京津冀国土空间服务分布特征研究

刘文平, 汤怀志, 桑玲玲, 梁梦茵

京津冀国土空间服务分布特征研究

刘文平1,*, 汤怀志2,3, 桑玲玲2, 梁梦茵2

1. 华中农业大学园艺林学学院, 武汉 430070
2. 国土资源部土地整治中心, 北京100035
3. 国土资源部土地整治重点实验室, 北京 100035

科学合理地诊断国土空间服务是实现京津冀国土空间资源合理利用与管理以及人类福祉可持续发展的基础。基于专家经验法建立了土地利用类型单位面积国土空间服务相对当量表, 在此基础上定量化绘制了京津冀国土空间服务供给现状图, 并利用GIS密度分析、叠加分析等工具对其空间分布特征进行了研究。结果显示, 京津冀北部燕山和太行山地区、坝上草原和冀西北山区所提供的服务类型主要是以生态调节服务和生境服务为主; 冀中南平原区城市外区域主要提供生物质生产服务、能源矿产储藏服务、景观文化服务; 而平原区城市区域则主要提供住行与公共场所服务、生产场所承载服务。

国土空间; 国土空间服务; 分布特征; 京津冀

1 前言

京津冀是继长三角、珠三角之后迅速崛起的中国第三大城市群, 在我国区域经济格局中占据着重要地位[1]。然而, 由于受行政区划、资源禀赋以及人口随城市化进程不断向城市聚集等影响, 京津冀城市群资源利用不节约[2–4]、产业结构不合理[5]、生态环境污染[6–7]等问题日益凸显, 给城市群各区域发展及其周边环境带来了巨大压力。国土空间作为城市发展的载体, 是制约京津冀发展的核心要素[8]。尽管十八大报告提出生态文明建设要“优化国土空间开发格局”, 但目前京津冀国土空间发展仍围绕基于土地数量、结构、性质、权属等方面[9–11], 当前城市群国土空间不合理的资源利用问题依然没有解决[12]。而有关国土空间资源利用与管理方面的研究, 目前国内外对城市发展的土地利用现状特征[10,13]、时空动态变化[14–15]以及土地利用相关政策与法律[16]等多方面进行了大量探讨, 且取得了显著进展。而在与人类福祉紧密联系的国土空间服务方面, 主要集中在有生物成分参与的生态系统服务或其价值[17–18]的研究, 忽略了国土空间非生物组分对人类福祉的贡献, 使得当前城市发展中国土空间利用与人类利益冲突的矛盾不断升级, 资源与环境一体化管理问题亟待解决。

国土空间服务主要关注国土三维空间功能及其与人类福祉的联系, 是由国土空间中的物理组成、生物组成、环境组成等产生的对人类生存有贡献的功能, 是实现国土空间资源合理利用和管理以及人类福祉可持续发展的基础。广义上讲, 被人类利用的国土空间功能都可称为国土空间服务, 既包括由生物要素主导提供的水源涵养、空气净化等服务,也包括由非生物要素主导提供的生产场所、庇护所等服务。与生态系统服务不同, 国土空间服务的实现不要求生物组分必须参与。如道路对人类提供的交通服务, 由于没有生物组分的参与就不是生态系统服务, 但却属于国土空间服务。由于国土空间具有多功能性和功能混合性, 一处空间往往具有多种服务, 而各服务之间则可能会以重叠和交叉的形式呈现。除与生态系统多种服务在同一空间混合重叠(如公园绿地提供的降温服务与空气净化服务在同一空间内混合重叠)相同外, 国土空间服务还表现出同一土地空间内服务层层重叠的特性, 如底层商铺上层住宅的国土空间所提供的层层重叠的商业服务与居住服务。充分认识国土空间多项服务的重叠性以及科学合理地诊断国土空间服务现状是京津冀有效整合国土资源, 优化空间结构, 促进区域社会经济与环境协调统一发展的重要前提。本研究即是在此背景下, 定量化诊断了京津冀国土空间服务的供给现状和空间分布特征, 以期识别出京津冀国土空间服务的地域分异特征, 为京津冀一体化可持续发展提供参考。

2 研究方法

2.1研究区概况

京津冀是指由北京市、天津市和河北省所覆盖的行政边界范围内的所有区域(东经113°04′—119°53′, 北纬36°01′—42°37′), 总面积21.8万km2。该区域地处环渤海地区和东北亚的核心区域, 背山面海, 是中国华东、西北、华北连接东北的必经之地。京津冀地区矿产资源、旅游资源和文化遗产资源等非常丰富, 工业基础和科技力量雄厚, 是我国经济发展的第三增长极。

2.2国土空间服务供给相对评估

不同土地利用类型提供国土空间服务的种类和能力不同。为便于简化量化京津冀国土空间服务,本研究假设单位面积不同类型土地提供的各项国土空间服务具有一个特定当量值。参考谢高地提出的中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表[19–20], 以及不同土地利用类型生态服务价值单价[21–22], 并结合实地调查情况, 利用专家经验法确定出各土地利用类型单位面积的国土空间服务相对当量表(表1)。基于该当量表, 利用GIS软件对京津冀2011年土地利用现状地块(1:50万)进行各单项服务赋值, 定量化绘制京津冀国土空间各单项服务相对供给图。本研究将国土空间服务划分为7类进行研究, 即生物质生产服务、能源矿产储藏服务、生产场所承载服务、住行与公共场所服务、景观文化服务、生态调节服务、生境服务。

2.3国土空间关键服务分布特征

(1) 基于2.2共可获得7类国土空间服务供给图,且每一类服务值范围为1—10, 因而假设当国土空间提供的某类服务值大于5时, 即可认定该空间为该类服务的主要提供区, 或者说该类服务为该空间的关键服务。分别提取每一类服务供给图中服务值大于5的区域, 以识别不同区域的关键服务类型。为进一步分析这些关键服务的空间分布特征, 利用GIS密度分析工具分析提取出的这些关键服务提供区域的密度分布情况, 并运用Natural breaks法将计算获得的密度图划分为高、中、低三类, 以清楚展示各服务主要提供区的空间集聚与分散特征。

(2) 利用GIS栅格计算器工具将上一步获得的7类国土空间服务高值分布分级图相叠加, 获得国土空间服务类型数量分布图, 分析国土空间的多服务利用情况。

表1 不同土地利用单位面积国土空间服务相对当量Tab. 1 Relative equivalent per unit area of land spatial services

3 研究结果

3.1京津冀国土空间服务

(1) 生物质生产服务。京津冀国土空间生物质生产服务空间分布具有明显的地域差异性(图1a, 图2a), 总体呈现出东南较高而西北较低的格局, 其中冀中南平原区是该项服务的主要提供区。该区土地利用类型中耕地占主导地位, 由耕地提供的粮食供给构成了主要的生物质生产服务。在北京市、天津市和石家庄市等人口密集的大型城市周边, 生物质生产服务均较高。近年来, 随着土地开发程度不断提高, 建设用地面积持续上升, 农田面积不断减少[23],该区生物质生产服务总量也随之逐年下降。

(2) 能源矿产储藏服务。几乎所有的能源矿产储藏服务高值区域都集中在京津冀环渤海滨海区域区域(图1b, 图2b), 此区域也是近年来经济发展较快的区域。而其他一些能源矿产储藏服务提供区则主要零星分布于京津冀的北部区域, 河北省的开滦、蔚县、宣化下花园、邢台等几大矿区分布较为分散, 主要分布在唐山、张家口、石家庄、邢台和邯郸五个城市。天津煤炭资源则主要集中在宝坻区, 但储量少。而北京能源矿产服务主要集中在城市西南区域。

(3) 生产场所承载服务。北京市、天津市和石家庄市是京津冀国土空间生产场所承载服务的高服务区, 而其余该服务的较高提供区则主要分布于连接北京与石家庄的高速公路两侧辐射区域(与交通干道走向相契合)(图1c, 图2c)。生产要素资源的流动在很大程度上取决于交通的便利性。高速铁路建成通车后, 北京-石家庄一小时可以到达[24], 这种便捷性促进了京津冀地区能源、物资与信息的流动, 形成了国土空间生产场所承载服务的高值提供区。从服务分布面积上来看, 北京的生产场所承载服务面积最大, 这可能与其城市面积基数较大有关。

图1 京津冀国土空间服务供给分布图Fig. 1 Supply map of land spatial services of Beijing-Tianjin-Hebei region

(4) 住行与公共场所服务。住行与公共场所服务以北京市、天津市为两高服务核心, 几个零星地级市为较高服务提供区, 而其他大部分区域则为低服务提供区(图1d, 图2d)。这可能与京津冀大部分区域城市发展受制于其苛刻的自然条件有关, 如沙化严重的坝上草原和石化严重的燕山和太行山区等[25],从而造成这些区域城镇数量少, 住行与公共场所服务提供区域少, 特别是西北部的山区地带。从空间分布上看, 住行与公共场所服务提供区主要集中分布于北京和天津两市, 以及零星分布于京津冀东部和南部的平原地区。这种分布格局与京津冀区域经济发展的空间特征一致。京津两市之间的连接地带则也是住行与公共场所服务的提供区域, 这是因为该区域有环绕北京、天津两大直辖市的一些中小城镇, 这些地方也是该服务的主要提供区域。

(5) 景观文化服务。京津冀国土空间景观文化服务高值提供区主要集中在北京、天津和石家庄城市区域, 较高服务提供区则是围绕以上三城市之间的高速公路两侧蔓延分布(图1e, 图2e)。这些区域提供的景观文化服务包括北京的八达岭长城遗址、故宫、天坛、圆明园、颐和园等, 天津的盘山、古文化街旅游区以及河北的太行山、北戴河等山水旅游资源。

(6) 生态调节服务。京津冀国土空间生态调节服务提供区域主要分布于北部山地区(图1f, 图2f)。北部燕山和太行山地区的土地利用主要以森林、灌丛和灌草为主, 植被覆盖率高, 具有较高的土壤形成与保护、气体调节、气候调节和生物多样性保护服务[26]。坝上高原和冀西北山区同样是生态调节服务的高值提供区, 是土壤形成与保护、生物多样性保护的主要集中区域, 但该区近年来由于草场放牧过度, 导致生态调节服务逐年下降[27]。整体来看, 京津冀东南部平原区生态调节服务较低, 而北京、石家庄等城市区域的生态调节服务值最低。

(7) 生境服务。京津冀东北部是国土空间生境服务的高值提供区, 燕山和太行山地区是生物多样性保护服务的高值集聚区域(图1g, 图2g)。该区域自然植被覆盖度高, 人工干扰少, 物种资源丰富, 是生物栖息地和避难所的最佳空间。京津冀西北部是国土空间生境服务高值分布的较高区, 该区同样以自然山林景观为主, 具有生境形成的天然优势。与北部区域不同, 京津冀东南部平原区则由于人工干扰严重、自然植被稀少而成为生境服务最低的区域,加强该区域生态环境保护显得尤为必要。

图2 京津冀国土空间服务高值集聚区分布图Fig. 2 High value distribution of land spatial service in Beijing-Tianjin-Hebei region

3.2京津冀国土空间关键服务类型数量特征

京津冀国土空间关键服务类型数量空间分布结果显示, 多服务(5—6项服务)提供区主要分布于北京、天津、石家庄的城市周边区域, 以及廊坊、唐山、保定、邯郸和张家口城区; 较多服务(4项服务)提供区主要分布于沧州、衡水和邢台城区; 其余城市国土空间所提供的服务均少于4项(图3)。结合图2结果综合来看, 京津冀北部燕山和太行山地区、坝上草原以及冀西北山区所提供的服务类型较少, 主要是以生态调节服务和生境服务为主。虽然冀中南平原区城市外的其他区域土地利用主要是以耕地为主, 但该区域是整个京津冀的人口主要分布区域,同时也是城镇扩张速度最快的区域[24], 因而该区域国土空间服务类型较多, 不仅包括生物质生产服务,还容纳了生产场所承载服务、能源矿产储藏服务、景观文化服务等。而处于高度城市化发展的北京、天津和石家庄城区则主要以建设用地为主, 且是京津冀人口的高度密集区域[28], 因而其国土空间服务类型相对较少, 不能充分提供生物生产服务、能源矿产储藏服务、生态调节与生境服务等多项服务,而主要以住行和公共场所服务为主。整体来看, 北京、天津的国土空间服务形态较相似, 且中间由廊坊等地相连, 具有较强的空间联系。而其他城市, 如石家庄、保定、邯郸等地, 则各自与周边环境国土空间服务形态差异较大, 形成了各自的“孤岛”服务中心, 城市间的空间联系较弱。京津冀北部的张家口与承德两市与其他城市之间的国土空间服务形态差异最大, 空间联系最弱。这可能是因为山区经济发展属性相异, 发展水平有高有低, 国土空间服务与平原区相差较大。

图3 京津冀国土空间服务数量分布图Fig. 3 Numbers of land spatial service in Beijing-Tianjin-Hebei region

4 结论与讨论

4.1结论

国土空间服务可以作为衡量区域国土空间资源利用质量的一个综合性指标。京津冀国土空间服务发展具有空间差异性。北部燕山和太行山地区、坝上草原和冀西北山区主要提供生态调节服务和生境服务, 冀中南平原区城市外区域主要提供生物质生产服务、能源矿产储藏服务、景观文化服务; 而平原区城市区域则主要提供住行与公共场所服务、生产场所承载服务。

4.2讨论

(1) 自然地理背景的不同和人类利用方式与强度的地域差异, 导致了国土空间服务呈现出显著的多样性空间分异特征。这种差异实质上是人类选择下多重国土空间服务相互权衡与协同的结果。京津冀地区国土空间服务类型数量低值区是服务权衡的主要区域。这些区域一种情况是限于自然地理背景条件而常常以少数几种服务为主导, 如承德市由于山林地较多提供了大量的生态调节服务和生境服务,而其他服务则较少被提供; 另一种情况是由于人类对某一方面服务的过度强调, 使得该区域朝单方面服务高效率发展而其他服务被抑制, 如北京市城区最大限度地挖掘了居住与生产场所承载服务, 而降低了生态调节等其他国土空间服务的提供, 从而引发了城市各种生态环境问题的产生。京津冀地区服务数量高值区是服务协同的主要区域。这些区域的一处空间可以同时提供多种服务, 反映了人类需求的复杂性与多样性, 如北京市城市近郊区多数国土空间可以同时提供4种以上服务。

(2) 一般来说, 一个有限的国土空间能够提供的服务类型和数量越多, 人类福祉就越容易得到满足, 该区域就越可能朝着可持续的方向发展。对区域内国土空间关键服务类型数量空间聚集程度和区域的识别, 有利于以最节约的资源维护国土空间安全, 同时也打破了京津冀地区行政界线的划定, 对统筹京津冀社会、经济、生态一体化发展具有重要意义, 是人类福祉可持续发展的重要内容。

(3) 本研究旨在探讨京津冀国土空间服务的空间异质性, 因而采用了国土空间服务当量这种定量化服务相对值的方法。这种方法操作简便, 能够快速诊断出国土空间服务的高值集聚区域, 对国土空间管理和优化决策的制定具有重要作用。然而, 由于不能准确定量化各项服务的绝对值, 因而该方法尚不能对国土空间资源数量优化做出指导。同时,由于该方法中国土空间服务当量的确定依赖于专家经验, 因而具有一定程度的主观性, 可能会高估或低估某种国土空间提供的某项服务, 这需要在后期研究中继续深入探讨。

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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

刘文平, 汤怀志, 桑玲玲, 等. 京津冀国土空间服务分布特征研究[J]. 生态科学, 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

国土资源部公益性行业科研专项经费项目(201511010)

刘文平(1987—), 男, 山西大同人, 博士, 讲师, 主要从事景观服务与地景规划研究, E-mail: liuwenping@mail.hzau.edu.cn