河南省“三生空间”分类与时空格局分析*

李明薇，郧雨旱，陈伟强，马月红，郭蕊蕊

(河南农业大学资源与环境学院，郑州 450000)

0 引言

随着改革开放近40年的发展，河南省由原来经济落后的农业大省已经发展成为中国的第五大经济体，成为中原经济区建设的核心组成部分，城镇化率由1990年的15.52%提高到2015年的46.85%。然而，快速的发展也带来了一系列的城市和农村问题：城市人口的急剧增加、环境恶化、交通拥堵、资源危机等“城市病”和以空心村、老弱化、环境质量差等为主要特征的“乡村病”[1-4]。河南的发展面临着环境污染、资源紧缺、生态系统退化、用地结构不合理等一系列的问题。基于此，构建科学合理的用地分类体系迫在眉睫，对河南省进行生产、生活、生态的“三生空间”研究势在必行。

十八大报告提出了“生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”的“三生空间”发展理念，十九大报告进一步强调要加大生态系统保护力度，完成“生态保护红线、永久基本农田、城镇开发边界”三条控制线划定工作。“三生空间”就是从生产、生活和生态的视角出发，结合土地利用现状分类国家标准，遵循土地利用的多功能性原则，构建的三大土地利用空间体系[5-6]。三生空间的研究对保护生态环境、优化国土空间开发和“三线划定”具有重要意义。

关于“三生空间”，国内学者做了大量研究，取得了丰硕的成果。部分学者从“三生空间”的结构框架和分类体系出发研究其分布状况：张红旗[5]等从土地的主体功能出发，构建了中国“三生用地”的分类体系，并对其空间格局进行了分析； 刘继来[6]等根据土地利用现状分类国家标准，构建了三生空间分类与评价体系，分析了1990—2010年间中国三生空间的发展格局及其变化特征； 于莉[7]等运用洛伦兹曲线和基尼系数的方法，研究了秦皇岛市昌黎县2014年“三生用地”的分布状况。还有部分学者从其他角度对“三生空间”进行了研究：“三生空间”的承载力分析[8-9]、三生用地功能的定量识别[10-11]、基于三生空间的土地整治[12-14]、基于三生空间的乡村重构与空间布局优化[15-19]等。已有研究对土地利用的多功能性考虑不够全面，对地类的归并也较为模糊，并且研究尺度主要集中在全国或县域范围，对省域尺度的研究较少，特别是对中部地区的研究不多，河南省作为近几年来发展较快的中部大省，面对快速的城市化发展带来的一系列问题，亟需开展三生空间的研究，为河南省优化国土空间开发格局和维护生态系统持续健康发展提供良好的借鉴。

该研究在探索三生空间内涵的基础上，依据土地利用现状分类国家标准，坚持土地的多功能性并突出其主体功能为原则，参考相关研究[5-7， 20-24]并结合专家意见，建立了基于土地利用功能的三生空间分类体系与评价标准，揭示了1990—2015年河南省三生空间时空格局及其演变特征，可为河南省“三线划定”与国土空间优化开发提供参考依据。

1 研究区概况

河南省界于北纬31°23′～36°22′，东经110°21′～116°39′之间，东接安徽、山东，北接河北、山西，西连陕西，南临湖北，呈望北向南、承东启西之势。全省总面积16.7万km2，居全国各省区市第17位，占全国总面积的1.73%。河南省资源丰富，是全国农产品主产区和重要的矿产资源大省； 人口众多，是全国第一人口大省，劳动力资源丰富，消费市场巨大； 区位优越，是全国重要的交通通信枢纽和物资集散地； 农业领先，是全国位居前列的农业大省和粮食生产大省； 发展较快，经济总量稳居全国第5位； 潜力很大，正处于工业化、城镇化加快发展阶段，发展的活力和后劲不断增强。然而河南省在经济地位提升和取得以上发展成果的同时，也面临着资源短缺、环境污染等一系列的问题，面对这些问题，构建科学合理的土地利用分类体系，进行三生空间时空格局分析对河南省发展具有重大意义。

2 数据来源与研究方法

该研究所用河南省土地利用数据来源于地理国情监测云平台，数据包括1990年和2015年两期分辨率为30m的河南省土地利用栅格影像图。

参考国家土地利用分类方法，并结合刘纪远等[25-26]在建设“中国20世纪LUCC时空平台”建立的LUCC分类系统，将土地利用类型归结为包括耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地在内的6个一级类和包括有林地、灌木林、疏林地、其他林地和高、中、低覆盖度草地等25个二级类型。基于此，在遵循土地利用的多功能性原则的基础上，构建了基于土地利用功能的三生空间分类与评价体系。

2.1 生产用地分类体系

生产用地是指人们为了获取各种产品和服务，直接或间接地进行社会生产的土地[10]。该研究在考虑土地利用的多功能性并突出其主体功能的前提下，将生产用地进一步细分为生产用地和生产生态用地。生产用地指单纯性地用于生产产品和服务的土地，很少或者无发挥除生产用途以外的其他用途，如工矿商服用地直接或间接地为人们提供了很多产品和服务，属于重要的生产用地等； 生产生态用地指主要用于农业生产，同时兼具生态功能的土地，如耕地在用于农业生产的同时，又发挥着重要的生态功能。基于此，该文构建了生产用地分类体系如表1所示。

2.2 生活用地分类体系

生活用地是指人们用于居住、休憩、娱乐、科教文卫及一些特殊用途的土地。该研究将其分为生活用地和生活生产用地。独立于城镇以外的农村居民点是人们居住和休憩的场所，是典型的生活用地，其在遥感影像中比较独立明显，容易提取。生活生产用地指既为人们提供居住同时又提供文化娱乐等服务功能的用地，主要指大、中、小城市及县镇以上建成区用地，这类用地中居民点和为人们提供文化娱乐的商服用地混合在一起，在遥感影像中难以将二者区分，因此将这些用地归类为生活生产用地，其中，军事、使领馆、监教、宗教、殡葬等特殊用地也属于重要的生活生产用地。生活用地分类体系如表2。

表1 生产用地分类体系

表2 生活用地分类体系

2.3 生态用地分类体系

目前学术界对于生态用地的内涵各执一词，并没有明确和统一的定论，生态用地也未作为一个独立的土地利用类型提出。该研究参考国内学者对生态用地的研究成果与定义[27-30]，认为生态用地是指以提供生态产品、调节大气环境和保护生物多样性等生态服务功能为目的，对促进地区可持续发展和保持区域生态平衡具有重要促进作用的土地利用类型。根据土地利用功能的多样性，该研究将生态用地分为生态用地和生态生产用地两种土地利用类型。

生态用地指受人类影响较小，具有调节大气、涵养水源、保持水土、保护生物多样性等功能的用地类型，主要包括林地、草地、滩涂、冰川及永久积雪、未利用土地中的其他用地、盐碱地、沼泽地、裸地和沙地等，这些土地均属于比较完全的生态用地。生态生产用地指既具有重要的生态功能又有一定的生产功能，但生态功能要大于生产功能的土地，这类用地包括高覆盖度的改良草地和割草地、河渠、湖泊和水库坑塘等。具体的生态用地分类体系如表3。

表3 生态用地分类体系

表4 “三生空间”评分标准

2.4 评价标准

土地利用的多功能性决定了我们在土地利用分类体系中既要突出其主体功能，又要考虑到其次要功能。基于此，该文参考相关研究[6]并结合专家意见建立了“三生空间”评分标准(表4)，例如生产用地评分标准：生产用地为5分，生产生态用地为3分，非生产用地为0分，生活和生态用地评分标准与其相同。

3 结果与分析

3.1 1990年和2015年河南省“三生空间”格局

该研究运用地理信息系统空间分析技术制作了1990年和2015年两期的河南省“三生空间”格局分布图——生产空间(图1)、生活空间(图2)、生态空间(图3)。技术流程如下：将原始30m分辨率的河南省1990年和2015年两期遥感影像，按照表4“三生空间”评分标准在Arcgis中进行重分类，并以河南省各个省辖市为范围制作矢量格网覆盖整个研究区域，然后对重分类后的遥感影像进行区域统计，计算每个省辖市的三生空间评分值，生成相应的栅格影像。

(1)河南省生产空间格局。河南省生产空间主要分布在中东部平原地区(图1)。评分值为5的生产空间分布特征： 2015年明显比1990年增加很多，主要分布在河南省的中北部地区，包括郑州市、平顶山市、洛阳市东北部、焦作市、三门峡市、济源市、新乡市、鹤壁市、安阳市西北部等，南阳市也有零星分布，其中除了郑州市是省会城市工商业比较发达以外，其他省辖市均是矿产资源比较丰富的城市。评分值为3的生产生态空间分布特征： 2015年生产生态空间明显比1990年生产生态空间范围有所缩小，每个省辖市都有不同范围的减少，郑州市最为明显。

(2)河南省生活空间格局。河南省生活空间主要分布在中东部平原地区(图2)。评分值为5的生活空间分布特征：该类生活空间指的是农村居民点，河南省是重要的农业大省和人口大省，农村人口占总人口的69.3%，农村居民点分布广泛，从图2可以看出， 1990年和2015年农村居民点分布格局基本一致。评分值为3的生活生产空间分布特征：生活生产空间分布在各省辖市的城镇地区，从图2可以看出， 2015年河南省生活生产空间比1990年明显增加很多，主要是因为改革开放以来随着经济的快速发展和城镇化进程的加快，河南省各省辖市城镇范围均有不同程度地扩大，郑州市是变化最为明显的一个城市。

(3)河南省生态空间格局。从图3可知，河南省生态空间主要分布在西部山地和南部山地地区， 1990年和2015年生态空间格局基本一致，呈现出“西高、南高、东低”的格局特征。

图1 1990年和2015年河南省生产空间格局

3.2 河南省“三生空间”格局变化

该研究利用地理信息系统中的空间分析技术，通过运用栅格计算工具计算出河南省1990年和2015年两期重采样的栅格影像差值，并基于标准差分级法将其划分为“扩大、保持、减少”三级，揭示了1990—2015年河南省三生空间格局变化情况，如图4、图5、图6。

(1)河南省生产空间格局变化。1990—2015年河南省生产空间格局变化特征，从图4可以看出大部分区域生产空间保持不变； 扩张区域主要分布在河南省中部地区，包括郑州、平顶山、驻马店西部及黄河沿岸地区，同时三门峡市中部也有范围较大的扩张，其他省辖市扩张规模较小，呈点状式扩张状态； 生产空间减少区域主要分布在各个省辖市中的城镇地区，其中信阳南部地区有较大区域生产空间呈减少状态。

图4 1990—2015年河南省生产空间格局变化 图5 1990—2015年河南省生活空间格局变化

图6 1990—2015年河南省生态空间格局变化

郑州市生产空间扩张主要是因为郑州市是河南省会城市、工商业发达和城镇化进程的加快； 平顶山市、三门峡中部、驻马店西部生产空间扩张是因为这些地区拥有大量的矿产资源，是省内重要的矿产城市，近年来随着经济和矿产开采技术的发展，对这些地区矿产资源进行了大量开发，形成了工矿开发区； 黄河沿岸地区生产空间扩张主要是因为自20世纪80年代以来，随着黄河流域河南段农业经济的迅速发展及生活经济用水量的增加，黄河水位不断降低，土地利用方式发生了改变[31]。各省辖市生产空间减少的主要原因是由于为了满足经济发展和城镇化进程加快的需要，各城镇面积都在原来基础上有不同程度地扩大，城镇扩张占用大量生产用地； 信阳南部地区生产空间减少是因为退耕还林政策的实施[32]。

(2)河南省生活空间格局变化。1990—2015年河南省生活空间格局变化特征，从图5可以看出，河南省大部分地区生活空间格局基本保持不变； 扩大区域与范围较为明显，主要分布在各省辖市的城镇地区，郑州市扩张面积最大。

河南省生活空间扩张的原因主要是经济发展、人口增加和城镇化带来的建设用地扩张。1985—2005年间，河南省人口的总量从7 847万人增加到9 768万人，人口密度从470人/km2增加到585人/km2，建设用地增加了19.640 8万hm2，耕地减少了9.787 1万hm2，草地减少了8.816 5万hm2，同时在耕地转出面积(24.394 5万hm2)中，有约78%(19.022 0万hm2)转为建设用地[33]。

(3)河南省生态空间格局变化。1990—2015年河南省生态空间格局变化特征,从图6可以看出，生态空间扩大区域主要集中在崂山东西两坡区域、伏牛山、大别山等区域； 生态空间减少区域主要在嵩山、黄河沿岸区域、桐柏山、信阳南部丘陵区域、崂山大部区域。

崂山东西两坡区域、伏牛山生态空间扩张得益于山体绿化的实施，信阳市南部的大别山生态空间扩大主要因为退耕还林工程的进行[31]； 嵩山生态空间减少是嵩山旅游业的不可持续发展及开发导致的[34]； 桐柏山、崂山生态空间减少是因为矿产资源的不合理开采[35]； 近年来随着气候变化和人类活动的不断加剧，黄河水沙情势发生明显变化，并引起一系列新问题，例如河道萎缩、断流频繁发生等，致使黄河沿岸地区生态空间减少[36]； 信阳南部丘陵地区生态空间减少主要是丘陵农业的发展导致部分生态用地减少。

4 结论与讨论

(1)生产空间主要分布在河南省的中北部地区，包括郑州市、平顶山市、洛阳市东北部、焦作市、三门峡市、济源市、新乡市、鹤壁市、安阳市西北部等，南阳市也有零星分布； 2015年生产生态空间明显比1990年生范围有所缩小，每个省辖市都有不同范围也减少，郑州市最为明显。其扩张区域主要分布在河南省中部地区，减少区域主要分布在各省辖市的城镇地区，其中信阳南部山地有较大区域生产空间呈减少状态。

(2)生活空间主要分布在平原地区，两期生活空间基本保持一致，但是生活生产空间2015年较1990年有较明显地增加。扩大区域主要是生活生产空间，分布在各省辖市的城镇地区，郑州市扩张面积最大。

(3)生态空间主要分布在西部山地和南部山地区域，两期生态空间格局基本一致，呈现出“西高、南高、东低”的格局特征。扩大区域主要集中在崂山东西两坡、伏牛山、大别山等区域； 减少区域主要在嵩山、黄河沿岸区域、桐柏山、信阳南部丘陵区域、崂山大部区域。

(4)经济的快速发展、城镇化进程的加快和人口的大量增加是河南省三生空间发生变化的主要驱动力，其中郑州市是变化最大一个地区，这是由郑州市的政治和经济地位决定的。

该研究基于“三生空间”的视角构建了河南省土地利用分类体系，揭示了河南省1990—2015年三生空间格局及其演化特征。三生空间是在社会发展过程中根据发展需要不断演化的结果，受地区人文、自然、经济、文化、科技、政策等多方面因素的影响，它是一个动态的发展演变过程。因此，关于三生空间的发展原因、演变趋势的预测、与区域规划的紧密结合及对其不合理现状改进的措施等均需要开展深入研究。