任付月,王 萍
(曲阜師范大學(xué)地理與旅游學(xué)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(dǎo)國土空間實(shí)現(xiàn)可持續(xù)開發(fā)。中央提出應(yīng)堅(jiān)持實(shí)施主體功能區(qū)戰(zhàn)略,推動區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展,構(gòu)建高質(zhì)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(shí)施社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的基礎(chǔ),然而,單純的對自然或某一部門進(jìn)行的區(qū)域劃分,已經(jīng)無法適應(yīng)新形勢下社會經(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)社會要素統(tǒng)一協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合分區(qū)[1-2]。國外關(guān)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(jīng)濟(jì)模型嵌入一個(gè)元胞自動機(jī)框架中,運(yùn)用GIS技術(shù)構(gòu)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(nèi)以黃秉維為代表在20世紀(jì)初開始對國土空間分區(qū)進(jìn)行開創(chuàng)性研究[6],隨后國內(nèi)愈來愈多的學(xué)者開始從自然、社會及經(jīng)濟(jì)等不同角度對土地利用功能分區(qū)進(jìn)行研究。區(qū)劃研究經(jīng)歷了由單一化向綜合化、由關(guān)注自然屬性為主到自然和人文屬性相結(jié)合、由專家集成的定性為主向定性和定量相結(jié)合并注重“3S”應(yīng)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(jié)合的方法上[3,5],區(qū)劃指標(biāo)選取多偏重于農(nóng)業(yè)土地利用及自然條件對土地利用的影響, 而非農(nóng)用地指標(biāo)體現(xiàn)不足[7],沒有充分考慮土地利用的社會功能、經(jīng)濟(jì)功能和生態(tài)功能,進(jìn)行適宜性評價(jià)后再分區(qū)[3],將分區(qū)目標(biāo)向可持續(xù)發(fā)展方向轉(zhuǎn)移的研究較少[8]。生態(tài)位理論作為生態(tài)學(xué)最重要的基礎(chǔ)理論之一,引入國土空間功能分區(qū)研究中,對實(shí)現(xiàn)國土空間生態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)、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(yīng)用于生物種群的研究[10-11];之后學(xué)者對其深化與擴(kuò)展,把生態(tài)位理論擴(kuò)展到自然—經(jīng)濟(jì)—社會復(fù)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(jià)和生態(tài)保護(hù)等方面的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)[12-13]。于開寧等在對地下水開采潛力進(jìn)行評價(jià)時(shí),認(rèn)為其空間分布、動態(tài)變化除受經(jīng)濟(jì)社會影響外,與自身調(diào)節(jié)同樣有關(guān),與生態(tài)位理論相吻合[14]。近年來生態(tài)位理論廣泛應(yīng)用于土地利用分區(qū)與評價(jià)領(lǐng)域,將某一土地利用類型看作生態(tài)元,計(jì)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(jīng)濟(jì)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(nèi)涵,構(gòu)建基于生態(tài)位理論的功能評價(jià)模型,與省內(nèi)現(xiàn)行主體功能區(qū)劃、生態(tài)功能區(qū)劃等相關(guān)區(qū)劃進(jìn)行銜接,從而對土地利用功能進(jìn)行評價(jià)與調(diào)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(jìn)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(jià)結(jié)果為表征量,借助GIS對土地利用功能進(jìn)行分區(qū)[18]。該理論在進(jìn)行土地利用分區(qū)研究中,除了考慮經(jīng)濟(jì)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(chǔ),依據(jù)生態(tài)位適宜度模型構(gòu)建指標(biāo)體系,對山東省各區(qū)縣國土空間利用現(xiàn)狀進(jìn)行適宜性評價(jià)和功能分區(qū),優(yōu)化國土空間布局。這對于嚴(yán)格保護(hù)耕地,規(guī)范國土資源開發(fā)利用,加強(qiáng)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。
山東省位于我國華東地區(qū),轄16個(gè)地級市,55個(gè)市轄區(qū)、26個(gè)縣級市、53個(gè)縣,合計(jì)134個(gè)縣級行政區(qū)。省內(nèi)土地資源總量豐富,土地總面積為15.79萬km2,其中農(nóng)用地面積為11.45萬km2,建設(shè)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(hù)形勢嚴(yán)峻。東、中、西部發(fā)展差異大,東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、發(fā)展快,西部經(jīng)濟(jì)落后、發(fā)展慢。經(jīng)濟(jì)快速增長與不協(xié)調(diào)發(fā)展、人口膨脹給社會帶來了較大負(fù)荷,對未來可持續(xù)綠色發(fā)展造成影響。
本文借鑒歐維新等對生態(tài)位“態(tài)”與“勢”進(jìn)行計(jì)算的方法[3],通過各功能因子的現(xiàn)實(shí)生態(tài)位與其最適宜生態(tài)位之間的貼近度計(jì)算生態(tài)位的“態(tài)”:
式中,Si代表某種評價(jià)單元中第i個(gè)評價(jià)因子生態(tài)位的“態(tài)”,xi1為評價(jià)因子的現(xiàn)實(shí)值,x0為評價(jià)因子的理想值,本文選擇各類指標(biāo)值標(biāo)準(zhǔn)化后的最大值為理想值。
將現(xiàn)實(shí)生態(tài)位對最適宜生態(tài)位的趨適作用強(qiáng)度定義為生態(tài)位的“勢”[18]:
式中Pi代表某種評價(jià)單元中第i個(gè)評價(jià)因子生態(tài)位的“勢”,n為評價(jià)單元個(gè)數(shù)。
在計(jì)算各個(gè)評價(jià)因子的生態(tài)位時(shí),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(dāng)所求生態(tài)位的值為數(shù)量生態(tài)位時(shí),Si代表某種評價(jià)單元中第i個(gè)評價(jià)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(jià)單元中第i個(gè)評價(jià)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(dāng)所求生態(tài)位值為經(jīng)濟(jì)生態(tài)位時(shí),Si代表第i類土地利用類型產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)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(qiáng)度;A為轉(zhuǎn)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(qiáng),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(jì)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(jié)構(gòu)優(yōu)化提供更加合理的依據(jù)。
本次實(shí)驗(yàn)所涉及的耕地面積、林地面積、建設(shè)用地面積、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、牧業(yè)產(chǎn)值、工業(yè)產(chǎn)值、GDP、糧食產(chǎn)量等數(shù)據(jù)來源于《中國縣域統(tǒng)計(jì)年鑒》、各地級市2018年統(tǒng)計(jì)年鑒;城鎮(zhèn)人口、進(jìn)出口額等數(shù)據(jù)來源于各縣區(qū)2018年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)。德州市農(nóng)業(yè)產(chǎn)值和牧草業(yè)產(chǎn)值缺失由相鄰年份求均值計(jì)算得出。由于2018年份耕地面積與建設(shè)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。
2.3.1 構(gòu)建指標(biāo)體系
本文在總結(jié)以往功能分類、評價(jià),以及分區(qū)研究成果的基礎(chǔ)上[5,17],結(jié)合山東省自然資源與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展實(shí)際,構(gòu)建體現(xiàn)山東省不同區(qū)域發(fā)展目標(biāo)的指標(biāo)體系(表1)。首先,山東省農(nóng)業(yè)資源豐富,為保障糧食生產(chǎn)安全,優(yōu)先考慮農(nóng)業(yè)發(fā)展適宜度,從耕地?cái)?shù)量、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)消耗方面選取了5個(gè)評價(jià)指標(biāo);《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(jìn)城市化發(fā)展戰(zhàn)略,提升區(qū)域競爭力”作為加強(qiáng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)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(biāo)層,并選取建設(shè)用地?cái)?shù)量、城鎮(zhèn)人口密度方面的4個(gè)評價(jià)指標(biāo);“加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù),建設(shè)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(shè)與保護(hù)為重點(diǎn),注重生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益有機(jī)結(jié)合的生態(tài)理念。本文設(shè)置生態(tài)環(huán)境保護(hù)指標(biāo)層,主要選取林地?cái)?shù)量、綠化用地?cái)?shù)量方面的3個(gè)評價(jià)指標(biāo);轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展,山東省新舊動能轉(zhuǎn)換重大工程全面開展,分別構(gòu)建產(chǎn)業(yè)發(fā)展指標(biāo)層與外貿(mào)發(fā)展指標(biāo)層,選取工業(yè)產(chǎn)值、進(jìn)出口數(shù)額方面共4個(gè)評價(jià)指標(biāo)。
表1 國土空間功能分區(qū)的生態(tài)位適宜度評價(jià)因子體系
2.3.2 計(jì)算權(quán)重
本研究采用熵值法計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。由于所選的各個(gè)指標(biāo)單位不一致,首先按照正向指標(biāo)公式(4)、負(fù)向指標(biāo)公式(5)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化矩陣。
式中,x 'ij為第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個(gè)因子的標(biāo)準(zhǔn)化值,maxxj、minxj為指標(biāo)原始值的最大值與最小值。
然后,計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。
式中,k為常數(shù),ej為第j項(xiàng)指標(biāo)的信息熵,pij為第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個(gè)因子占該指標(biāo)的比重,uij表示第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個(gè)因子的權(quán)重值。
計(jì)算得出各個(gè)指標(biāo)因子的權(quán)重如表2所示。
表2 各個(gè)指標(biāo)因子權(quán)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(jì)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(jìn)行賦值,采用等間距法劃分4個(gè)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
全省以縣域?yàn)樵u價(jià)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(nóng)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(nóng)業(yè)發(fā)展動力強(qiáng),具有較高的農(nóng)業(yè)發(fā)展競爭性,這與縣域內(nèi)農(nóng)用地比重較高,糧食產(chǎn)量與農(nóng)牧業(yè)產(chǎn)值較高密切相關(guān)。
(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(nèi)陸經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)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(nèi)建設(shè)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(qiáng)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(hù)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(nèi)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(qiáng);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(nèi)國土空間生態(tài)環(huán)境逐步改善。
(4)產(chǎn)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?xùn)|、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(fù)相關(guān),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(mào)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(jīng)濟(jì)發(fā)展快速,相較于內(nèi)陸地區(qū)在生態(tài)競爭中占優(yōu)勢,發(fā)展動力強(qiáng)勁,且沿??h區(qū)外貿(mào)發(fā)展適宜度與城鎮(zhèn)發(fā)展適宜度正相關(guān)。
國土利用是受人為因素、政策因素干擾強(qiáng)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(jīng)濟(jì)社會發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)及土地利用政策進(jìn)行調(diào)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(jié)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(qiáng)度和未來發(fā)展?jié)摿?,將全省綜合劃定為五大國土空間功能區(qū):農(nóng)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(hù)區(qū)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展功能區(qū)和外貿(mào)發(fā)展功能區(qū)。在劃定綜合分區(qū)時(shí),通過比較各個(gè)區(qū)縣的適宜度范圍與生態(tài)位的值,優(yōu)先安置農(nóng)業(yè)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)空間,劃出適宜度等級高的農(nóng)業(yè)縣域與最適宜作為生態(tài)環(huán)境保護(hù)地的縣域,充分發(fā)揮各類用地的生態(tài)功能。為了協(xié)調(diào)產(chǎn)業(yè)布局,實(shí)現(xiàn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展,對其余三個(gè)功能區(qū)按照適宜度范圍合理調(diào)整與開發(fā),探索與建立生態(tài)保護(hù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和人口集聚相適應(yīng)的環(huán)境友好型國土空間利用模式。
(1)農(nóng)業(yè)發(fā)展功能區(qū)。堅(jiān)持耕地保護(hù)制度,堅(jiān)持從確保糧食安全、維護(hù)社會穩(wěn)定、促進(jìn)生態(tài)文明出發(fā),把基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性資源保護(hù)放在首位,嚴(yán)格保護(hù)農(nóng)用地尤其是耕地。結(jié)合當(dāng)前發(fā)展的主要前提——生態(tài),建立基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)、農(nóng)業(yè)發(fā)展保護(hù)區(qū),對農(nóng)用地實(shí)行優(yōu)化管控;提高傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變效率,控制建設(shè)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(jìn)程,合理調(diào)整人口與資源分布,避免區(qū)域超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。通過規(guī)劃手段控制建設(shè)用地規(guī)模,或采取城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤,提高建設(shè)用地利用強(qiáng)度,減少對農(nóng)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(hù)區(qū)。生態(tài)保護(hù)問題是近年尤為重要的熱點(diǎn)問題,山東省必須加快推進(jìn)新舊動能轉(zhuǎn)換重大工程,全面提升發(fā)展質(zhì)量和效益,嚴(yán)格落實(shí)生態(tài)保護(hù)政策,創(chuàng)新發(fā)展模式,發(fā)展低碳技術(shù),維護(hù)和擴(kuò)大綠色生態(tài)空間,增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)固碳能力和防災(zāi)減災(zāi)能力,實(shí)現(xiàn)資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。
(4)產(chǎn)業(yè)發(fā)展功能區(qū)。堅(jiān)持創(chuàng)新引領(lǐng)發(fā)展,推進(jìn)科技強(qiáng)省建設(shè),重點(diǎn)發(fā)展工業(yè)園區(qū)及其配套產(chǎn)業(yè),與生態(tài)環(huán)境保護(hù)密切結(jié)合,引領(lǐng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級,著重發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和無污染產(chǎn)業(yè)。
(5)外貿(mào)發(fā)展功能區(qū)。增加區(qū)域經(jīng)濟(jì)活力,促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)繁榮發(fā)展,加快轉(zhuǎn)變外貿(mào)發(fā)展模式,增強(qiáng)國際競爭力。
對山東省國土空間利用現(xiàn)狀進(jìn)行分析,生態(tài)環(huán)境保護(hù)區(qū)與農(nóng)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(gè)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(chǎn)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(gè)等級的區(qū)縣少,仍存在進(jìn)一步優(yōu)化的空間;產(chǎn)業(yè)發(fā)展功能區(qū)雖然創(chuàng)造了較大經(jīng)濟(jì)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(jìn)行國土空間功能分區(qū)時(shí),需要推動城鄉(xiāng)區(qū)域協(xié)調(diào)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(yīng)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(biāo)權(quán)重,避免了主觀因素影響。
本文以生態(tài)位適宜度理論為側(cè)重點(diǎn)進(jìn)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(hù)區(qū)與主體功能布局中的生態(tài)重要性評價(jià)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(shè)在城鎮(zhèn)發(fā)展中存在不協(xié)調(diào)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(jìn)行對比,其他區(qū)劃的異同仍需進(jìn)一步研究。