基于生態(tài)位適宜度的山東省國土空間功能分區(qū)研究

任付月，王 萍

（曲阜師范大學地理與旅游學院，山東 日照276800）

現(xiàn)階段，我國人口—資源—環(huán)境壓力不斷加劇，迫切需要通過國土規(guī)劃指導國土空間實現(xiàn)可持續(xù)開發(fā)。中央提出應堅持實施主體功能區(qū)戰(zhàn)略，推動區(qū)域協(xié)調發(fā)展，構建高質量發(fā)展的國土空間布局和支撐體系，優(yōu)化國土空間分區(qū)成為亟須解決的重要問題。國土空間分區(qū)是制定和實施社會經濟發(fā)展戰(zhàn)略的基礎，然而，單純的對自然或某一部門進行的區(qū)域劃分，已經無法適應新形勢下社會經濟可持續(xù)發(fā)展的要求，這就迫切需要在自然生態(tài)要素與經濟社會要素統(tǒng)一協(xié)調的基礎上進行綜合分區(qū)[1-2]。國外關于國土分區(qū)的研究開始較早，如Fulong Wu等將社區(qū)和開發(fā)者行為的微觀經濟模型嵌入一個元胞自動機框架中，運用GIS技術構建自然土地利用分區(qū)模型[3-4]；可持續(xù)視角下美國芝加哥地區(qū)利用土地利用功能分區(qū)解決土地混合利用問題[5]。國內以黃秉維為代表在20世紀初開始對國土空間分區(qū)進行開創(chuàng)性研究[6]，隨后國內愈來愈多的學者開始從自然、社會及經濟等不同角度對土地利用功能分區(qū)進行研究。區(qū)劃研究經歷了由單一化向綜合化、由關注自然屬性為主到自然和人文屬性相結合、由專家集成的定性為主向定性和定量相結合并注重“3S”應用的方向發(fā)展[7]。但以往的土地利用功能分區(qū)研究主要集中在定性與定量相結合的方法上[3，5]，區(qū)劃指標選取多偏重于農業(yè)土地利用及自然條件對土地利用的影響, 而非農用地指標體現(xiàn)不足[7]，沒有充分考慮土地利用的社會功能、經濟功能和生態(tài)功能，進行適宜性評價后再分區(qū)[3]，將分區(qū)目標向可持續(xù)發(fā)展方向轉移的研究較少[8]。生態(tài)位理論作為生態(tài)學最重要的基礎理論之一，引入國土空間功能分區(qū)研究中，對實現(xiàn)國土空間生態(tài)優(yōu)化設計、自然資源的持續(xù)利用具有重要意義。

生態(tài)位主要表示某一生態(tài)單元所具有的功能及作用，最早由Grinell J提出[9]，早期僅被應用于生物種群的研究[10-11]；之后學者對其深化與擴展，把生態(tài)位理論擴展到自然—經濟—社會復合生態(tài)系統(tǒng)中。劉建國提出生態(tài)元和生態(tài)位概念，為生態(tài)位理論在資源利用、評價和生態(tài)保護等方面的應用提供了理論基礎[12-13]。于開寧等在對地下水開采潛力進行評價時，認為其空間分布、動態(tài)變化除受經濟社會影響外，與自身調節(jié)同樣有關，與生態(tài)位理論相吻合[14]。近年來生態(tài)位理論廣泛應用于土地利用分區(qū)與評價領域，將某一土地利用類型看作生態(tài)元，計算其生態(tài)位，能夠反映出某種土地利用方式在土地利用中的地位[15]，也可反映此種土地利用方式在經濟社會發(fā)展中的地位[16-17]。念沛豪等賦予生態(tài)位理論在功能方面的新內涵，構建基于生態(tài)位理論的功能評價模型，與省內現(xiàn)行主體功能區(qū)劃、生態(tài)功能區(qū)劃等相關區(qū)劃進行銜接，從而對土地利用功能進行評價與調控[2]。蒙莉娜等從生態(tài)角度出發(fā)，對土地利用功能分區(qū)進行定量研究，提出了土地利用生態(tài)位的概念，并以土地利用生態(tài)位適宜度評價結果為表征量，借助GIS對土地利用功能進行分區(qū)[18]。該理論在進行土地利用分區(qū)研究中，除了考慮經濟社會因素，還注重對生態(tài)環(huán)境的影響，研究尺度適宜于省域、市域、縣域、村域等大、中、小尺度[3，18]。

本文以生態(tài)位理論為基礎，依據(jù)生態(tài)位適宜度模型構建指標體系，對山東省各區(qū)縣國土空間利用現(xiàn)狀進行適宜性評價和功能分區(qū)，優(yōu)化國土空間布局。這對于嚴格保護耕地，規(guī)范國土資源開發(fā)利用，加強土地用途管制均具有十分重要的意義，也為正在開展的國土空間規(guī)劃工作提供參考支撐。

1 研究區(qū)概況

山東省位于我國華東地區(qū)，轄16個地級市，55個市轄區(qū)、26個縣級市、53個縣，合計134個縣級行政區(qū)。省內土地資源總量豐富，土地總面積為15.79萬km2，其中農用地面積為11.45萬km2，建設用地面積2.91萬km2。東部沿海，中部山地突出，地形以山地丘陵為主，人均土地資源少，耕地存量不足，土地利用與保護形勢嚴峻。東、中、西部發(fā)展差異大，東部經濟發(fā)達、發(fā)展快，西部經濟落后、發(fā)展慢。經濟快速增長與不協(xié)調發(fā)展、人口膨脹給社會帶來了較大負荷，對未來可持續(xù)綠色發(fā)展造成影響。

2 研究方法與數(shù)據(jù)處理

2.1 生態(tài)位適宜度模型

本文借鑒歐維新等對生態(tài)位“態(tài)”與“勢”進行計算的方法[3]，通過各功能因子的現(xiàn)實生態(tài)位與其最適宜生態(tài)位之間的貼近度計算生態(tài)位的“態(tài)”：

式中，Si代表某種評價單元中第i個評價因子生態(tài)位的“態(tài)”，xi1為評價因子的現(xiàn)實值，x0為評價因子的理想值，本文選擇各類指標值標準化后的最大值為理想值。

將現(xiàn)實生態(tài)位對最適宜生態(tài)位的趨適作用強度定義為生態(tài)位的“勢”[18]：

式中Pi代表某種評價單元中第i個評價因子生態(tài)位的“勢”，n為評價單元個數(shù)。

在計算各個評價因子的生態(tài)位時，綜合考慮“態(tài)”與“勢”的變化，采用的方法為生態(tài)位適宜度模型法：

式中，Ni表示某種土地利用生態(tài)位的值，當所求生態(tài)位的值為數(shù)量生態(tài)位時，Si代表某種評價單元中第i個評價因子生態(tài)位的“態(tài)”，即第i類土地利用類型的數(shù)量，Pi代表某種評價單元中第i個評價因子生態(tài)位的“勢”，即第i類土地利用類型中樣本因子生態(tài)位值與理想因子生態(tài)位值的差；而當所求生態(tài)位值為經濟生態(tài)位時，Si代表第i類土地利用類型產生的經濟效益，Pi表示第i類土地利用類型中樣本因子對理想因子的趨適作用強度；A為轉換系數(shù)。

根據(jù)生態(tài)位理論，生態(tài)位值與1越接近，其生態(tài)位就越處于理想地位，屬于廣生態(tài)位，這類生態(tài)位競爭性強，具有較高的發(fā)展能力；相反，如果生態(tài)位值越偏離于1，即與1的差值越大，所表示的生態(tài)位就越小，競爭性弱，發(fā)展動力不高，需要采取合理措施優(yōu)化或者開拓新的生態(tài)位。利用上述公式計算出不同土地利用類型生態(tài)位值的大小，可以為區(qū)域結構優(yōu)化提供更加合理的依據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本次實驗所涉及的耕地面積、林地面積、建設用地面積、農業(yè)機械總動力、農業(yè)產值、牧業(yè)產值、工業(yè)產值、GDP、糧食產量等數(shù)據(jù)來源于《中國縣域統(tǒng)計年鑒》、各地級市2018年統(tǒng)計年鑒；城鎮(zhèn)人口、進出口額等數(shù)據(jù)來源于各縣區(qū)2018年國民經濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報。德州市農業(yè)產值和牧草業(yè)產值缺失由相鄰年份求均值計算得出。由于2018年份耕地面積與建設用地面積數(shù)據(jù)缺失較多且無其他獲取方式，因此本文將獲取到的2009—2015年數(shù)據(jù)利用線性回歸函數(shù)取近似值。

2.3 數(shù)據(jù)處理

2.3.1 構建指標體系

本文在總結以往功能分類、評價，以及分區(qū)研究成果的基礎上[5，17]，結合山東省自然資源與經濟社會發(fā)展實際，構建體現(xiàn)山東省不同區(qū)域發(fā)展目標的指標體系（表1）。首先，山東省農業(yè)資源豐富，為保障糧食生產安全，優(yōu)先考慮農業(yè)發(fā)展適宜度，從耕地數(shù)量、農業(yè)產值、農業(yè)消耗方面選取了5個評價指標；《山東省土地利用總體規(guī)劃（2006—2020年）》（以下稱《規(guī)劃》）中將“推進城市化發(fā)展戰(zhàn)略，提升區(qū)域競爭力”作為加強區(qū)域經濟的戰(zhàn)略選擇。因此本研究將城鎮(zhèn)發(fā)展作為研究國土空間適宜度的指標層，并選取建設用地數(shù)量、城鎮(zhèn)人口密度方面的4個評價指標；“加強生態(tài)環(huán)境保護，建設綠色山東”作為山東省未來15～20年的發(fā)展戰(zhàn)略，貫徹以自然生態(tài)系統(tǒng)的建設與保護為重點，注重生態(tài)效益和經濟效益有機結合的生態(tài)理念。本文設置生態(tài)環(huán)境保護指標層，主要選取林地數(shù)量、綠化用地數(shù)量方面的3個評價指標；轉變經濟增長方式、促進產業(yè)經濟協(xié)調發(fā)展，山東省新舊動能轉換重大工程全面開展，分別構建產業(yè)發(fā)展指標層與外貿發(fā)展指標層，選取工業(yè)產值、進出口數(shù)額方面共4個評價指標。

表1 國土空間功能分區(qū)的生態(tài)位適宜度評價因子體系

2.3.2 計算權重

本研究采用熵值法計算各個指標的權重。由于所選的各個指標單位不一致，首先按照正向指標公式（4）、負向指標公式（5）進行標準化處理，構建標準化矩陣。

式中，x 'ij為第j項指標下第i個因子的標準化值，maxxj、minxj為指標原始值的最大值與最小值。

然后，計算各個指標的權重。

式中，k為常數(shù)，ej為第j項指標的信息熵，pij為第j項指標下第i個因子占該指標的比重，uij表示第j項指標下第i個因子的權重值。

計算得出各個指標因子的權重如表2所示。

表2 各個指標因子權重

2.3.3 劃分國土空間功能分區(qū)

根據(jù)生態(tài)位適宜度模型，計算各縣域不同發(fā)展方向下的生態(tài)位適宜度數(shù)值（SA）；利用ArcGIS軟件對各縣域的生態(tài)位適宜度進行賦值，采用等間距法劃分4個適宜度等級，依次為最適宜[0.75～1]、較適宜 [0.50～0.75)、較不適宜 [0.25～0.50)、不適宜[0～0.25)（表3）。

表3 基于生態(tài)位理論的國土空間功能分區(qū)規(guī)則

3 結果與分析

3.1 生態(tài)位適宜度空間差異分析

全省以縣域為評價單元的生態(tài)位適宜度空間分布情況如下。

（1）多數(shù)區(qū)縣農業(yè)發(fā)展適宜度較高，等級最適宜與較適宜的區(qū)縣相對集中。平度（0.9381）、滕州（0.9140）、樂陵（0.9212）、壽光（0.8874），說明縣域農業(yè)發(fā)展動力強，具有較高的農業(yè)發(fā)展競爭性，這與縣域內農用地比重較高，糧食產量與農牧業(yè)產值較高密切相關。

（2）城鎮(zhèn)發(fā)展適宜度高值區(qū)大多分布于東部沿海及內陸經濟較發(fā)達區(qū)縣，較適宜地區(qū)大多圍繞最適宜地區(qū)分布。如奎文、芝罘、城陽等地，區(qū)縣內建設用地所占比重較高，城鎮(zhèn)化水平超前于等級低的區(qū)縣，在生態(tài)競爭中具有較強的競爭力；不適宜城鎮(zhèn)發(fā)展的如蒙陰、利津等地，在生態(tài)發(fā)展競爭中處于弱勢地位，競爭性小，不適宜作為城鎮(zhèn)發(fā)展功能區(qū)。

（3）生態(tài)環(huán)境保護適宜區(qū)分布同樣相對集中，丘陵地區(qū)生態(tài)位適宜度較高。高值區(qū)如棲霞、歷下、牟平等，縣區(qū)內林地比重大，綠化覆蓋率高，在功能分區(qū)中處于優(yōu)勢地位，競爭性強；生態(tài)環(huán)境適宜度高的區(qū)縣較其他功能類型多，說明省內國土空間生態(tài)環(huán)境逐步改善。

（4）產業(yè)布局等級為最適宜與較適宜地區(qū)相對于較不適宜與不適宜的地區(qū)來說處于劣勢，且高值地區(qū)相對分散，如鄒平、河東、榮城等地；與生態(tài)發(fā)展適宜度對比，發(fā)現(xiàn)兩者呈一定的負相關，說明工業(yè)發(fā)展適宜度在生態(tài)競爭中發(fā)展動力不足，尚有較大的優(yōu)化空間。

（5）外貿發(fā)展適宜度分布區(qū)大多分布于東部沿海地區(qū)，高值地區(qū)如黃島、嶗山等地，其對外經濟發(fā)展快速，相較于內陸地區(qū)在生態(tài)競爭中占優(yōu)勢，發(fā)展動力強勁，且沿?？h區(qū)外貿發(fā)展適宜度與城鎮(zhèn)發(fā)展適宜度正相關。

3.2 國土空間功能分區(qū)設計

國土利用是受人為因素、政策因素干擾強烈的人類活動，國土空間規(guī)劃與利用需要根據(jù)各地區(qū)土地利用資源現(xiàn)狀、經濟社會發(fā)展規(guī)劃目標及土地利用政策進行調整[4]。本文依據(jù)各功能區(qū)的生態(tài)位適宜度空間分布狀況，并結合《規(guī)劃》，按照不同區(qū)域的資源環(huán)境承載能力、現(xiàn)有開發(fā)強度和未來發(fā)展?jié)摿Γ瑢⑷【C合劃定為五大國土空間功能區(qū)：農業(yè)發(fā)展功能區(qū)、城鎮(zhèn)發(fā)展功能區(qū)、生態(tài)環(huán)境保護區(qū)、產業(yè)發(fā)展功能區(qū)和外貿發(fā)展功能區(qū)。在劃定綜合分區(qū)時，通過比較各個區(qū)縣的適宜度范圍與生態(tài)位的值，優(yōu)先安置農業(yè)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護空間，劃出適宜度等級高的農業(yè)縣域與最適宜作為生態(tài)環(huán)境保護地的縣域，充分發(fā)揮各類用地的生態(tài)功能。為了協(xié)調產業(yè)布局，實現(xiàn)區(qū)域協(xié)調發(fā)展，對其余三個功能區(qū)按照適宜度范圍合理調整與開發(fā)，探索與建立生態(tài)保護、產業(yè)發(fā)展和人口集聚相適應的環(huán)境友好型國土空間利用模式。

3.3 分區(qū)利用的建議

（1）農業(yè)發(fā)展功能區(qū)。堅持耕地保護制度，堅持從確保糧食安全、維護社會穩(wěn)定、促進生態(tài)文明出發(fā)，把基礎性、戰(zhàn)略性資源保護放在首位，嚴格保護農用地尤其是耕地。結合當前發(fā)展的主要前提——生態(tài)，建立基本農田保護區(qū)、農業(yè)發(fā)展保護區(qū)，對農用地實行優(yōu)化管控；提高傳統(tǒng)農業(yè)向現(xiàn)代農業(yè)的轉變效率，控制建設用地的規(guī)模。

（2）城鎮(zhèn)發(fā)展功能區(qū)。城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展，加快城市化發(fā)展進程，合理調整人口與資源分布，避免區(qū)域超負荷運轉。通過規(guī)劃手段控制建設用地規(guī)模，或采取城鄉(xiāng)建設用地增減掛鉤，提高建設用地利用強度，減少對農用地及其他用地的占用，優(yōu)化國土空間資源配置。

（3）生態(tài)環(huán)境保護區(qū)。生態(tài)保護問題是近年尤為重要的熱點問題，山東省必須加快推進新舊動能轉換重大工程，全面提升發(fā)展質量和效益，嚴格落實生態(tài)保護政策，創(chuàng)新發(fā)展模式，發(fā)展低碳技術，維護和擴大綠色生態(tài)空間，增強生態(tài)系統(tǒng)固碳能力和防災減災能力，實現(xiàn)資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。

（4）產業(yè)發(fā)展功能區(qū)。堅持創(chuàng)新引領發(fā)展，推進科技強省建設，重點發(fā)展工業(yè)園區(qū)及其配套產業(yè)，與生態(tài)環(huán)境保護密切結合，引領相關產業(yè)轉型升級，著重發(fā)展高新技術產業(yè)和無污染產業(yè)。

（5）外貿發(fā)展功能區(qū)。增加區(qū)域經濟活力，促進區(qū)域經濟繁榮發(fā)展，加快轉變外貿發(fā)展模式，增強國際競爭力。

4 結論與討論

對山東省國土空間利用現(xiàn)狀進行分析，生態(tài)環(huán)境保護區(qū)與農業(yè)發(fā)展功能區(qū)生態(tài)位值較高，適宜度等級中最適宜和較適宜兩個等級的區(qū)縣在生態(tài)競爭中占據(jù)優(yōu)勢地位且呈集中連片布局；產業(yè)發(fā)展功能區(qū)生態(tài)位值偏低，適宜度等級中最適宜和較適宜兩個等級的區(qū)縣少，仍存在進一步優(yōu)化的空間；產業(yè)發(fā)展功能區(qū)雖然創(chuàng)造了較大經濟效益，但與可持續(xù)發(fā)展還有一定距離，在生態(tài)競爭中處于劣勢。山東省各縣區(qū)在國土空間利用方面存在較大差異，地區(qū)之間不平衡，東部沿海地區(qū)發(fā)展迅速，功能齊全；西部地區(qū)相對落后，功能單一。因此，在進行國土空間功能分區(qū)時，需要推動城鄉(xiāng)區(qū)域協(xié)調發(fā)展，解決發(fā)展不平衡不充分問題；將生態(tài)位適宜度應用于國土空間功能分區(qū)研究，為生態(tài)位測度模型豐富了理論依據(jù)，采用熵值法賦予各指標權重，避免了主觀因素影響。

本文以生態(tài)位適宜度理論為側重點進行研究，所得分區(qū)方案與山東省總體分區(qū)方案存在差異。生態(tài)環(huán)境保護區(qū)與主體功能布局中的生態(tài)重要性評價區(qū)存在較高程度的重合，城鎮(zhèn)發(fā)展功能區(qū)與總規(guī)中城鎮(zhèn)化率分布存在異同，說明現(xiàn)階段生態(tài)建設在城鎮(zhèn)發(fā)展中存在不協(xié)調現(xiàn)象。但限于數(shù)據(jù)獲取困難，本文僅就城鎮(zhèn)與生態(tài)與總規(guī)劃進行對比，其他區(qū)劃的異同仍需進一步研究。