1990—2017年济南都市圈乡村地域功能的时空演化

王云靓，盛科荣，张 杰

(山东理工大学经济学院，山东淄博255000)

在我国改革开放40年间，人们活动和地理环境的关系随着社会的进步而发生变化，不断地向广度和深度发展[1]，尤其在快速城镇化进程中，片面追求国内生产总值(GDP)的“冒进式”发展与空间失控[2]，使城乡二元结构问题突出。2011年6月，我国首次颁布《全国主体功能区规划》，将主体功能区规划上升到国家战略高度，国家“十三五”规划中还提出将主体功能区建设确立为国土空间开发保护的基础制度。在此期间，各地区相继出台乡村景观规划、乡村旅游规划、新型农村社区规划等，但是很多规划内容大同小异，忽略了本地区地域功能时空演化的研究，没有对本地区生态、农业、工业、社会等方面进行深度剖析，随意照搬其他地区的发展规划，导致区(县)层面的地域功能政策和空间规划无法达到预期效果。

长期以来，地理学者在地域分异理论、可持续发展理论的基础上，大多将乡村地域功能简单划分为农业生产、生活、生态功能[3-4]，随着社会的发展，新背景下的我国乡村地域功能的研究应当以乡村社会经济变迁为主线，加强经济、社会、地理、生态的综合研究，探讨空间模式的规律性，指导乡村发展的实践[5]。本文中首先对济南都市圈各区(县)的生态保育功能进行核算，然后基于1990—2017年的历史数据借助GeoDa软件对乡村地域功能时空演化进行探索性空间数据分析，展示快速城镇化进程中县域单元乡村发展的个性与共性，完善济南都市圈乡村地域功能研究体系，为各级部门制定乡村可持续发展战略提供参考。

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况与数据来源

济南都市圈由山东省省会济南市，及其周边的淄博、泰安、德州、聊城等市及滨州市的邹平市共46 个区(县)组成，位于山东省中西部，地理位置为东经115°16′—118°31′、北纬35°48′—37°22′，面积为44 201.99 km2(见图1)。区域内地形起伏较大，东南部以泰山山脉、山东丘陵为主，地势较高，西部、北部为华北平原的组成部分，地势较低。该区域属于由东南季风与西北季风交替控制的温带季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥。

济南都市圈是山东省“两圈四区”战略的重要组成部分，2017年GDP总量为21 560.7亿元，总人口为3 071.57万，平均人口密度为695 km-2，人均GDP为7.02万元，城镇化率约为63.28%。

注：济南都市圈地图从国家标准地图网站下载，地图审批号为GS(2019)3266(http://bzdt.ch.mnr.gov.cn/browse.html?picId=%224o28b0625501ad13015501ad2bfc0211%22)，结合资源环境数据云平台2015 年中国地市行政边界数据(http://www.resdc.cn/data.aspx?DATAID=201)经过ArcGIS10.5软件数字化处理后得到。图1 济南都市圈示意图

本研究以济南都市圈2015 年的行政区划建制为基准，以区(县)为研究单元，但并非探讨区(县)全域空间的地域功能，而是将其中的乡村人口、范围涉及的指标提取出来进行整理与量化。研究数据主要来源于1991、1996、2001、2006、2011、2016、2018 年的《中国县域统计年鉴》《中国农村统计年鉴》《全国农产品成本收益资料汇编》《山东统计年鉴》《山东农村统计年鉴》及山东各地市统计年鉴。

1.2 生态系统服务价值评估方法及改进

本研究基于我国陆地单位面积生态系统服务价值当量因子，由于该值量化的是全国陆地范围的平均水平，无法完全满足本研究的要求，因此，根据济南都市圈的实际情况，从空间异质因子、经济社会因子、资源稀缺因子这3个方面选取相应指标，对单位面积生态系统服务价值当量因子进行修正。此外，为了减少市场经济对农产品价格波动对本研究的影响，根据历年山东省三大粮食产物(水稻、小麦、玉米)的种植比例和2005年的单位面积净利润，计算济南都市圈总生态服务价值。详细的评估方法技术路线如图2所示。

NPP—初级净生产力； NDVI—植被归一化指数； GDP—国内生产总值。图2 生态系统服务价值评估方法技术路线图

谢高地等[6]采用初级净生产力(NPP)、降水量与土壤保持模拟量对不同的生态功能服务价值进行调整与修正，但已有的生态学模型无法全面量化不同生态功能的服务价值。综合考虑空间异质性、经济社会水平差异和我国人、地分布严重不均的现状，提出因子修正模型为

(1)

1.2.1 空间异质修正因子

同一类型的生态系统在不同的自然环境中的生态服务价值不完全相同，发挥的生态保育功能也不尽相同。生物量在形成与积累的过程中，会对生态系统服务价值产生重要影响[7]，而不同地区的生物量积累是不完全一致的，因此，选取降水量、NPP、植被归一化指数(NDVI)进行空间异质因子修正，以区分不同空间位置的同一类生态服务价值，提高结果的精准度。

1)降水量空间修正因子Ei1为

(2)

2)初级净生产力空间修正因子Ei2为

(3)

3)植被归一化指数空间修正因子Ei3为

(4)

1.2.2 经济社会修正因子

由于我国幅员辽阔，各地经济社会发展水平不同，对生态的价值认可程度不同，因此，通过查阅文献，选取城镇化率[8]和人均GDP[9]对研究区经济社会因子进行修正，以提高研究区生态功能价值的可参考性。

1)城镇化率修正因子Ei4为

(5)

2)人均GDP修正因子Ei5为

(6)

1.2.3 资源稀缺修正因子

由于我国人口与自然资源分布不均，单纯依靠自然因子、经济社会因子修正生态系统服务价值当量不够全面，考虑到地理学家胡焕庸在1935 年提出的划分我国人口密度的对比线，即“黑河—腾冲一线”，因此将人口密度归为资源稀缺修正因子Ei6，即

(7)

将以上3 类共6 种修正因子相乘得到各自年份研究区生态系统服务价值修正因子(见表1)。

表1 济南都市圈生态系统服务价值修正因子

1.2.4 标准当量因子经济价值计算

在研究地域功能时，生态保育功能可以通过生态系统服务价值进行量化。本文中将研究区土地利用类型分为6个大类，即耕地、林地、草地、水域、建设用地、未利用土地，计算生态服务价值时核算的是每种土地类型的总量，并未进行功能上的区分。

由于各区(县)在粮食种植方面人为投入不同，因此农田粮食产量不足以反映生态系统自然潜力。以下依然借鉴谢高地等[6]的研究，选择水稻、小麦、玉米这3种主要粮食作物当年的播种面积占比，结合其净利润计算标准当量因子的经济价值。考虑到数据的准确性与可获得性，3种主要粮食作物历年播种面积及净利润以山东省域公布数据为准。为了排除自然与市场因素对粮食价格的影响，统一选取2005 年的净利润作为不变价格进行计算[10]，公式为

(8)

式中：L为标准当量因子为1时的生态系统服务价值，元/ hm2；Ym为每公顷粮食作物m的净利润，元/ hm2；m=1，2，3，分别指三大粮食作物水稻、小麦和玉米；Am为当年三大粮食作物各自的播种面积，hm2；A为三大粮食作物的总播种面积，hm2。

1.2.5 空间异质生态系统服务价值计算

综上，地区总生态系统服务价值计算公式为

(9)

式中：PECV是生态系统服务价值，元；Ak为k类土地利用类型的面积，hm2。

表2 1990—2007年济南都市圈当量因子价值量(按2005年净利润计算)

1.3 乡村地域功能核算指标

1.3.1 生态保育功能

根据济南都市圈自然地理、生态系统的特征，首先结合文献[6]中对我国单位面积生态系统服务价值当量因子的研究，以生态系统服务价值当量较高的耕地、林地、草地、水域作为生态保育功能的主要载体，将其对应的功能类型进行合并； 其次，分别选取降水量、NPP、NPVI、城镇化率、人均GDP和人口密度，分别从空间异质、经济社会、资源稀缺方面进行因子修正； 最后，参考山东省三大粮食作物历年的种植比例，并排除自然灾害和市场价格的波动，选取2005年三大粮食作物单位面积净利润，求出历年生态系统服务价值。研究中生态保育功能数量上与生态系统服务价值相等。

1.3.2 农业生产功能

由于农业生产与农产品加工优先考虑临近产地的区位因素，因此本文中农业生产功能选择农业总产值这一指标，包括农业、林业、畜牧业、渔业及其相关服务业。在济南都市圈内，这部分生产活动主要集中在乡村地区，因此，农业总产值可以反映研究区46 个区(县)乡村地区农业生产功能。

1.3.3 工业发展功能

乡镇企业主要指乡及乡以下创办的工业企业，是乡村工业发展的主要组织。由于2006年以后的乡村工业总产值数据缺失，因此选择乡及乡以下由农村集体经济组织或农民投资为主，在乡镇、村开办的承担支援农业发展的各类企业总产值替代，以量化研究区46个区(县)乡村工业发展功能。

1.3.4 社会保障功能

在我国快速城镇化进程中，乡村不仅是维持农村生活、农业生产的主要空间载体，而且对农民的生活起到重要的保障作用。乡村社会保障功能主要集中在为农民提供就业机会、必要的保障服务[11]。考虑到历年研究数据的可获得性，选取各区(县)的乡村人口数量与该区县乡村人均纯收入的乘积进行度量。

2 乡村地域功能时空演化特征

2.1 历年济南都市圈乡村地域功能价值变化

根据乡村地域功能核算指标，计算出1990—2017年济南都市圈乡村地域功能价值与比例变化(见表3)。在27 a间，济南都市圈乡村地域功能的总价值呈现快速增长的态势，由636.01亿元上升到13 929.69亿元，增长了约22倍。从乡村地域功能的结构看，工业发展功能始终占据主导地位，且处于持续增长的趋势，截止到2017年工业发展功能占乡村地域功能总量的约2/3[12]。

对于4类分项功能，生态保育功能价值一直在4种地域功能中占比最少，尽管27 a间价值量翻了近一番；但是，由于耕地、林地、草地、水域面积的减少，建设用地的迅速扩张，生态保育功能增长缓慢，因此其占比呈逐渐下降趋势。农业生产功能价值总量在27 a间增长了近8倍，但是占比减少了大约2成，这说明研究区乡村地区的地域功能逐渐丰富，呈现多样化趋势，尤其2015年以后，社会保障功能价值超过了农业生产功能价值，表明乡村人口收入不仅仅依靠农业生产，农民工资性收入、财产性收入、转移性收入增加。工业发展功能价值在27 a间增长了34.18倍，是济南都市圈乡村地域功能中增长最快的部分，且处于持续增长的态势，可以看出乡村工业发展对乡村人民生活条件改善起到巨大作用。社会保障功能价值总量在27 a间增长了近20倍，但占比在1995年出现急剧下降后又逐渐上升至20.48%。总体来说，济南都市圈应当重视生态保育功能的培育，对于耕地、林地、草地、水域的保护应当落实到位，充分发挥生态系统服务价值，通过保持水土、合理规划，使地域功能发展朝着环境友好可持续的方向发展。

表3 1990—2017年济南都市圈乡村地域功能价值与比例变化

2.2 济南都市圈各区(县)乡村地域功能时间尺度演化

2.2.1 生态保育功能

济南都市圈各区(县)地域功能时间演变演化如图3所示。由图3(a)可以看出，从时间尺度上来看，济南都市圈46 个区(县)的生态保育功能价值大部分处于先增长、后减少的趋势，在2005 年出现峰值；其中生态保育功能价值较高的地区集中在济南市的长清区、历城区、章丘区，淄博市的淄川区、博山区、沂源县，莱芜市的莱城区(现济南市莱芜区)和泰安市的岱岳区、新泰市、东平县。以上区县主要位于泰山山脉和山东丘陵附近，林地面积占比较大，林地在生态系统服务价值中可提供的功能类型较多，占比较大。整体来说，2005—2017年济南都市圈各区(县)生态保育功能价值高于1990—2005年的。

2.2.2 农业生产功能

由图3(b)可以看出，除泰安市的东平县、肥城市、宁阳县、新泰县在27 a间处于持续增长的趋势之外，其余大部分地区的农业生产功能呈现先增长、后减少的态势，在2010年前后出现峰值。其中比较突出的是济南市历下区、槐荫区、天桥区、市中区和淄博市张店区、周村区，这些市辖区在27 a间农业生产功能处于低值。除此之外，淄博市(济南都市圈东部地区)农业生产功能价值明显低于西部、南部、北部地区。

2.2.3 工业发展功能

由图3(c)可以看出，济南市、淄博市、莱芜市(现济南市莱芜区)以及泰安市的肥城市、新泰市，乡村工业起步较早，整个都市圈东部地区的重工业发展带动乡村工业的发展，使该地区工业发展功能平稳、均衡发展；研究区西南部，尤其是聊城市茌平县、阳谷县、临清市、高唐县等地，自2015年后乡村工业迅速发展。

2.2.4 社会保障功能

由图3(d)可以看出，27 a间大部分区(县)的社会保障功能呈现逐渐上升的趋势；但是，由于各市辖区乡村人口数量较少，城镇化程度较高，因此乡村地域功能社会保障功能价值较低。除此之外，整个研究区乡村地域功能中社会保障功能与其他几类功能相比，分布更加均衡，增长更加稳定。

2.3 济南都市圈各区(县)乡村地域功能空间尺度演化

由于空间数据间不是完全独立的，因此无法直接用经典的统计分析方法揭示与地理位置相关的空间数据关联和依赖性[13]。探索性空间数据分析是对经典统计分析方法进行改进与优化，使之可以适用于空间数据的统计建模分析，其方法主要是选择全域自相关与局域自相关来判断该变异是否存在空间自相关性。

图4为利用GeoDa软件生成的1990、1995、2000、2005、2010、2017年7期济南都市圈4类域功能全域自相关莫兰指数。从数值上看，生态保育功能、农业生产功能、工业发展功能、社会保障功能的7期数值皆大于0，表明这4类地域功能在空间上都是正相关关系，即4类地域功能的发展在空间上有集聚效应。对于4类分项功能，生态保育功能的空间集聚性最强，27 a间维持在0.4左右，表明生态保育功能受生态环境空间分布的影响最大；农业生产功能在1990—2010年间维持在0.25左右，在2015年后，农业生产功能的空间集聚性急剧增强，但并未超过生态保育功能；工业发展功能在27 a间呈波动下降趋势，其中在2000年到达最低点，表明乡村工业发展功能空间分布由集聚走向分散；社会保障功能在27 a间也呈波动下降的趋势，即济南都市圈乡村社会保障功能空间分布呈现随机化态势。

(a)生态保育功能价值(b)农业生产功能价值(c)工业发展功能价值(d)社会保障功能价值注:济南都市圈地图从国家标准地图网站下载,地图审批号为GS(2019)3266(http://bzdt.ch.mnr.gov.cn/browse.html?picId=%224o28b0625501ad13015501ad2bfc0211%22)。结合资源环境数据云平台2015 年中国地市行政边界数据(http://www.resdc.cn/data.aspx?DATAID=201)经过ArcGIS10.5软件数字化处理后得到。图3 济南都市圈各区(县)地域功能时间演化

图4 济南都市圈4类地域功能全域自相关莫兰指数

图5为1990—2017年济南都市圈4类地域功能的局域自相关图。

(a)生态保育功能

(b)农业生产功能

(c)工业发展功能

(d)社会保障功能注：济南都市圈地图从国家标准地图网站下载，地图审批号为GS(2019)3266(http://bzdt.ch.mnr.gov.cn/browse.html?picId=%224o28b0625501ad13015501ad2bfc0211%22)。结合资源环境数据云平台2015年中国地市行政边界数据(http://www.resdc.cn/data.aspx?DATAID=201)经过ArcGIS10.5软件数字化处理后得到。图5 1990—2017年济南都市圈各区(县)地域功能的局域自相关图

1)生态保育功能。由图5(a)可以看出： 1990—2017年研究区生态保育功能空间演化并不剧烈，高-高值主要集中在东南部泰山山脉和山东丘陵地区，说明该地区整体生态环境保护良好，生态系统服务价值得以发挥。低-高值主要分布在高-高值区域的内部和边缘，例如泰安市泰山区和莱芜市钢城区(现济南市钢城区)行政区面积较小，生态保育功能价值总量较小，但空间上呈高度相关； 泰安市宁阳县在2015年后由低-高值变为不显著，说明地类之间转化剧烈，需要注意生态安全性与物种遗传稳定性。低-低值位于德州市平原县，说明该地区生态保育功能价值低且与周边地区空间上相关性较低。

2)农业生产功能。由图5(b)可以看出：1990—2017年研究区农业发展功能空间演化比较剧烈，高-高值主要集中在南部泰安地区和西部聊城地区、北部德州市临邑县、济南市济阳区，其中南部泰安地区平原、丘陵地形丰富，位于泰山山脉和山东丘陵的迎风坡，光照充足，夏季雨水充沛，适宜多种农作物的种植与培育，而西部、北部位于华北平原腹地，地势平坦，土壤肥沃，有河流流经，灌溉水源充足，且农作物种植历史悠久，农业机械化水平较高，容易形成连片农田，农业生产基础较好。低-高值主要分布在高-高值区域的内部和边缘，泰安市泰山区和莱芜市钢城区(现济南市钢城区)行政区面积较小，农业生产功能价值总量较小，但空间上呈高度相关。低-低值主要集中在城镇化水平较高、农业及相关产业发展较少的济南市市辖区和淄博市市辖区，这些地区的农业生产功能既处于低值又与周边地区空间相关性较低；高-低值于2010、2017年出现在淄博市临淄区，表明该地区与周围地区空间相关性较高，但农业生产功能价值较低。

3)工业发展功能。由图5(c)可以看出：1990—2017 年济南都市圈工业发展功能空间演化比较剧烈，高-高值从中东部逐渐向西部转移，济南、淄博两市重工业起步较早，乡村工业发展在1990—2010年功能价值较高且空间相关性较强，西部的聊城市临清市在2015—2017年出现乡村工业产业集聚且发展势头较好。低-高值主要分布在高-高值区域的内部和边缘，受乡村工业产业集聚的影响，空间相关性较高。低-低值呈现出由西南部聊城地区向西北部德州地区转移的趋势，以此可以看出聊城地区乡村工业化在2000年前后开始起步，近几年德州地区乡村工业化处于低值且空间相关性较低，两地应抓住乡村振兴战略机会，将第一、二、三产业协调发展，同时注意乡村人口流失严重，造成劳动力不足的问题。

4)社会保障功能。由图5(d)可以看出：1990—2017年济南都市圈社会保障功能空间演化比较剧烈，高-高值主要集中在东南部且随时间推移，高-高值区域逐渐减少，说明社会保障功能逐渐由集聚变为随机分散，从侧面说明研究区各区(县)的社会保障功能逐渐均衡。低-高值主要分布在高-高值区域的内部和边缘，其社会保障功能处于低值，但空间相关性较高。低-低值主要集中在乡村人口较少的济南市市辖区和农村人均可支配收入较低的德州市平原县。高-低值主要位于德州市齐河县，其社会保障功能处于高值，但空间相关性较低。

3 结论与政策建议

3.1 主要结论

对于乡村地域功能演化特征，本文中主要核算了1990—2017年济南都市圈乡村地域功能总价值及各区(县)的分类地域功能的价值，并从时空演化的角度分别讨论了4类乡村地域功能的演化特征。主要结论如下：

1)27 a间，济南都市圈乡村地域功能的总价值呈现快速增长的态势，由636.01亿元增加到13 929.69亿元，增长了约22倍。从乡村地域功能的结构看，工业发展功能始终占据主导地位，且处于持续增长的趋势，截止到2017年，工业发展功能占乡村地域功能总量的约2/3。

2)从时间尺度来看，济南都市圈46个区(县)的生态保育功能价值大部分处于先增加、后减少的趋势，在2005年出现峰值，价值量较高的地区主要位于东南部。大部分区(县)的农业生产功能呈现先增加、后减少的态势，在2010年前后出现峰值，其中济南市市辖区及淄博市各区(县)的农业生产功能明显低于其他地区。工业发展功能方面，济南、淄博两市的工业发展起步明显早于西部地区的。社会保障功能方面，在27 a间大部分地区呈现逐渐上升的趋势；但是，由于各市辖区乡村人口数量较少，城镇化程度较高，因此乡村地域功能社会保障功能价值较低。

3)从空间尺度来看，4 类地域功能的全域莫兰指数都为正值，其中生态保育功能的空间集聚性最强。根据局域自相关分析可以发现，生态保育功能空间演化并不剧烈，主要集中在研究区的东南部。研究区南部农业生产功能比较稳定且空间相关性强。工业发展功能出现高值集聚且自东向西转移的趋势。社会保障功能表现为由东南部高值集聚向空间分布逐渐均衡转变。

3.2 政策建议

1)基于“双评价”(资源环境承载能力评价和国土空间开发适宜性评价)思想，构建人地和谐的空间格局。济南都市圈在乡村地域功能识别与培育的过程中应基于“双评价”思想，充分考虑生态用地和建设用地的平衡，在生态空间格局方面，要做到：①识别核心自然资源和生态要素；②构建自然资源和生态要素保护格局；③明确自然资源管控要求。在城乡开发利用格局方面，要做到：①城镇发展潜力的空间格局分析；②城乡发展联系和模式判断；③产城、产镇融合发展模式引导；④构建全域城乡开发利用格局。

2)发挥地域功能价值，统筹全要素管控体系。济南都市圈应重视实现城乡经济、社会和文化发展和谐共生，推进城市功能和服务网络向乡村延伸，推进小城镇特色化发展，结合所在乡村片区特色需求，完善旅游服务设施、公共服务设施、生产服务设施和基础设施。例如，东南部山区应依托独特的自然资源禀赋，培育特色乡村振兴路径，将保护山林生态与发展“林下经济”相结合； 西部平原地区应当开展集循环农业、创意农业、农事体验于一体的田园综合体。

3)实现以人为本的服务要素配置。济南都市圈应进一步识别县域乡村地域功能类别，推进以人为本、城乡一体的基础设施和公共服务体系建设，因地制宜、精准施策，充分调动各地生态保育、农业生产、工业发展与社会保障功能，提高人民生活水平，改善人居环境，实现整体福利最大化。