基于“双评价”的科尔沁地区三生空间划定

刘秀霞 董林玥 马士萌 王素芬

(中国农业大学 水利与土木工程学院，北京 100083)

我国目前处于工业化、城镇化快速发展的阶段，日益频繁的人类活动干预影响了生态环境安全与影响资源可持续发展，造成土地资源粗放利用和浪费现象，国土空间结构失衡，水土资源空间匹配性差，最终引发城乡发展不协调、生态系统退化等一系列经济社会与生态问题。为此，中共中央办公厅、国务院办公厅做出重大部署，深度贯彻生态文明思想，严格落实生态环境保护制度、耕地保护制度和节约用地制度：将三条控制线作为调整经济结构、规划产业发展、推进城镇化不可逾越的红线；建立国土规划体系，将主体功能区规划、土地利用规划、城乡规划等空间规划融合为统一的国土空间规划，实现“多规合一”。国土空间规划体系下“三生空间”要素的科学规划可以加快我国形成绿色生产方式和生活方式的步伐，推进生态文明建设。随着我国国土空间管理方式由“经济建设优先”向“生产、生活、生态统筹发展”转变，有序引导国土空间资源要素重新配置，构建稳定、协调的国土空间秩序显得尤为重要。

“三生”空间是对生产、生活、生态3种功能空间的总称，构成了不同空间尺度的主体要素。生产空间是指用于生产经营活动的场所，主要以农业和非农业生产为主导功能的区域；生活空间是指以提供人类居住、消费、休闲和娱乐等为主导功能的场所，涉及城市居住用地、公共管理与公共服务用地以及商业用地；生态空间是指宏观状态稳定的物种生存繁衍所需的环境空间。这三类空间基本涵盖了人们物质生产和精神生活中的空间活动范围，承载了人类社会、经济活动以及环境资源。目前，关于三生空间的研究主要集中在概念内涵和框架、分类体系、三生空间的承载力分析以及三生空间适宜性评价指标体系构建方面。对于三生空间划分采用的研究方法主要有2 种：一种是构建指标体系对研究区土地“三生”功能和适宜性进行评价，从而划分“三生”空间。由于研究视角与评价目的存在差异，现阶段缺乏相对统一的三生空间分类标准和评价指标体系；另一种则是以土地利用类型为基础进行“三生”空间划定。何以翔对土地利用类型进行整合和重分类划定三生空间。夏敏等综合土地多功能与适宜性进行“三生”空间划定。现有的“三生”空间划定甚少考虑“水”这一发展限制因素，虽然“三生”空间的实质是以土地利用功能为载体，但是水作为生产、生活、生态空间发展的重要资源，需要“以水为基，以水定绿”，在三生空间划分过程中应当考虑当地的水土资源承载能力。自然资源部印发的相关文件中提出“双评价”是国土空间规划编制的前提和基础，对于统筹优化生态、城镇、农业等空间布局提供支撑。“双评价”是指资源环境承载力评价和国土空间开发适宜性评价，在生态文明建设理念的指导下，优先对生态保护重要性进行评价，保证生态安全。然后基于环境资源承载力评价，进行不同功能空间的适宜区划定，识别“生态保护—城镇建设—农业生产”空间，并且兼顾发展与保护的协调理念，从而满足人类对国土空间利用的需要，为国土空间布局提供方向性指导。科学划分“三生空间”有助于形成生态、生活、生产空间的合理结构，对于缓解空间结构性矛盾、优化国土空间开发、制定产业发展策略、保护区域生态环境具有重要意义。

科尔沁地处松嫩草原与内蒙古高原的过渡地带，横跨内蒙古、辽宁、吉林三省区， 由于滥垦、滥牧、滥樵导致植被大量破坏, 土地风蚀沙化严重, 生态环境脆弱, 成为我国北方农牧交错地区典型的生态脆弱带。作为我国沙漠化发生发展的典型区，区域生态环境受到严重破坏，制约社会、农业以及经济的发展。合理划定“三生”空间有利于统筹规划建设用地、农业生产和生态用地需求，促进经济发展和生态环境保护。目前，关于科尔沁地区“三生”空间划定的研究较少。因此，为在水土资源承载力的约束下设立生态保护区，有序推进“科尔沁沙地综合治理”进程，合理开发国土空间，本研究拟以科尔沁全域生态、生活以及农业生产空间为研究对象，运用“双评价”方法，从水土资源承载力和开发适宜性2 个维度，综合考虑科尔沁地区的自然地理、社会、经济等因素，协同多目标构建生态保护重要性、生活空间适宜性和农业生产适宜性评价指标体系，评估科尔沁全域的水土资源利用状况；并划分生态保护重要区、生活空间适宜区和农业生产空间适宜区，明确科尔沁地区“三生空间”的划定范围，以期实现“以承载力和适宜性定空间”的目标，为该地区生态治理以及国土空间的合理规划提供科学依据。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

科尔沁地区位于我国东北部，地处116°21′～123°43′ E，41°17′～46°41′ N。本研究以赤峰市、通辽市、兴安盟、白城市、阜新市作为科尔沁地区典型研究区域(图1)，区域总面积14.21万km，其中沙地现有面积大约为3.5万km。研究区内地貌复杂多样，呈现出西高东低的地形特点，且西部地区坡度变化较大。在水土资源方面，科尔沁地区受气候、地形等因素影响，使得水资源分布不均衡，多年平均降水量在305～485 mm。在用水分配中，大部分用于农业，其中赤峰市、通辽市、兴安盟和白城市的农业用水比例均超过80%，尤其是通辽市和兴安盟，分别为87.07%和88.28%。在社会经济方面，2018年末总人口为1 314.61 万人，人口密度平均为78.01人/km，平均城镇化率为51.38%。五市全年生产总值为4 245.17亿元，第一产业贡献率平均为20.89%，人均GDP为3.74万元/人，且万元GDP耗水量平均为250.02 m/万元。

图1 科尔沁地区高程图(a)、降水图(b)以及土地利用现状图(c)Fig.1 Geographical location map of the Horqin elevation (a), precipitation (b) and land use(c)

1.2 数据来源

本研究使用的数据涉及了社会、经济以及农业方面，其中人均水资源量等来源于2018年水资源公报；农田有效灌溉比率、人口密度、粮食产量、人均耕地面积、人均GDP均来源于2018年中国县域统计年鉴。使用的土地利用现状数据、DEM数据、坡度数据、土壤质地空间分布数据、积温、降水量数据空间分辨率为1 km，均来源于中国科学院资源环境科学数据中心(http:∥www.resdc.cn)。生态系统服务价值评估数据源于中国陆地生态系统服务价值空间分布数据集。

2 研究方法

具体研究思路见图2。可知：首先从水土资源利用系统、社会系统和经济系统中选取指标，构建水土资源承载力的评价指标体系，评价研究区水土资源承载力的现状。然后，从生态保护重要性、生活适宜性、农业生产适宜性3 个方面选取指标构建国土开发适宜性评价指标体系，基于生态敏感性评价及生态系统服务功能重要性评价得到生态保护重要区，基于生活适宜性和农业生产适宜性评价指标体系得到生活适宜区和农业生产适宜区。基于水土资源承载力和适宜性评价结果，结合功能适宜性评价分别对生态保护重要区、生活适宜区和农业生产适宜区进行分类评价，在此基础上综合集成，将得到的三类适宜空间进行叠加，遵循因地制宜、可实施性以及科学性原则划定最终的三生空间。

图2 研究框架图Fig.2 Study framework

2.1 构建模糊综合评价法的水土资源承载力评价模型

2

.

1

.

1

模糊综合评价法

模糊综合评价法的特点在于评判过程中系统性强且结果清晰，不受被评价对象所处集合的干扰，而且该方法可以评判多因素综合影响的结果，适合信息不完全确定的小样本系统。故本研究采用该方法对多个影响水土资源的因素进行综合评价，通过计算模糊隶属度，最终给出水资源承载力的等级。模糊综合评价法具体步骤如下：

1)评价指标集。={

u

,

u

,…,

u

}2)评价等级。={

v

,

v

,…,

v

}式中：

v

为各种评价等级，通常划分为3～5个等级。

3)确定指标权重。结合主观赋权法和客观赋权法，利用熵权法和层次分析法组合得到一个综合权重，来保证水土资源承载力评价结果的准确性。组合权重方法如下：

(1)

式中：

w

为层次分析法的权重；

v

为熵权法的权重。

4)建立模糊评价矩阵。

式中：

r

表示因素

u

的评价对等级

v

的隶属度。5)计算模糊综合评判为上的模糊子集，而评判结果则是上的模糊子集，并且可以表示为={

a

,

a

,…,

a

}和={

b

,

b

,…,

b

}且=·。式中：

a

为

u

对的隶属度且0≤

a

≤1；

b

为等级

v

对综合评定所得模糊子集的隶属度且0≤

b

≤1。6)量化评判集。分别设

w

=0.95，

w

=0.75，

w

=0.50，

w

=0.25，

w

=0.05为5个等级的评分值，对5个等级进行0～1的评分。综合评分计算公式为：

(2)

7)计算隶属度。首先在指标分级中，每个指标都被

K

，

K

，

K

，

K

分成了5 个等级，

K

属于

i

和

i

+1的等级临界值。为避免实际指标值分级指标数值的细微差别而相差一个评价等级，使得隶属度得以平滑过渡，设定当实际指标值等于(

k

+

k

+1)

/

2时，实际指标值对该等级的隶属度为1。其他情况隶属度计算方法和计算式如下:

(3)

(4)

该情况下，

r

2=1-

r

1，

r

4=1-

r

5，其余值为零。若指标处于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ评价等级，即

u

的实际值介于

k

和

k

+1之间(1≤

i

≤3)时，分2种情况计算：

(5)

(6)

式中：

r

=1-

r

+1，

r

+2=1-

r

+1，其余为零。负向指标的隶属度计算则需要将上述公式中的“<”改为“>”即可。

2

.

1

.

2

水土资源承载力评价指标体系建立

水土资源利用现状评价体系的基础指标应能够简明、清晰地表示复杂的水土资源量及其开采利用程度、社会发展和经济效益之间纷乱庞杂的关系，准确地度量出水土资源与人口、生产、生态之间的配置关系。根据以上指标选取原则，本研究从水土资源利用系统、社会和经济等发展问题的角度，综合影响水土资源利用的资源因素、生态因素、制度因素、科技因素及人口因素，选取了14项代表性指标，构建水土资源评价指标体系。综合以往等级界定标准的研究文献，本研究界定了Ⅰ～Ⅴ级5个标准(表1)。

表1 科尔沁水土资源评价指标体系及等级界定标准
Table 1 Evaluation index system and grade definition standard of water and soil resources in Horqin

系统层Systemlayer评价指标Evaluationindex指标类型Indextype单位Unit分级 ClassificationⅠⅡⅢⅣⅤ承载富裕Carryingcapacitysupera-bundant承载有余Carryingcapacityhavespare承载临界Carryingcapacitycriticality超载Overloaded严重超载Seriouslyoverloaded农业水土资源匹配系数正m3/hm2>2 5002 500～2 1002 100～1 7001 700～1 300<1 300农业用水定额负m3/万元<360360～440440～520520～600>600水土资源系统Water andsoil resourceutilizationsystem垦殖率负%<1616～2424～3232～40>40农业用水比例负%<1515～3030～4545～60>60农田有效灌溉比率正%>7575～6565～5555～45<45林草覆盖率正%>8080～5858～3636～14<14人口密度负人/km2<9090～390390～690690～990>990城镇化水平负%<5050～6060～7070～80>80社会系统Socialsystem耕地粮食产出正t/hm2>6.66.6～5.45.4～4.24.2～3.0<3.0人均水资源量正m3/人>2 0002 000～1 5001 500～1 0001 000～500<500人均耕地面积正hm2/人>6060～5050～4040～30<30人均GDP正万元/人>8.08.0～6.56.5～5.05.0～3.5<3.5经济系统Economicsystem一产贡献率正%>1818～1414～1010～6<6万元GDP耗水量负m3/万元<4040～8080～120120～160>160

2.2 国土空间适宜性评价

本研究结合科尔沁地区区域特点，构建研究区“三生”空间适宜性评价指标体系。科尔沁地区的经济发展类型是以农为主，农牧并举，因此本研究中生产空间主要以农业生产为主导，从土壤因素、地形、气候和土地利用类型四方面选取农业适宜性指标并结合相关研究设定参考阈值(表2)。通过土壤数据的预处理，从物理、化学、生物等方面综合评定农业生产适宜性等级。其中，物理因素主要指影响土壤性质的客观因素，有气候条件和土壤类型；生物因素目标层主要选取土壤有机质含量。生活空间的适宜状况通过安全性、便捷舒适性以及环境友好性来体现，因此选取坡度、交通、海拔以及土地利用4 项指标(表3)。在构建生态保护重要性评价指标体系过程中，考虑到研究区沙地面积大，土地沙化严重，所以生态空间则考虑生态敏感性和生态系统服务功能重要性两方面选取指标(表4)。其中，生态系统服务功能重要性包含气候调节价值、土壤保持价值以及生物多样性价值，这些指标依据全国净初级生产力NPP、降水量等数据并对生态系统各服务价值当量因子价值进行调整计算得出。各项指标的权重利用AHP确定，结合以往研究文献和“双评价”指南确定指标分级，采用1、3、5、7等4个评分来表示单元的适宜程度，其中1为适宜性最低，7为适宜性最高。

表2 农业生产适宜性评价指标体系
Table 2 Evaluation index system for suitability of agricultural production

系统层System layer权重Weight指标层Index layer指标分级Index classification分值Score[35,45)7土壤因素Soil factor0.054土壤质地/%[25,35)5[12,25)3<121<20070.079高程/m[200,600)5[600,1 300)3地形Terrain≥1 3001570.113坡度/(°)(5, 15]5(15, 25]3>251≥26 00070.250积温/10-1 C°[21 000, 26 000)5[16 000, 21 000)3气象Meteorology<16 0001≥5 10070.145降雨/10-1 mm[4 500, 5 100)5[3 900, 4 500)3<3 9002土地利用Land utilization0.359土地利用耕地5草地、林地3

表3 生活适宜性评价指标体系
Table 3 Evaluation index system for suitability of living

系统层System layer权重Weight指标层Index layer指标分级Index classification分值Score570.168 9坡度/(°)(5,15]5(15,25]3地形Terrain>251<20070.119 0海拔/m[200, 600)5[600, 1 300)3≥1 3001<5007交通Transportation0.310 9交通/m[500, 1 500)5[1 500, 3 000)3≥3 0001城乡居民5土地利用Land utilization0.401 2土地利用耕地3林地、草地、水域1

2.3 三生空间划定原则

研究区生态-生活-农业生产空间适宜性的划定遵循因地制宜原则、可实施性原则以及科学性原则。根据市区主体功能定位，综合考虑水土资源承载力，依据国土开发适宜性评价结果，划定生态保护重要区、生活适宜区以及农业生产适宜区。

功能适宜性评价：基于适宜性指标评价结果，结合水土资源承载力的空间评价结果，将水土承载力超载的地区首先确定为生活空间适宜程度“不适宜区”，这些区域将不作为生活空间的评价区域；协调生态空间适宜性评价结果和水土资源承载能力，将水土资源承载力超载区应作为生态空间适宜区；依据农业生产空间适宜性评价标准，将水土资源承载能力超载区确定为农业生产空间适宜程度低级区。

生态空间划定：重点考虑生态安全控制区、水源保护区以及自然保护区等区域，将生态保护重要性评价结果为“极重要”的区域划入生态空间，以保证划定结果的科学性。

生活空间划定：考虑人们居住场所建设以及生活活动，将城镇建设适宜性评价结果为“适宜”和 “一般适宜”的区域划定为生活空间，协调划定生活空间和农业生产空间。

农业生产空间划定：考虑永久基本农田，充分考虑自然资源承载能力，守住粮食安全底线，将农业生产“适宜区”和“一般适宜区”划定为农业生产空间，剩余区域划定为生态空间，以保证划定的方法和结果具有可实施性。

3 结果与分析

3.1 水土资源承载力研究结果

根据上述得到的模糊隶属矩阵

R

和权重矩阵

A

，结合各等级综合评分系数，得到评价对象的综合评分值和科尔沁承载力分布，结果见图3。可知区域水土资源承载力评价结果表明，科尔沁地区不同城市的农业水土资源承载力现状均处于临界或超载状态。其中：阜新市的综合评分最高，为0.461；通辽市评分次之，为0.416；其次为白城市，评分为0.401。这3 个城市的农业水土资源开发利用等级均为III级，处于临界超载状态。这3 个城市的农业用水定额较低，但是农田有效灌溉比率、垦殖率、人均水资源量相对较高，使得水土承载力相对较好。

表4 生态保护重要性评价指标体系
Table 4 Evaluation index system for importance of ecological protection

系统层System layer权重Weight指标层Index layer指标分级Index classification分值Score强烈70.079 2土壤侵蚀中度5轻度3微度1林地、草地、水域5生态敏感性Ecological sensitivity0.359 4土壤覆被耕地3城乡、居民用地、未利用1>2570.250 0地形坡度/(°)(15, 25]5(5, 15]3≤51>30 00070.053 9气候调节价值/亿元(5 000,30 000]5(500,5 000]3(0,500]1>10 0007生态系统服务功能重要性Importance of ecosystem service0.144 7土壤保持价值/亿元(5 000,10 000]5(500,5 000]3(0,500]1>30 0007(5 000, 30 000]50.112 8生物多样性价值/亿元(500, 5 000]3(0, 500]1其他1

图3 科尔沁地区水土资源承载力评价结果Fig.3 Evaluation results of water and soil resources carrying capacity in Horqin area

赤峰市和兴安盟的水土资源承载力评分分别为0.386和0.358，开发利用等级为IV级，处于超载状态。赤峰市经济较为发达，人口较为稀疏，农业水资源开发利用率高，单位耕地面积用水量较高，且该市农田有效灌溉比率较低，这些因素是造成赤峰市承载能力超载的主要原因。兴安盟人口最为稀疏，单位耕地面积用水量较低，但是农业用水比例是研究区中最高的城市；并且兴安盟的一产贡献率和万元GDP耗水量都比较高，这成为兴安盟水土资源承载力超载的重要原因。

3.2 国土空间开发适宜性评价

基于构建的生态保护、生活适宜以及农业生产适宜性评价指标体系，得到了科尔沁地区5 个城市国土“三生”空间适宜性评价结果，利用自然断点法，在ArcGIS平台上将评价结果按重要性划分为极重要、重要以及一般重要3 类，按适应性划分为适宜、一般适宜以及不适宜3 类，如图4所示。从空间分布来看，生态保护极重要区主要集中在赤峰市、兴安盟和通辽的西北方向，且大部分地区为林地和草地。生态保护重要性一般的地区主要为白城市和阜新市，因为该两市的植被覆盖率较低，地物类型主要以农业生产为主，耕地面积所占比例较大，限制了该地区的生态空间属性。生活适宜区零星分散在科尔沁地区，主要集中在白城市和通辽市，其中白城市生活适宜区所占比例最大，由于该市的交通均较为便利，且在生活适宜性评价过程中道路交通因素的影响较大。农业生产适宜区主要集中在科尔沁地区的西部地区，其中白城市和阜新市的农业生产适宜区所占比例较大，主要由于该地区的耕地面积较大，地形和土壤条件具备农业生产的条件。

图4 “三生空间”适宜性评价结果Fig.4 Evaluation results of production-living-ecological space suitability

3.3 国土“三生空间”划定

基于生态保护、城镇建设、农业生产适宜性评价结果，本研究对科尔沁进行了“三生”空间最终划定，结果如图5所示。研究区域总面积为142 130.74 km，生态空间、生活空间和农业生产空间所占比例分别为62.60%、2.65%和34.74%，统计面积分别为88 980.45 km、3 770.28 km和49 380.01 km。相比目前的土地利用情况，基于三生空间划定的区域结构，生活空间面积增加了641.99 km，农业生产空间面积增加了46 325.38 km。根据划定结果，阜新市农业生产面积所占比例最大，占阜新市总面积的84.26%，而且水土资源承载力的评分与其余四市相比最高，说明阜新市具备农业生产的条件，适合发展农业。其次为白城市，但是白城市的农业生产空间所占比例仅为46.64%，远低于阜新市。赤峰市和兴安盟的生态面积占据了约71.00%，这与赤峰市和兴安盟的地理位置和自然条件密切相关，适宜林草的生长。生态保护重要性一般的地区主要为白城市和阜新市，且阜新市的生态面积所占比例最小，仅为11.27%，主要原因是该市植被覆盖率较低，地物类型主要以农业生产为主，耕地面积所占比例较大，且该地区的水土资源能力评分最高，适宜农业生产。白城市的生活空间占地面积是该五市中所占比例最高的，为9.95%；赤峰市生活空间占地面积仅为1.37%，是该五市中城镇占地面积最小的城市，由于该市的水土资源承载力属于超载区，建议该市应通过土地复垦、建设高标准农田等措施提高水土资源承载力。

图中数值表示生态、生活和生产空间所占各个城市面积比例。 The values in the Figureshow the proportions of ecological, living and production space in each city area.图5 科尔沁地区“三生”空间划定结果Fig.5 Delineation results of “production-living-ecological” in Horqin Region

4 讨论与结论

合理地划定“三生空间”可以协调空间开发、经济发展与环境资源的关系，缓解农业生产、生活和生态空间的矛盾，统筹农业生产、生态的用地需求，合理规划城镇发展和生态环境保护。“双评价”方法在国土空间规划体系中具有重要的作用，能够对国土空间资源要素现状进行全面的排查，对形成可持续发展的国土空间格局具有重要意义。本研究探究基于水土资源承载力和空间适宜性评价划定“三生”空间，牢牢抓紧“水”这一重要限制性因素对于农业生产、生活以及生态空间的影响，可为科尔沁地区农业生产、生活以及生态空间的合理配置提供依据，转变该地区以农牧为主体的经济发展模式，从高强度利用土地转为依托自然资源创造更高效益的区域可持续发展。

本研究基于水土资源承载力划定“三生空间”，以水为基，以水定绿，重点考虑水土资源承载力与生态、生活与农业生产的匹配性。科尔沁地区是我国东部最大的沙漠，在生态治理方面面临着巨大的挑战。然而，生态治理需要明确农业生产、生活和生态空间，确保生态环境保护措施的实施和自然资源的有序开发和利用。本研究综合考虑科尔沁地区“三生”空间适宜性和水土资源承载力统筹规划该区域国土空间格局，为设立科尔沁地区生态功能区和生态特区，有效治理生态环境，实现区域可持续发展提供依据。但本研究在水土资源承载力评价采用的研究数据以统计数据为主，适宜性评价采用的是地理空间数据，数据精度需进一步提高。同时本研究确定的指标评价体系有待完善，如生活空间适宜性评价主要考虑空间的承载功能，缺少生活保障的评价指标。未来的研究中进一步综合全面的考虑生活空间的适宜性，为科尔沁地区的“三生”空间划定提供更准确的指导。

本研究以科尔沁地区为例，利用模糊综合评价法对水土资源承载能力进行了评价，以农业生产保障、城镇建设潜力、生态屏障约束为导向，从生态保护、生活、农业生产3 个方面选取指标构建了国土开发适宜性评价指标体系。遵循因地制宜原则、可实施性原则以及科学性原则，从“双评价”视角确定了该地区划定生态-生活-农业生产“三生”功能空间。主要结论如下：

1)生态保护极重要区主要集中在科尔沁的西北地区的林地和草地，主要分布在赤峰市和兴安盟，所占比例约为71.00%。但是赤峰和兴安盟地区的水土资源承载力属于严重超载区，建议合理分配水资源，提高农业用水效率，推进高标准农田建设等一系列措施，通过山水林田湖草综合治理提升水土资源承载能力。

2)生活适宜区主要集中在白城市，面积占该城市比例为9.95%，与现有土地利用类型相比，生活空间面积增加了641.99 km。该地区的水资源承载力属于临界状态，当地可以通过提高森林覆盖率、减少耕地面积和农业用水量实现当 地水土资源的可持续发展。

3)农业生产适宜区主要集中在阜新市，面积占阜新市比例为84.26%，农业生产空间面积增加了46 325.38 km。该地区水土资源承载力评分最高，该地区具备农业生产条件，应着力发展农业，建设高质量农业生产。