京津冀國土空間服務分布特征研究

劉文平, 湯懷志, 桑玲玲, 梁夢茵

京津冀國土空間服務分布特征研究

劉文平1,*, 湯懷志2,3, 桑玲玲2, 梁夢茵2

1. 華中農業大學園藝林學學院, 武漢 430070
2. 國土資源部土地整治中心, 北京100035
3. 國土資源部土地整治重點實驗室, 北京 100035

科學合理地診斷國土空間服務是實現京津冀國土空間資源合理利用與管理以及人類福祉可持續發展的基礎。基于專家經驗法建立了土地利用類型單位面積國土空間服務相對當量表, 在此基礎上定量化繪制了京津冀國土空間服務供給現狀圖, 并利用GIS密度分析、疊加分析等工具對其空間分布特征進行了研究。結果顯示, 京津冀北部燕山和太行山地區、壩上草原和冀西北山區所提供的服務類型主要是以生態調節服務和生境服務為主; 冀中南平原區城市外區域主要提供生物質生產服務、能源礦產儲藏服務、景觀文化服務; 而平原區城市區域則主要提供住行與公共場所服務、生產場所承載服務。

國土空間; 國土空間服務; 分布特征; 京津冀

1 前言

京津冀是繼長三角、珠三角之后迅速崛起的中國第三大城市群, 在我國區域經濟格局中占據著重要地位[1]。然而, 由于受行政區劃、資源稟賦以及人口隨城市化進程不斷向城市聚集等影響, 京津冀城市群資源利用不節約[2–4]、產業結構不合理[5]、生態環境污染[6–7]等問題日益凸顯, 給城市群各區域發展及其周邊環境帶來了巨大壓力。國土空間作為城市發展的載體, 是制約京津冀發展的核心要素[8]。盡管十八大報告提出生態文明建設要“優化國土空間開發格局”, 但目前京津冀國土空間發展仍圍繞基于土地數量、結構、性質、權屬等方面[9–11], 當前城市群國土空間不合理的資源利用問題依然沒有解決[12]。而有關國土空間資源利用與管理方面的研究, 目前國內外對城市發展的土地利用現狀特征[10,13]、時空動態變化[14–15]以及土地利用相關政策與法律[16]等多方面進行了大量探討, 且取得了顯著進展。而在與人類福祉緊密聯系的國土空間服務方面, 主要集中在有生物成分參與的生態系統服務或其價值[17–18]的研究, 忽略了國土空間非生物組分對人類福祉的貢獻, 使得當前城市發展中國土空間利用與人類利益沖突的矛盾不斷升級, 資源與環境一體化管理問題亟待解決。

國土空間服務主要關注國土三維空間功能及其與人類福祉的聯系, 是由國土空間中的物理組成、生物組成、環境組成等產生的對人類生存有貢獻的功能, 是實現國土空間資源合理利用和管理以及人類福祉可持續發展的基礎。廣義上講, 被人類利用的國土空間功能都可稱為國土空間服務, 既包括由生物要素主導提供的水源涵養、空氣凈化等服務,也包括由非生物要素主導提供的生產場所、庇護所等服務。與生態系統服務不同, 國土空間服務的實現不要求生物組分必須參與。如道路對人類提供的交通服務, 由于沒有生物組分的參與就不是生態系統服務, 但卻屬于國土空間服務。由于國土空間具有多功能性和功能混合性, 一處空間往往具有多種服務, 而各服務之間則可能會以重疊和交叉的形式呈現。除與生態系統多種服務在同一空間混合重疊(如公園綠地提供的降溫服務與空氣凈化服務在同一空間內混合重疊)相同外, 國土空間服務還表現出同一土地空間內服務層層重疊的特性, 如底層商鋪上層住宅的國土空間所提供的層層重疊的商業服務與居住服務。充分認識國土空間多項服務的重疊性以及科學合理地診斷國土空間服務現狀是京津冀有效整合國土資源, 優化空間結構, 促進區域社會經濟與環境協調統一發展的重要前提。本研究即是在此背景下, 定量化診斷了京津冀國土空間服務的供給現狀和空間分布特征, 以期識別出京津冀國土空間服務的地域分異特征, 為京津冀一體化可持續發展提供參考。

2 研究方法

2.1研究區概況

京津冀是指由北京市、天津市和河北省所覆蓋的行政邊界范圍內的所有區域(東經113°04′—119°53′, 北緯36°01′—42°37′), 總面積21.8萬km2。該區域地處環渤海地區和東北亞的核心區域, 背山面海, 是中國華東、西北、華北連接東北的必經之地。京津冀地區礦產資源、旅游資源和文化遺產資源等非常豐富, 工業基礎和科技力量雄厚, 是我國經濟發展的第三增長極。

2.2國土空間服務供給相對評估

不同土地利用類型提供國土空間服務的種類和能力不同。為便于簡化量化京津冀國土空間服務,本研究假設單位面積不同類型土地提供的各項國土空間服務具有一個特定當量值。參考謝高地提出的中國不同陸地生態系統單位面積生態服務價值當量表[19–20], 以及不同土地利用類型生態服務價值單價[21–22], 并結合實地調查情況, 利用專家經驗法確定出各土地利用類型單位面積的國土空間服務相對當量表(表1)。基于該當量表, 利用GIS軟件對京津冀2011年土地利用現狀地塊(1:50萬)進行各單項服務賦值, 定量化繪制京津冀國土空間各單項服務相對供給圖。本研究將國土空間服務劃分為7類進行研究, 即生物質生產服務、能源礦產儲藏服務、生產場所承載服務、住行與公共場所服務、景觀文化服務、生態調節服務、生境服務。

2.3國土空間關鍵服務分布特征

(1) 基于2.2共可獲得7類國土空間服務供給圖,且每一類服務值范圍為1—10, 因而假設當國土空間提供的某類服務值大于5時, 即可認定該空間為該類服務的主要提供區, 或者說該類服務為該空間的關鍵服務。分別提取每一類服務供給圖中服務值大于5的區域, 以識別不同區域的關鍵服務類型。為進一步分析這些關鍵服務的空間分布特征, 利用GIS密度分析工具分析提取出的這些關鍵服務提供區域的密度分布情況, 并運用Natural breaks法將計算獲得的密度圖劃分為高、中、低三類, 以清楚展示各服務主要提供區的空間集聚與分散特征。

(2) 利用GIS柵格計算器工具將上一步獲得的7類國土空間服務高值分布分級圖相疊加, 獲得國土空間服務類型數量分布圖, 分析國土空間的多服務利用情況。

表1 不同土地利用單位面積國土空間服務相對當量Tab. 1 Relative equivalent per unit area of land spatial services

3 研究結果

3.1京津冀國土空間服務

(1) 生物質生產服務。京津冀國土空間生物質生產服務空間分布具有明顯的地域差異性(圖1a, 圖2a), 總體呈現出東南較高而西北較低的格局, 其中冀中南平原區是該項服務的主要提供區。該區土地利用類型中耕地占主導地位, 由耕地提供的糧食供給構成了主要的生物質生產服務。在北京市、天津市和石家莊市等人口密集的大型城市周邊, 生物質生產服務均較高。近年來, 隨著土地開發程度不斷提高, 建設用地面積持續上升, 農田面積不斷減少[23],該區生物質生產服務總量也隨之逐年下降。

(2) 能源礦產儲藏服務。幾乎所有的能源礦產儲藏服務高值區域都集中在京津冀環渤海濱海區域區域(圖1b, 圖2b), 此區域也是近年來經濟發展較快的區域。而其他一些能源礦產儲藏服務提供區則主要零星分布于京津冀的北部區域, 河北省的開灤、蔚縣、宣化下花園、邢臺等幾大礦區分布較為分散, 主要分布在唐山、張家口、石家莊、邢臺和邯鄲五個城市。天津煤炭資源則主要集中在寶坻區, 但儲量少。而北京能源礦產服務主要集中在城市西南區域。

(3) 生產場所承載服務。北京市、天津市和石家莊市是京津冀國土空間生產場所承載服務的高服務區, 而其余該服務的較高提供區則主要分布于連接北京與石家莊的高速公路兩側輻射區域(與交通干道走向相契合)(圖1c, 圖2c)。生產要素資源的流動在很大程度上取決于交通的便利性。高速鐵路建成通車后, 北京-石家莊一小時可以到達[24], 這種便捷性促進了京津冀地區能源、物資與信息的流動, 形成了國土空間生產場所承載服務的高值提供區。從服務分布面積上來看, 北京的生產場所承載服務面積最大, 這可能與其城市面積基數較大有關。

圖1 京津冀國土空間服務供給分布圖Fig. 1 Supply map of land spatial services of Beijing-Tianjin-Hebei region

(4) 住行與公共場所服務。住行與公共場所服務以北京市、天津市為兩高服務核心, 幾個零星地級市為較高服務提供區, 而其他大部分區域則為低服務提供區(圖1d, 圖2d)。這可能與京津冀大部分區域城市發展受制于其苛刻的自然條件有關, 如沙化嚴重的壩上草原和石化嚴重的燕山和太行山區等[25],從而造成這些區域城鎮數量少, 住行與公共場所服務提供區域少, 特別是西北部的山區地帶。從空間分布上看, 住行與公共場所服務提供區主要集中分布于北京和天津兩市, 以及零星分布于京津冀東部和南部的平原地區。這種分布格局與京津冀區域經濟發展的空間特征一致。京津兩市之間的連接地帶則也是住行與公共場所服務的提供區域, 這是因為該區域有環繞北京、天津兩大直轄市的一些中小城鎮, 這些地方也是該服務的主要提供區域。

(5) 景觀文化服務。京津冀國土空間景觀文化服務高值提供區主要集中在北京、天津和石家莊城市區域, 較高服務提供區則是圍繞以上三城市之間的高速公路兩側蔓延分布(圖1e, 圖2e)。這些區域提供的景觀文化服務包括北京的八達嶺長城遺址、故宮、天壇、圓明園、頤和園等, 天津的盤山、古文化街旅游區以及河北的太行山、北戴河等山水旅游資源。

(6) 生態調節服務。京津冀國土空間生態調節服務提供區域主要分布于北部山地區(圖1f, 圖2f)。北部燕山和太行山地區的土地利用主要以森林、灌叢和灌草為主, 植被覆蓋率高, 具有較高的土壤形成與保護、氣體調節、氣候調節和生物多樣性保護服務[26]。壩上高原和冀西北山區同樣是生態調節服務的高值提供區, 是土壤形成與保護、生物多樣性保護的主要集中區域, 但該區近年來由于草場放牧過度, 導致生態調節服務逐年下降[27]。整體來看, 京津冀東南部平原區生態調節服務較低, 而北京、石家莊等城市區域的生態調節服務值最低。

(7) 生境服務。京津冀東北部是國土空間生境服務的高值提供區, 燕山和太行山地區是生物多樣性保護服務的高值集聚區域(圖1g, 圖2g)。該區域自然植被覆蓋度高, 人工干擾少, 物種資源豐富, 是生物棲息地和避難所的最佳空間。京津冀西北部是國土空間生境服務高值分布的較高區, 該區同樣以自然山林景觀為主, 具有生境形成的天然優勢。與北部區域不同, 京津冀東南部平原區則由于人工干擾嚴重、自然植被稀少而成為生境服務最低的區域,加強該區域生態環境保護顯得尤為必要。

圖2 京津冀國土空間服務高值集聚區分布圖Fig. 2 High value distribution of land spatial service in Beijing-Tianjin-Hebei region

3.2京津冀國土空間關鍵服務類型數量特征

京津冀國土空間關鍵服務類型數量空間分布結果顯示, 多服務(5—6項服務)提供區主要分布于北京、天津、石家莊的城市周邊區域, 以及廊坊、唐山、保定、邯鄲和張家口城區; 較多服務(4項服務)提供區主要分布于滄州、衡水和邢臺城區; 其余城市國土空間所提供的服務均少于4項(圖3)。結合圖2結果綜合來看, 京津冀北部燕山和太行山地區、壩上草原以及冀西北山區所提供的服務類型較少, 主要是以生態調節服務和生境服務為主。雖然冀中南平原區城市外的其他區域土地利用主要是以耕地為主, 但該區域是整個京津冀的人口主要分布區域,同時也是城鎮擴張速度最快的區域[24], 因而該區域國土空間服務類型較多, 不僅包括生物質生產服務,還容納了生產場所承載服務、能源礦產儲藏服務、景觀文化服務等。而處于高度城市化發展的北京、天津和石家莊城區則主要以建設用地為主, 且是京津冀人口的高度密集區域[28], 因而其國土空間服務類型相對較少, 不能充分提供生物生產服務、能源礦產儲藏服務、生態調節與生境服務等多項服務,而主要以住行和公共場所服務為主。整體來看, 北京、天津的國土空間服務形態較相似, 且中間由廊坊等地相連, 具有較強的空間聯系。而其他城市, 如石家莊、保定、邯鄲等地, 則各自與周邊環境國土空間服務形態差異較大, 形成了各自的“孤島”服務中心, 城市間的空間聯系較弱。京津冀北部的張家口與承德兩市與其他城市之間的國土空間服務形態差異最大, 空間聯系最弱。這可能是因為山區經濟發展屬性相異, 發展水平有高有低, 國土空間服務與平原區相差較大。

圖3 京津冀國土空間服務數量分布圖Fig. 3 Numbers of land spatial service in Beijing-Tianjin-Hebei region

4 結論與討論

4.1結論

國土空間服務可以作為衡量區域國土空間資源利用質量的一個綜合性指標。京津冀國土空間服務發展具有空間差異性。北部燕山和太行山地區、壩上草原和冀西北山區主要提供生態調節服務和生境服務, 冀中南平原區城市外區域主要提供生物質生產服務、能源礦產儲藏服務、景觀文化服務; 而平原區城市區域則主要提供住行與公共場所服務、生產場所承載服務。

4.2討論

(1) 自然地理背景的不同和人類利用方式與強度的地域差異, 導致了國土空間服務呈現出顯著的多樣性空間分異特征。這種差異實質上是人類選擇下多重國土空間服務相互權衡與協同的結果。京津冀地區國土空間服務類型數量低值區是服務權衡的主要區域。這些區域一種情況是限于自然地理背景條件而常常以少數幾種服務為主導, 如承德市由于山林地較多提供了大量的生態調節服務和生境服務,而其他服務則較少被提供; 另一種情況是由于人類對某一方面服務的過度強調, 使得該區域朝單方面服務高效率發展而其他服務被抑制, 如北京市城區最大限度地挖掘了居住與生產場所承載服務, 而降低了生態調節等其他國土空間服務的提供, 從而引發了城市各種生態環境問題的產生。京津冀地區服務數量高值區是服務協同的主要區域。這些區域的一處空間可以同時提供多種服務, 反映了人類需求的復雜性與多樣性, 如北京市城市近郊區多數國土空間可以同時提供4種以上服務。

(2) 一般來說, 一個有限的國土空間能夠提供的服務類型和數量越多, 人類福祉就越容易得到滿足, 該區域就越可能朝著可持續的方向發展。對區域內國土空間關鍵服務類型數量空間聚集程度和區域的識別, 有利于以最節約的資源維護國土空間安全, 同時也打破了京津冀地區行政界線的劃定, 對統籌京津冀社會、經濟、生態一體化發展具有重要意義, 是人類福祉可持續發展的重要內容。

(3) 本研究旨在探討京津冀國土空間服務的空間異質性, 因而采用了國土空間服務當量這種定量化服務相對值的方法。這種方法操作簡便, 能夠快速診斷出國土空間服務的高值集聚區域, 對國土空間管理和優化決策的制定具有重要作用。然而, 由于不能準確定量化各項服務的絕對值, 因而該方法尚不能對國土空間資源數量優化做出指導。同時,由于該方法中國土空間服務當量的確定依賴于專家經驗, 因而具有一定程度的主觀性, 可能會高估或低估某種國土空間提供的某項服務, 這需要在后期研究中繼續深入探討。

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Research on distribution characteristics of land spatial services of Beijing-Tianjin-Heibei region

LIU Wenping1,*, TANG Huaizhi2,3, SANG Lingling2, LIANG Mengyin2
1.College of Horticulture & Forestry Sciences,Huazhong Agricultural University,Wuhan430070,China
2.Centre of Land Consolidation,Ministry of Land and Resource,Beijing100035,China
3.Key Laboratory of Land Consolidation and Rehabilitation,Beijing100035,China

The scientific diagnosis of land spatial service is a basis of rational utilization and management of land resource as well as sustainable development of human well-being. Supplies of land spatial service in the Beijing-Tianjin-Hebei region were quantitatively mapped using a table of equivalent value per unit area of land spatial services based on expert experience method. The spatial distribution characteristics of land spatial services were analyzed using density analysis and union analysis tools of ArcGIS. The results showed that both ecosystem regulating service and habitat service were provided in Yanshan Mountain, Taihang Mountain and upper dam grass land as well as mountains in the northwest of Hebei Province. Biomass production service, energy mines store service, landscape and cultural service were provided in southern and middle plains of Hebei Province, while transportation, communication and public place services and workplace service were provided in urban area in the plain of Beijing-Tianjin-Hebei region.

land space; land spatial service; distribution characteristic; Beijing-Tianjin-Hebei region

10.14108/j.cnki.1008-8873.2016.05.019

F301.2

A

1008-8873(2016)05-136-07

劉文平, 湯懷志, 桑玲玲, 等. 京津冀國土空間服務分布特征研究[J]. 生態科學, 2016, 35(5): 136-142.

LIU Wenping, TANG Huaizhi, SANG Lingling, et al. Research on distribution characteristics of land spatial services of Beijing-Tianjin-Heibei region[J]. Ecological Science, 2016, 35(5): 136-142.

2015-08-14;

2015-09-21

國土資源部公益性行業科研專項經費項目(201511010)

劉文平(1987—), 男, 山西大同人, 博士, 講師, 主要從事景觀服務與地景規劃研究, E-mail: liuwenping@mail.hzau.edu.cn