基于“三生”功能的福建省国土空间特征及优化研究

朱润苗， 陈松林

(1.福建师范大学 福建省亚热带资源与环境重点实验室, 福建 福州 350007； 2.福建师范大学 地理科学学院, 福建 福州 350007)

快速城镇化进程带来了国土空间格局的剧烈变化[1]，在带来巨大经济成就的同时，也带来了土地资源的巨大浪费、生态环境的污染等“城市病”和农村空心化和非农化、耕地撂荒等“乡村病”的出现[2-3]。“优化国土空间开发布局”成为推动国土空间有序利用的重要途径。“三生”(生产—生活—生态)空间优化可调整优化土地利用结构，推动人地关系协调发展，为优化国土空间布局提供有效思路[4]。

目前国内外以土地多功能性为视角对国土空间利用的研究已取得重要进展[5-6]，研究内容包含功能划分、评价、空间识别、分区和优化研究等方面。而对于“三生”功能的类别划分主要是从定性和定量两方面展开研究，一种是功能空间分类法[7-8]，其实质是一种定性研究方法，主要是对土地利用空间数据进行归并与分类；另一种是“三生”功能分类法[9]，是一种通过构建评价指标体系，计算量化识别空间主导功能的定量研究方法。“三生”功能评价的研究方法主要是通过构建指标体系，整合相关社会经济数据，以生产、生活和生态功能为基础，采用评价方法对“三生”功能进行定量描述[10]，目前常用的评价方法有综合指数、模糊综合评价、灰色关联投影、改进突变级数等方法[11-13]。“三生”功能空间识别是根据现状，从数量和和质量两方面对生产、生活和生态空间进行定位及划分，因评价尺度的不同，存在尺度差异性，主要研究方法有基于GIS的聚类分析、空间叠置、主因素法等空间分析方法的单一功能空间识别以及立足于国土空间多功能性的主导功能空间识别[14-15]。 “三生”空间优化是在识别“三生”功能的基础上，寻求综合效益较优的国土空间利用方案[16]。对“三生”空间重构和优化的研究主要涵盖理论探讨、冲突和问题诊断分析与优化方法的应用等领域；现在常用的优化方法为空间分区优化对策法，在有效识别“三生”空间的现状基础后，科学建立国土空间开发利用的评价体系并展开评估，同时结合区域本身的资源禀赋条件以及区域的经济社会发展背景，以此明晰优化调控的方向，制定空间分区的实施方案，确立各类分区下的空间开发利用及整治的调控策略[16-18]。“三生”功能视角的国土空间利用研究在研究尺度上涉及全国[19-20]、省域[21]、市域[22]、县域[23]和乡镇村域[24-25]，同时也出现了跨行政区域以城市圈、城市经济带[26-27]的实证研究。

尽管已有研究取得长足进展，对于推动国土空间利用具有重要意义。但基于区域特殊性，不同地区的国土空间利用呈现区域性特征，其空间格局研究仍有待补充完善；另外，对于影响国土空间利用功能差异性的关键因素的研究相对薄弱，亟待深入研究。福建省多山地丘陵地形，国土空间发展受限于地形条件，同时该区域生态环境脆弱，资源承载能力有限，生态建设与区域发展的矛盾凸显，国土空间开发利用布局有待优化，如何有效解决这一发展冲突，识别该区域的国土空间功能特征，划分功能类型并对其进行优化调控，对于促进该区的国土空间均衡发展具有重要意义。因此，本文以福建省县域单元为研究对象，利用综合评价法对该区域的“三生”功能指数展开评价，借助空间自相关分析、障碍度模型和比较优势指数，对区域内“三生”功能的空间分布格局和障碍因素进行识别，在此基础上，对国土空间利用进行优化功能分区，旨在为其进行优化调控提供科学依据。

1 研究区域

福建省位于中国东南沿海(23°33′—28°20′N,115°50′—120°40′E)，与广东、江西和浙江三省相邻，与台湾省隔海相望。土地面积为1.24×105km2，下辖9个设区市，分别为福州市、厦门市、莆田市、三明市、泉州市、漳州市、南平市、龙岩市和宁德市。福建省地形以山地丘陵为主，耕地面积相对有限。福建省区市县单元总数为84个，金门县由于缺乏数据，不在研究范围内，因此实际研究区域为83个研究单元。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源及处理

本研究经济统计数据来自《福建统计年鉴(2018年)》《中国县域经济统计年鉴(2018年》《中国城市统计年鉴(2018年)》以及2018年福建省各设区市统计年鉴。土地利用现状数据来源于福建省土地利用变更调查，县级行政区划数据来源于国家基础地理信息中心。基于研究需要以及研究数据连贯的要求，对于研究单元里“撤县设区”的区域，按照福建省2018年的县域区划重新进行调整，但因为市辖区的建成区和郊区之间具有渐变的过渡地带[28]，为保持研究单元的整体性，将各设区市的市辖区进行归并处置，经整理重组后共64个研究单元。由于不同评价体系指标间存在量纲的差异，为保持指标方向一致，故利用极值标准化法对初始数据进行标准化处理。

2.2 研究方法

2.2.1 确定“三生”功能评价指标体系 国土空间生产功能的根本目标是推动社会经济发展，生活功能的目标是增加生活的宜居程度，生态功能是保证人类生存发展的自然基础，也是生产功能和生活功能得以实现的要素条件[29]。参考前人研究成果[10,14,16,29]，基于研究数据的可获取性以及区域特点，在本研究中生产功能用粮食单产、土地垦殖率、经济密度、产业结构来表征，生活功能用交通用地密度、城镇化率、城乡人均可支配收入、每1万人拥有医院床位数和人均社会消费品零售总额来表征，生态功能用农用化肥投入强度和生态服务价值总量来表征(表1)。

表1 “三生”功能评价指标体系

2.2.2 计算“三生”功能指数 “三生”功能指数作为测度生产、生活和生态功能水平的关键指标，指数越高表明水平越高；指数越小则表明水平偏低[30]。参考相关文献[29]，采用综合评价法和熵权法，对各县“三生”功能指数进行评价。“三生”功能指数计算公式为：

Fi=∑Wj·Zj

(1)

熵权法计算权重公式为：

计算第i个评价单元第j个指标比重：

(2)

计算指标信息熵：

(3)

计算信息效用值：

dj=1-ej

(4)

计算指标权重：

(5)

式中：Fi表示评价单元i的“三生”功能指数值;Wj为各评价指标权重；aij为指标标准化后的值;Zj为各指标标准化过后的数值。运用ArcGIS 10.2中的Natural Breaks分类法,把各功能指数值分类为高、较高、中等、较低和低水平5个等级。

2.2.3 探索性空间数据分析 探索性空间数据分析可以分为全局空间自相关分析和局部空间自相关分析[31-32]。全局空间自相关一般用Moran’sI指数分析，利用此方法探测生产功能、生活功能、生态功能和“三生”综合功能指数的空间集聚情况。

(6)

(7)

(8)

2.2.4 障碍度模型 障碍度模型是借助因子贡献度、指标偏离度和障碍度识别障碍指标对功能指数的影响程度，通过障碍度模型能有效发现在“三生”功能导向上国土空间利用问题，从而为国土空间的整治调控提出具有针对性的建议，达到科学管理的效果[33]。障碍度模型公式为：

(9)

式中：Oi为障碍度,表示各指标对在“三生”功能上国土空间利用影响程度的高低;Ii为指标偏离度,表示各指标实际解与最优解的差距; 因子贡献度表示各指标对各功能指数的贡献大小,用权重Wi表征;aij为各指标标准化值。

2.2.5 比较优势指数 比较优势指数不被时空限制，能够确定各区域的比较优势功能，为空间优化奠定基础。比较优势指数的计算公式为[26]：

RCAij=(Xij/Yi)/(Xwj/Yw)

(10)

式中：Xij表示i县域单元的各功能j的指数值；Yi表示i县域单元的总功能值的和；Xwj表示全部县域单元的功能j指数总和；Yw表示全部县域单元的全部功能指数总和。若RCA值越靠近1,说明某功能指数优劣程度不显著;若RCA值>1,说明其存在比较优势,竞争力较强;RCA值<1,说明不存在比较优势,竞争力较弱。

3 结果与分析

3.1 福建省“三生”功能空间格局特征

根据数据处理结果，将“三生”功能指数进行可视化，福建省各县域单元的“三生”功能水平在空间布局上呈现明显差异(图1)。 ①生产功能指数处于0.013 2～0.333 4，均值为0.061 8，高低值分布明显。高值区(高和较高)集中在东部沿海一带，主要分布在福州市、莆田市、泉州市和漳州市等区域，极大值出现在石狮市，反映了东部沿海一带地理位置优越，可吸引技术、人才和资金，且作为经济发展重心区域，政策优势明显，产业集聚能力明显。低值区(低和较低)主要分布在中西部地区，该区地处内陆相对闭塞，交通不便，经济密度低，产业发展条件受限。 ②生活功能指数处于0.026 2～0.318 9，均值为0.094 6。高值区呈东部沿海集中分布，西北内陆地区零散布局，主要包括福州市、莆田市、泉州市、厦门市、漳州市、三明市等市辖区及部分邻近县域，说明区域内基础设施完备，城镇化水平较高，宜居性较强，也反映了生活功能指数高的单元对周边区域具有辐射和带动作用，零散点的分布是由于三明市辖区地处内陆中心位置，是沟通腹地的交通枢纽。低值区主要分布在中部、西部和北部等地区，这些区域地形以山地丘陵为主，聚落分布不集中，交通不便，基础设施和服务水平相对落后。 ③生态功能指数介于0.004 3～0.198 6，均值为0.030 6。高值区主要分布在东部沿海一带，这是因为沿海地区水体及湿地较多，生态服务价值量大，因而其生态功能显著，以及沿海地区对环境保护力度高，环保意识较强。低值区集中分布在中西部的广大内陆区域，区域内地形起伏大，多山地丘陵，坡度较陡，水土流失潜在威胁较大，生态承载力有限，生态服务价值被削弱，同时面临农业生产面源污染严重，工业生产和生活废水废气排放无序，重开发，轻治理等问题，对生态系统造成一定侵害，故而生态功能较弱。

图1 福建省“三生”功能空间布局特征

3.2 福建省“三生”功能空间集聚特征

运用探索性空间数据分析方法，借助ArcGIS 10.2对“三生”功能的空间集聚程度进行测算。测算结果显示，生产功能、生活功能和生态功能的Moran’sI指数分别为0.599 8，0.599 5和0.257 1，而且生产功能、生活功能和生态功能指数均在0.01的显著性水平下通过检验，说明“三生”功能指数在空间分布上均呈现正相关，生产功能与生活功能的集聚特征较强，生态功能集聚特征较弱(表2)，这是因为生产功能是生活功能的基础，二者发展同步，而生产功能和生活功能大幅提升的同时也易导致生态功能的衰退。

表2 “三生”功能全局自相关系数

图2 福建省“三生”功能空间集聚特征

3.3 福建省“三生”功能障碍度因素分析

运用障碍度模型，对影响福建省国土空间“三生”功能的因素进行诊断，结果显示，经济密度、生态价值服务总量、交通用地密度和城镇化率等指标影响着多数县域单元的“三生”功能(表3)。

表3 福建省“三生”功能主要障碍指标

根据障碍度因素出现的频率，经济密度是影响福建省生产功能提升的首要障碍因素，具体表现为沿海地区与内陆地区之间经济密度差异显著，反映区位差异对经济发展的影响，因而影响到区域生产功能的布局。而在84.4%的县域单元中生态价值服务总量的障碍度位居次位，说明福建省县域的环境保护和生态建设仍存在问题，这些问题加剧生态脆弱性，降低生态环境承载力，制约着生态功能的提升。

交通用地密度体现区域基础设施能力，交通设施既是生产功能的必须也是生活功能的支撑，福建省多山地丘陵地形，地形起伏大，交通用地密度分布差异大，因而影响整个交通运输功能的发挥，从而影响生产功能。城镇化率可反映区域居民生活水平状况，福建省各市辖区与县域的城镇化率差距较大，县域的基础设施配备尚不完善，从而影响生活功能的整体提升。

3.4 福建省“三生”功能分区及优化调控

运用比较优势指数分析方法，得到各县域单元的“三生”优势功能区(见封2附图3)。根据“三生”功能指数，利用SPSS 22进行系统聚类分析(表4)。基于比较优势指数结果、聚类分析结果、福建省主导功能区规划、自然资源条件及区位差异，同时秉承发挥优势、协调发展和生态优先的原则，将福建省划分为生产—生活—生态综合功能区、生产—生态功能区、生活—生态功能区和生态功能区等4个功能区(见封2附图4)。针对4个功能分区提出以下优化方向。

表4 “三生”功能指数聚类分析结果

(1) 生产—生活—生态综合功能区。该功能区地理位置优越，对外开放的前沿，且工业发展基础好，应加强区域合作，发挥福州中心城市的辐射作用，提升厦漳泉城市群竞争力，推动产业集聚发展，充分利用好区位优势，发展外向型经济。同时加强基础设施的提升和完善，提高社会保障水平，在推进城镇化的过程中注重质的提升。加强海洋生态建设，注重流域生态环境保护，推进生态修复，发展绿色可循环经济，打造生态宜居环境。

(2) 生产—生态功能区。该区主要包括闽西北地区部分县域，区域内资源禀赋条件好，森林覆盖率高，产业基础牢固，应充分利用资源条件，推进农业现代化发展，打造绿色农产品特色品牌；注重优化产业结构和布局，积极承接产业转移，加快科技创新，推进产业结构的转型升级。完善区域内交通设施网络，发挥区域发展联动作用，注重区域发展平衡，提升社会服务和保障水平，完善基础设施网络，推动区域内居民生活水平的稳步提升。在生态方面应当加强区域水土流失的治理，大力防治农业面源污染和工业生产污染，加强生态保育，保持生物多样性，在此基础上有条件地带动生态旅游产业的发展。

(3) 生活—生态功能区。该区以中西部几大中心城区为主体，因此应继续加强基础设施的建设，不断提高提供社会保障和服务的能力和水平，充分发挥中心城区对周围地区生活功能提升的辐射作用，大力推进新兴产业的发展，充分挖掘区域特色资源，带动第三产业的发展。生态环境上积极推进流域综合治理，加强生态修复、环境保育和污染防治，推动生态宜居城市的发展。

(4) 生态功能区。该区由于地形原因，多山地，生态环境脆弱，不适宜大规模的城镇开发建设，因此应当以生态修复和环境保护为主，但该区域自然景观丰富多样，可因地制宜发展特色生态旅游业。

4 讨论与结论

4.1 结 论

(1) 生产功能、生活功能和生态功能的均值分别为0.061 8，0.094 6和0.030 6，高低值分布差异大， “三生”功能指数呈现出东部沿海一带较高，中西内陆地区偏低的分布特征，地区发展不均衡。

(2) “三生”功能指数的Moran’sI指数分别为0.599 8，0.599 5和0.257 1，各功能指数在空间分布均呈正相关，冷热点区域分布明显，热点区域集中分布在东部沿海，冷点区域分布在广大内陆地区，“三生”功能的冷热点分布区域在空间上有一定重合，三者呈现一定程度的协同发展。

(3) 各县域单元的“三生”功能均受到相关因素的制约，其中受经济密度、生态服务价值总量、交通用地密度和城镇化率等指标的阻碍作用较大。根据“三生”功能测度结果、比较优势指数结果和系统聚类结果，划分出生产—生活—生态综合功能区、生产—生态功能区、生活—生态功能区和生态功能区，并根据各功能分区的特点提出优化方向。

4.2 展 望

国土空间“三生”功能水平状况是对其利用质量的直接反馈，科学评价“三生”功能水平可为均衡国土空间利用，提升整体效能提供依据。合理优化“三生”功能空间配置，可促进社会经济和生态环境的健康持续发展。福建省的“三生”功能水平分布差异大，地区之间发展不平衡，“三生”功能在一定程度上呈现空间发展协同，但仍然存在东西部地区发展差异大的问题，因此，在今后的发展过程应注重发展的均衡性，综合提升生产—生活—生态功能水平。国土空间利用中，经济发展与生态环境保护的矛盾仍然影响着“三生”功能水平提升，基于此，应当转变发展理念，以绿色可持续发展为衡量标准，促进经济社会发展和生态文明建设。同时，应当综合各个区域的生产—生活—生态状况，资源比较优势，自然环境条件及结合规划目标，因地制宜地推动区域协调发展，尤其是要注重生态修护和建设。

本研究通过构建国土空间的“三生”功能水平评价指标体系，系统分析国土空间利用的特征，并提出了国土空间利用优化方向，具有一定的现实指导意义。但基于时空两个维度的国土空间特征分析，更能科学掌握其规律，这一方面有待进一步深入。同时在现状分析的基础上，综合国土空间资源承载能力评价和国土开发适宜性评价结果，为国土空间利用的优化布局和调控提供科学依据，这也是本研究今后努力的方向。