黃河下游平原區(qū)典型城市“三生”國土空間特征分析

崔繼昌，郭貫成，張 輝

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 公共管理學(xué)院，江蘇 南京 210095； 2.德州市自然資源局，山東 德州 253058）

生產(chǎn)、生活、生態(tài)（簡稱“三生”）空間在區(qū)域發(fā)展中承擔(dān)著不同功能。 隨著我國城市化快速發(fā)展，城市建設(shè)對空間的需求日益高漲，功能空間快速重構(gòu)與無序擴(kuò)張并存，呈現(xiàn)多樣化與復(fù)雜化的特征：生態(tài)空間不斷被蠶食，生產(chǎn)空間粗放利用，生活與生產(chǎn)空間布局分離［1］。 “三生”空間優(yōu)化的前提是對要素稟賦及其格局的識別。 要素稟賦是指生產(chǎn)單元所擁有自然資源、勞動(dòng)力和資本等要素的豐歉程度。 區(qū)域要素稟賦的不同決定了區(qū)際分工與生產(chǎn)交換，引起區(qū)域間要素非均衡流動(dòng)，最終影響國土空間開發(fā)［2］。 “三生”空間研究常用方法可概括為歸并分類和量化測算兩類，歸并分類是基于“三生”概念對土地利用分類體系的重分類［3-5］，量化測算主要是通過構(gòu)建“三生”績效指標(biāo)體系評價(jià)空間承載能力［6-8］。 兩類方法的共同之處在于，在研究視角方面，均以要素的功能為標(biāo)準(zhǔn)界定“三生”空間；在研究對象方面，多聚焦于省域、市域等宏觀尺度［8-9］，或是特色地域的案例分析［10］，缺乏對城市內(nèi)部“三生”空間的關(guān)注。

自2019 年黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展上升為重大國家戰(zhàn)略以來，黃河流域發(fā)展引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注［11-12］。 黃河流域上中下游發(fā)展存在明顯差異，以河南桃花峪為分界點(diǎn)，至山東東營墾利區(qū)入?？冢S河下游平原區(qū)城市化發(fā)展在整個(gè)流域中處于領(lǐng)先地位，人類活動(dòng)對生態(tài)環(huán)境的影響高于流域其他地區(qū)的［12］，城市“三生”空間矛盾突出。 鑒于此，通過構(gòu)建“三生”國土空間分類體系，基于系統(tǒng)論的“要素-結(jié)構(gòu)-功能”分析框架，以山東省德州市德城區(qū)12 個(gè)街道（鎮(zhèn)）為研究對象，借助景觀生態(tài)學(xué)方法和GIS 分析技術(shù)，利用2019 年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，分析其“三生”國土空間特征，以期為優(yōu)化黃河下游平原地區(qū)城市國土空間開發(fā)格局和秩序提供參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

（1）研究區(qū)概況。 德州市位于山東省西北部、黃河下游北岸，德州市德城區(qū)共轄7 個(gè)街道和5 個(gè)鎮(zhèn)，土地總面積538.31 km2，2020 年年末常住人口100.51萬，國內(nèi)生產(chǎn)總值713.28 億元。 德州市作為第一批國家新型城鎮(zhèn)化試點(diǎn)城市之一，以農(nóng)村居住社區(qū)和產(chǎn)業(yè)園區(qū)就地共同建設(shè)（簡稱“兩區(qū)同建”）模式推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化發(fā)展，城鄉(xiāng)功能空間保持良性互動(dòng)。

（2）數(shù)據(jù)來源。 土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)及空間數(shù)據(jù)來源于德州市2019 年土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫，由德州市自然資源局提供。 根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB／T 21010—2017）標(biāo)準(zhǔn)，土地利用類型分為12 個(gè)一級類，73 個(gè)二級類。

2 研究方法

構(gòu)建分類和評價(jià)體系是科學(xué)辨識“三生”空間格局的關(guān)鍵。 基于土地多功能性視角，在《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB／T 21010—2017）基礎(chǔ)上建立包含空間和要素層的“三生”國土空間分類體系，見表1。 土地的多功能性和不可分割性決定了一種地類可能兼具多種功能，且存在主次和強(qiáng)弱差異。 借鑒劉繼來等［13］的分級賦分評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，征詢專家意見，將各地類依據(jù)其“三生”功能強(qiáng)弱劃分為4 個(gè)等級，其中功能強(qiáng)為5 分、功能中等為3 分、功能弱為1 分、功能缺失為0 分，見表1。 “三生”國土空間分類體系一級類為空間類型，設(shè)有生產(chǎn)空間、生活空間和生態(tài)空間，二級類為要素類型，分別以產(chǎn)業(yè)類型、生活需求和土地覆被為依據(jù)，劃分為14 個(gè)二級類。 單一地類可能兼具多種功能，對于主導(dǎo)功能明顯的地類，根據(jù)主導(dǎo)性原則劃分；對于多種功能強(qiáng)弱程度相近的地類，基于用地主體的主觀用地意圖劃分［4］，例如耕地、園地和人工牧草地兼具生態(tài)功能，但是以持續(xù)獲取農(nóng)牧產(chǎn)品的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主要目的，因此將其歸并于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地。

表1 “三生”國土空間分類及功能賦分

根據(jù)要素-結(jié)構(gòu)-功能框架，采用多種方法對“三生”空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行量化。 對于土地要素稟賦的定量描述，多樣化指數(shù)、集中化指數(shù)和組合類型可從多角度相互驗(yàn)證［14］。

式中：Ai為多樣化指數(shù)，取值范圍為［0，1］，其值越大，街道（鎮(zhèn)）i的地類多樣化程度越高；xij為街道（鎮(zhèn)）i地類j的面積；Bi為集中化指數(shù)，其數(shù)值越大，街道（鎮(zhèn)）i的地類集中化程度越高；Ii為街道（鎮(zhèn)）i各地類面積占研究區(qū)面積的百分比由大到小排序后的累加之和；R為假設(shè)各地類均勻分布時(shí)德城區(qū)各地類面積百分比累加之和，R為750；M為假設(shè)各地類集中分布時(shí)面積百分比的累加之和，德城區(qū)M為1 400。

對于街道（鎮(zhèn)）i的組合類型，首先按照各地類j的實(shí)際面積占比Tij由大到小排序，依次按照均勻分布的假設(shè)確定地類占比理想化方案，共14 種方案；然后計(jì)算每種分配方案的均勻假設(shè)分布占比T′ij與實(shí)際分布占比Tij之差的平方和，即組合系數(shù)；最后依次對比找到最小組合系數(shù)Ci，確定對應(yīng)的組合類型。

對于結(jié)構(gòu)區(qū)位，區(qū)位指數(shù)可對地類復(fù)雜區(qū)域的類型做出判斷：

式中：Di j為區(qū)位指數(shù)，其值大于1，則街道（鎮(zhèn)）i地類j相對集聚，即在整個(gè)德城區(qū)內(nèi)街道（鎮(zhèn)）i地類j相對于其他街道（鎮(zhèn)）具有區(qū)位意義；fij為街道（鎮(zhèn)）i地類j的面積；Fj為德城區(qū)地類j的面積。

對于功能格局，采用多屬性疊置法構(gòu)建“三生”功能指數(shù)［7，15］，并結(jié)合空間自相關(guān)分析識別“三生”空間格局分異，空間自相關(guān)主要用于分析事物空間分布格局的依存關(guān)系，包括全局空間自相關(guān)與局部空間自相關(guān)。 全局空間自相關(guān)可探索“三生”功能值在研究區(qū)的地理關(guān)聯(lián)特征，取值范圍為［-1，1］，絕對值越大空間自相關(guān)越強(qiáng)。 局部空間自相關(guān)反映區(qū)域內(nèi)集聚狀態(tài)的具體位置，高值H-H 與低值L-L 集聚單元呈協(xié)同關(guān)系，低值與高值L-H 與高值與低值H-L 集聚單元呈異質(zhì)關(guān)系。

式中：E為某街道（鎮(zhèn)）單項(xiàng)功能指數(shù)，E越大，該功能越強(qiáng)，在求得單項(xiàng)功能指數(shù)基礎(chǔ)上，以等權(quán)重求得“三生”綜合功能指數(shù)；Gj為地類j功能得分；Hj為地類j的面積占比。

3 結(jié)果與分析

3.1 “三生”空間要素稟賦

不同功能用地之間相互聯(lián)系，德城區(qū)各街道（鎮(zhèn)）“三生”空間土地要素稟賦存在差異，見表2。 多樣化指數(shù)為0.29 ～0.84。 市區(qū)各街道和袁橋鎮(zhèn)的多樣化指數(shù)高于全區(qū)均值0.64，“三生”用地類型較為齊全；二屯鎮(zhèn)、抬頭寺鎮(zhèn)、黃河涯鎮(zhèn)和趙虎鎮(zhèn)用地類型多樣化水平較低。 集中化指數(shù)為0.63 ～0.95，除新湖街道外，其他街道和袁橋鎮(zhèn)的集中化指數(shù)低于全區(qū)均值0.79，“三生”用地規(guī)模分布相對均衡，但遠(yuǎn)郊各鎮(zhèn)和新湖街道集中化程度較高，功能類型相對專門、單一。 德城區(qū)“三生”用地組合類型可分為3 類：市區(qū)核心區(qū)各街道對應(yīng)地類數(shù)至少為4，涵蓋生產(chǎn)與生活用地；德州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)范圍內(nèi)天衢街道、宋官屯街道和袁橋鎮(zhèn)對應(yīng)地類數(shù)為2，呈以工業(yè)生產(chǎn)用地、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地互為主輔的雙重主導(dǎo)結(jié)構(gòu)；其他各鎮(zhèn)對應(yīng)地類數(shù)為1，呈現(xiàn)以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地為主的單一結(jié)構(gòu)類型。

表2 多樣化指數(shù)、集中化指數(shù)及組合類型

3.2 “三生”空間的結(jié)構(gòu)區(qū)位

德城區(qū)各類用地在各街道（鎮(zhèn)）的區(qū)位指數(shù)存在差異（見表3），生產(chǎn)和生活用地的互動(dòng)成為主要矛盾，交互結(jié)果影響著生態(tài)用地。 具體而言，新湖街道與廣川街道位于老城區(qū)核心地帶，商服業(yè)用地、城鎮(zhèn)居住用地和公共服務(wù)用地的區(qū)位指數(shù)明顯高于其他街道（鎮(zhèn)），城市功能區(qū)位優(yōu)勢顯著。 城市發(fā)展過程中，伴隨著主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)升級，人口等不斷向郊區(qū)轉(zhuǎn)移，區(qū)位條件較好的外圍區(qū)域成為建設(shè)用地拓展的首選。 長河街道是西連老城區(qū)的新城區(qū)中心地帶，非農(nóng)生活用地和部分生態(tài)用地區(qū)位指數(shù)均大于1，在德城區(qū)內(nèi)具有區(qū)位意義。 在城區(qū)邊緣區(qū)，運(yùn)河街道、宋官屯街道、新華街道、天衢街道擺脫了單一農(nóng)業(yè)生產(chǎn)局面，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)向多元化發(fā)展，工業(yè)園區(qū)集中，工業(yè)生產(chǎn)用地區(qū)位意義突顯。 由于位于城鄉(xiāng)結(jié)合地帶，內(nèi)緣區(qū)城市周邊的基礎(chǔ)設(shè)施具有外部性，尚能夠滿足居民生活、生產(chǎn)需求，表現(xiàn)為部分街道基礎(chǔ)設(shè)施用地、公共服務(wù)用地等城市特征用地區(qū)位意義衰減。 外緣區(qū)的袁橋鎮(zhèn)農(nóng)村居住用地、工業(yè)生產(chǎn)用地區(qū)位指數(shù)較大，功能結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出過渡特征。 對于區(qū)位條件較差的趙虎鎮(zhèn)、抬頭寺鎮(zhèn)、黃河涯鎮(zhèn)、二屯鎮(zhèn)是以農(nóng)業(yè)為主要生產(chǎn)活動(dòng)的聚居區(qū)，非農(nóng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地和農(nóng)村居住用地區(qū)位指數(shù)較大。 值得注意的是，由于遠(yuǎn)離市區(qū)，因此趙虎鎮(zhèn)表現(xiàn)出較完整的農(nóng)村農(nóng)業(yè)用地特征，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地區(qū)位指數(shù)為德城區(qū)最高值，但同時(shí)也造成了對生態(tài)用地的侵占，不存在生態(tài)用地優(yōu)勢地類。

表3 區(qū)位指數(shù)

3.3 “三生”空間的功能格局

（1）空間格局特征。 借助ArcGIS 的自然斷點(diǎn)法將功能空間劃分為3 個(gè)等級，德城區(qū)各街道（鎮(zhèn)）的“三生”功能存在明顯的空間差異，見圖1。

圖1 “三生”空間分布格局

生產(chǎn)功能空間梯度特征明顯，生產(chǎn)功能指數(shù)為229.94～362.41，均值為299.31，標(biāo)準(zhǔn)差為49.11，高中低值單元數(shù)量較平衡。 高值區(qū)（326.57 ～362.41）共4個(gè)，多位于市區(qū)次核心區(qū)，且皆為以開發(fā)區(qū)為發(fā)展載體的街道；中值區(qū)（249.07 ～326.57）共4 個(gè)，為市區(qū)核心區(qū)各街道和袁橋鎮(zhèn)，均為城鎮(zhèn)化建設(shè)領(lǐng)先地區(qū)，其中袁橋鎮(zhèn)在地理空間上雖然距市區(qū)核心區(qū)較遠(yuǎn)，但其長期發(fā)展極具特色的就地城鎮(zhèn)化，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)兼顧；低值區(qū)（229.94 ～249.07）共4 個(gè)，均位于周邊市郊鎮(zhèn)，耕地分布廣泛，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，第二、第三產(chǎn)業(yè)整體生產(chǎn)功能較弱。

生活功能指數(shù)由市區(qū)核心區(qū)向外逐漸減小，空間分布呈“中心-外圍”特征。 生活功能指數(shù)為47.03 ～318.80，均值為137.17，標(biāo)準(zhǔn)差為93.82，生活功能差異明顯，離散程度較高。 高值區(qū)（207.12～318.80）新湖街道和廣川街道作為老城區(qū)核心區(qū)，宜居性高；中值區(qū)（105.36～207.12）長河街道、新華街道和運(yùn)河街道緊鄰核心區(qū)，受輻射帶動(dòng)和擴(kuò)散效應(yīng)明顯。 低值區(qū)（47.03～105.36）集中分布于天衢街道、宋官屯街道和周邊市郊鎮(zhèn)，多為重要的農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)區(qū)和生態(tài)功能保護(hù)區(qū)，生活功能的保障缺乏比較優(yōu)勢。

生態(tài)功能指數(shù)呈四周大、中間小的特征。 生態(tài)功能指數(shù)為7.09 ～185.94，均值為111.41，標(biāo)準(zhǔn)差為59.70，生態(tài)功能整體得分較低。 高值區(qū)（108.88 ～185.94）共5 個(gè)，均為周圍市郊鎮(zhèn)，生態(tài)用地集中；中值區(qū)（36.50～108.88）共5 個(gè)，多分布于市區(qū)次核心區(qū)；低值區(qū)（7.09 ～36.50）新湖街道和廣川街道土地開發(fā)強(qiáng)度大，市區(qū)核心區(qū)的生態(tài)功能低。

“三生” 功能空間呈圈層分布，功能指數(shù)為154.13～225.12，高值區(qū)（197.95 ～225.12）為新湖街道和廣川街道，中值區(qū)（172.21～197.95）集中在新湖和廣川街道周邊街道，低值區(qū)（154.13～172.21）位于中值區(qū)四周的市郊鎮(zhèn)。

（2）空間集聚特征。 為更加精確描述在地理空間上德城區(qū)的集聚程度，借助GeoDa 軟件，建立一階Queen 空間權(quán)重矩陣，計(jì)算“三生”功能空間自相關(guān)系數(shù)和莫蘭指數(shù)，見表4。 全局莫蘭指數(shù)均為正，即“三生”功能值相近的街道（鎮(zhèn)）趨于地理相鄰。 僅生產(chǎn)功能未通過顯著性檢驗(yàn)（顯著性水平p＜0.1），呈極弱空間正相關(guān)趨勢，緣于各街道（鎮(zhèn)）均有產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，積極布局產(chǎn)業(yè)用地。

表4 “三生”功能空間自相關(guān)系數(shù)和莫蘭指數(shù)

進(jìn)一步采用LISA 圖進(jìn)行局部空間自相關(guān)分析，見圖2。 生產(chǎn)功能的H-H 集聚單元為廣川街道和長河街道，作為市區(qū)核心發(fā)揮著區(qū)域增長極作用。 生活功能的H-H 集聚單元為廣川街道，天衢街道為L-H 集聚單元，袁橋鎮(zhèn)為L-L 集聚單元。 在城市外圍新建產(chǎn)業(yè)園是中國城市主要擴(kuò)張方式［1］。 依托天衢產(chǎn)業(yè)園發(fā)展的天衢街道工業(yè)生產(chǎn)功能較強(qiáng)，職住分離矛盾突出，生活功能低于臨近街道。 袁橋鎮(zhèn)“兩區(qū)同建”就地城鎮(zhèn)化模式是對農(nóng)村、農(nóng)業(yè)資源的再配置，政府通過引導(dǎo)非農(nóng)生產(chǎn)要素集聚，打破原有農(nóng)業(yè)為主格局，規(guī)劃構(gòu)建區(qū)域新增長極。 從目前結(jié)構(gòu)區(qū)位看，與周邊遠(yuǎn)郊鎮(zhèn)相比，工業(yè)生產(chǎn)用地和城鎮(zhèn)居住用地區(qū)位優(yōu)勢上升，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地和農(nóng)村居住用地區(qū)位優(yōu)勢下降，但相比市區(qū)核心區(qū)尚存在差異，農(nóng)村社區(qū)為主體的生活空間尚在向城市化轉(zhuǎn)型的過渡階段。 生態(tài)功能的L-L 集聚單元為天衢街道、廣川街道和新華街道，集中連片性特征明顯。 生態(tài)功能很大程度上由生態(tài)資源分布決定，生產(chǎn)、生活功能的提升剝奪了生態(tài)功能發(fā)展的可能。

圖2 “三生”空間集聚格局

“三生”功能的H-H 集聚單元為廣川街道，L-H集聚單元為天衢街道，L-L 集聚單元為袁橋鎮(zhèn)。 “三生”功能與生活功能的集聚單元重合度較高。 袁橋鎮(zhèn)在空間自相關(guān)分析中呈現(xiàn)城市“飛地”的特征，源于其在地域上位于城區(qū)邊緣的外緣區(qū)，是發(fā)達(dá)城區(qū)與落后鄉(xiāng)村間的梯度地帶。 內(nèi)緣區(qū)（宋官屯等街道）受市區(qū)核心區(qū)輻射帶動(dòng)，是城市功能用地為主導(dǎo)的區(qū)域，通過極化效應(yīng)吸引外緣區(qū)要素向自身集聚。 圍繞袁橋鎮(zhèn)地域特點(diǎn)布局的產(chǎn)業(yè)以勞動(dòng)密集型為主，成為加工制造業(yè)和原市區(qū)落后產(chǎn)能轉(zhuǎn)移的承接地，重點(diǎn)解決附近社區(qū)村民就業(yè)問題，尚未形成足夠的集聚規(guī)模。 同時(shí)，農(nóng)業(yè)與非農(nóng)生產(chǎn)功能用地高度互斥，非農(nóng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展占用農(nóng)用地和生態(tài)用地，吸納農(nóng)村轉(zhuǎn)業(yè)人口，因此相較于其他城市腹地，農(nóng)業(yè)功能要素流失，綜合因素導(dǎo)致袁橋鎮(zhèn)成為德城區(qū)“三生”功能洼地。

4 結(jié) 語

通過構(gòu)建“三生”國土空間分類體系，基于“要素-結(jié)構(gòu)-功能”框架，分析了2019 年德城區(qū)“三生”空間格局特征。 對于“三生”空間的土地要素稟賦，市區(qū)各街道多樣化水平相對高，集中化程度相對低，組合類型豐富程度高，且以生活用地為主，而郊區(qū)各鎮(zhèn)則與之相反，且用地組合逐漸過渡到以工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地為主。 對于“三生”空間的結(jié)構(gòu)區(qū)位，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地在除袁橋鎮(zhèn)外的市郊鎮(zhèn)區(qū)位意義明顯，而市區(qū)各街道和袁橋鎮(zhèn)城鎮(zhèn)居住用地和非農(nóng)生產(chǎn)用地區(qū)位意義明顯；農(nóng)村居住用地區(qū)位優(yōu)勢區(qū)為新華街道和市郊鎮(zhèn)，其他類型生活用地在市區(qū)各街道區(qū)位意義明顯；生態(tài)用地在除趙虎鎮(zhèn)外的單元均具有區(qū)位意義。 對于“三生”空間的功能格局，生產(chǎn)功能梯度特征明顯，高值集聚單元為城市核心區(qū)；生活功能由核心區(qū)向外逐漸減弱，高值集聚單元為廣川街道，低值集聚單元為袁橋鎮(zhèn)；生態(tài)功能呈現(xiàn)四周高、中間低的特征，低值區(qū)集中連片性明顯；“三生”功能空間呈圈層分布，且與生活功能的集聚單元重合度較高。

生態(tài)保護(hù)與生態(tài)用地空間分布及其功能強(qiáng)弱密切相關(guān)。 德城區(qū)地處黃河下游平原地區(qū)，各類生態(tài)用地分布集中程度低，與生產(chǎn)、生活用地交錯(cuò)分布，生態(tài)空間不具備“全域覆蓋”“依山傍水”的特征［7，10］。 缺乏山脈、湖泊等天然屏障，迫于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)壓力，集中連片的生產(chǎn)、生活用地蠶食生態(tài)功能地類，破碎的生態(tài)空間加劇生態(tài)安全破壞的可能。 在生態(tài)文明建設(shè)背景下，地區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展僅僅強(qiáng)調(diào)生態(tài)空間的單一保護(hù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，應(yīng)積極探索生態(tài)空間的可持續(xù)利用，在對邊界進(jìn)行控制基礎(chǔ)上，重視內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能的連續(xù)性與完整性，提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。