“三生”用地功能分类体系构建与实证分析——以江苏省扬中市为例

李 欣,殷如梦,王 丹,陈添悦,方 斌

(1.南京师范大学地理科学学院,江苏 南京 210023)(2.扬州大学农学院,江苏 扬州 225009)(3.扬州市职业大学资源与环境工程学院,江苏 扬州 225009)

土地是人类主要社会经济活动的载体,人类根据土地的自然属性和社会发展需要,有目的地长期改造、开发和利用土地资源,社会发展过程中所遇到的地-地冲突、人-地矛盾、人-人不和谐等问题均可在土地利用中得以反映[1-2]. 而土地分类是认识土地利用的开始,不仅可以反映土地利用的基本属性和利用状况,还可以分析其演化路径和空间分异格局,为后续研究提供保障. 不同的应用目的、分类理念和社会发展阶段,使得土地利用分类体系的内容各具特色[3]. 如覆盖面较广、分类结果精度较高的IGBP分类体系[4],其分类结果应用广泛但分辨率较低;UMd分类体系[5],准确率高但14类的分类结构较复杂;GLC2000分类体系[6],利用算法自动分类但更新成本高;CORINE分类体系[7],数据结果分辨率高但对植被分类效果不佳;USGS分类体系[4],结构层次分明但不同类别之间较难区分,故由于不同的分类体系其分类标准和分辨率不尽一致,不同数据间的融合应用难以开展. 我国自20世纪80年代以来,根据不同的管理目的、统计手段(遥感解译、土地利用调查、统计调查等)主要形成了《土地利用现状调查技术规程》(1984—2001年)、《中华人民共和国土地管理法》(1986年、1998年、2019年)、《城镇地籍调查规程》(1989—2001年)、《城市用地分类与规划假设标准》(1991年)、《全国土地分类》(试行)(2001年)、《土地利用现状分类》(2007年)、《城市用地分类与规划建设用地标准》(2011年)、《全国主体功能区规划》(2011年)等一系列以土地用途管制为核心的分类体系[8]. 国家层面的土地利用分类体系在多规合一、国土空间规划背景下经自然资源部门整合已基本纵贯相通[9],然而单个主题分区的空间表达存在交叉和重叠,因此要素耦合、模式契合、空间融合研究仍存在障碍. 为此,学者也相继提出了产业结构[10]、生态用地[11-14]、土地利用形式和功能[15-17]相结合的土地利用分类体系. 从土地利用分类体系发展历程来看,大致经历了“土地利用管制-生态意识觉醒-人本主义强化”3个阶段,“以人为中心”的价值取向愈发明显,这也为后续深入研究提供了清晰的方向.

土地利用是一个人文社会与自然环境相互交错影响的复杂系统,人类的生存、生活、生产和发展依赖于土地的本底质量和土地利用效率[18],地域分异规律和社会发展阶段不同,土地所能提供的服务和人类所需的价值也不同,但现有的土地利用分类体系侧重考虑土地利用空间布局的表象表达,土地利用隐性形态的功能、强度、效率等内在属性分类效果稍显不足[19-20]. 一个健康的土地系统需要同时实现结构完整和功能连续,而功能的优化正是实现“以人为中心”考量的基础[8,21]. 早在1989年美国著名土地经济学家巴洛维已提出土地利用需要置于“土地利用-环境效应-社会响应”的循环系统中协同分析,SENSOR计划的经济-社会-环境分析框架进一步理清了土地利用生产-生活-生态功能的内在关联,近年来兴起的土地利用转型理论和衍生而来的土地利用多功能性升华了人们对土地利用的认识,但重新审视土地利用分类体系及发展过程中的问题仍需开展大量研究.

本文在当前土地利用功能分类中融入“人性”要素搭建了“三生”用地功能的分类体系,基于“三生”用地划分-“三生”用地功能表达-“三生”用地功能优化的层级关系,依托多源数据和复合方法从县域尺度和图斑尺度以江苏省扬中市为例,检验分类体系的实际操作性,以期引导土地资源的高效持续利用.

1 “三生”用地概念解析与分类体系构建

1.1 “三生”用地概念溯源

20世纪80年代末到90年代初,日本的稻米文化中首次出现多功能性概念,随后1992年联合国《21世纪议程》采用了多功能农业的概念,并将这一概念推广应用,2001年OECD(Organization for Economic Cooperation and Development)正式对其定义明确界定. 由于农业多功能性概念有效整合了乡村发展经济功能、社会功能、生态功能,契合可持续发展的目标,融合人本主义发展理念,这一概念框架逐步扩展至景观生态、土地利用等领域[22],“人本主义”的价值导向在生产、生活、生态用地利用方面凸显.

1.2 “三生”用地概念解析

在人类出现以前,土地自然生态系统按照自然规律和变化周期发展,随着人类出现与进化,土地自然生态系统的演变在人类活动干扰下演化出半自然生态系统和人工生态系统,因而人类与土地生态系统存在交错复杂的双向互动[12]. 由此,从人类社会经济活动对土地资源需求的主导功能及对土地生态系统的干扰程度出发,并与现行土地利用分类系统接轨,将全域土地生态系统划分为:半自然半人工土地生态系统(生产用地系统),即用于人类直接创造粮、油、蔬等基本食品和棉、能等生存资料的土地,解决人类生存问题,目的是解决粮食等基本生活品及初级生产资料供应,终极目标是维护和提升人的生存质量;人工土地生态系统(生活用地系统),即非直接用于创造人类所需要的生活产品,而借助土地的承载力间接地为人类提供住、行、业等生活需求的土地,解决人类发展问题,目的是实现人类生活便利、富裕、安居乐业,终极目标是实现社会安定、人民幸福;自然土地生态系统(生态用地系统),用于支持人类生存与发展的用地,解决人类健康问题,目的是维护人类生存及山水林田湖草等生态系统健康,终极目标是提升人类健康及存在品质. “三生”用地系统对于全域土地生态系统健康的影响方向、程度、方式有别,有增强、减弱、维持之分.

1.3 “三生”用地分类体系构建

土地利用分类经过近20年的实践运用,并通过实践进行调整与修正,已成为国土规划所采用的重要分类. 但是,该分类对于生产的品质性、生活的便利性和生态的健康性还有待强化,因此,需要将“以人为中心”的“三生”理念融入到土地利用分类中.为了衡量土地生态系统满足人类需求的能力和强度,本研究基于文献分析,征询6名土地利用、乡村地理学、生态学等领域的专家,对不同地类进行“三生”用地分类,并借鉴文献[17]对各类用地的功能等级划分再进行具体的功能识别. 基于此,对扬中市土地利用类型进行整理和评分[23],详见表1.

2 研究区概况与数据处理

2.1 研究区概况

扬中市位于119°42′～119°58′E,32°00′～32°19′N,是长江中下游的一座岛市,也是长江的第一大江心洲. 该区域区位优势明显,北与泰州、扬州一江相隔,西邻镇江新区、丹阳,南接常州新北区;自然禀赋优越,亚热带季风气候,年平均气温15.1 ℃,年均降水量1 000 mm,冲积平原地貌,土地总面积331 km2,水域达88 km2,陆地面积243 km2,陆地面积相对偏小. 工业基础深厚,传统产业与新型产业同步推进,城乡一体化发展基础较好,但人地关系紧张,土地利用细碎化现象比较突出[24],有待土地利用结构优化. 此外扬中市作为典型的江心洲岛屿区,四面环水,形成了一个相对独立的封闭区间,内河水系的有害物质大量集聚且难以扩散自净,水环境污染严重,土地利用生态功能性亟需改善. 截至2017年底,全市辖1个街道(三茅街道)、4个乡镇(新坝镇、油坊镇、八桥镇、西来桥镇)、1个经济开发区,共102个行政村.

2.2 数据来源与处理

2.2.1 数据来源

研究区土地现状数据来源于扬中市国土资源局提供的2016年土地利用年度变更调查数据,“三生”用地功能分类基础为地籍分类的一级8类、二级46类.

2.2.2 研究方法

(1)用地组合特征

借鉴Song等[25]的方法以熵指数和赫芬达尔-赫希曼指数测度用地功能的组合特征. 熵指数处于0～1间,分值越大,“三生”用地组合特征越明显;而赫芬达尔-赫希曼指数对于主导用地类型较敏感,处于0～1间,分值越大,“三生”用地组合特征越弱.

(2)格网分析

“三生”用地侧重表达微观尺度地理现象,选取格网尺度分析“三生”用地空间分布特征,最优格网尺寸根据研究区土地利用斑块数的1/2设定为单位面积5 hm2的蜂窝格网,采样方式为等间距系统采样法,共生成6 820个格网,利用中心赋值法对每个格网进行“三生”功能赋值,可突出空间分异和变化趋势,蜂窝格网借助Pactch analyst工具进行划分.

(3)最邻近指数

地理事物的空间分布类型可分为集聚、随机、离散,最邻近指数测算点状要素的空间分布类型具有良好效果,将每一斑块的功能用地可以抽象为点状要素进行空间集聚性分析[26]. 最邻近指数=1,功能用地随机分布;最邻近指数<1,功能用地集聚分布;最邻近指数>1,功能用地呈均匀离散分布.

3 结果与分析

3.1 “三生”用地数量结构及组合特征

“三生”用地数量结构是监控国土空间利用质量的重要指标,反映了“三生”空间相互作用的程度. 从“三生”用地的数量规模来看,截至2016年底,扬中市生产、生活、生态用地面积分别为135.65 km2、96.31 km2、95.39 km2,分别占土地总面积的41.44%、29.42%、29.14%,“三生”用地数量结构相对较均衡,生产用地面积比例较大,生活用地与生态用地比例相差不大. 通过三角模型反映“三生”用地的数量结构和状态(图1):生产用地占绝对优势;生活用地“组团式”集中与“细碎式”离散兼有;生态用地集中于长江和夹江等地区分布,其他地区零星点状分布. 这种“三生”用地的数量结构较清晰地刻画了扬中市发达的生产功能及社会经济发展阶段对生态、生活功能的要求. 从用地功能而言,单一功能的用地稀少,绝大多数用地同时具有了多重功能,约17.50%的用地存在三重功能.

用地组合模式是理清土地利用多功能性过程的基础,有效识别用地功能的相互作用关系可缓解空间冲突,协调的多功能性用地格局将增强地域系统稳定性并产生功能叠加效应. 结果表明,研究区用地组合的熵指数为0.987 0,赫芬达尔-赫希曼指数为0.343 2,代表研究区“三生”用地的组合特征十分明显.

“三生”用地组合特征表明整体上高中低值以马赛克式镶嵌分布,斑块面积较大的地类空间稳定性和空间黏性更强,因此抵抗其他斑块干扰能力较强,其内部的用地组合特征也相对单一;而在两类用地的过渡带内,存在着多种用地类型组合,用地斑块间的“边缘效应”较强,在生活用地与生产用地间以渐变方式梯度变化,两类用地组合情形较多,分割不明显;而生态用地与其他两类用地间由于生态红线等政策及内部环境因素表现出了较为明显的突变形式,分离效果明确.

3.2 “三生”用地空间格局特征

3.2.1 空间格局模式

根据“三生”用地空间识别结果(图2(a)),总体上来看,“三生”用地表现出了不同的空间形态和模式. 其中,生产用地呈规则的块状模式,受线状的交通运输用地阻隔,空间细碎化现象突出;生活用地呈多中心以棋盘式密布于研究区,在三茅街道及开发区等乡镇(街道)集中分布,其他地区以油坊村、西来村、新坝村等为次中心点状分布;生态用地沿江环状分布,与研究区四面环水的自然本底情况相符.

图2 扬中市“三生”用地分布与热点分析Fig.2 Distribution and hotspots analysis of “production-living-ecological”land in Yangzhong City

进一步地通过最邻近指数分析“三生”用地空间分布模式,生产用地、生活用地、生态用地的最邻近指数分别为0.67、0.66、0.61,具有一定的空间凝聚性,均表现出明显的集聚-随机模式,表明“三生”用地在空间耦合现象较多,用地之间的过渡区易产生边缘效应及空间冲突,仍需对“三生”用地集疏格局深入分析,以明确主导空间的作用方式和程度.

3.2.2 空间格局纹理

以“三生”用地的空间集疏格局反映空间纹理,全局空间自相关系数Moran’sI测算结果显示:生产用地0.018 0、生活用地0.051 2、生态用地0.003 7,表明“三生”用地在空间分布上具有微弱的正相关性,空间离散程度偏高,与扬中市细碎化的土地利用方式密切相关,生产、生活用地交错镶嵌、互相切割和阻隔对方,削弱区域空间连通性,也从侧面再次映射了扬中市“三生”用地组合的多样性.

借助ArcGIS热点分析方法对“三生”用地的空间集聚性进行深入分析,以此诊断“三生”用地的微观分布规律(图2(b)). 扬中市“三生”用地分布存在一定的空间集聚性,热点区位于中北部地区的裕星村、中林村、金星社区、英雄社区等,该区域高值集聚,主要位于生活用地区域,耕地、园地、坑塘水面等零星点缀于城市、建制镇、村庄等用地之中,以城镇地区为中心形成“核心-边缘”模式,表现出较强的空间极化特性,一定程度上反映了苏南地区的土地利用景观特征.

3.2.3 空间格局效应

“三生”用地的功能值在区域间的不均衡分布综合反映了“三生”用地格局及其组合模式的空间联动效应,采用ArcGIS10.1分别对生产、生活、生态功能进行可视化(图3). 研究区生产功能指数高,但空间布局散乱;生活功能空间分布“大分散,小集聚”且功能指数较高,但空间构型仍较为破碎,仅于三茅街道、新坝镇中心地带集聚,其余地区以条带状散布;生态功能高值区具“滨水”之势,长江沿岸、夹江地区生态功能指数较高,而中心集镇、中心村功能指数低,空间构型较复杂. 总地来看,扬中市生产、生活、生态功能形成了良好的互补作用,能够有效带动区域“三生”功能整体发展水平. 但是,细究三者关系,生活功能高值区与“三生”功能高值区的空间吻合度较低,需提高生活用地内部建设用地利用效率,而生态功能与生产功能高值区则与“三生”功能高值区具空间关联性,表明当前研究区生活功能存在胁迫挤压生产功能、生态功能的现象,尚有待提升三者之间的协同互动关系.

图3 扬中市“三生”用地功能分布Fig.3 The function distribution of “production-living-ecological”land in Yangzhong City

4 结论

本文将融入“人性”要素的全域土地生态系统与现行土地利用分类体系衔接,构建了“三生”用地功能分类体系,即半自然半人工土地生态系统(生产用地系统),满足人类从土地直接获取粮、油、蔬等生存资料需求;人工土地生态系统(生活用地系统),由土地间接地创造人类吃住行消乐等生活所需产品;自然土地生态系统(生态用地系统),用于支撑人类生存与发展的用地,满足健康、品质生活的需求. 并根据生态效应的强弱正负构建了“三生”用地分类体系的正负向功能体系,用于具体诊断功能交错组合关系及区域空间效应.

在对“三生”用地分类体系理论梳理的基础上,本文以江苏省扬中市为例进行了实证检验. 从“三生”用地的空间布局来看,扬中市“三生”用地数量结构相对较均衡,但也存在着土地利用结构的偏向性,生产用地占据绝对优势,呈规则的块状模式,生活用地呈多中心以棋盘式密布,生态用地沿江环状分布. 研究区“三生”用地呈现明显的集聚-随机模式,耦合现象较多,用地之间的过渡区空间冲突增多. 从“三生”用地功能而言,研究区单一功能的用地稀少,绝大多数用地具有多重功能,“三生”用地的组合特征十分明显. 生活用地与生产用地间以渐变方式梯度变化;而生态用地与其他两类用地间由于生态红线等政策及内部环境因素表现出较为明显的突变形式. 从“三生”用地空间效应来看,扬中市生产功能指数高,但空间布局散乱;生活功能空间分布“大分散,小集聚”且功能指数较高,但空间构型较为破碎,主要以条带状散布;生态功能高值区具“滨水”之势,空间构型较复杂. 总地来看,扬中市生产-生活-生态功能形成了良好的互补作用,能够有效带动区域“三生”功能整体水平发展.