基于生態位適宜度的山東省國土空間功能分區研究

任付月，王 萍

（曲阜師范大學地理與旅游學院，山東 日照276800）

現階段，我國人口—資源—環境壓力不斷加劇，迫切需要通過國土規劃指導國土空間實現可持續開發。中央提出應堅持實施主體功能區戰略，推動區域協調發展，構建高質量發展的國土空間布局和支撐體系，優化國土空間分區成為亟須解決的重要問題。國土空間分區是制定和實施社會經濟發展戰略的基礎，然而，單純的對自然或某一部門進行的區域劃分，已經無法適應新形勢下社會經濟可持續發展的要求，這就迫切需要在自然生態要素與經濟社會要素統一協調的基礎上進行綜合分區[1-2]。國外關于國土分區的研究開始較早，如Fulong Wu等將社區和開發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模型[3-4]；可持續視角下美國芝加哥地區利用土地利用功能分區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進行開創性研究[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進行研究。區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”應用的方向發展[7]。但以往的土地利用功能分區研究主要集中在定性與定量相結合的方法上[3，5]，區劃指標選取多偏重于農業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、經濟功能和生態功能，進行適宜性評價后再分區[3]，將分區目標向可持續發展方向轉移的研究較少[8]。生態位理論作為生態學最重要的基礎理論之一，引入國土空間功能分區研究中，對實現國土空間生態優化設計、自然資源的持續利用具有重要意義。

生態位主要表示某一生態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，把生態位理論擴展到自然—經濟—社會復合生態系統中。劉建國提出生態元和生態位概念，為生態位理論在資源利用、評價和生態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、動態變化除受經濟社會影響外，與自身調節同樣有關，與生態位理論相吻合[14]。近年來生態位理論廣泛應用于土地利用分區與評價領域，將某一土地利用類型看作生態元，計算其生態位，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展中的地位[16-17]。念沛豪等賦予生態位理論在功能方面的新內涵，構建基于生態位理論的功能評價模型，與省內現行主體功能區劃、生態功能區劃等相關區劃進行銜接，從而對土地利用功能進行評價與調控[2]。蒙莉娜等從生態角度出發，對土地利用功能分區進行定量研究，提出了土地利用生態位的概念，并以土地利用生態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[18]。該理論在進行土地利用分區研究中，除了考慮經濟社會因素，還注重對生態環境的影響，研究尺度適宜于省域、市域、縣域、村域等大、中、小尺度[3，18]。

本文以生態位理論為基礎，依據生態位適宜度模型構建指標體系，對山東省各區縣國土空間利用現狀進行適宜性評價和功能分區，優化國土空間布局。這對于嚴格保護耕地，規范國土資源開發利用，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劃工作提供參考支撐。

1 研究區概況

山東省位于我國華東地區，轄16個地級市，55個市轄區、26個縣級市、53個縣，合計134個縣級行政區。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、西部發展差異大，東部經濟發達、發展快，西部經濟落后、發展慢。經濟快速增長與不協調發展、人口膨脹給社會帶來了較大負荷，對未來可持續綠色發展造成影響。

2 研究方法與數據處理

2.1 生態位適宜度模型

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

式中，Si代表某種評價單元中第i個評價因子生態位的“態”，xi1為評價因子的現實值，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。

將現實生態位對最適宜生態位的趨適作用強度定義為生態位的“勢”[18]：

式中Pi代表某種評價單元中第i個評價因子生態位的“勢”，n為評價單元個數。

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

式中，Ni表示某種土地利用生態位的值，當所求生態位的值為數量生態位時，Si代表某種評價單元中第i個評價因子生態位的“態”，即第i類土地利用類型的數量，Pi代表某種評價單元中第i個評價因子生態位的“勢”，即第i類土地利用類型中樣本因子生態位值與理想因子生態位值的差；而當所求生態位值為經濟生態位時，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。

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

2.2 數據來源

本次實驗所涉及的耕地面積、林地面積、建設用地面積、農業機械總動力、農業產值、牧業產值、工業產值、GDP、糧食產量等數據來源于《中國縣域統計年鑒》、各地級市2018年統計年鑒；城鎮人口、進出口額等數據來源于各縣區2018年國民經濟和社會發展統計公報。德州市農業產值和牧草業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據缺失較多且無其他獲取方式，因此本文將獲取到的2009—2015年數據利用線性回歸函數取近似值。

2.3 數據處理

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展實際，構建體現山東省不同區域發展目標的指標體系（表1）。首先，山東省農業資源豐富，為保障糧食生產安全，優先考慮農業發展適宜度，從耕地數量、農業產值、農業消耗方面選取了5個評價指標；《山東省土地利用總體規劃（2006—2020年）》（以下稱《規劃》）中將“推進城市化發展戰略，提升區域競爭力”作為加強區域經濟的戰略選擇。因此本研究將城鎮發展作為研究國土空間適宜度的指標層，并選取建設用地數量、城鎮人口密度方面的4個評價指標；“加強生態環境保護，建設綠色山東”作為山東省未來15～20年的發展戰略，貫徹以自然生態系統的建設與保護為重點，注重生態效益和經濟效益有機結合的生態理念。本文設置生態環境保護指標層，主要選取林地數量、綠化用地數量方面的3個評價指標；轉變經濟增長方式、促進產業經濟協調發展，山東省新舊動能轉換重大工程全面開展，分別構建產業發展指標層與外貿發展指標層，選取工業產值、進出口數額方面共4個評價指標。

表1 國土空間功能分區的生態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，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

根據生態位適宜度模型，計算各縣域不同發展方向下的生態位適宜度數值（SA）；利用ArcGIS軟件對各縣域的生態位適宜度進行賦值，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 基于生態位理論的國土空間功能分區規則

3 結果與分析

3.1 生態位適宜度空間差異分析

全省以縣域為評價單元的生態位適宜度空間分布情況如下。

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

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

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

（4）產業布局等級為最適宜與較適宜地區相對于較不適宜與不適宜的地區來說處于劣勢，且高值地區相對分散，如鄒平、河東、榮城等地；與生態發展適宜度對比，發現兩者呈一定的負相關，說明工業發展適宜度在生態競爭中發展動力不足，尚有較大的優化空間。

（5）外貿發展適宜度分布區大多分布于東部沿海地區，高值地區如黃島、嶗山等地，其對外經濟發展快速，相較于內陸地區在生態競爭中占優勢，發展動力強勁，且沿海縣區外貿發展適宜度與城鎮發展適宜度正相關。

3.2 國土空間功能分區設計

國土利用是受人為因素、政策因素干擾強烈的人類活動，國土空間規劃與利用需要根據各地區土地利用資源現狀、經濟社會發展規劃目標及土地利用政策進行調整[4]。本文依據各功能區的生態位適宜度空間分布狀況，并結合《規劃》，按照不同區域的資源環境承載能力、現有開發強度和未來發展潛力，將全省綜合劃定為五大國土空間功能區：農業發展功能區、城鎮發展功能區、生態環境保護區、產業發展功能區和外貿發展功能區。在劃定綜合分區時，通過比較各個區縣的適宜度范圍與生態位的值，優先安置農業發展、生態環境保護空間，劃出適宜度等級高的農業縣域與最適宜作為生態環境保護地的縣域，充分發揮各類用地的生態功能。為了協調產業布局，實現區域協調發展，對其余三個功能區按照適宜度范圍合理調整與開發，探索與建立生態保護、產業發展和人口集聚相適應的環境友好型國土空間利用模式。

3.3 分區利用的建議

（1）農業發展功能區。堅持耕地保護制度，堅持從確保糧食安全、維護社會穩定、促進生態文明出發，把基礎性、戰略性資源保護放在首位，嚴格保護農用地尤其是耕地。結合當前發展的主要前提——生態，建立基本農田保護區、農業發展保護區，對農用地實行優化管控；提高傳統農業向現代農業的轉變效率，控制建設用地的規模。

（2）城鎮發展功能區。城鄉統籌發展，加快城市化發展進程，合理調整人口與資源分布，避免區域超負荷運轉。通過規劃手段控制建設用地規模，或采取城鄉建設用地增減掛鉤，提高建設用地利用強度，減少對農用地及其他用地的占用，優化國土空間資源配置。

（3）生態環境保護區。生態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，全面提升發展質量和效益，嚴格落實生態保護政策，創新發展模式，發展低碳技術，維護和擴大綠色生態空間，增強生態系統固碳能力和防災減災能力，實現資源環境可持續發展。

（4）產業發展功能區。堅持創新引領發展，推進科技強省建設，重點發展工業園區及其配套產業，與生態環境保護密切結合，引領相關產業轉型升級，著重發展高新技術產業和無污染產業。

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

4 結論與討論

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

本文以生態位適宜度理論為側重點進行研究，所得分區方案與山東省總體分區方案存在差異。生態環境保護區與主體功能布局中的生態重要性評價區存在較高程度的重合，城鎮發展功能區與總規中城鎮化率分布存在異同，說明現階段生態建設在城鎮發展中存在不協調現象。但限于數據獲取困難，本文僅就城鎮與生態與總規劃進行對比，其他區劃的異同仍需進一步研究。