占全國總面積的2.26%，2016年，京津冀地區(qū)常住人口1.12億人，占全國的8.28%，GDP為7.562 49萬億元，占全國10.16%。

1.2 三生功能評分矩陣

該研究采用基于統(tǒng)計資料、模型結果、專家知識、問卷調查、監(jiān)測數據等多種數據綜合的評分矩陣法，分別對每種土地利用類型生產、生活、生態(tài)功能進行“0～5”的評分，0分代表無相關功能，5分代表提供最大功能。該研究結合京津冀區(qū)域實際情況，在對10位熟悉該區(qū)域的土地生態(tài)學專家打分基礎基礎上，對評分矩陣進行了修正，得出京津冀區(qū)域土地三生功能評分矩陣，如表1所示。

2 結果分析

2.1 京津冀區(qū)域“三生空間”格局

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

2.1.1 京津冀區(qū)域生產空間格局

1990—2015年京津冀區(qū)域生產空間格局如圖1所示，1990年和2015年生產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，總體上呈現東南高西北低的格局。

圖1 京津冀區(qū)域生產空間分布格局

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。與生產空間格局基本類似，呈現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)，基于標準差分級法劃分為“嚴重縮小、輕度縮小、保持穩(wěn)定、輕度擴張、嚴重擴張”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)域生產空格局變化

1990—2015年京津冀區(qū)域生產空間格局變化整體上以保持穩(wěn)定為主，如圖4所示。嚴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)境保護力度的增加，環(huán)渤海大量的工礦用地退出，轉變?yōu)榫幼∮玫鼗蛏鷳B(tài)用地，以及退耕還林還草政策的實施，導致壩上西南區(qū)域耕地轉變?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，是因為生產功能得分較高的耕地轉變?yōu)榈梅州^低的城鎮(zhèn)用地，輕度擴張和重度擴張主要分布在燕山太行山山區(qū)，大多是因為生產功能得分較低的林草地轉變?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擴張趨勢，如圖5所示。變化主要集中在嚴重擴張和輕度縮小，嚴重縮小和輕度擴張的比例很小。輕度縮小主要發(fā)生在壩上高原和華北平原東部，大多是因為園地轉變?yōu)榱烁亍⒂辛值氐壬羁臻g得分為0的地類，嚴重擴張集中發(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、林地轉變?yōu)榻ㄔO用地導致，輕度縮小發(fā)生在嚴重縮小區(qū)域周邊，以及零星分布在華北平原區(qū)域，主要是因為生態(tài)功能得分較高的水田轉變?yōu)榱松鷳B(tài)功能得分稍低的旱地。嚴重擴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變化生態(tài)用地和疏林地轉變?yōu)樯鷳B(tài)功能得分更高的有林地。

3 討論與結論

京津冀區(qū)域三生空間分布格局具有較強的規(guī)律性。生產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、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，說明1990—2015年京津冀區(qū)域生產空間保持穩(wěn)定，生活空間呈擴張態(tài)勢，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用地轉變(1.263 819萬hm2)、建設用地向耕地轉變(2 080.47hm2)、草地向耕地(1 368.12hm2)和林地(1 605.52hm2)轉變、林地向草地轉變(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，具體表現為生產生活空間快速擴張、生態(tài)空間大幅度縮減。

京津冀區(qū)域應嚴格控制人口、城市用地規(guī)模，劃定耕地數量底線，河北應充分發(fā)揮京津冀生態(tài)環(huán)境支撐區(qū)作用，壩上地區(qū)應構建結構合理的綠色生態(tài)屏障，恢復和建設疏林灌草景觀。燕山—太行山區(qū)應加快推進京津風沙源治理、太行山綠化、退耕還林、水土保持等生態(tài)工程建設，在河流上游、礦山、水庫、沙源、風口、風道周邊及宜林荒山荒地，大力營造水源涵養(yǎng)林和水土保持林。平原區(qū)應全面實施地下水超采綜合治理，恢復地下水戰(zhàn)略儲備與生態(tài)功能，調整農業(yè)種植結構，發(fā)展節(jié)水型農林業(yè)，加強濕地和農田保護。增加生態(tài)用地數量，重點建設成片森林和恢復連篇濕地，擴大生態(tài)空間，為京津城市發(fā)展提供生態(tài)空間保障。