基于“生态-农业-城镇”适宜性评价的承德市国土空间潜在冲突识别与格局优化研究

吕帅,常超,张长春,2,徐磊

(1 河北农业大学 国土资源学院,河北 保定 071001;2 河北农业大学 乡土文化与乡村治理研究中心,河北 保定 071001)

国土空间作为人类生存环境最重要的空间载体,随着我国城镇化进程的高速发展、乡村转型的提速发展、耕地保护和生态保护的高度重视,国土空间利用需求越发多样化,有限的国土空间日趋紧张,国土空间利用冲突问题不断衍生[1-5]。国土空间利用冲突引起景观格局和生态安全的剧烈变化,一定程度上制约了地区可持续发展。因此,在冲突发生前科学识别潜在冲突并对其进行有效调解,有助于防止恶性国土空间利用冲突现象的发生,对强化国土空间用途管制、制定国土空间规划、实现资源的集约高效配置具有重要意义[6]。

一般来讲,冲突按照发生的时间可分为现实冲突和潜在冲突,前者是对已存在的利用冲突进行描述、度量等分析,后者是对未发生但可能发生的冲突进行探测和调节[7-8]。现有研究针对已发生的土地利用冲突开展了广泛探讨,内容主要集中于概念界定、冲突类型识别、时空分布及驱动因素分析、权衡与协调等方面[9-19]。比如,于伯华将土地利用冲突定义为人类-环境系统发展对生态保护、粮食生产安全等带来的威胁[9]。代亚强将基于适宜性分析、用地冲突、人口、规划等因素形成一套系统定了识别方法,即土地利用冲突识别策略(LUCIS),实现冲突强度的测度和冲突空间定位[13]。Gomez-Vazquez I以冲突案件数量为研究对象,通过数理统计方法揭示土地利用冲突的时空动态特征[16]。孟鹏以”多规冲突“和”多规融合“为原则,剖析土地利用冲突产生的根本原因,进而对冲突进行权衡和协调[18]。Zhou D指出通过土地利用冲突研究结果进行实践与应用可解决冲突对社会经济发展产生的负面效应[19]。研究方法包括参与式调查、博弈论、PSR模型、多目标评价、景观生态风险评价等。目前关于潜在冲突的研究仍按照土地利用现实冲突的范式进行分析,包括内涵界定、类型及其强度空间分布识别探测、驱动因素及优化策略等[20-27]。虽取得了较为丰富的成果,但未从多功能适宜性评价的角度出发识别冲突,且未结合冲突识别方法与潜在冲突的不同类型结果提供一套具有普适性的优化方案。潜在冲突作为社会生态系统的产物,亟需通过多功能适宜性评价科学识别潜在冲突空间分布格局,同时研发一套操作性强且具有普适性的优化方案,为地方国土空间规划实施提供预警工具,同时为国土空间保护与开发格局构建提供参考[28]。

河北承德市作为京津冀生态屏障的重要组成部分,在国土空间利用方式的强烈竞争下诱发了潜在冲突。本研究以河北省承德市为研究区,综合土地资源、水资源、气象和灾害要素建立适宜性评价体系,识别不同类型潜在冲突区及其冲突强度,遵循“生态保护优先、农业绿色发展和城镇适度开发”原则对承德市国土空间格局进行优化,确定不同的功能分区的优化策略,以期为区域国土空间协调发展提供参考。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

以河北省承德市(E 115°54′～119°15′,N 40°12′～42°37′)为研究区,下辖3个市辖区、1个县级市、4个县和3个自治县,全市行政辖区面积为39 511.89 km2,2022年承德市地区生产总值1 780.20亿元,总人口约为335.44万人。承德市地处河北省东北部,处于华北和东北2个地区的连接过渡地带,地形以丘陵为主,属季风气候区,年平均气温9.0 ℃,年平均降水为402.3～882.6 mm,境内有滦河、潮河、辽河、大凌河4大水系,是京津唐的重要供水源地。承德市地形条件对国土空间开发限制较大,土地利用潜在冲突逐渐显现。因此,亟需通过国土空间适宜性评价识别潜在冲突并进行格局优化,进而为承德市国土空间可持续利用提供科学依据。

1.2 数据来源

本研究使用的数据包括2020年承德市土地资源、水资源、环境、气象和灾害等方面。利用ArcGIS 10.7对各类基础资料中的数据进行集成化处理,建立坐标统一、格式统一、空间属性集成的承德市基础资料数据库。各类数据的统一为高斯-克吕格投影的国家大地坐标系(CGCS2000),并将数据底板统一转换为30 m×30 m栅格。各类数据的来源见下表1。

表1 数据来源

1.3 研究方法

1.3.1 适宜性评价 主要包括指标体系和评价方法两部分。

(1)指标体系。以现有研究为基础,从资源本底出发,选取反映土地资源、水、环境、生态、气象、灾害等方面现状的指标进行国土空间适宜性评价。其中生态保护重要性评价指标参照环境保护部、国家发展改革委印发的《生态保护红线划定指南》,包括生态系统服务功能与生态敏感性2个方面,关于生态保护重要性评价指标体系及权重见下表2。

表2 生态保护重要性评价指标体系及权重

农业生产适宜性评价包括土地资源、水资源、气候、灾害4个方面,从支撑农业生产以及限制农业生产的自然条件衡量适宜性程度。关于农业生产适宜性评价指标体系及权重见表3。

表3 农业生产适宜性评价指标体系及权重

城镇建设适宜性评价包括土地资源、水资源、气候、环境和灾害状况5个方面,从保障城镇建设以及限制城镇建设的环境条件衡量适宜性程度。关于城镇建设适宜性评价指标体系及权重见表4。

表4 城镇建设适宜性评价指标体系及权重

(2)评价方法。由于生态保护、农业生产和城镇开发属于不同类型的国土空间利用方式,故评价思维和方法有所不同。生态保护属于底线管控思维,即重要性等级结果取各类因子的最高等级,划分为一般重要、重要和极重要3个等级。农业生产和城镇开发属于限制建设类,采用因子赋值法进行测算,将各项因子参照《资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价指南(试行)》进行分级赋值,采用特尔菲法确定各项因子的权重,将各类因子加权值为评价结果。评价结果按照自然断点法划分为适宜区、一般适宜区和不适宜区3个等级。

1.3.2 潜在冲突识别模型 为兼顾评价单元之间的区域差异性与空间格局特征,基于国土空间多功能适宜性评价结果建立多维度潜在冲突识别模型。本研究的潜在冲突类型包括双因子冲突和多因子冲突2类。

(1)双因子冲突识别。双因子冲突类型包括生态保护-农业生产、生态保护-城镇建设、农业生产-城镇建设3种。运用空间叠加方法识别双因子冲突,识别出无冲突、轻度冲突、中度冲突和重度冲突共4种冲突类型的空间分布。以生态保护-农业生产潜在冲突识别为例阐述识别规则,双因子冲突识别模型示意图见图1。

图1 双因子冲突识别

(2)多因子冲突识别。多因子冲突指的是生态保护-农业生产-城镇建设潜在冲突。运用三维魔方模型将三维空间划分为3×3×3的三维魔方,魔方坐标由农业生产适宜性、城镇功能适宜性和生态保护重要性的等级水平(不适宜、一般适宜、适宜)组成,可得到27种国土空间功能适宜性,通过三维魔方立方体单元中的坐标和单元节点的大小来确定每个评价单元空间的冲突类型,多因子冲突识别模型见表5。

表5 多因子冲突识别模型

1.3.3 国土空间格局优化方法 以潜在冲突识别结果为基础,遵循“生态保护优先、农业绿色发展和城镇适度开发”原则,对于仅具有单宜性的栅格单元,将其划入对应适宜性的国土空间类别;对于具有多宜性的栅格单元,即某栅格单元同时具备“生态保护极重要-农业生产适宜区-城镇建设适宜区”多重属性时,依据“生态优先-农业其次-城镇最后”原则将栅格单元划入对应的国土空间类别;对于不具有适应性的栅格单元,综合考虑不适宜程度和土地利用现状确定栅格单元的功能[29,30]。关于国土空间功能分区的具体规则见表6,最终得到承德市国土空间功能分区方案。

表6 国土空间功能分区方案

2 结果与分析

2.1 “生态-农业-城镇”适宜性分析

以河北承德市为研究区,从生态保护重要性、农业生产适宜性和城镇建设适宜性出发,选取生态系统服务功能、生态敏感性、土地资源、水资源、气候、和灾害等因素进行可视化分析,探明承德市国土空间适宜性格局。关于承德市国土空间"生态-农业-城镇"适宜性格局特征见图2。

(a) 生态重要性评价结果

由图2-(a)生态保护功能重要性评价结果可见,生态保护功能重要性具有明显的片状结构。生态保护极重要区面积为3 556.07 km2,约占承德市总面积9%,面状或者点状分布在兴隆县、滦平县、宽城满族自治县,以自然保护地、国家森林公园为主;生态保护重要区面积为21 336.42 km2,约占承德市总面积54%,零散分布在各区县范围;生态保护一般重要区面积为14 619.40 km2,约占承德市总面积37%,主要分布双桥区、双滦区、丰宁满族自治县和围场满族蒙古族自治县,多为建设用地及其周边自然条件较差的区域。

由图2-(b)农业生产功能适宜性评价结果可见,农业生产功能适宜性整体呈现“大分散小集中”,农业生产适宜区面积为10 668.21 km2,占比达27%;一般适宜区面积为17 385.23 km2,占比达44%,不适宜区面积为11 458.45 km2,占比达29%。整体上,农业生产适宜区呈零散分布,主要分布在承德县、围场满族蒙古族自治县和丰宁满族自治县边缘区域,依托于地势平坦、无地质灾害等自然条件优势;一般适宜区呈零星分布,局部地区受干旱指数高、粉砂含量高、土壤PH等因素的制约;不适宜区集中分布在隆化县、宽城满族自治县,受地质灾害和干旱影响,农业生产条件受限。

由图2-(c)城镇建设功能适宜性评价结果可见,城镇建设功能适宜性整体以“双桥区+双滦区”为核心向四周呈现间断式降低的空间特征。城镇建设适宜区面积为7 112.14 km2,约占承德市总面积18%,主要分布在双桥区和双滦区,区域地势平坦、交通发达,基础设施完备;一般适宜区18 965.71 km2,约占承德市总面积48%,零散分布在各区县的城区范围;不适宜区13 434.04 km2,约占承德市总面积34%,主要分布在隆华县、兴隆县、承德县和平原市南部。

2.2 承德市国土空间潜在冲突分析

基于“生态-农业-城镇”多功能适宜性评价结果,综合运用二维和三维冲突识别模型识别承德市潜在冲突,主要包括生态-农业潜在冲突、生态-城镇潜在冲突、农业-城镇潜在冲突和生态-农业-城镇潜在冲突4类。根据多功能适宜性评价结果,将不同类别的潜在冲突分为重度、中度、轻度和无潜在冲突4个等级。

2.2.1 强度特征 关于不同类别不同等级潜在冲突的强度特征详见表7。

表7 承德市潜在冲突识别结果

从表7可以看出,承德市国土空间潜在冲突强度的差异较小,整体以轻度潜在冲突和无潜在冲突为主。就双因子潜在冲突识别结果而言,生态保护-农业生产潜在冲突面积占承德市总面积的44.16%,以轻度潜在冲突为主,主要源于农业生产效益与生态效益的相对优势差影响,表现为农业生产侵占生态空间的趋势;生态保护-城镇建设潜在冲突面积占承德市总面积的39.11%,以轻度潜在冲突为主,由于建设用地具备高物质产出的优势,常表现为城镇空间侵占生态空间的趋势;农业生产-城镇建设潜在冲突面积占承德市总面积的55.31%,以中度冲突和轻度冲突为主,受耕地保护的政策约束与城市建设发展影响,潜在冲突转化为实际冲突的概率较大。从多因子冲突识别结果来看,生态保护-农业生产-城镇建设潜在冲突面积占承德市总面积的72.66%,以轻度冲突为主。因此,承德市多功能潜在冲突强度一般,但农业生产-城镇建设潜在冲突转化为现实冲突的概率较大,表现为农业空间向城镇空间转化为主的单向流动。

2.2.2 空间特征 关于不同类别不同等级潜在冲突的空间特征详见下图3。

由图3可得,不同功能之间潜在冲突类型在行政单元上具有一定的非均衡性。生态保护-农业生产潜在冲突在兴隆县比较高,占比为74%;生态保护-城镇建设潜在冲突在鹰手营子矿区、双滦区和双桥区规模较大,占比分别为84%、63%、62%;农业生产-城镇建设潜在冲突在双滦区和双桥区占比超80%;生态保护-农业生产-城镇建设潜在冲突除隆化县外其余区(县、市)潜在冲突区占比均高于60%,双滦区和双桥区潜在冲突占比高达93%、95%。

2.3 承德市国土空间格局优化

2.3.1 国土空间优化分区方案 国土空间多功能潜在冲突迸发的本质原因是保护与开发双向竞争抉择,而基于潜在冲突和国土利用现状制定的国土空间优化格局方法是指导空间可持续利用的科学指南。承德市国土空间优化格局如图4,按照面积占比从大到小依次为农业生产一般适宜区(36.26%)、生态保护重要区(31.94%)、生态优先保护区(20.16%)、城镇建设适宜区(6.31%)、城镇建设一般适宜区(3.77%)、农业生产适宜区(1.56%)。从行政单元来看,不同区(县、市)生态保护和开发建设具有一定的差异性,体现了社会生态系统趋于协同发展的最优化路径。生态优先保护区主要分布在隆化县、宽城满族自治县和承德县西南角,生态重要保护区分布于生态优先保护区外围;农业生产适宜区面积较少,主要分布丰宁满族自治县,农业生产一般适宜区分布在承德县、围场满族蒙古族自治县和丰宁满族自治县;城镇建设适宜区主要分布在双滦区、双桥区、围场满族蒙古族自治县和丰宁满族自治县的中心城区,城镇建设一般适宜区零散分布于城镇建设适宜区外围。

图4 承德市国土空间优化结果

2.3.2 分区优化策略 针对上述分区优化方案,对不同的分区提出针对性的优化策略,进而保障承德市国土空间协调稳定发展。

(1)生态优先保护区。该区域多为生态系统服务高价值区或生态高敏感区,制定允许开展的产业项目正面清单和限制、禁止的产业项目负面清单实现区域管控,重点区域应划入生态保护红线进行严格管控。

(2)农业生产适宜区。该区域为承德市“粮食仓”,采取农业集约化、规模化与机械化等策略,优化农业生产条件,提高农业生产要素保障能力和农业生产空间的投入产出能力,着力推进高标准基本农田建设,提升农业生产效益。

(3)城镇建设适宜区。该区域对承德市整体经济社会发展支撑作用较强。首先,应采取布局优化、结构优化等措施保障建设用地开发利用节约集约化;其次,通过城镇低效用地、村庄整治等整治措施推进建设用地增量“减量化”,实现“严控增量、优化存量”;最后,加强区域物质流、信息流等协同,助力地区高质量发展。

(4)生态保护重要区。对于具备较好生态景观价值或者地理位置较好的区域,可在保护生态安全的前提下,适当发展旅游业。对于地理位置相对偏远的区域,可通过开展整治工程,促进生态重要区向生态优先保护区转变。

(5)农业生产一般适宜区。该区域可适度开展农业生产和第三产业发展良性互动,重点发展乡村旅游产业,实现农业生产与服务业的有机结合。同时,在面临自然灾害等情况下导致粮食减产时可优先调整为农业生产适宜区。

(6)城镇建设一般适宜区。该区域应当严控国土空间开发强度,强化对建设空间的规模和布局管控,实现空间紧凑集约。同时,在承德市产业发展、城镇化建设等建设用地紧缺时可优先调整为城镇建设适宜区。

3 讨论与结论

本研究以河北省承德市为例,基于“生态-农业-城镇”适宜性评价成果,研究了国土空间潜在冲突识别与格局优化方法,主要研究成果如下。

(1)承德市国土空间适宜性空间分布和结构差异明显,生态保护功能重要性具有明显的片状结构。生态保护重要及以上面积约为24 892.49 km2,约占承德市总面积63%;农业生产功能适宜性整体呈现“大分散小集中”,适宜及以上面积为28 053.44 km2,占比为71%;城镇建设功能适宜性整体以“双桥区+双滦区”为核心向四周呈现间断式降低的空间特征,适宜及以上面积为26 077.85 km2,占比为66%。

(2)承德市国土空间潜在冲突强度的差异较小,整体以轻度潜在冲突和无潜在冲突为主。其中生态保护-农业生产-城镇建设潜在冲突和农业生产-城镇建设潜在冲突占据主导,冲突面积分别为72.66%、55.31%。在行政单元上具有不均衡性。

(3)承德市国土空间优化格局为农业生产一般适宜区(36.26%)、生态保护重要区(31.94%)、生态优先保护区(20.16%)、城镇建设适宜区(6.31%)、城镇建设一般适宜区(3.77%)、农业生产适宜区(1.56%)。不同区(县、市)生态保护和开发建设具有一定的差异性,体现了社会生态系统趋于协同发展的最优化路径。

本研究仍存在一些问题有待解决:(1)仅静态刻画单年度地区国土空间潜在冲突,但随着时间推移国土空间潜在冲突会发生变化,下一步有待探明国土空间潜在冲突的发展变化趋势;(2)潜在冲突的分析停留在理论层面,如何测算潜在冲突转化为现实冲突的发生概率,进而精准施策;(3)以主导功能区划对国土空间格局进行优化,忽视了国土空间格局的演变规律,未充分结合生态位理论,有待深入探究国土空间格局优化的理论和方法。