基于土地利用功能測度的“三生”空間識別與優(yōu)化調控

冀正欣，劉 超，許月卿，黃 安，盧龍輝，段亞明

·土地保障與生態(tài)安全·

基于土地利用功能測度的“三生”空間識別與優(yōu)化調控

冀正欣1,2，劉 超3，許月卿1,2※，黃 安1,2，盧龍輝1,2，段亞明1,2

（1. 中國農業(yè)大學土地科學與技術學院，北京 100193；2. 自然資源部農用地質量與監(jiān)控重點實驗室，北京 100193；3. 華中師范大學公共管理學院，武漢 430079）

“三生”空間的科學劃分是國土空間規(guī)劃與治理體系的基礎，而劃分的關鍵在于定量識別與測度土地利用功能。該研究基于土地利用多功能價值評估方法體系，提出“三生”空間表達模式，并以張家口市為例進行“三生”空間識別與分區(qū)調控。結果表明：1）張家口市“三生”空間共涵蓋9種功能組合模式，其中生態(tài)-生產-生活均衡空間比例最大，且超過80%的空間存在三重功能；2）張家口市不同功能組合模式在空間分布上呈現(xiàn)“局部集聚，全局分散”特征。生產功能主導空間與生活功能主導空間主要分布在洋河、桑干河和壺流河谷地，而生態(tài)功能主導空間則主要分布于東部的燕山余脈和南部太行山脈附近；3）張家口市“三生”空間優(yōu)化分區(qū)可劃為5種類型，生產和生活功能為主的空間分區(qū)要在強化主導功能的基礎上，實現(xiàn)“三生”功能的協(xié)調發(fā)展，而生態(tài)功能為主的空間分區(qū)則以生態(tài)保育為首要目標。

土地利用；功能；三生空間；價值評估；功能識別；張家口市

0 引 言

隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和農業(yè)現(xiàn)代化進程的持續(xù)推進，國土空間功能與格局發(fā)生劇烈演變，國土空間可持續(xù)開發(fā)與利用面臨嚴峻的危機和挑戰(zhàn)[1-2]。對此，黨的十八大提出構建“生產空間集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀”的“三生”空間，旨在實現(xiàn)區(qū)域生產空間、生活空間和生態(tài)空間的協(xié)同與優(yōu)化，引導人口資源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[3]。在此背景下，如何實現(xiàn)區(qū)域“三生”空間的識別與優(yōu)化，成為國土空間開發(fā)進程中亟需解決的重大問題。

目前，國內學者基于不同視角，對“三生”空間展開了廣泛探討，主要包括“三生”空間的理論內涵[4-5]、識別與劃分[6-7]、格局特征與優(yōu)化[8-11]、空間沖突與重構[12-13]等方面，并取得了階段性的研究成果。縱觀以往研究，“三生”空間的識別主要以土地類型歸并法和指標量化測算法為主。前者是從生產、生活、生態(tài)功能的角度對土地利用類型進行重分類[14-15]，從而實現(xiàn)“三生”空間與土地利用現(xiàn)狀分類的銜接，但人為的主觀判別容易導致歸并結果出現(xiàn)偏差，而且存在對空間功能的復合型和空間基底的異質性考慮不足的問題[16]；后者通過構建指標評價體系實現(xiàn)區(qū)域“三生”空間的量化識別[17-18]，具有地域針對性和評價體系綜合性的優(yōu)勢，但在多主體融合和多尺度集成表達上考慮不足[16]。

土地利用系統(tǒng)是多層次結構與功能的復合體，存在著“要素-結構-功能”因果鏈[19-20]。人類基于不同時期的需求，作用于土地資源，形成不同的土地利用類型，組成不同的土地利用結構，土地利用結構的多樣化帶來不同的產品與服務，導致土地利用功能的差異[21]。在區(qū)域主導功能的作用下，形成了“三生”空間分異格局?？梢?，空間是功能的載體，“三生”空間實質是以土地利用功能為基礎，根據(jù)地域空間為人類提供的各類產品和服務劃分的功能空間?！叭笨臻g功能價值能直觀、定量地反映其向人類提供產品和服務的能力以及為人類所帶來的福祉，是溝通自然和社會經濟的紐帶。因此，通過土地利用功能價值測度進行“三生”空間定量識別和優(yōu)化，符合功能集聚形成空間的內在邏輯，是完善土地利用多功能性理論、重構和優(yōu)化國土空間開發(fā)格局的有效路徑。

張家口市作為首都的水源涵養(yǎng)區(qū)和京津冀生態(tài)環(huán)境支撐區(qū)，擔負著水源涵養(yǎng)和生態(tài)保護的重任。隨著京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略的推進、“京張一小時生活圈”的快速形成以及“2022年冬奧會”的建設，張家口市正逐步對接京津地區(qū)的產業(yè)和功能轉移，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化加速發(fā)展，導致生產、生活和生態(tài)空間的用地競爭日益加劇，土地利用結構不斷重組，亟需開展張家口市“三生”空間的識別與優(yōu)化調控研究，以順應國土空間進一步開發(fā)利用的需要。鑒于此，本文綜合集成統(tǒng)計、調查、遙感等多源數(shù)據(jù)以及替代成本法、影子工程法、CASA模型、RUSLE模型等方法模型，著眼于生產功能適宜性、生活功能適宜性和生態(tài)功能重要性視角，構建土地利用多功能價值評估測度方法體系，定量測度張家口市生產-生活-生態(tài)功能價值量，識別其“三生”空間的功能組合結構及空間布局，在此基礎上，提出優(yōu)化調控政策建議，以期為當前國土空間規(guī)劃與管理提供參考。

1 研究區(qū)概況

張家口市地處河北省西北部，京、冀、晉、蒙4省市交界處，介于113°50′～116°30′E，39°30′～42°10′N之間（圖1）。張家口市地勢西北高、東南低，以陰山山脈大馬群山分水嶺為界劃分為壩上高原區(qū)、壩下山間盆地區(qū)兩大典型地貌區(qū)，是典型的農牧交錯帶[22]，屬溫帶大陸性季風氣候，主要災害包括干旱、風沙、霜凍和雹災。

圖1 張家口市地理位置圖

截至2015年底，張家口市土地總面積為3.68萬km2，轄4區(qū)、13縣，總人口約為469.01萬人，其中，農業(yè)人口為313.8萬人。GDP為1 317.02×108元，城鎮(zhèn)居民和農村居民的人均可支配收入分別為23 841和8 341元，是冀北貧困帶的重要組成部分。土地利用類型主要為林地、草地和耕地，面積分別為123.00、104.71和92.52萬hm2，占土地總面積的33.42%、28.45%和25.96%。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究所涉及的基礎數(shù)據(jù)包括遙感數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、植被數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)。運用ENVI5.1軟件對2015年遙感影像進行拼接、輻射校正、裁剪和監(jiān)督分類處理后，計算Kappa系數(shù)為0.83，能夠滿足精度要求。其余各數(shù)據(jù)類型、來源及處理方式見表1。

2.2 土地利用多功能價值評估體系構建

借鑒土地適宜性概念及理論方法，著眼于生產、生活功能適宜性和生態(tài)功能重要性視角，構建土地多功能價值評估方法體系，進行區(qū)域生產、生活和生態(tài)功能測度以及“三生”空間識別與優(yōu)化。土地利用多功能價值評估體系是基于土地利用系統(tǒng)提供的產品和服務，運用環(huán)境經濟學、生態(tài)經濟學等原理方法，在一定格網單元內系統(tǒng)整合遙感、統(tǒng)計、調查等多源數(shù)據(jù)，將有形產品和抽象服務轉換為具體貨幣的價值化過程，包括功能物理量和功能價值量2個核算步驟。

2.2.1 生產功能適宜性測度

生產功能是以土地為勞作對象直接或間接進行社會生產而產出各類產品或服務的功能[23]，比如農作物供給或工商業(yè)生產等。生產功能適宜性指特定條件下特定范圍內國土空間單元對生產功能的適宜程度。經濟發(fā)展是帶動區(qū)域發(fā)展的主要動力，多通過二三產業(yè)產值來衡量[24-25]；農業(yè)生產作為支撐區(qū)域經濟建設與發(fā)展的基礎產業(yè)，能夠提供農、林、牧、漁等產品，可以用農林牧漁業(yè)總產值表征，并基于土地利用數(shù)據(jù)建模得到[25]。這兩項指標能夠通過一、二、三產業(yè)的綜合發(fā)展狀況表征不同空間單元的生產能力，其功能價值量的大小代表著生產功能適宜性的強弱。

2.2.2 生活功能適宜性測度

生活功能是土地在人類生存和發(fā)展過程中所提供的空間承載和衣食住行等人居保障功能[23]，比如居住承載和糧食供給等。生活功能適宜性指特定條件下特定范圍內國土空間單元對生活功能的適宜程度。居住承載是維持區(qū)域居民生活的基底功能，能夠提供居民日?；顒訄鏊Ｒ话阆窈０屋^低、水源充足、坡度平緩的區(qū)域由于建設成本低、生活條件便利等原因會吸引人類聚集[26]，也即居民生活聚集程度較高的區(qū)域其生活功能的適宜性較強；糧食作為生命生存必需的食物，是維持居民基本生活的最后一道防線[27]，但由于坡度、高程、土壤等條件的不同，糧食生產能力具有區(qū)域差異性，糧食生產能力越高的區(qū)域其生活功能的適宜性就越強。故選用居住承載和糧食供給功能為生活功能適宜性測度指標，其中糧食供給功能以遙感估產模型表征[25]，居住承載功能用城鄉(xiāng)建設用地數(shù)據(jù)和夜間燈光數(shù)據(jù)反映[25]。

表1 多源、多尺度的數(shù)據(jù)類型、來源和處理

2.2.3 生態(tài)功能重要性測度

生態(tài)功能是在生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程中所形成的，能夠直接或間接滿足人類基本生態(tài)需求、維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的自然條件及其效用[28]。生態(tài)功能重要性是指特定條件下特定范圍內國土空間單元對維持區(qū)域生態(tài)功能穩(wěn)定的重要程度。張家口市作為京津冀地區(qū)重要的水源涵養(yǎng)區(qū)和生態(tài)保育區(qū)，擔負著固碳釋氧和土壤保持等重任。本研究選用固碳釋氧和土壤保持功能表征生態(tài)功能重要性，其中固碳釋氧功能用植被NPP估算[25]，土壤保持功能則用土壤侵蝕模型測度[25]。

2.3 基于功能綜合測度的“三生”空間表達模式

多功能性是土地利用的本質屬性，但不同功能之間存在競合與博弈現(xiàn)象，導致任何一種土地利用類型都既可能存在單一功能，也可能出現(xiàn)生產、生活和生態(tài)功能的隨機組合[7]，功能集聚形成的各類空間也就可能兼具生產、生活和生態(tài)等多重功能，空間與功能之間是“一對一”或“一對多”的關系[21]。不同的土地利用方式、強度和范圍使得空間的不同功能之間出現(xiàn)主次強弱之分，存在主導功能、副級功能或次級功能[27]。

因此，將生產、生活和生態(tài)功能價值量根據(jù)自然斷點法分為主、副、次3個等級。在GIS空間疊加技術的支持下，3種功能價值量進行疊加分析，并對照組合學中的排列規(guī)律，得到“三生”空間的功能組合共有25種模式，進而識別不同格網單元的“三生”空間組合類型?！皢我还δ堋蹦Ｊ街父窬W單元內僅存在生產、生活和生態(tài)功能中的某一種功能?！半p重功能”模式指格網單元內中存有生產、生活和生態(tài)功能中的某兩種功能，若兩種功能不在一個等級時為“主副功能模式”，屬于同一個等級時為“均衡二重功能模式”。“三重功能”模式指格網單元內同時存在生產、生活和生態(tài)功能，若3種功能價值量大小均不屬于同一個等級時為“主副次功能模式”，若3種功能價值量均屬于同一個等級時為“均衡三重功能模式”，若其中2種功能價值量屬于同一個等級時為“主-二重均衡模式”或“二重均衡-副模式”。

2.4 核密度分析

核密度估計法是空間分析中廣泛運用的非參數(shù)方法。該方法應用地理學第一定律的基本原理，采用核函數(shù)計算隨機變量在其鄰域邊緣的概率密度，并通過連續(xù)密度曲線描述隨機變量的空間分布形態(tài)[29]。參照前人的研究成果[30-31]，本研究選取核密度估計法中的高斯核函數(shù)，展示張家口市不同功能空間組合模式的空間分布情況。表達式為

式中（）為隨機變量的密度函數(shù)；表示為觀測值的數(shù)量；表示為帶寬，即圓域的半徑，決定了核密度曲線的光滑程度和估計精度；X表示為觀測值；表示為觀測值的均值；()為核函數(shù)。

3 結果與分析

3.1 “三生”空間識別結果

運用土地利用多功能價值評估體系，測度得到1 km×1 km格網單元的張家口市土地利用生產、生活和生態(tài)功能價值量（圖2）。通過空間疊加分析、功能價值比較等方法，識別“三生”空間的模式類型和空間分布特征（圖3）。

圖2 張家口市“三生”功能價值量分布圖

圖3 張家口市“三生”空間格局圖

從空間組合模式看，張家口市覆蓋了生態(tài)-生產-生活均衡空間、生態(tài)主-生活副空間、生態(tài)主-生產副空間、生態(tài)主-生產-生活均衡空間、生活主-生產副-生態(tài)次空間、生活主-生產-生態(tài)均衡空間、生產-生活均衡-生態(tài)副空間、生產主-生態(tài)-生活均衡空間、生產主-生活副-生態(tài)次空間等9種組合模式，其面積比例分別為49.09%、3.27%、14.19%、25.04%、1.20%、4.41%、2.33%、0.19%、0.29%（表2）。除生態(tài)-生產-生活均衡空間外，生態(tài)功能為主的空間面積比例最大（42.50%），其次為生活功能為主的空間（5.6%），生產功能為主的空間最?。?.81%），表明維持生態(tài)穩(wěn)定是研究區(qū)當前社會經濟發(fā)展階段對土地利用功能的主體要求；從空間多功能性來看，張家口市超過80%的空間存在生產、生活、生態(tài)三重功能。多重功能的混雜和交織在一定程度上可以滿足人類的多種需求，但也往往伴隨著功能之間的沖突與競爭。因此，對空間的多重功能進行定量識別和優(yōu)化調控是國土空間合理開發(fā)利用的客觀要求。

表2 張家口市“三生”空間面積及占比

從不同功能空間組合模式的核密度分布圖來看（圖 4），生態(tài)-生產-生活均衡空間在全域范圍內呈連片分布形態(tài)，其中以西北部的壩上高原區(qū)最為突出。生態(tài)主-生產副空間與生態(tài)主-生產-生活均衡空間的分布區(qū)位大體一致，集中在張家口市東部和南部，生態(tài)主-生活副空間則表現(xiàn)出與之交錯鑲嵌的分布狀態(tài)，集中于張家口市西北部。生活主-生產副-生態(tài)次空間和生活主-生產-生態(tài)均衡空間均集中在張家口市區(qū)附近，其中生活主-生產-生態(tài)均衡空間在桑干河及壺流河谷地的分布亦相對突出，這與張家口市的人口分布格局密切相關。生產-生活均衡-生態(tài)副空間和生產主-生活副-生態(tài)次空間皆為點狀零星分布，并且生產主-生活副-生態(tài)次空間環(huán)繞在生產-生活均衡-生態(tài)副空間的外圍，生產主-生態(tài)-生活均衡空間在各縣區(qū)中心附近呈明顯的團聚狀，這與張家口市經濟集聚區(qū)的分布格局十分契合；從不同空間功能組合模式的整體分布來看，生產功能主導空間與生活功能主導空間具有明顯的空間一致性，而與生態(tài)功能主導空間具有明顯的空間互補性。前兩者主要分布在地勢平坦的洋河、桑干河和壺流河谷地，后者則主要分布于東部的燕山余脈和南部太行山脈附近。不同功能組合模式在空間分布上呈現(xiàn)“局部集聚，全局分散”特征，即同一功能組合模式的空間聚集性較高，不同功能組合模式的空間集聚性較低，表明不同功能組合模式之間的融合性和互補性較差，也意味著區(qū)域土地利用可能存在激烈的沖突與矛盾。在編制國土空間規(guī)劃過程中，空間功能的集聚狀況是空間功能分區(qū)的有力支撐，但分區(qū)的同時要充分考慮空間功能之間的互補性和融合性。

3.2 “三生”空間優(yōu)化調控

格網單元在詳細描述土地利用功能的空間異質性的同時，也存在分割行政單元，不便于空間的管理與調控等實踐問題[32-33]。鄉(xiāng)鎮(zhèn)是國土空間規(guī)劃體系的基本行政單元[34]，因此，為保證“三生”空間優(yōu)化結果具有良好的空間連續(xù)性和區(qū)劃完整性，本研究以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為基本單元進行空間分區(qū)，并針對不同功能區(qū)的未來發(fā)展方向提出優(yōu)化與調控建議。

分區(qū)原則為：1）主導功能強化原則。土地利用在格網單元上表現(xiàn)出多功能性，但對格網單元起決定性作用的往往是其主導功能。因此，應充分發(fā)揮區(qū)域所具有的主導功能，由此帶動并提升區(qū)域整體功能的協(xié)調水平。2）功能協(xié)調原則。國土空間可持續(xù)開發(fā)利用的本質是實現(xiàn)生產、生活與生態(tài)功能之間的協(xié)調與優(yōu)化，保障經濟社會發(fā)展、生活質量提升和生態(tài)環(huán)境保護相適應。考慮到“三生”功能在不同空間單元上的強弱主次差異，在空間分區(qū)優(yōu)化過程中著力提升其弱勢功能，以達到空間功能均衡發(fā)展的目標。3）生態(tài)優(yōu)先原則。張家口市作為京津冀地區(qū)的綠色生態(tài)屏障，就全國生態(tài)功能區(qū)規(guī)劃、河北省主體功能區(qū)規(guī)劃等對其功能定位而言，生態(tài)保護是其首要任務。因此，在進行空間功能分區(qū)時，將主導功能為生態(tài)功能的格網單元皆歸為生態(tài)保育區(qū)，以維持自然生態(tài)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。4）面積占優(yōu)原則。每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元內存有多種功能區(qū)，故比較其不同功能區(qū)的面積大小，以面積最大的功能區(qū)來判定鄉(xiāng)鎮(zhèn)的功能類型。

基于格網單元的“三生”空間組合類型判定結果，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為基本單元，采用空間疊置法計算并比較不同功能空間的面積大小，然后對類型相近的地類進行歸并處理（表3），依據(jù)主導功能強化、功能協(xié)調、生態(tài)優(yōu)先、面積占優(yōu)的原則，將格網單元的“三生”空間功能通過尺度推演到鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元，確定鄉(xiāng)鎮(zhèn)級別的空間優(yōu)化分區(qū)（圖 5）。其中，生產和生活功能為主的空間分區(qū)要強化主導功能的基礎上，實現(xiàn)“三生”功能的協(xié)調發(fā)展，而生態(tài)功能為主的空間分區(qū)則以生態(tài)保育為首要目標。

表3 張家口市“三生”空間優(yōu)化分區(qū)

綜合提升區(qū)：該區(qū)域生產、生活和生態(tài)3種功能均為低度等級，包括83個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，主要分布于張家口市北部的壩上草原。該區(qū)域地勢平坦開闊，耕地資源豐富，但經濟發(fā)展能力較弱，基礎公共設施相對缺乏，草場退化與土地風蝕沙化問題突出，特別是蔬菜生產基地快速發(fā)展導致農業(yè)用水開采量迅速增加，地下水平均埋深由2003年的4.3～4.7 m下降至2013年的10.7～11.1 m。該區(qū)域應充分利用區(qū)域自然資源稟賦，大力發(fā)展風電、太陽能發(fā)電、草原文化旅游等綠色產業(yè)，以提升區(qū)域生產功能；調整農業(yè)種植結構，由高耗水的大白菜、馬鈴薯等向低耗水量的架豆、西蘭花等轉變，并適當種植雨養(yǎng)作物（青飼料），與固定區(qū)域“牧業(yè)養(yǎng)殖小區(qū)模式”牧業(yè)生產相結合，形成生態(tài)集約的農牧業(yè)生產良性循環(huán)模式；注重城鄉(xiāng)之間的公共基礎設施和服務設施公平，尤其是鄉(xiāng)村交通、醫(yī)療、教育等在鄉(xiāng)村地區(qū)的提升，以提升區(qū)域生活功能；推動京津風沙源治理及退耕還草等生態(tài)工程建設，以種植檸條、沙棘、紫花苜蓿等耐旱耐寒的草灌作物為主，適當推廣榆、楊等耐旱喬木，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境質量。

圖5 張家口市“三生”空間功能分區(qū)

生態(tài)保育區(qū)：該區(qū)域以生態(tài)功能為主導而生產和生活功能較弱，包括58個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，主要集中分布在張家口市東部的燕山余脈和南部的太行山區(qū)。該區(qū)域山高谷深，地形崎嶇，森林覆蓋率較高，擔負著水源涵養(yǎng)和生態(tài)保持的重任，但同時又是水土流失嚴重區(qū)和貧困多發(fā)區(qū)。該區(qū)域應充分發(fā)揮生態(tài)功能為主導的地位優(yōu)勢，在生態(tài)保護的基礎上適度發(fā)展生態(tài)產業(yè)和生態(tài)旅游，崇禮縣、懷來縣、涿鹿縣和蔚縣種植核桃、黃梨、杏扁等林副產品，崇禮縣發(fā)展冰雪、溫泉、森林等生態(tài)旅游，以確保區(qū)域重點生態(tài)功能的可持續(xù)供給和經濟的快速發(fā)展；加強道路交通、文化教育、衛(wèi)生服務等公共基礎設施建設，改善人居環(huán)境。

生產主-生活生態(tài)提升區(qū)：該區(qū)域以生產功能為主導而生活和生態(tài)功能較弱，包括12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，主要分布在張家口市區(qū)、陽原縣和涿鹿縣城區(qū)。該地區(qū)經濟基礎好，土地利用強度高，但該區(qū)域人口眾多，基礎公共設施不夠完善，植被覆蓋率低，環(huán)境污染嚴重，建設占用非農用地現(xiàn)象頻發(fā)，導致生活功能和生態(tài)功能較低。該區(qū)域應完善道路交通及醫(yī)療衛(wèi)生等基礎設施，改善居民生活質量；加強工業(yè)“三廢”治理，發(fā)展生物醫(yī)藥、新材料等低耗能、集約化的高新技術產業(yè)；通過綠地系統(tǒng)規(guī)劃、景觀提升設計等手段，增加生態(tài)用地面積，提高植被的覆蓋率；嚴格控制城鎮(zhèn)無序擴張和占用耕地，促進建設用地節(jié)約集約利用。

生活主-生產生態(tài)提升區(qū)：該區(qū)域表現(xiàn)為生活功能較強，生產和生態(tài)功能較弱的特征，包括33個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，主要分布于各區(qū)縣中心城鎮(zhèn)及周邊地區(qū)。該區(qū)域屬于張家口市的人口集聚區(qū)，但其經濟發(fā)展能力弱，環(huán)境破壞與污染嚴重，生產和生態(tài)功能處于弱勢地位。該區(qū)域應依托區(qū)位優(yōu)勢，發(fā)展以錯季蔬菜、花卉種植、特色養(yǎng)殖為主的城郊特色效益農業(yè)，同時推進農副產品深加工基地建設，從而提高生產功能；充分發(fā)揮萬悅公園、西山公園等郊野公園和基本農田的生態(tài)功能，有效隔離集中建設區(qū)域，提高區(qū)域生態(tài)環(huán)境質量；建立科學合理的生活垃圾收集、轉運、處理體系，合理布局生活垃圾收運與處置設施，建立有序、經濟、環(huán)保的生活垃圾管理體系。

生產生活均衡-生態(tài)提升區(qū)：該區(qū)域表現(xiàn)出生產和生活功能較強，生態(tài)功能較弱的特征，包括23個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，集中分布于張家口市市區(qū)。該地區(qū)既是張家口市經濟發(fā)展的核心增長極，又是農村人口轉移的主要集聚區(qū)域，但存在城區(qū)無序蔓延與擠占耕地和生態(tài)空間的現(xiàn)象，同時城區(qū)工業(yè)和生活污染對生態(tài)安全構成極大威脅。該區(qū)域應科學劃定城鎮(zhèn)增長邊界、生態(tài)保護邊界以及耕地保護邊界，確保城鎮(zhèn)建設用地不擴張，生態(tài)保護面積與耕地保護面積不減少；推進城鎮(zhèn)居住區(qū)公園綠地和健身場地等公共設施建設，宣傳垃圾分類和綠色低碳的生活理念，提高居民生態(tài)環(huán)保意識。

4 結論與討論

“三生”空間的科學劃分是國土空間規(guī)劃與治理體系的基礎，而劃分的關鍵在于定量識別與測度土地利用的各項功能。本研究依據(jù)土地利用多功能屬性，探索性地從生產功能適宜性、生活功能適宜性和生態(tài)功能重要性的綜合視角，提出了土地利用多功能價值評估體系，進而探討了區(qū)域“三生”空間的主導功能和多重功能的組合情況，從其理論組合模式來看，共存有25種功能組合類型。在理論構建的基礎上以張家口市為例進行實證分析，結論如下：

1）張家口市“三生”空間的功能組合模式多樣，共涵蓋9種功能組合模式，其中生態(tài)-生產-生活均衡空間比例最大，為49.09%。超過80%的空間存在三重功能，多功能性十分顯著；

2）張家口市不同功能組合模式在空間分布上呈現(xiàn)“局部集聚，全局分散”特征。生產功能主導空間與生活功能主導空間具有明顯的空間一致性，而與生態(tài)功能主導空間具有明顯的空間互補性，前兩者主要分布在地勢平坦的洋河、桑干河和壺流河谷地，后者則主要分布于東部的燕山余脈和南部太行山脈附近；

3）張家口市“三生”空間優(yōu)化分區(qū)可劃為5種類型，即綜合提升區(qū)、生態(tài)保育區(qū)、生產主-生活生態(tài)提升區(qū)、生活主-生產生態(tài)提升區(qū)、生產生活均衡-生態(tài)提升區(qū)。其中，生產和生活功能為主的空間分區(qū)要在強化主導功能的基礎上，實現(xiàn)“三生”功能的協(xié)調發(fā)展，而生態(tài)功能為主的空間分區(qū)則以生態(tài)保育為首要目標。

本研究采用土地利用多功能價值評估體系對張家口市“三生”空間進行識別與優(yōu)化調控，識別結果能夠客觀體現(xiàn)區(qū)域“三生”空間的分布格局及存在問題，便于區(qū)域主導功能的界定與識別，為國土空間規(guī)劃的科學編制提供理論基礎；分區(qū)與優(yōu)化調控結果可為區(qū)域未來空間優(yōu)化布局提供實踐指導，以實現(xiàn)區(qū)域國土空間有效管控與科學治理。然而，本文在理論構建和實證檢驗過程中尚存不足之處：1）在土地利用多功能價值評估體系構建時，本研究基于“生產、生活適宜性和生態(tài)重要性”的角度，結合數(shù)據(jù)的可獲取性和功能的可量化性，僅選取了具有代表性的6項子功能進行空間量化和價值評價，而針對其他功能（比如出行保障功能、基本生活保障功能和水源涵養(yǎng)功能等）的考慮尚有欠缺，未來當根據(jù)區(qū)域發(fā)展適當調整土地利用多功能價值評估體系，以適應區(qū)域未來國土空間統(tǒng)籌開發(fā)的需要。2）本文僅定量測度了區(qū)域“三生”空間的組合結構及空間布局，未來研究應與區(qū)域自然地理條件（山地丘陵、河谷平原和高原草地）、經濟社會發(fā)展和政策調控等因素緊密結合，深入探討區(qū)域“三生”空間的形成機理及其相互關系、功能提升與優(yōu)化路徑等方面。

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Identification and optimal regulation of the production-living-ecological space based on quantitative land use functions

Ji Zhengxin1,2, Liu Chao3, Xu Yueqing1,2※, Huang An1,2, Lu Longhui1,2, Duan Yaming1,2

(1.,,100193,; 2.,,,100193,; 3.,,430079,)

Territorial spaces are generally multifunctional, including production, living and ecological functions. Delimiting scientifically Production-Living-Ecological space (PLE) has become essential to identify and estimate the functions of land use, particularly for the planning and administration system in the sustainable development strategy of modern agriculture. In this study, taking the city of Zhangjiakou as a research object, an evaluation system was established for the value of land use functions, with emphasis on an integrated perspective of production suitability, living suitability, and ecological importance. A 1 km×1 km grid cell can be used to integrate the multi-source data from the land use, remote sensing, soil, hydrology, and socio-economic statistics. The evaluation methods were mostly associated with the environmental and ecological economics. Three classifications were divided according to the value of production, living and ecological function. 25 types of function composite patterns in the PLE space were achieved, using the natural breakpoint method, the spatial overlay analysis, and the arrayed rule in combinatorics. The results indicated that: 1) The PLE space in Zhangjiakou city covered 9 functional composite patterns, in addition to the uniform space of production-living-ecological, where the proportion of the space dominated by ecological function was the maximum, 42.50%, the space dominated by living function was the second, 5.6%, and the space dominated by production function was the minimum, 2.81%. It indicated that maintaining ecological stability was the main mission of the land use function in the current stage of social and economic development in Zhangjiakou. More than 80% of the space showed all three PLE functions, indicating that there was very significant versatility in this case. 2) There was obvious spatial consistency between the space dominated by production function and that by living function, while, there was obvious spatial complementarity between the spaces dominated by ecological function. Specifically, the spatial consistency was mainly distributed in the Yanghe river valley basin, Sanggan river basin and Huliu river basin, whereas, the spatial complementarity was mainly distributed in the mountain of Yanshan and Taihang in the east of the study area. The function of composite patterns was found with the prominent diversity in spatial distribution, showing a “l(fā)ocal agglomeration, global dispersion” spatial features. In the same function combination, the spatial aggregation was higher, but lower in the different function combination. It infers that there was a relatively strong ability for the integration and complementarity between the same functional combination modes, whereas, there can be fierce conflicts and contradictions in regional land use, particularly on the different functional combination modes. 3) Five types can be divided during the optimization of partition of PLE, including the comprehensive improvement zone, ecological conservation zone, main production-living and ecological improvement zone, main living-production ecological improvement zone, and balanced production and life-ecological improvement zone. The coordinated development of functions in PLE can be realized for the space dominated by production function, and by living function, whereas, the ecological conservation as the primary goal can be served as the main mission in the space dominated by ecological function for the sustainable development strategy.

land use; functions; production-living-ecological space; value assessment; function identifying; Zhangjiakou City

冀正欣，劉超，許月卿，等. 基于土地利用功能測度的“三生”空間識別與優(yōu)化調控[J]. 農業(yè)工程學報，2020，36(18)：222-231.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.18.027 http://www.tcsae.org

Ji Zhengxin, Liu Chao, Xu Yueqing, et al. Identification and optimal regulation of the production-living-ecological space based on quantitative land use functions[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(18): 222-231. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.18.027 http://www.tcsae.org

2020-05-16

2020-09-01

國家自然科學基金項目（41971238）

冀正欣，博士生，研究方向為土地利用多功能與可持續(xù)。Email：jizhengxin1997@163.com

許月卿，博士，副教授，博士生導師，研究方向為土地多功能與國土空間優(yōu)化。Email：xmoonq@sina.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.18.027

F301.2

A

1002-6819(2020)-18-0222-10