“生產-生活-生態”功能評價研究進展與展望

段亞明 許月卿* 黃 安 盧龍輝 冀正欣

(1.中國農業大學 土地科學與技術學院，北京 100193；2.中國農業大學 自然資源部農用地質量與監控重點實驗室，北京 100193)

國土空間是經濟、社會高質量發展的載體，具有生產、生活等多種功能[1-3]。隨著工業化與城市化的快速發展，人類活動嚴重干擾國土空間開發和利用，引發城鄉發展失衡、公共服務設施短缺、環境污染、生態系統退化等一系列經濟、社會與生態環境問題[4-5]。為此，2012年11月中國共產黨第十八次全國代表大會會議報告明確提出“優化國土空間開發格局，促進生產空間集約高效、生活空間宜居適度、生態空間山清水秀”的發展目標[6]。2015年中央城市工作會議要求“統籌生產、生活、生態三大布局，提高城市發展的宜居性”[6]。因此，我國國土空間開發由過去的“經濟建設優先”向“生產、生活、生態統籌發展”轉變。“三生”空間識別優化與“三生”功能評價研究迅速成為土地科學、地理學與城市規劃學關注的熱點[7-8]。

“三生”功能評價以國土空間為研究對象，基于土地科學、生態學、地理學、經濟學等多學科理論衡量不同空間利用方式對人類生產、生活、生態三大需求的供給能力、滿足程度與可持續性[6,9-11]。已有研究結果對認識國土空間發展質量，實施國土空間規劃，制定產業發展策略、優化公共服務設施配置與區域生態環境保護具有重要參考意義。目前，“三生”功能評價研究主要集中在“三生”功能的內涵、分類與評價指標體系構建。也有研究將“三生”功能理念應用于土地整治[12]、資源環境承載力測算[13]與土地適宜性評價[14]等多個領域。由于“三生”功能評價研究開展時間較短，相關研究仍處于起步階段。不同研究的理論基礎、研究視角與評價目的存在差異，導致相對統一的“三生”功能分類與評價指標體系尚未形成，且“三生”功能的內涵、發展目標與功能承載對象亟待厘清。因此，為推進“三生”功能評價的科學化與規范化發展，本研究以““三生”功能”與““三生”空間”為關鍵詞，搜索CNKI數據庫與Web of Science核心合集2010—2020年發表的相關文獻。在廣泛查閱國內外相關文獻的基礎上，對“三生”功能評價研究進行系統梳理與回顧，分析“三生”功能評價的研究現狀與問題，探討未來“三生”功能評價的研究思路與發展方向，以期為“三生”功能評價研究的開展提供參考。

1 “三生”功能的內涵與分類

1.1 “三生”功能內涵

“三生”功能指生產、生活與生態功能，是國土空間的三大主導功能[15]。目前，不同研究對“三生”功能內涵的詮釋較為統一。本研究在梳理現有研究成果[5,10,16]的基礎上，總結“三生”功能的內涵、相互關系、承載主體與發展目標(圖1)：“三生”功能是在人類需求驅使下，不同的土地利用方式提供的產品與服務，包括各種生物物理過程、直接與間接生產，以及對居住、教育、醫療、休閑與美學等不同需求的供給。生產功能指人類以土地作為勞作對象直接獲取各種物質或以土地為承載空間進行社會生產與服務，為維持人類生活提供物質保障。生活功能保障基本物質生活，指人類在土地利用過程中產生的居住、出行、消費、娛樂等各種空間承載、物質和精神保障功能，是人生存品質的體現，對生產功能具有強化作用。生態功能指生態系統與生態過程在維持生態平衡，滿足人類基本生態需求，保障人類生產、生活運行所需的基本環境條件中發揮的作用。可持續的生產功能與生活功能都需要生態功能的支持。根據“三生”功能內涵，不同功能的承載主體具有明顯差異。生產功能的承載主體為各種生產場地與設施(耕地、工業企業、服務業等)。生活功能的承載主體為各種公共服務與商業設施(住宅小區、商場、學校、博物館等)。生態功能的承載主體則是各種自然、半自然景觀(森林、湖泊、耕地與人工綠地等)。

圖1 “三生”功能的成因、相互關系、承載主體與發展目標

“三生”功能的形成與發展受人類需求與活動的強烈影響，而需求差異導致各個功能擁有不同的發展目標。改革開放以來我國經濟發展取得巨大成就，成為世界第二大經濟體，但由此引發的資源枯竭與低效利用、環境污染等負面問題使粗放生產模式難以為繼[5]。因此，可持續發展作為生產功能發展的新目標，即生產活動不能超越資源和環境承載力的限制。生活功能可概括為由政府提供的公共服務(醫療、教育等)與由市場提供的商業服務(購物)。公共服務受自身屬性約束，其發展目標應以公平為第一要義，并覆蓋所有服務對象。商業服務的發展受市場影響，但部分功能與人們生活息息相關，應在政府的引導下盡可能擴大服務范圍。生態功能的發展應遵循自然規律，人類應對于重要的生態功能區進行保護，對可能對人們正常生產、生活具有威脅的生態脆弱與生態退化區進行修復。而“三生”功能評價的目的便是衡量不同功能承載主體的發展現狀與發展目標的差距，進而為“三生”功能優化提供科學依據。

1.2 “三生”功能分類

1.2.1分類依據

“三生”功能分類是對生產、生活、生態功能的細化，是開展“三生”功能評價的基礎性工作。現有研究主要依據土地利用多功能性、生態系統服務與景觀功能等理論開展“三生”功能分類[6,10,17-19]。土地利用多功能性由農業多功能性演變而來，指不同的土地利用方式對人類需求的滿足程度[20-21]。相關研究普遍將土地利用功能概括為社會、經濟與環境三大功能[22]，或社會、經濟與生態三大功能[23]，并對各項功能進行細分[24-25]。生態系統服務是生態系統與生態過程為維持人類生存所提供的自然環境條件與效用[26-27]。相關研究可為生態保護區劃定、生態資源價值核算及生態補償提供科學依據[28-29]。雖然不同研究的分類方式存在一定差異[17]，但整體上生態系統服務可歸納為調節服務、供給服務、支持服務與文化服務[30]。景觀功能來源于景觀生態學與景觀規劃，用于衡量不同景觀對人類需求的滿足，其分類方式與生態系統服務分類具有一定的相似性[10]。例如，有研究將景觀功能分為調節功能、棲息地功能、生產功能、信息功能與承載功能[18]或生產、生態與文化功能[31]。隨著研究的持續深入與經濟的不斷發展，許多新的功能(服務)被發現，各類分類體系得到不斷完善。

1.2.2“三生”功能劃分

已有研究主要根據“三生”功能的內涵，通過對上述理論的功能分類進行整合，構建“三生”功能分類體系。例如：單薇等[32]基于土地多功能性理論構建“三生”功能分類體系；李廣東等[10]通過整合生態系統服務與景觀功能分類，對“三生”功能進行細化。但由于尚未形成統一的“三生”功能分類體系，不同研究的功能劃分具有一定的差異[4,32]。

因此，考慮功能覆蓋的完整性與減少不同功能的職能重疊，通過梳理現有文獻，匯總“三生”功能分類。生產功能是一個地區經濟發展水平、產業結構與生產效率的直接體現[16]。主要包括：食物供給、藥物供給、基因資源、原材料生產、能源與礦產生產、工業品生產、服務業發展等子功能[4,10,32]。生活功能主要包括：居住承載、交通設施、公共服務、醫療設施、基礎生活保障、購物與餐飲等物質需求，以及教育與科技、休閑與娛樂、文學與藝術、宗教與歷史、美學景觀等精神需求[4,10,18,32-34]。舒適的居住環境與公平包容的社會氛圍，不僅是社會發展的內在要求，也是提高城市競爭力與人才吸引力的關鍵[35]。生態功能主要反映生態環境的質量與承載力，主要包含：氣候調節、水文調節、水源涵養、廢物容納與環境凈化、緩和自然災害、傳粉與授粉、水土保持、養分循環、防風固沙等子功能[4,10,18,32]。

2 “三生”功能評價

“三生”功能評價是認識“三生”空間發展質量，實施空間優化的科學基礎，可分為單功能評價與“三生”功能綜合評價。單功能評價主要關注生活功能與生態功能，其中生活功能評價以宜居性評價為主，生態功能評價主要基于生態系統服務理論與評估方法開展研究。“三生”功能綜合評價方法分為地類合并法與指標體系法。

2.1 單功能評價

2.1.1生活功能

宜居性指一個地區居民所體驗到的生活質量，也是生活適宜程度的客觀評價[35-36]。評價指標體系的構建以“生活空間宜居適度”為出發點，且與生活功能分類高度重合，因此宜居性評價與國土空間優化目標不謀而合。研究范圍覆蓋國家、城市群、省、城市等多種尺度[37-41]。國內外研究的評價指標體系設計具有相對一致性，主要關注以下6 個方面：1)環境健康：要有新鮮的空氣、良好的水質、干凈的街區，同時遠離各種環境污染或有害物質的威脅；2)安全性：擁有健全的防災預警系統、良好的法治、有序的社會秩序與安全的日常生活環境；3)生活便利：公平、健全與便利的公共服務設施，包括：醫療、教育、養老、購物、休閑等生活設施；4)便捷、綠色的交通設施；5)宜人的自然環境：舒適的氣候、優美的景觀與充足的開敞空間；6)人文環境：包容與公正的社會精神，尊重歷史與文化[33-35,38-39]。

評價方法可歸為表征居民感知的主觀評價法與測度區域物質環境質量的客觀評價法。主觀評價通常需要研究者制作問卷，并對社區居民進行訪談[42]。調查方法以抽樣調查為主，包括：簡單隨機抽樣、等距隨機抽樣、分層抽樣等。簡單隨機抽樣與等距隨機抽樣適用于受訪對象個體間差異較小，分層抽樣適用于比較不同群體對居住環境的評價與期望[43]。基于問卷調查、訪談的方式可以更準確的把握居民的主觀感受，有利于對城市內部區域的宜居性進行精細研究[44]。Mahmoudi等[45]在調查中發現公共停車位、道路鋪設、公共服務設施配套、交通狀況是當地民眾普遍關注的問題。也有基于主觀評價法的大尺度研究，但問卷調查的樣本量與研究成本急劇增加[38]。Zhan等[33]基于9325份問卷從城市安全、公共設施便捷度、自然環境、社會文化環境、交通、環境質量6 個維度對全國40個大型城市的居住滿意度進行評價。

客觀評價法主要利用統計數據、衛星影像、POI等數據，以行政區、小區和格網為主要評價單元開展研究。由于社會、經濟統計數據容易獲取，因此以行政區為評價單元的宜居性評價居多，評價指標多以覆蓋率、人均擁有量等比例、均值計算為主[39-40]。隨著城市大數據的豐富，也有研究以小區、格網為評價單元探究區域內部宜居性的空間差異，指標計算以小區或格網中心到不同服務設施的距離為主[34]。顧江等[41]基于實時交通出行數據構建每個小區的半小時生活圈，從生活、交通、教育等維度評價武漢市主城區的生活便利性。

2.1.2生態功能

生態功能評價以生態系統服務理論與評估方法為基礎，主要關注O2釋放[46-47]、CO2固定[48]、水文調節[49]、空氣凈化[50]、授粉[51]、土壤保持[52-53]、水源涵養[52,54]、養分循環[10]等子功能。評價方法可歸納為能值化法、貨幣化法與模型法[55]。由于不同生態功能產生的物理量的單位不同，因此，上述方法的最終目的是整合不同生態功能評價結果，顯化自然資源的價值[50]。能值化法基于能量轉換效率將各種生態系統服務產生的物質量轉換為生成相應物質所需要的太陽能[56]。貨幣化法通過市場價值理論將生態系統服務產生的物質量轉換為市場價格[57]，或根據謝高地等[30,58]核算的單位面積價值量計算生態系統服務價值。模型法是生態系統服務理論與評價方法的軟件集成，通過計算機模型核算生態系統服務產生的物質量或價值量，進而評估不同區域的生態功能[59]。目前，基于InVEST(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs)、ARIES(Artificial Intelligence for Ecosystem Services)、SolVES(Social Values for Ecosystem Services)與MIMES(Multi-scale Integrated Models of Ecosystem Services)等模型的研究較多[60-64]。其中InVEST模型使用簡潔、功能多樣，受到廣泛應用，可定量評價與模擬碳存儲、土壤保持、水體凈化等多種生態功能[63,65-68]。但InVEST模型對一些算法與生態過程的簡化，使研究結果具有一定的局限性[59]。ARIES模型的開發尚不完整，僅適用于案例區的生態系統服務評價[69]。MIMES模型需付費使用，由于價格過高導致使用率相對較低[70]。SolVES模型的適用性較強，但需要花費較多時間用于社會調查[62]。整體上，基于單位面積價值量可以快速計算特定區域的生態功能，但說服力較低。模型法雖然操作簡單，但使用者必須接受部分內置算法的不足。貨幣化法與能值化法通常需要研究人員具有較好的空間分析技術與生態學基礎。目前，相關研究主要使用貨幣化法對各種生態功能進行評價。

2.2 “三生”功能綜合評價

2.2.1地類合并法

地類合并法(圖2(a))以格網為研究單元，主要基于土地利用/覆被數據進行“三生”功能評價，包括地類功能評分與格網統計兩部分[11,71]。地類功能評分指根據土地利用類型與土地利用功能的辯證關系或專家經驗對每種土地類型的生產、生活與生態功能進行分級賦分[11]。格網統計是根據各種地類的評分結果與面積計算每個格網的“三生”功能[71]。例如：崔家興等[7]將不同土地利用類型的“三生”功能分為4 個等級(分別對應0、1、3、5分)，以10 km×10 km格網為分析單元研究湖北省“三生”功能的空間特征與演變趨勢。也有研究根據“三生”功能對不同土地利用類型進行分類，并通過格網內不同功能的土地面積反映“三生”功能強弱[72]。

2.2.2指標體系法

指標體系法(圖2(b))主要利用多源數據(社會經濟統計數據、遙感數據、土壤數據等)，通過構建“三生”功能評價體系，對行政單元或柵格單元的“三生”功能進行定量評價，包括評價體系構建與指標賦權兩部分，研究尺度覆蓋省、城市群與城市[4,10,15]。“三生”功能評價體系的層級設計可歸納為：目標層、準則層、指標層。目標層的設置通常分為生產功能、生活功能與生態功能。準則層為“三生”功能的子功能，主要根據“三生”功能的內涵，并參考土地利用多功能性、生態系統服務分類與景觀功能分類進行設置[10,73-76]。指標層為衡量各子功能的具體指標，注重衡量不同評價單元的功能大小。受評價目的、研究側重點以及對“三生”功能理解不同的影響，不同研究對準則層與指標層的設置差異較大[4,32]。

圖2 兩種“三生”功能綜合評價模式

指標賦權是對各個指標重要性的判斷，是各指標計算結果逐級合并的依據，可分為主觀賦權法與客觀賦權法。主觀賦權法以專家打分法、層次分析法為代表，指專家根據實際情況與自身知識確定各指標權重，優點是不會出現指標權重與實際重要性相悖的情況，但專家經驗對評價體系的科學性具有決定作用[77-78]。客觀賦權法以主成分分析、熵值法、聚類分析為代表，主要根據原始數據之間的關系與特征判斷指標的重要性[79]。此類方法的優點是有較強的數學理論作為支撐，但由于未考慮現實情況，可能出現指標權重與實際情況不符[80]。

3 對已有研究的評述

目前，不同研究對“三生”功能內涵的詮釋相對統一，并針對不同研究區域與尺度，構建了不同的“三生”功能評價體系。但由于“三生”功能評價研究起步較晚，已有研究存在一定的不足，具體包括如下3個方面：

1)“三生”功能分類體系尚未統一。“三生”功能的科學分類是開展“三生”功能評價的基礎。目前，相關研究對“三生”功能分類理論關注較少，主要從各自研究角度對“三生”功能內涵進行解讀，并借鑒土地利用多功能性、生態系統服務、景觀功能分類等理論進行功能分類，缺少對“三生”功能內涵及形成機制的研究，分類體系的設置往往服務于特定研究案例，尚未形成統一的“三生”功能分類框架。

2)“三生”功能綜合評價指標體系及方法研究亟需加強。其中，地類合并法操作簡單，需要土地利用數據具有良好的分類精度，但研究結果的可靠性與專家知識及研究者對土地功能的判斷密切相關，且僅能反映生產、生活與生態3 種基本功能。指標體系法的準則層設置、指標計算方法差異較大，沒有形成科學的、統一的評價指標體系，因而使不同區域的研究不具備可比性。指標設置僅注重核算各個功能的大小，忽視了不同功能形成的客觀原因與背景、居民對不同功能的需求差異以及政府實施國土空間優化的最終目標，進而影響評價結果的準確性與應用性。

3)單功能評價僅限于生活與生態功能，其研究視角、指標計算方法與“三生”功能綜合評價內的生活、生態功能評價具有明顯差異。生活功能評價以宜居性評價為核心，關于城市內部的研究重點有待轉變：①客觀評價主要關注各項服務設施的可達性，評價對象與居民需求錯位；②主觀評價主要以居民評分作為各項指標的評價結果，對研究結果反映的實際問題缺乏深入探討(如：鄰里關系、居住環境質量等)，未對問題的形成根源與解決方式進行深入研究。因此，相關研究難以直接指導城市內部生活功能的優化。生態功能評價主要以生態系統服務理論為基礎，評價方法成熟且多樣，但相關研究注重指標計算，忽視地理環境對生態功能的決定作用以及不同景觀在不同地區維持生態安全的獨特性。例如，在現有研究框架下，林地的生態功能往往高于草地。但在我國半干旱地區，草地作為優勢景觀，比林地更適合當地氣候環境，發揮著防風固沙、保持水土等重要功能。南方地區水熱條件良好，林地作為主要生態景觀，也發揮著相似的生態功能。因此，兩種景觀在維持相應地區的生態穩定中均具有不可替代的作用，但現有研究難以表征不同景觀在不同地區保障生態安全的重要地位。

4 對未來研究的展望

本研究對“三生”功能的內涵、承載主體、發展目標、功能分類與相關評價方法進行了系統梳理，分析了“三生”功能評價取得的成果與不足。未來“三生”功能評價應加強以下研究：

1)科學界定統一的“三生”功能內涵，辨析“三生”功能形成機制，完善“三生”功能分類體系。基于人類需求、人地關系理論、供需理論及可持續發展等理論，詮釋“三生”功能內涵，辨析“三生”功能之間關系及其形成機制。重視多學科知識融合(如：地理學、土地科學、生態學等)，借鑒土地多功能、生態系統服務、景觀功能的分類方法，建立多尺度、多層次的“三生”功能分類體系。

2)建立科學的、差異化的“三生”功能評價指標體系。國土空間作為“三生”功能評價的對象，具有組成結構復雜、尺度多變的特點，且不同功能具有明顯的地域性與不同的發展目標。因此，應根據“三生”功能內涵、承載主體、發展目標及國土空間優化需要，并結合不同區域的自然、社會經濟環境、發展戰略與居民需求，通過篩選表征“三生”功能的具體指標，建立適用于不同尺度、不同地域的“三生”功能評價指標體系。評價指標應注重衡量不同功能的發展現狀與發展目標的差距。

3)加強“三生”功能評價方法研究。綜合集成多源數據(統計數據、遙感數據、地質數據、氣象數據等)與多學科方法模型(生態學、環境經濟學、氣象學等)，實現評價結果的柵格化與定量化，衡量不同環境下各項功能的合理性與可持續性，為“三生”功能優化及國土空間管理提供科學依據。在指標賦權方面，應綜合運用主觀與客觀2種賦權方法，提高評價結果的科學性與準確度。

4)加強“三生”功能評價結果的應用研究。目前研究僅停留在功能計算以及對結果的分析與討論，政策建議以宏觀層面的戰略指導為主。鑒于“三生”功能由不同的服務設施、景觀或產業支撐，“三生”功能優化的實質是對各個功能承載主體的優化布局。因此，未來可通過改進評價體系與指標計算方法，使評價結果可以直接指導國土空間優化、產業結構調整與完善公共服務設施。

根據以上分析，本研究構建“三生”功能評價研究框架，分為理論層、評價層與應用層(圖3)。理論層基于人地關系理論、可持續發展理論及土地利用多功能性等理論，詮釋“三生”功能內涵、形成機制、相互關系、承載主體與發展目標。評價層是對國土空間各項功能科學性與合理性的檢驗：生產功能評價考慮了可持續評價模塊，用來衡量生產功能的可持續性；生活功能評價涵蓋居民日常購物、教育、醫療、出行等多種需求，主要考察各項功能設施對服務目標的覆蓋程度與供需差距；生態功能評價與國土空間規劃接軌，包含不同地區的主要生態退化問題及重要生態功能。在評價方法上，綜合運用多源數據與多學科方法，針對不同功能的特點與評價目的選擇合適的計算模型。各功能評價結果可以直接指導“三生”功能優化。生產功能評價：可根據承載力評價結果優化產業結構。生活功能評價：各項設施的覆蓋范圍與供需分析可以指導各類設施布局與各項公共服務資源的優化配置。生態功能評價：評價結果可用于生態紅線的劃定，有利于對生態重要區與生態脆弱區進行有目的的保護與修復。

圖3 “三生”功能評價研究框架