1980—2020年鄭州大都市區(qū)“三生”功能演化特征及其優(yōu)化路徑

賈琦 尹澤凱 張超玉 劉毅潔 燕宏宇

摘要：研究聚焦鄭州大都市區(qū)1980—2020年“三生”功能的演化特征，以土地利用分類數(shù)據(jù)為依據(jù)，采用GIS空間探索性分析法測(cè)度鄭州大都市區(qū)“三生”功能特征，并分類提出優(yōu)化調(diào)控策略。結(jié)果表明，鄭州大都市區(qū)的生產(chǎn)和生態(tài)功能持續(xù)下降，以鄭州主城區(qū)為中心的生活功能則快速擴(kuò)張；都市區(qū)生產(chǎn)功能持續(xù)東移，生活功能不斷聚集在各地市建成區(qū)周邊，生態(tài)功能集中在西部山區(qū)和黃河沿線，呈分散和破碎化趨勢(shì)；鄭州大都市區(qū)“三生”功能綜合水平較高區(qū)域多位于由滎陽(yáng)—新鄭—中牟圍合而成的區(qū)域，且不斷向核心區(qū)域集聚，指標(biāo)呈提升趨勢(shì)。遵循提升復(fù)合型功能用地占比，適當(dāng)擴(kuò)大生活功能用地，集約利用生產(chǎn)功能用地并加強(qiáng)產(chǎn)城融合功能，科學(xué)布局“三生”功能的數(shù)量占比等原則，提出了“三生”功能在空間分配上的均衡性布局策略，以期促進(jìn)鄭州大都市區(qū)國(guó)土空間的可持續(xù)利用。

關(guān)鍵詞：“三生”功能；綜合功能水平；優(yōu)化路徑；鄭州大都市區(qū)

中圖分類號(hào)：F301.2? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2024）06-0066-09

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.06.010 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

The evolution characteristics and optimization path of the production-living-ecological functions in Zhengzhou metropolitan area from 1980 to 2020

JIA Qi1，YIN Ze-kai2，ZHANG Chao-yu1，LIU Yi-jie1，YAN Hong-yu1

（1. School of Art and Design， Zhengzhou University of Light Industry， Zhengzhou? 450002， China；2. School of Art， Shandong Jianzhu University， Jinan? 250101， China）

Abstract： The study focused on the evolution characteristics of the production-living-ecological functions in Zhengzhou metropolitan area from 1980 to 2020， based on the land use classification data， the GIS spatial exploratory analysis method was used to measure the production-living-ecological functions characteristics of Zhengzhou metropolitan area， and the optimization regulation strategy was put forward. The results showed that， the production and ecological functions of Zhengzhou metropolitan area continued to decline， while the living functions centered on the main urban area of Zhengzhou expanded rapidly； the production functions of the metropolitan area continued to move eastward， the living functions continued to gather around the built-up areas of various cities， and the ecological functions were concentrated in the western mountainous areas and along the Yellow River， showing a trend of dispersion and fragmentation； the areas with high comprehensive level of production-living-ecological functions in Zhengzhou metropolitan area were mostly located in the areas surrounded by Xingyang， Xinzheng and Zhongmou， and continued to gather to the core area， and the indicators showed an upward trend. Following the principles of increasing the proportion of compound functional land， appropriately expanding the land for living functions， intensively utilizing the land for production functions， strengthening the integration function of industry and city， and scientifically distributing the proportion of the number of production-living-ecological functions， this paper put forward the balanced layout strategy of production-living-ecological functions in spatial distribution， in order to promote the sustainable utilization of land space in Zhengzhou metropolitan area.

Key words： production-living-ecological functions； comprehensive functional level； optimization path； Zhengzhou metropolitan area

近年來(lái)，中國(guó)各大都市區(qū)的持續(xù)城鎮(zhèn)擴(kuò)張使國(guó)土空間格局發(fā)生了顯著變化，出現(xiàn)了國(guó)土資源嚴(yán)重浪費(fèi)、生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化以及鄉(xiāng)村空心化、耕地草地等不斷被城鄉(xiāng)建設(shè)用地侵占等諸多問(wèn)題。在此背景下，十九屆五中全會(huì)明確提出的優(yōu)化國(guó)土空間布局、推進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展策略可有效推動(dòng)國(guó)土空間高質(zhì)量發(fā)展。其中“三生”（生產(chǎn)-生活-生態(tài)）空間的合理布局可進(jìn)一步優(yōu)化區(qū)域土地利用功能，為國(guó)土空間規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

國(guó)外較少明確提出“三生”空間或者功能的表述，但是相關(guān)理念早已在“田園城市”“有機(jī)疏散”等城鄉(xiāng)規(guī)劃理論中進(jìn)行了探討［1， 2］，尤其是針對(duì)土地利用轉(zhuǎn)型及其多功能利用層面的研究與國(guó)內(nèi)“三生”空間研究較為相似。國(guó)內(nèi)關(guān)于“三生”空間的研究最早于1996年提出［3］，側(cè)重探討生產(chǎn)、生活、生態(tài)三生一體的休閑農(nóng)業(yè)發(fā)展，隨后在研究視角上多涉及“三生”功能的理論體系與概念界定［4-6］、功能分區(qū)的識(shí)別與分類體系［7-9］、空間沖突［10，11］、耦合協(xié)調(diào)［12-14］以及格局優(yōu)化［15-18］等方面。針對(duì)“三生”功能的評(píng)價(jià)主要有兩種方法：第一種為從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等多種因素構(gòu)建研究區(qū)域的功能指標(biāo)因子［12，14，15］，該方法使用數(shù)據(jù)多以統(tǒng)計(jì)年鑒為準(zhǔn)，對(duì)于評(píng)估結(jié)果較為客觀，但在微觀尺度的空間層面較為困難；另一種則是基于不同土地利用類型，分別對(duì)其生產(chǎn)、生活和生態(tài)功能強(qiáng)度進(jìn)行賦值，進(jìn)而探究其空間分異特征［8，9，16］，但是該方法的缺點(diǎn)在于對(duì)部分土地利用類型的復(fù)合功能考慮不夠充分。此外，目前對(duì)于區(qū)域“三生”功能的評(píng)估多以針對(duì)單一行政區(qū)的研究較多，側(cè)重于靜態(tài)特征的評(píng)估及其生態(tài)效應(yīng)影響，對(duì)于突破行政尺度諸如都市區(qū)（圈）或者流域尺度的研究較少涉及，與優(yōu)化布局等的結(jié)合有待深入?！叭惫δ芟嚓P(guān)研究已取得了大量成果，對(duì)于推動(dòng)國(guó)土空間優(yōu)化布局具有重要作用。但由于中國(guó)幅員遼闊，各區(qū)域的國(guó)土空間呈現(xiàn)出顯著不同的特征，其空間格局的優(yōu)化利用有待進(jìn)一步開展實(shí)證研究。鄭州大都市區(qū)作為中原城市群國(guó)家戰(zhàn)略規(guī)劃的核心區(qū)域，同時(shí)兼具國(guó)家中心城市建設(shè)的優(yōu)勢(shì)，已成為當(dāng)前中國(guó)快速城鎮(zhèn)化的熱點(diǎn)區(qū)域。有效識(shí)別都市區(qū)內(nèi)國(guó)土空間功能演化特征，對(duì)其評(píng)估并提出優(yōu)化布局策略，不僅可為都市區(qū)國(guó)土空間戰(zhàn)略布局、新型城鎮(zhèn)化發(fā)展以及科學(xué)合理布局產(chǎn)業(yè)提供依據(jù)，也可為其他地區(qū)集約高效、綠色低碳以及可持續(xù)利用國(guó)土空間提供參考。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)、方法

1.1 研究區(qū)概況

鄭州大都市區(qū)位于中原城市群的核心區(qū)域，是河南省的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，也是華夏文明的重要發(fā)祥地，擁有得天獨(dú)厚的地理位置和豐富多樣的自然資源。該地區(qū)介于東經(jīng)112°34′—115°16′、北緯33°41′—35°50′，年均氣溫13.59～16.01 ℃，年均降水量477.85～1 063.05 mm，高程介于57～1 484 m，地勢(shì)西高東低，地跨黃河、淮河與海河流域，具有山地、丘陵、平原、濕地等多種地貌。研究區(qū)區(qū)位見圖1。早在2016年發(fā)布的《中原城市群發(fā)展規(guī)劃》明確指出，將國(guó)家中心城市鄭州市作為核心增長(zhǎng)極，以鄭州、開封為核心，鄭州、開封、新鄉(xiāng)、焦作、許昌融合發(fā)展，并將上述區(qū)域作為中原城市群的核心發(fā)展區(qū)建設(shè)成為現(xiàn)代化大都市區(qū)。2019年發(fā)布《鄭州大都市區(qū)空間規(guī)劃（2018—2035年）》進(jìn)一步將鄭州大都市區(qū)現(xiàn)狀行政區(qū)劃范圍進(jìn)行了劃定，包括鄭州市域、開封市區(qū)、新鄉(xiāng)市區(qū)、焦作市區(qū)、許昌市區(qū)和鞏義市、武陟縣、原陽(yáng)縣、新鄉(xiāng)縣、尉氏縣及長(zhǎng)葛市。該區(qū)域作為中原城市群的核心發(fā)展區(qū)，近年來(lái)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)快速，2020年GDP高達(dá)32 864.3億元，但是生產(chǎn)、生活、生態(tài)用地之間的供需矛盾持續(xù)加劇，導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)失衡［19］，實(shí)現(xiàn)區(qū)域國(guó)土空間高質(zhì)量協(xié)調(diào)發(fā)展迫在眉睫。在當(dāng)下廣泛開展國(guó)土空間規(guī)劃編制的背景下，如何實(shí)現(xiàn)《鄭州大都市區(qū)空間規(guī)劃（2018—2035年）》中的網(wǎng)絡(luò)化、組團(tuán)式、集約型空間發(fā)展格局，進(jìn)而引領(lǐng)帶動(dòng)中原城市群向具有國(guó)際影響力的國(guó)家級(jí)城市群邁進(jìn)已成為當(dāng)務(wù)之急。因此，以鄭州大都市區(qū)作為實(shí)證研究對(duì)象，開展國(guó)土空間“三生”用地演變研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

鄭州大都市區(qū)近年來(lái)的國(guó)土功能變化較大，本研究主要選擇1980年、2000年和2020年作為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，分別處于《鄭州市市區(qū)總體規(guī)劃示意圖（1995—2010年）》《鄭州大都市區(qū)空間規(guī)劃（2018—2035年）》實(shí)施前后，具體數(shù)據(jù)包括：①土地利用分類數(shù)據(jù)，來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境與科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：//www.resdc.cn），分辨率為30 m。其采用二級(jí)分類系統(tǒng)，一級(jí)為6類，包括耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用土地；二級(jí)主要根據(jù)土地資源的自然屬性，分為25個(gè)類型。遙感解譯精度為88.95%。②河南省自然資源廳和鄭州市自然資源和規(guī)劃局獲得的上述各時(shí)段總體規(guī)劃數(shù)據(jù)。③2000年以后各年份鄭州大都市區(qū)內(nèi)各地市城市統(tǒng)計(jì)年鑒以及實(shí)際調(diào)研獲取的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理過(guò)程如下：首先，利用研究區(qū)邊界掩膜提取遙感解譯數(shù)據(jù)，形成研究區(qū)國(guó)土空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)；其次，結(jié)合鄭州大都市區(qū)1980年、2000年和2020年的土地利用現(xiàn)狀圖，采用控制點(diǎn)勘正的方法，校準(zhǔn)處理土地利用規(guī)劃方案柵格數(shù)據(jù)，有助于結(jié)合方案制定樣本選擇區(qū)域，并最終得到研究所需數(shù)據(jù)。

1.3 研究方法

主要包括：①在遙感影像解譯數(shù)據(jù)處理及“三生”功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建構(gòu)的基礎(chǔ)上，探討1980—2020年“三生”功能的演化規(guī)律；②結(jié)合鄭州大都市區(qū)“三生”功能現(xiàn)狀，分析其在空間層面的集聚特征；③通過(guò)綜合指數(shù)和樣帶分析，系統(tǒng)揭示大都市區(qū)“三生”功能的時(shí)空格局，并提出數(shù)量配比和空間布局等優(yōu)化策略。

1.3.1 構(gòu)建“三生”功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系 結(jié)合已有研究成果［8，9，16］，將研究區(qū)的土地利用類型依次劃分為生產(chǎn)功能、生活功能和生態(tài)功能。其中，生產(chǎn)功能用地包括用于生產(chǎn)活動(dòng)的相關(guān)類型土地，例如用于農(nóng)耕生產(chǎn)的耕地、工礦開采與產(chǎn)業(yè)經(jīng)營(yíng)等用地類型；生活功能用地包括人類開展休閑娛樂(lè)生活的城鎮(zhèn)用地和鄉(xiāng)村居民點(diǎn)等類型；生態(tài)功能用地則包括人類在滿足日常生產(chǎn)和生活功能基礎(chǔ)上，能夠?qū)^(qū)域的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生保護(hù)功能的地類，如林地、草地、水域和部分未利用地等。針對(duì)國(guó)土空間利用目標(biāo)，分析各土地利用類型的主導(dǎo)和附屬功能，將各土地利用類型依據(jù)其功能的主次分別進(jìn)行“三生”功能指數(shù)的賦值，功能指數(shù)的大小表征其“三生”空間特定功能的強(qiáng)弱程度，取值范圍界定在0～5。基于土地利用類型的“三生”功能評(píng)價(jià)體系見表1。此外，考慮到部分用地類型對(duì)區(qū)域生態(tài)影響產(chǎn)生負(fù)向作用，因此將該類用地的生態(tài)功能賦值范圍界定在-5～0。最后，基于ArcGIS 10.8軟件的漁網(wǎng)功能，將研究區(qū)劃分為分辨率為1 000 m×1 000 m的格網(wǎng)單元，提取格網(wǎng)內(nèi)“三生”用地功能指數(shù)的賦值結(jié)果，并分析研究區(qū)“三生”功能的時(shí)空演化規(guī)律。

1.3.2 空間探索性分析 ①全局空間自相關(guān)。任一都市區(qū)內(nèi)的空間均兼具生產(chǎn)、生活和生態(tài)功能，但不同時(shí)期的功能強(qiáng)度存在一定差異，采用空間自相關(guān)分析方法可從全局尺度宏觀掌握區(qū)域整體層面“三生”功能的集聚特征，進(jìn)而揭示其演化規(guī)律。②局部空間自相關(guān)。局部空間自相關(guān)以Getis-Ord Gi*指數(shù)來(lái)表征，可有效揭示區(qū)域內(nèi)部微觀尺度下“三生”功能強(qiáng)弱程度的空間聚居特征［20］，本研究基于GeoDa空間探索性分析工具對(duì)鄭州大都市區(qū)“三生”功能變化的高低聚集狀態(tài)進(jìn)行探測(cè)分析。

1.3.3 樣帶分析法 都市區(qū)國(guó)土空間規(guī)劃布局不僅受到自然環(huán)境影響，諸如研究區(qū)內(nèi)黃河流經(jīng)區(qū)域以及都市區(qū)西南側(cè)嵩山、伏羲山等大型山脈將直接影響區(qū)域內(nèi)城市功能的分割，進(jìn)而形成都市區(qū)特定功能空間的分布與走向等，而且還受社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人口分布、政策等的影響。因此，探究特定軸向的“三生”綜合功能時(shí)空演化特征具有重要意義。本研究以2018年鄭州大都市區(qū)空間結(jié)構(gòu)規(guī)劃為參照，同時(shí)結(jié)合研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀，共選取3條樣帶，以便深入揭示鄭州大都市區(qū)“三生”綜合功能水平在近年來(lái)快速城鎮(zhèn)擴(kuò)張過(guò)程中出現(xiàn)的梯度變化。其中，選取東西方向樣帶2條，分別位于鄭汴城鎮(zhèn)發(fā)展主軸線和貫穿南部的新密、新鄭等功能聯(lián)系廊道，南北方向樣帶1條，貫穿新鄉(xiāng)、鄭州、許昌等主要地市，上述樣帶基本覆蓋了空間規(guī)劃的主要發(fā)展軸線和重要組團(tuán)中心（圖2）。在研究尺度上設(shè)定5 km×5 km的樣方，東西樣帶（1）（2）分別為33和31個(gè)樣方、南北樣帶（3）為36個(gè)樣方。

2 結(jié)果與分析

2.1 “三生”功能時(shí)空演化特征

2.1.1 生產(chǎn)功能變化 由圖3可知，鄭州大都市區(qū)生產(chǎn)功能較強(qiáng)區(qū)域主要集中在中部及東南區(qū)域，該片區(qū)地形較為平坦，土地利用類型以農(nóng)田為主。1980—2020年都市區(qū)生產(chǎn)空間總體處于減少趨勢(shì)，縮減區(qū)域主要集中在鄭州主城區(qū)周邊以及鄭州—開封、鄭州—新鄭—許昌等沿線。受城鎮(zhèn)擴(kuò)張影響，大部分耕地被城鄉(xiāng)建設(shè)用地侵占，導(dǎo)致其生產(chǎn)功能迅速下降。此外，還有部分區(qū)域存在增加趨勢(shì)，多分布在新密市西側(cè)伏羲山腳下，該區(qū)域近年來(lái)隨著旅游開發(fā)人口不斷聚集，片區(qū)內(nèi)大量林地、草地被耕地替代，使該區(qū)域生產(chǎn)功能得以持續(xù)增強(qiáng)。同樣，研究區(qū)西南側(cè)的登封市潁陽(yáng)鎮(zhèn)、大金店鎮(zhèn)和大冶鎮(zhèn)等片區(qū)地勢(shì)較為平坦，近年來(lái)持續(xù)的耕地?cái)U(kuò)張促使其生產(chǎn)功能有所提升?？傊?，研究區(qū)生產(chǎn)功能降低區(qū)域多以各地市尤其是鄭州主城區(qū)周邊耕地向城鄉(xiāng)生活用地的持續(xù)轉(zhuǎn)移為主，而增強(qiáng)區(qū)域則主要集中在西南山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地不斷開墾的地區(qū)。

2.1.2 生活功能變化 由圖4可知，都市區(qū)的生活功能空間主要集中在各地市主城區(qū)，從1980—2020年的演化分布來(lái)看，1980年各地市分布規(guī)模較為均衡，差別不大。2000年以后，以鄭州為中心的生活功能出現(xiàn)了快速擴(kuò)張，在主城區(qū)功能不斷增強(qiáng)的同時(shí)，開始逐漸向緊鄰城區(qū)西部的滎陽(yáng)蔓延形成帶狀區(qū)域。此外，在鄭州—許昌京廣線一帶的新鄭與長(zhǎng)葛等縣級(jí)市的生活功能開始快速增強(qiáng)，新鄉(xiāng)、開封、焦作等地級(jí)市生活功能沿外圍持續(xù)擴(kuò)張。生活功能的變化主要反映了研究區(qū)各地市擴(kuò)張的趨勢(shì)和方向，由于鄭州主城區(qū)及都市區(qū)所轄各地市面積增幅較高，促使其生活功能發(fā)生較大變化，而部分鄉(xiāng)村居民點(diǎn)雖同樣存在增加趨勢(shì)，但其生活功能相比較上述類型幅度較小，變化不顯著。

2.1.3 生態(tài)功能變化 由圖5生態(tài)功能演化來(lái)看，研究區(qū)生態(tài)功能較強(qiáng)區(qū)域主要分布在西部山區(qū)和黃河沿線，1980—2020年研究區(qū)生態(tài)功能總體處于持續(xù)下降趨勢(shì)，涉及西南方向的鞏義、登封和新密等縣區(qū)，其下降趨勢(shì)較為明顯。此外，都市區(qū)其他片區(qū)，尤其在鄭州—新鄭—長(zhǎng)葛—許昌形成的帶狀發(fā)展區(qū)域使得原本處于中等水平的生態(tài)功能快速下降。生態(tài)功能降低相較于生產(chǎn)和生活功能而言更為復(fù)雜，大多數(shù)地類功能甚至生態(tài)用地內(nèi)部地類的轉(zhuǎn)移都會(huì)改變生態(tài)功能的強(qiáng)弱。其中，上述西南方向三個(gè)縣區(qū)處于嵩山、伏羲山等山地，隨著城鎮(zhèn)擴(kuò)張，促使原本屬于林地、草地等生態(tài)功能較強(qiáng)類型轉(zhuǎn)移至相對(duì)較低的耕地甚至城鄉(xiāng)居民生活用地；而位于中南部的都市區(qū)快速發(fā)展區(qū)域（鄭州—許昌沿線）則由于大量農(nóng)田面積減少（轉(zhuǎn)換為城鎮(zhèn)建設(shè)用地）導(dǎo)致其生態(tài)功能減弱。

2.2 “三生”功能空間集聚特征

基于空間探索性分析工具，在GeoDa1.20軟件支持下對(duì)研究區(qū)“三生”功能的空間集聚程度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)、生活和生態(tài)功能的Morans I指數(shù)分別為0.645、0.675和0.533，并且上述功能的顯著性水平均在0.01，表明區(qū)域“三生”功能指數(shù)在分布上均呈現(xiàn)顯著的空間正相關(guān)。其中生產(chǎn)與生活功能發(fā)展相輔相成，存在依附關(guān)系，出現(xiàn)了同步發(fā)展的特征。因在空間層面的集聚性相對(duì)較強(qiáng)，而生態(tài)功能集聚特征相對(duì)較弱（表2），在生產(chǎn)與生活功能快速增強(qiáng)的同時(shí)，有可能促使生態(tài)功能降低。

借助GeoDa軟件的局部空間自相關(guān)分析模塊，計(jì)算得出鄭州大都市區(qū)1980—2020年各時(shí)段“三生”功能變化集聚分布（圖6）。從局部空間自相關(guān)特征來(lái)看，內(nèi)部“三生”功能強(qiáng)弱程度同樣存在著較強(qiáng)的集聚分布特征，且近年來(lái)發(fā)生了較大變化。

從生產(chǎn)功能來(lái)看，受持續(xù)城鎮(zhèn)擴(kuò)張影響，都市區(qū)內(nèi)部生產(chǎn)功能較高區(qū)域逐漸向東側(cè)聚集，并在開封—尉氏縣和許昌城區(qū)外圍等形成高-高集聚區(qū)，呈現(xiàn)出連結(jié)成片面狀的分布特征。而在鄭州主城區(qū)外圍零星分布的較高生產(chǎn)功能集聚區(qū)自2000年以后快速減弱直至消失，低-低集聚區(qū)變化不大，僅在新密市西側(cè)和登封市西南側(cè)潁陽(yáng)鎮(zhèn)附近減弱趨勢(shì)較為顯著。從生活功能來(lái)看，增強(qiáng)區(qū)域多集中在各地市建成區(qū)周邊，并逐步外擴(kuò)，以鄭州主城區(qū)為代表的生活功能高-高集聚區(qū)呈面狀擴(kuò)張并且與臨近縣區(qū)和地市形成帶狀區(qū)域，而減弱區(qū)域則集中分布在西部嵩山、伏羲山等周邊涉及縣區(qū)，另外在開封市南側(cè)自2000年以后開始形成零星分布的低-低集聚區(qū)域，該區(qū)域同時(shí)也是生產(chǎn)功能高-高集聚區(qū)，作為《鄭州大都市區(qū)空間規(guī)劃（2018—2035年）》中明確劃定的永久基本農(nóng)田集中片區(qū)，該區(qū)域生活功能持續(xù)減弱。從生態(tài)功能來(lái)看，都市區(qū)生態(tài)功能高-高集聚空間多集中在西部山區(qū)和黃河沿線，且隨著時(shí)間出現(xiàn)分散和破碎化的趨勢(shì)，其余則零星分布在東南側(cè)的尉氏縣附近。值得注意的是，隨著鄭州主城區(qū)跨越黃河發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，流經(jīng)研究區(qū)西側(cè)黃河沿岸生態(tài)功能出現(xiàn)了一定程度的提升，尤其是平原城鄉(xiāng)一體化示范區(qū)至中牟縣沿線開展的黃河灘區(qū)濕地自然保護(hù)區(qū)整治工程，促使其高-高集聚區(qū)有所增多。生態(tài)功能減弱區(qū)域在鄭州市主城區(qū)及周邊各地市縣區(qū)均有分布，主要集中在上述生活功能高-高集聚區(qū)，這與都市區(qū)內(nèi)部“三生”功能的此消彼長(zhǎng)有直接關(guān)系。

2.3 “三生”功能綜合水平演化特征

2.3.1 整體分析 依據(jù)都市區(qū)“三生”綜合功能指數(shù)（分別對(duì)格網(wǎng)內(nèi)生產(chǎn)、生活、生態(tài)功能值賦系數(shù)0.5、0.3和0.2，然后相加得出綜合功能），計(jì)算得出1980年、2000年和2020年“三生”綜合功能水平及其空間格局，結(jié)合圖7可知，1980年，都市區(qū)內(nèi)綜合水平空間差異并不顯著，水平較高區(qū)域主要集中在鄭州市及區(qū)域內(nèi)各地市，呈點(diǎn)狀分布；進(jìn)入2000年，研究區(qū)“三生”綜合功能水平較高區(qū)域開始在1980年的基礎(chǔ)上快速呈帶狀擴(kuò)張，在鄭州主城區(qū)外圍蔓延的同時(shí)，主要向周邊滎陽(yáng)市和新鄭、許昌沿線擴(kuò)張為主，呈狹長(zhǎng)型空間分布格局；進(jìn)入2020年，“三生”綜合功能水平較高區(qū)域持續(xù)在2000年的基礎(chǔ)上蔓延。與此同時(shí)，北部的新鄉(xiāng)和焦作市等區(qū)域也開始了快速增強(qiáng)趨勢(shì)，處于西部山區(qū)的鞏義市和登封市及所轄鄉(xiāng)鎮(zhèn)的綜合功能也出現(xiàn)了一定程度的提升。綜合功能較弱區(qū)域變化不大，研究時(shí)段內(nèi)始終處于西部山區(qū)及黃河沿岸。

依據(jù)圖7中“三生”綜合功能水平的劃分標(biāo)準(zhǔn)，分組統(tǒng)計(jì)每一種水平類型在同一時(shí)段內(nèi)所占的格網(wǎng)數(shù)量，進(jìn)而繪制都市區(qū)“三生”綜合功能水平變化曲線（圖8）。結(jié)果可知，大都市區(qū)內(nèi)部“三生”綜合功能水平整體處于中等偏下水平，功能值在2 000～? ? 2 900水平的格網(wǎng)數(shù)量相對(duì)較多，并且在2 900～3 000水平下格網(wǎng)數(shù)量低于功能水平最低區(qū)域（2 000以下），功能水平最高區(qū)域格網(wǎng)數(shù)量最低（低于1 500個(gè)）。但是從時(shí)間尺度來(lái)看，“三生”功能綜合水平最低區(qū)域（2 000以下）在1980年占比最高，隨著都市區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，功能綜合水平最高區(qū)域（3 000以上）格網(wǎng)數(shù)量中2020年占比最高，1980年占比則降為最低。結(jié)果表明，高功能水平的綜合功能空間單元不斷增加，結(jié)合圖7可知，都市區(qū)內(nèi)部組團(tuán)式的“三生”功能優(yōu)勢(shì)區(qū)域自2020年開始逐步改善鄭州大都市區(qū)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

2.3.2 樣帶分析 基于ArcGIS 10.8的空間統(tǒng)計(jì)分析工具，提取研究區(qū)三條樣帶內(nèi)的“三生”功能綜合水平變化曲線（圖9）。以東西向中部連接大都市區(qū)城鎮(zhèn)發(fā)展主軸的樣帶（1）來(lái)看，起始樣方由西向東的165 km范圍內(nèi)，1980—2020年各時(shí)段“三生”功能綜合水平變化不大，僅在80 km處的鄭東新區(qū)龍子湖一帶變化較大，其功能值隨時(shí)間演化出現(xiàn)快速提升的趨勢(shì)，樣方帶內(nèi)處于最低水平區(qū)域則位于155 km處的開封市南郊機(jī)場(chǎng)周邊；以東西向南部連接都市區(qū)功能聯(lián)系廊道（登封—新密—新鄭—尉氏）的樣方帶（2）來(lái)看，由于自西向東前20 km和145 km處涉及樣方并不完整，故導(dǎo)致其功能水平相對(duì)較低，不具有參考性。其他區(qū)域尤其處于30～120 km的空間軸是該功能聯(lián)系廊道的核心區(qū)域，同時(shí)該區(qū)域在研究時(shí)段內(nèi)也是發(fā)生較大變化的地段，主要?dú)w因于以新鄭為代表的南部各縣區(qū)城鎮(zhèn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，促使2000年以后的綜合功能水平有所提升，樣方帶內(nèi)處于最低水平區(qū)域位于130 km處的尉氏新城區(qū)工業(yè)園附近；南北向樣方帶連接都市區(qū)新鄉(xiāng)—鄭州東—長(zhǎng)葛—許昌等發(fā)展主軸，該軸線綜合功能水平變化呈現(xiàn)出交替波動(dòng)的特征，但基本趨勢(shì)較為相似，較高水平區(qū)域主要分布70 km周邊的空間軸上。該樣方帶內(nèi)處于黃河沿岸，隨著黃河流域生態(tài)治理工程和平原一體化城鄉(xiāng)示范區(qū)建立等措施進(jìn)行，該區(qū)域綜合指數(shù)處于較高水平，區(qū)域最低水平位于140 km處的長(zhǎng)葛新城區(qū)附近，同時(shí)也是長(zhǎng)葛市的工業(yè)園分布區(qū)域?？傮w而言，鄭州大都市區(qū)“三生”功能綜合水平較高區(qū)域多位于由滎陽(yáng)—新鄭—中牟圍合而成的區(qū)域，且隨時(shí)段演化呈現(xiàn)出不斷向核心區(qū)域集聚和提升的趨勢(shì)。

3 “三生”功能優(yōu)化路徑

大都市區(qū)“三生”功能的優(yōu)化和提升不是一蹴而就的過(guò)程，而是需要通過(guò)科學(xué)分析與決策［21，22］，結(jié)合城市管理者對(duì)區(qū)域“三生”功能對(duì)應(yīng)的空間進(jìn)行科學(xué)合理的分配布局，尤其要重點(diǎn)把握各功能要素在都市區(qū)內(nèi)的數(shù)量面積占比以及空間上的合理分配。

3.1 科學(xué)計(jì)算“三生”功能各用地類型的數(shù)量占比

應(yīng)全面掌握都市區(qū)內(nèi)“三生”功能用地的類別，尤其關(guān)注部分復(fù)合型功能用地的合理化利用，科學(xué)計(jì)算國(guó)土空間各類型“三生”功能的強(qiáng)弱，在宏觀尺度應(yīng)有最大面積的預(yù)警監(jiān)控，在微觀網(wǎng)格化管理尺度下應(yīng)有計(jì)劃地分解和合理利用有限的復(fù)合型功能用地。結(jié)合《鄭州大都市區(qū)空間規(guī)劃（2018—2035年）》，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)優(yōu)化生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間布局，著力引導(dǎo)人口、產(chǎn)業(yè)合理布局，著力推動(dòng)大中小城市和周邊區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。具體到各功能用地而言，生產(chǎn)空間應(yīng)突出集約高效利用，以產(chǎn)業(yè)用地為例，其中包括農(nóng)業(yè)和工礦生產(chǎn)用地兩大類，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地應(yīng)嚴(yán)格堅(jiān)守規(guī)劃中劃定的6 470 km2范圍，同時(shí)在此基礎(chǔ)上應(yīng)促進(jìn)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，強(qiáng)化農(nóng)業(yè)生態(tài)功能，在鄭州市外圍推進(jìn)生態(tài)農(nóng)業(yè)園（或者田園綜合體）建設(shè)；對(duì)于工礦產(chǎn)業(yè)用地，則應(yīng)避免出現(xiàn)低效開發(fā)和技術(shù)落后的產(chǎn)業(yè)園區(qū)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，在都市區(qū)內(nèi)形成若干獨(dú)具特色的智能制造新興產(chǎn)業(yè)集群。生活空間應(yīng)講求宜居適度，城鎮(zhèn)開發(fā)邊界控制在3 059 km2，以鄭州主城區(qū)、航空港區(qū)和開封主城區(qū)共同組成三角區(qū)域，作為大都市區(qū)發(fā)展的核心增長(zhǎng)極，同時(shí)在鄭州—新鄭—許昌沿線呈帶狀發(fā)展，注重該片區(qū)產(chǎn)城融合發(fā)展，加快鄭州地鐵17號(hào)線（鄭許區(qū)間）建設(shè)進(jìn)程，完善鄭汴快速通道及相應(yīng)的公共服務(wù)配套設(shè)施，同時(shí)注重改善鄭汴港生態(tài)綠心建設(shè)，不斷完善其“三生”復(fù)合型功能。生態(tài)空間應(yīng)注重山清水秀，構(gòu)筑大都市區(qū)完善的生態(tài)安全格局，嚴(yán)格堅(jiān)守258.7 km2的生態(tài)保護(hù)紅線，并在此基礎(chǔ)上以山水林田湖草為要素，構(gòu)建以鄭汴港生態(tài)綠心和“兩環(huán)”（鄭州城市綠環(huán)和大都市區(qū)生態(tài)外環(huán)）、“兩帶”（黃河文化生態(tài)帶、南水北調(diào)生態(tài)保護(hù)帶）的生態(tài)屏障。尤其應(yīng)改善城市生態(tài)環(huán)境，改造提升現(xiàn)有公園綠地的開放性、連通性，鼓勵(lì)發(fā)展立體綠化。總體而言，應(yīng)結(jié)合大都市區(qū)內(nèi)各行政區(qū)實(shí)際，遵循提升復(fù)合型功能用地占比，適當(dāng)擴(kuò)大生活功能用地，集約利用生產(chǎn)功能用地并加強(qiáng)產(chǎn)城融合功能，在嚴(yán)控都市區(qū)生態(tài)保障用地的同時(shí)，選擇合適地塊與都市生產(chǎn)、生活功能協(xié)同發(fā)展，進(jìn)而科學(xué)合理布局都市區(qū)“三生”功能。

3.2 合理布局“三生”功能各用地類型的空間分配

都市區(qū)“三生”功能用地優(yōu)化利用不僅需考量上述數(shù)量層面的控制和分配，同時(shí)更應(yīng)當(dāng)關(guān)注“三生”功能各用地類型在空間尺度下的分配和布局。結(jié)合鄭州大都市區(qū)發(fā)展實(shí)際，宏觀層面應(yīng)構(gòu)建以鄭州主城區(qū)-航空港區(qū)為引領(lǐng)，帶動(dòng)沿京廣主軸、隴海主軸和鄭登洛次軸等周邊生活、生產(chǎn)功能組團(tuán)，同時(shí)以黃河文化生態(tài)帶、山區(qū)文化生態(tài)帶和農(nóng)區(qū)文化生態(tài)帶作為大都市區(qū)生態(tài)安全屏障的總體空間發(fā)展格局。在微觀尺度下，則應(yīng)更多關(guān)注各行政區(qū)乃至格網(wǎng)尺度下“三生”功能用地的復(fù)合功效提升和組合鑲嵌融合關(guān)系。首先，在舊城更新層面，持續(xù)優(yōu)化改善鄭州三環(huán)內(nèi)老舊社區(qū)、開封市區(qū)棚戶區(qū)、新鄉(xiāng)和許昌老城區(qū)等涉及的舊城區(qū)內(nèi)各片區(qū)生活與生產(chǎn)功能的用地布局，實(shí)現(xiàn)大都市區(qū)內(nèi)各地市主城區(qū)的城市有機(jī)更新和產(chǎn)城融合目的；其次，科學(xué)規(guī)劃和建設(shè)都市區(qū)內(nèi)綜合功能水平相對(duì)較低的城市新區(qū)，諸如城鄉(xiāng)一體化示范區(qū)（中原、開封）、產(chǎn)業(yè)新城（長(zhǎng)葛、尉氏、新密等）以及各類特色小鎮(zhèn)與田園綜合體等，在開發(fā)利用時(shí)應(yīng)遵循功能的復(fù)合型發(fā)展原則，以實(shí)現(xiàn)上述各片區(qū)“三生”功能的均衡性布局；第三，結(jié)合大都市區(qū)內(nèi)原有的自然生態(tài)格局，嚴(yán)格保護(hù)好森林、濕地、流域、農(nóng)田和城市等生態(tài)系統(tǒng)，加強(qiáng)生態(tài)安全空間預(yù)警機(jī)制，尤其注重大都市區(qū)核心發(fā)展軸線附近公共綠地和綠色開放空間的合理規(guī)劃布局，從多尺度推進(jìn)大都市區(qū)生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)。

4 小結(jié)與討論

以“三生”功能視角探究大都市區(qū)內(nèi)部功能空間演化特征對(duì)國(guó)土空間的優(yōu)化與調(diào)控具有重要意義。本研究以鄭州大都市區(qū)為實(shí)證對(duì)象，選取1980—2020年為研究時(shí)段，基于“三生”功能視角，構(gòu)建相應(yīng)的功能分類評(píng)價(jià)體系，采用空間自相關(guān)和樣帶分析等方法，揭示了鄭州大都市區(qū)“三生”功能的時(shí)空演化并提出優(yōu)化路徑，研究結(jié)論如下。

4.1 “三生”功能演化方面

都市區(qū)生產(chǎn)空間持續(xù)減少，多以各地市尤其是鄭州主城區(qū)周邊耕地向城鄉(xiāng)生活用地的轉(zhuǎn)移為主；生活功能集中在各地市主城區(qū)，2000年以后，以鄭州為中心的生活功能快速擴(kuò)張，同時(shí)向滎陽(yáng)蔓延形成帶狀區(qū)域，并在鄭州—許昌一帶快速增強(qiáng)；生態(tài)功能分布在西部山區(qū)和黃河沿線，1980—2020年生態(tài)功能處于持續(xù)下降趨勢(shì)，鞏義、登封和新密等縣區(qū)下降趨勢(shì)較為明顯。

4.2 “三生”功能集聚方面

受持續(xù)城鎮(zhèn)擴(kuò)張影響，都市區(qū)生產(chǎn)功能逐漸向東側(cè)聚集，在開封—尉氏縣和許昌城區(qū)外圍形成高-高集聚區(qū)。生活功能增強(qiáng)區(qū)域集中在各地市建成區(qū)周邊，以鄭州主城區(qū)為代表的高-高集聚區(qū)呈面狀擴(kuò)張，并且與臨近縣區(qū)形成帶狀區(qū)域。生態(tài)功能高-高集聚空間集中在西部山區(qū)和黃河沿線，且呈分散和破碎化趨勢(shì)，減弱區(qū)域則與生活功能高-高集聚區(qū)幾乎重合。

4.3 “三生”功能綜合水平演化方面

大都市區(qū)“三生”綜合功能水平整體處于中等偏下水平，高功能水平在2000年后出現(xiàn)帶狀發(fā)展，由鄭州主城區(qū)向周邊滎陽(yáng)市和新鄭、許昌沿線擴(kuò)張，與此同時(shí)，新鄉(xiāng)和焦作市也開始了快速增強(qiáng)趨勢(shì)，高功能水平的綜合空間單元不斷增加。樣帶分析結(jié)果可知，鄭州大都市區(qū)“三生”功能綜合水平較高區(qū)域多位于由滎陽(yáng)—新鄭—中牟圍合而成的面狀區(qū)域，且呈現(xiàn)出不斷向核心區(qū)域集聚和提升的趨勢(shì)。

以空間功能優(yōu)化為目標(biāo)，遵循提升復(fù)合型功能用地占比，適當(dāng)擴(kuò)大生活功能用地，集約利用生產(chǎn)功能用地并加強(qiáng)產(chǎn)城融合功能，科學(xué)布局“三生”功能的數(shù)量占比等原則，同時(shí)結(jié)合大都市區(qū)發(fā)展實(shí)際，從宏觀和微觀層面提出了“三生”功能在空間分配上的均衡性布局策略。

鄭州大都市區(qū)“三生”功能演化的主要特征是核心區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地面積大量減少、被城鎮(zhèn)生活用地所替代，處于西南山區(qū)的邊緣區(qū)生態(tài)用地（主要為林地和草地）不斷被周邊城鄉(xiāng)生活用地和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地侵占，其他功能地類變化相對(duì)較小。究其原因：一方面，由于近年來(lái)先后出臺(tái)了《促進(jìn)中部地區(qū)崛起“十三五”規(guī)劃》《中原城市群發(fā)展規(guī)劃》以及鄭州建設(shè)國(guó)家中心城市戰(zhàn)略，都市區(qū)內(nèi)人口急劇增加，城鎮(zhèn)生活用地面積不斷擴(kuò)張，并于2000年后影響到都市區(qū)邊緣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)；另一方面，隨著中牟雁鳴湖萬(wàn)畝濕地公園和平原新區(qū)萬(wàn)畝槐林生態(tài)保護(hù)區(qū)等建設(shè)實(shí)施，黃河沿岸生態(tài)功能得以進(jìn)一步提升。在已有政策支持下，大都市區(qū)還應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)流經(jīng)都市區(qū)范圍的黃河沿岸的整體生態(tài)系統(tǒng)工程建設(shè)，結(jié)合各縣區(qū)獨(dú)具特色的自然地貌統(tǒng)一進(jìn)行生態(tài)規(guī)劃設(shè)計(jì)，繼續(xù)提升大都市區(qū)的生態(tài)功能。

該研究基于網(wǎng)格尺度和樣帶分析，采用“三生”功能賦值的方法對(duì)都市區(qū)用地類型進(jìn)行了測(cè)算，并以此分析了都市區(qū)“三生”功能水平的時(shí)空演化特征及其優(yōu)化路徑，對(duì)于全面掌握都市區(qū)“三生”功能及其優(yōu)化布局具有實(shí)踐意義。鑒于數(shù)據(jù)來(lái)源及其分辨率問(wèn)題，本研究尚未對(duì)微觀尺度下鄭州乃至各地市主城區(qū)內(nèi)的“三生”功能水平展開探究，未來(lái)將結(jié)合大數(shù)據(jù)及更完善的“三生”功能分類及賦值方法，對(duì)主城區(qū)內(nèi)科教、醫(yī)療、休閑購(gòu)物、居住等生活功能，工礦、農(nóng)牧、金融、科技園等生產(chǎn)功能，以及風(fēng)景名勝、公園綠地等生態(tài)功能開展更加精細(xì)化、多視角的深入研究。

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