謝曉彤，李效順

河南省“三生”功能時(shí)空演變特征及影響因素

謝曉彤，李效順※

（1. 中國礦業(yè)大學(xué)中國資源型城市轉(zhuǎn)型發(fā)展與鄉(xiāng)村振興研究中心，徐州 221116；2. 江蘇自然資源智庫中國礦業(yè)大學(xué)研究基地，徐州 221116）

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程快速推進(jìn)，國土空間功能格局產(chǎn)生劇烈演變，探討國土空間“三生”功能的時(shí)空演化特征及影響因素，可為區(qū)域協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展和國土空間優(yōu)化布局提供科學(xué)依據(jù)。該研究以河南省縣域單元為例，從生產(chǎn)、生活、生態(tài)三個(gè)維度構(gòu)建指標(biāo)體系，評價(jià)區(qū)域2000、2006、2012年及2018年“三生”功能的空間格局特征及演化規(guī)律，并利用主成分分析法診斷“三生”功能演變的影響因素及作用機(jī)制。結(jié)果表明：1）2000—2018年河南省各縣域“三生”功能均呈現(xiàn)不同程度的增長態(tài)勢，空間上“三生”功能存在地域分異特征，生產(chǎn)功能空間梯度差異顯著，生活功能由市轄區(qū)向外逐漸減弱，生態(tài)功能呈現(xiàn)“山地丘陵區(qū)>平原區(qū)>市轄區(qū)”的梯度變化；2）2000—2018年河南省“三生”功能發(fā)展變化明顯，24.39%的縣域生產(chǎn)功能明顯減弱，86.99%的縣域生活功能水平得到提升，而生態(tài)功能平穩(wěn)發(fā)展，減弱區(qū)域較少；3）糧食保障、社會保障、生態(tài)維持是影響河南省“三生”功能演變的重要因素，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)承載是基礎(chǔ)性影響因素，說明不同影響因子間形成共同推力才能促進(jìn)“三生”功能的良性發(fā)展。研究結(jié)果可為促進(jìn)國土空間規(guī)劃及空間可持續(xù)利用提供參考與依據(jù)。

功能；土地利用；“三生”空間；時(shí)空演變；影響因素；主成分分析；河南省

0 引 言

國土空間是人類生產(chǎn)生活和社會經(jīng)濟(jì)活動(dòng)以及生態(tài)文明建設(shè)的重要空間載體[1]。改革開放以來，中國城鎮(zhèn)化進(jìn)程快速推進(jìn)，進(jìn)而導(dǎo)致了國土空間格局的劇烈演變[2]。中國在經(jīng)歷了40多年的高速增長之后，發(fā)展中不平衡、不協(xié)調(diào)、不可持續(xù)等問題日益凸顯，對中國國土空間的可持續(xù)開發(fā)帶來了巨大挑戰(zhàn)。十八大提出要構(gòu)建“生產(chǎn)空間集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀”的國土“三生”空間[3]，至此以后，關(guān)于“三生”空間及“三生”功能的研究愈加增多。同時(shí)，隨著建立國土空間規(guī)劃體系上升為國家重大戰(zhàn)略，從全國到地市相繼開展了國土空間規(guī)劃編制實(shí)施工作，開始劃分國土空間不同類型功能區(qū)，識別國土空間功能分異特征[4]。在此背景下，分析國土空間“三生”功能演變特征，實(shí)現(xiàn)不同功能間的協(xié)調(diào)發(fā)展，成為國土空間規(guī)劃中的重點(diǎn)問題[5]。

國土空間功能是空間結(jié)構(gòu)的外在表現(xiàn)，是人類在利用開發(fā)國土空間過程中所表現(xiàn)出的承載特性和能力響應(yīng)。關(guān)于國土空間功能，地理學(xué)中較早引入了空間功能的解釋，起初是指自然環(huán)境可提供的商品與服務(wù)[6]，后逐步拓展為具有對人類或自然產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)與潛在變化的能力[7]。國外關(guān)于多功能的概念首先源于農(nóng)業(yè)多功能[8-9]，隨著多功能研究的深入，土地利用領(lǐng)域?qū)W者開始將多功能概念引入到土地利用多功能研究中[10-12]，而近年來，國外土地利用多功能不再只關(guān)注農(nóng)業(yè)范疇，開始強(qiáng)調(diào)土地的生態(tài)服務(wù)功能和景觀功能[13-14]，關(guān)于景觀多功能、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究亦逐漸增多[15-16]，這些都為國土空間功能研究提供了基礎(chǔ)。國內(nèi)國土空間功能的相關(guān)研究是從土地利用功能逐步開展的，目前關(guān)于土地利用功能的研究主要集中在土地利用功能識別與分類、土地利用多功能評價(jià)、土地利用功能變化等[17-19]。隨著土地利用功能的深入，國內(nèi)研究重心逐步轉(zhuǎn)到國土空間功能評價(jià)與利用，從主體功能區(qū)劃、國土空間功能識別、國土空間功能優(yōu)化多個(gè)方面展開[20-22]，并日趨成熟?！叭惫δ茏鳛榻┠晏岢龅亩x，是目前研究國土空間規(guī)劃的前提與基礎(chǔ)，“三生”功能作為國家政策要求的內(nèi)涵體現(xiàn)，是科學(xué)開展國土空間開發(fā)與利用的前提，也是實(shí)現(xiàn)國土空間格局重塑的基礎(chǔ)依據(jù)。目前，國土空間“三生”功能研究主要側(cè)重于“三生”功能內(nèi)涵[23]、評價(jià)指標(biāo)體系、評價(jià)方法等方面，關(guān)于“三生”功能的評價(jià)指標(biāo)體系，多數(shù)學(xué)者主要圍繞指標(biāo)體系的構(gòu)建及定量識別展開[24-25]，研究方法上，多采用空間加權(quán)疊加、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、比較優(yōu)勢指數(shù)（NRCA）、聚類分析等方法測算“三生”功能價(jià)值，或確定國土空間“三生”功能優(yōu)化方案[26-28]。除此之外，許多學(xué)者開始以“三生”為視角，研究國土空間格局特征，優(yōu)化國土空間格局[29-31]，同時(shí)，研究尺度上從全國、省域、市域逐漸向縣域和村域等中微觀尺度過渡[32-34]。總體來看，國內(nèi)外空間功能及“三生”功能的研究內(nèi)容與研究成果不斷豐富完善，研究視角和研究方法也逐漸多元化。然而以往研究多偏重于國土空間“三生”功能的靜態(tài)格局分析，動(dòng)態(tài)演化規(guī)律及影響因素特征的研究較為匱乏，難以探究“三生”功能的動(dòng)態(tài)性和影響機(jī)制。

河南省作為中央深改組確定的9個(gè)省級空間規(guī)劃試點(diǎn)之一，開展區(qū)域內(nèi)“三生”功能的時(shí)空演化規(guī)律及地域分異特征研究，對河南省空間規(guī)劃工作的完善及區(qū)域內(nèi)協(xié)調(diào)優(yōu)化具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。據(jù)此，為深入診斷河南省“三生”功能時(shí)序特征，本文以河南省縣域行政單元為研究對象，將研究時(shí)間段定為城市化快速發(fā)展的2000—2018年，構(gòu)建基于“三生”功能的國土空間多功能測度指標(biāo)體系，并借助綜合評價(jià)模型、比較系數(shù)、主成分分析等方法，對比分析2000年、2006年、2012年和2018年河南省“三生”功能的時(shí)序變化及空間分異特征，進(jìn)而探析“三生”功能演變的影響因素及作用機(jī)制，以期為探索河南省國土空間發(fā)展路徑，實(shí)現(xiàn)區(qū)域全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展提供新思路和參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

河南省界于31°23'～36°22'N，110°21'～116°E，位于中國中部、黃河中下游，土地面積16.7萬km2，地勢西高東低，山地、丘陵、平原、盆地等地貌類型齊全，氣候四季分明，植被類型豐富，國土空間自然稟賦優(yōu)勢突出。河南省地處全國“兩縱三橫”的交匯處，屬于中國經(jīng)濟(jì)由東向西梯次推進(jìn)發(fā)展的中間地帶和全國綜合交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的重要樞紐。2018年，全省地區(qū)生產(chǎn)總值突破4.81萬億元，城鎮(zhèn)化率達(dá)到51.71%，以城市群為主體形態(tài)，大中小城市與小城鎮(zhèn)協(xié)調(diào)發(fā)展的現(xiàn)代城鎮(zhèn)體系正在加快形成。河南省作為中國的農(nóng)業(yè)、人口和經(jīng)濟(jì)大省，在研究期間實(shí)現(xiàn)了城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的快速推進(jìn)，但在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，自然資源約束趨緊，經(jīng)濟(jì)發(fā)展給生態(tài)環(huán)境帶來的壓力不斷增大，國土空間格局結(jié)構(gòu)逐漸失衡，區(qū)域協(xié)調(diào)任務(wù)艱巨。

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源：1）土地利用數(shù)據(jù)來源于河南省自然資源廳2000年、2006年、2012年及2018年的土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)；2）社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)來源于相應(yīng)年份的市級統(tǒng)計(jì)年鑒和《河南統(tǒng)計(jì)年鑒》、《河南農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》，以及相應(yīng)年份的國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)，部分缺失數(shù)據(jù)通過插值法補(bǔ)充。2000—2018年間河南省的行政區(qū)劃曾進(jìn)行調(diào)整，為保證研究區(qū)時(shí)間序列的可比性，擬按照河南省2018年的行政區(qū)劃為基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)整，另外將各地市的市轄區(qū)進(jìn)行統(tǒng)一合并處理，最終得出123個(gè)研究單元。

1.3 研究方法

1.3.1 “三生”功能理論分析框架

十八大以來，中國對生態(tài)文明建設(shè)重要性的認(rèn)識不斷深化，開始在國土空間開發(fā)利用格局上強(qiáng)調(diào)以生產(chǎn)功能、生活功能和生態(tài)功能為視角進(jìn)行國土空間土地利用類型劃定。國土空間作為復(fù)雜的社會生態(tài)系統(tǒng)，是人類活動(dòng)與用地發(fā)展的空間載體，國土空間自身結(jié)構(gòu)的多樣性決定了其內(nèi)部功能的復(fù)雜性[35]。國土空間由于自然本底、要素組成結(jié)構(gòu)的差異，不同類型空間能夠提供不同的主導(dǎo)功能，目前主要根據(jù)不同的功能將國土空間劃分為生產(chǎn)空間、生活空間及生態(tài)空間三類，每種類型空間都承載著相應(yīng)的主導(dǎo)功能[36]。一般情況下，對區(qū)域國土空間發(fā)展起到?jīng)Q定性作用的功能被稱為主導(dǎo)功能，除主導(dǎo)功能外，特定的國土空間還存在相應(yīng)的從屬功能。生產(chǎn)空間主要以發(fā)揮生產(chǎn)功能為主，同時(shí)輔以生活、生態(tài)功能；生活空間以發(fā)揮生活功能為主，并輔以生產(chǎn)、生態(tài)功能；生態(tài)空間以生態(tài)功能為主導(dǎo)，生產(chǎn)生活功能為輔助?？梢钥闯觯瑖量臻g內(nèi)部會出現(xiàn)主導(dǎo)功能與從屬功能的疊加，以完成空間利益的最大化。

在一定的空間尺度上，生產(chǎn)空間主要提供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、非農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展功能；生活空間主要提供空間承載、生活保障和社會保障功能；生態(tài)空間主要提供生態(tài)維持、生態(tài)承載和環(huán)境維護(hù)功能（圖1）?！叭惫δ苁恰叭笨臻g內(nèi)涵的具象體現(xiàn)，其中生產(chǎn)功能是推動(dòng)生活、生態(tài)功能變化的根本動(dòng)力，決定生活、生態(tài)空間的質(zhì)量和狀態(tài)；生活功能是生產(chǎn)、生態(tài)功能的根本目的，能夠促進(jìn)生產(chǎn)功能提升和生態(tài)功能的改善；生態(tài)功能是生產(chǎn)和生活功能發(fā)展的重要資源環(huán)境保障，對區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展有重要作用。三類功能之間是相互作用、相互推動(dòng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)[37]?！叭惫δ苤?，一類功能的有序或惡性發(fā)展會直接影響到其他功能的和諧推進(jìn)，只有“三生”功能間相互協(xié)調(diào)、共同發(fā)展才能促進(jìn)土地利用綜合效益的最大化（圖1）。

1.3.2 “三生”功能評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

國土空間“三生”功能是指一定區(qū)域在整體空間格局的發(fā)展與演變過程中所發(fā)揮的作用，該作用受整體區(qū)域發(fā)展、內(nèi)部相互作用影響而呈現(xiàn)出不斷演變的特征。“三生”功能在國土空間上的分異規(guī)律本質(zhì)上取決于區(qū)域的自然資源環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及生活水平的高低與否。

基于對“三生”功能特征的認(rèn)知，結(jié)合“三生”功能內(nèi)涵，參考已有研究成果[3,29]，以剖析河南省“三生”功能演化特征為目標(biāo)，構(gòu)建綜合生產(chǎn)功能、生活功能、生態(tài)功能的多功能評價(jià)指標(biāo)體系（表1）?；谏a(chǎn)功能的內(nèi)涵，可將生產(chǎn)功能從“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)-非農(nóng)業(yè)生產(chǎn)-經(jīng)濟(jì)發(fā)展”的角度選取9項(xiàng)指標(biāo)，以墾殖系數(shù)、糧食單產(chǎn)、人均耕地面積、人均糧食產(chǎn)量及人均肉類產(chǎn)量表征區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況，以地均國內(nèi)生產(chǎn)總值、地均二三產(chǎn)業(yè)值、地均工業(yè)生產(chǎn)總值及地均公共財(cái)政收入反映區(qū)域的非農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。生活功能從“空間承載-生活保障-社會保障”相結(jié)合的角度選取9項(xiàng)指標(biāo)。以城鎮(zhèn)用地密度、農(nóng)村居民點(diǎn)密度、人口密度表征空間承載能力，交通用地密度表征區(qū)域的交通承載強(qiáng)度；生活保障主要反映人們的物質(zhì)和精神生活條件，以人均社會消費(fèi)品零售總額表征；社會保障是生活功能的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，體現(xiàn)在就業(yè)、收入及醫(yī)療等方面，以從業(yè)人口密度、城鄉(xiāng)人均可支配收入比及醫(yī)療床位情況表達(dá)。生態(tài)功能從“生態(tài)維持-生態(tài)承載-環(huán)境維護(hù)”的角度選取7項(xiàng)指標(biāo)。以濕地占比、森林覆蓋率、水網(wǎng)密度及生物豐度表征區(qū)域的生態(tài)維持現(xiàn)狀；生態(tài)承載體現(xiàn)在生態(tài)空間所提供的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，以地均生態(tài)服務(wù)價(jià)值表征；以土地退化指數(shù)表示區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境的貧瘠程度；以農(nóng)用化肥施用量表示環(huán)境的維護(hù)功能。

注：“+”為正向指標(biāo)，“-”為負(fù)向指標(biāo)。退化土地面積為鹽堿地、沙地、裸地等面積總和；生物豐度指數(shù)=×(0.35×林地+0.21×草地+0.28×水域濕地+0.11×耕地+0.04×建設(shè)用地+0.01×未利用地)/區(qū)域土地總面積[29]（為生物豐度指數(shù)歸一化系數(shù)）；生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量依據(jù)價(jià)值當(dāng)量法計(jì)算而出[38]。

Note: “+” is the positive indicator and “-” is a negative indicator. The degraded land area is the sum of saline alkali land, sandy land and bare land; Biological richness index =× (0.35 × Woodland + 0.21 × Grass + 0.28 × Wetland + 0.11 × Cultivated land + 0.04 × Construction land + 0.01 × Unused land) / total area of regional land[29]（is the normalization coefficient of biological richness index）; The total value of ecological services is calculated according to the value equivalent method[38].

1.3.3 “三生”功能指數(shù)評價(jià)模型

為消除各指標(biāo)數(shù)據(jù)間量綱不同所帶來的影響，采用極值法[39]將指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，使指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值在[0,1]之間。評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定采用熵值法[39]，熵值法作為一種客觀賦權(quán)方法，它通過計(jì)算指標(biāo)的信息熵，根據(jù)指標(biāo)的相對變化程度對系統(tǒng)整體的影響來決定指標(biāo)的權(quán)重。具體計(jì)算方法如公式（1）～（4）

式中X為“三生”功能評價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，P為第項(xiàng)指標(biāo)下第個(gè)單元指標(biāo)值的比重；e為評價(jià)指標(biāo)的信息熵；為研究單元的數(shù)量；h為評價(jià)指標(biāo)的信息效用值；W為評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；Z為第個(gè)單元“三生”功能指數(shù)。利用ArcGIS中的自然斷點(diǎn)法將“三生”功能指數(shù)按照得分值劃分為高、較高、中等、較低、低5個(gè)等級。

1.3.4 “三生”功能變化時(shí)空差異模型

根據(jù)縣域單元“三生”功能指數(shù)，構(gòu)建比較系數(shù)模型[40]，以基期年和末期年“三生”功能指數(shù)的系數(shù)變化為標(biāo)準(zhǔn)，分析河南省各縣域單元“三生”功能時(shí)空變化的程度及系數(shù)水平，具體計(jì)算方法如公式（5）

式中C為各單元“三生”功能的變化系數(shù)，S和S-1分別為末期和基期年“三生”功能指數(shù)，C>0表示該單元“三生”功能增強(qiáng)，反之表示該單元“三生”功能下降。

1.3.5 “三生”功能影響機(jī)制分析方法

“三生”功能影響因素眾多，統(tǒng)計(jì)學(xué)要求所研究和引入的變量其相互間是獨(dú)立的、重要的、對研究對象的影響是顯著的，而實(shí)際上各變量間存在不同程度的相關(guān)關(guān)系，為剔除變量間相關(guān)性包含的冗余信息，需要對眾多變量進(jìn)行主成分分析，以降維分析提取出反映原來變量信息的主分量，以清晰反映變量對研究對象的影響[41]。

“三生”功能演變受到區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、社會生活條件和自然生態(tài)本底等多種因素的綜合影響。對于不同區(qū)域和不同階段的“三生”功能，其影響因素和作用強(qiáng)度隨時(shí)間演變而有所不同。本文借鑒相關(guān)研究成果[41-42]，將選取的“三生”功能評價(jià)指標(biāo)整合為8個(gè)因素作為影響因子進(jìn)行分析，8個(gè)影響因子涵蓋了國土空間系統(tǒng)中經(jīng)濟(jì)、社會、自然生態(tài)各方面要素。其中，糧食保障（1）代表區(qū)域農(nóng)業(yè)的發(fā)展基礎(chǔ)；經(jīng)濟(jì)發(fā)展（2）反映區(qū)域的發(fā)展現(xiàn)狀與經(jīng)濟(jì)能力；居住承載（3）、社會保障（4）和生活保障（5）用來表征區(qū)域的發(fā)展前景及生活水平；生態(tài)環(huán)境是影響區(qū)域良好發(fā)展的重要因素，擬選取生態(tài)維持（6）、生態(tài)承載（7）、環(huán)境維護(hù)（8）來表征。

2 結(jié)果與分析

2.1 河南省“三生”功能時(shí)空演化分析

2.1.1 “三生”功能時(shí)空分異特征

通過構(gòu)建的“三生”功能指標(biāo)體系，測度河南省2000年、2006年、2012年及2018年的“三生”功能指數(shù)，具體時(shí)空分異特征如圖2。

生產(chǎn)功能：時(shí)序上看，2000—2018年，生產(chǎn)功能整體呈增長狀態(tài)，并存在顯著的集聚態(tài)勢和穩(wěn)定的東西分異格局。其中，中部和北部生產(chǎn)功能提升明顯，開封市、洛陽市、平頂山市、新鄉(xiāng)市等部分市轄區(qū)生產(chǎn)功能有所下降，東南部等其他縣區(qū)生產(chǎn)功能處于波動(dòng)升降狀態(tài)，階段性變化特征明顯。2012年之后，生產(chǎn)功能中高值區(qū)逐漸增多，并以鄭州市、許昌市、新鄉(xiāng)市等為中心向周圍逐步擴(kuò)展。空間上看，生產(chǎn)功能呈中東高西低分布，空間梯度差異明顯，其中，中高值區(qū)零散分布在河南中東部，其交通便利、人口密度大、城鄉(xiāng)聯(lián)系緊密，鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)或農(nóng)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)較好。低值區(qū)向西部集中，以欒川縣、魯山縣、盧氏縣等為代表，呈集聚斑塊狀，處于河南西部及南部，多為山區(qū)或盆地，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對滯后，地區(qū)經(jīng)濟(jì)密度及生產(chǎn)能力較低，導(dǎo)致整體生產(chǎn)功能較弱。

生活功能：時(shí)序上看，2000—2018年，生活功能總體呈現(xiàn)縮減-增長的演化特征，中部、北部和西南部部分縣區(qū)生活功能有所提升，三門峽市、南召縣、淅川縣、商水縣等生活功能階段性下降，整體表現(xiàn)出明顯的波動(dòng)發(fā)展特征。2000—2006年，河南省生活功能整體減弱，高值區(qū)減少，低值區(qū)增多，2012年之后，生活功能逐步轉(zhuǎn)好，提升趨勢明顯?？臻g上看，生活功能由市轄區(qū)向外逐漸減小，其中，高值區(qū)主要分布在鄭州市、開封市、許昌市等，原因在于基礎(chǔ)設(shè)施好、交通便利，生活適宜性較高。低值區(qū)集中于黃淮海平原及西南部地區(qū)，包括鄢陵縣、南召縣、正陽縣等，其經(jīng)濟(jì)水平相對較低，多為農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)及生態(tài)保護(hù)區(qū)。另外，空間上生活功能集聚特征顯著的區(qū)域也存在異常，如高值區(qū)中仍有少數(shù)生活功能偏低的區(qū)域，主要與該地區(qū)臨近生態(tài)保護(hù)區(qū)有關(guān)。

生態(tài)功能：時(shí)序上看，2000—2018年，生態(tài)功能逐步增長，總體呈現(xiàn)平穩(wěn)變化態(tài)勢。2000—2006年間，豫東平原地區(qū)生態(tài)功能有所提升，但提升幅度相對較小，2006年之后，隨著生態(tài)保護(hù)意識逐漸增強(qiáng)，區(qū)域自然資源稟賦和環(huán)境負(fù)載能力提升，西南部和西北部生態(tài)功能不斷增加，鄭州市、開封市等少數(shù)區(qū)域生態(tài)壓力偏大，生態(tài)功能有下降趨勢。空間上看，河南省生態(tài)功能空間差異明顯，高值區(qū)主要聚集在西北山地、南陽盆地以及豫南山區(qū)，主要為西峽縣、淅川縣、商城縣等，該類地區(qū)山地丘陵及水網(wǎng)較多，生態(tài)涵養(yǎng)能力強(qiáng)。低值區(qū)多分布于河南省中東部和北部，水網(wǎng)密度較低，土地開發(fā)程度較高，生態(tài)功能較弱。生態(tài)功能總體呈現(xiàn)“山地丘陵區(qū)>平原區(qū)>市轄區(qū)”的梯度變化。

2.1.2 “三生”功能演化過程分析

測算河南省各縣域“三生”功能的比較系數(shù)，以2000年和2018年“三生”功能指數(shù)的系數(shù)變化水平為標(biāo)準(zhǔn)，揭示各縣域“三生”功能的演化規(guī)律及變化程度（圖3）。其中：①生產(chǎn)功能：2000—2018年，河南省75.61%的縣域生產(chǎn)功能逐漸增強(qiáng)，而24.39%的縣域生產(chǎn)功能明顯減弱，減弱地區(qū)主要為鄭州市、開封市、洛陽市、禹州市、焦作市等，這些地區(qū)大多為城市市轄區(qū)，尤其是近年來城鎮(zhèn)化發(fā)展水平較快，城市面積的擴(kuò)張使得一些郊區(qū)的耕地面積減少，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平減弱，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)功能降低。②生活功能：2000—2018年，河南省生活功能大多處于提升狀態(tài)，其中86.99%的縣域生活功能水平得到提升，13.82%的縣域生活功能水平逐漸下降，提升地區(qū)主要分布于河南北部、東部大部分縣域以及南部部分縣域，減弱地區(qū)主要為三門峽市、盧氏縣及南陽市、信陽市、駐馬店市的部分縣域，這些地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對較低，部分區(qū)域生態(tài)資源稟賦良好，但在生活水平及社會保障能力方面不夠重視，進(jìn)而致使生活功能相對減弱。

③生態(tài)功能：2000—2018年，河南省生態(tài)功能平穩(wěn)發(fā)展，減弱地區(qū)較少，僅占5.69%，說明河南省的生態(tài)保護(hù)意識和生態(tài)保障能力逐步增強(qiáng)，生態(tài)修復(fù)工作得到了良好開展。減弱地區(qū)主要為鄭州市、中牟縣、開封市、原陽縣等，原因在于城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快與建設(shè)用地的擴(kuò)張不斷侵占耕地、園地和林地等，城鎮(zhèn)開發(fā)的過程中忽視了對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，進(jìn)而導(dǎo)致生態(tài)功能壓力未減。

2.2 “三生”功能演變影響因素分析

2.2.1 影響因子重要性（主成分）分析

運(yùn)用主成分分析，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行KMO和Bartlett球形檢驗(yàn)，其中4期數(shù)據(jù)的KMO值均大于0.6，Bartlett球形檢驗(yàn)的顯著性值小于0.05，代表樣本數(shù)據(jù)效度較高，適合進(jìn)行因子分析。之后，采用因子分析從8個(gè)變量中提取出2個(gè)主因子（其中主成分信息一般需要滿足特征值大于1且方差累積貢獻(xiàn)率大于80%），進(jìn)而對因子成分矩陣進(jìn)行方差最大法旋轉(zhuǎn)得到1和2的因子得分系數(shù)矩陣，如表2。

依據(jù)各原始變量在1、2中因子得分系數(shù)（表2）和1、2主分量的貢獻(xiàn)率，可計(jì)算得出8個(gè)主要影響因子的權(quán)重系數(shù)（表3），由此可得出2000年、2006年、2012年及2018年各影響因素的重要性排序。從表3可看出，2000年和2006年影響“三生”功能演變的主要因子為糧食保障（1）、社會保障（4）、生態(tài)維持（6）等；2012年影響“三生”功能演變的主要因子為生態(tài)承載（7）、社會保障（4）、居住承載（3）等；2018年影響“三生”功能演變的主要因子為糧食保障（1）、生態(tài)承載（7）、生態(tài)維持（6）等。2000—2018年間，糧食保障（1）、社會保障（4）、生態(tài)維持（6）均位于前列，其次為生態(tài)承載（7）與經(jīng)濟(jì)發(fā)展（2）。從時(shí)序上來看，生態(tài)承載（7）和經(jīng)濟(jì)發(fā)展（2）的排序逐漸靠前，影響能力增強(qiáng)，其中生態(tài)承載（7）由2000年的0.122提升至2018年的0.186，經(jīng)濟(jì)發(fā)展（2）由2000年的0.090增長至2018年的0.097；生活保障（5）、居住承載（3）的影響能力偏弱且排序靠后，說明其對區(qū)域“三生”功能演變的影響程度較低，約束性不強(qiáng)。

表2 2000—2018年主成分因子得分系數(shù)矩陣

表3 2000—2018年主成分因子影響權(quán)重系數(shù)

2.2.2 影響因素分析

依據(jù)影響河南省“三生”功能的多種因素，剖析“三生”功能時(shí)空演化的影響機(jī)制及作用關(guān)系。

良好的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)條件對“三生”功能的提升具有重要意義。河南省作為全國的糧食生產(chǎn)核心區(qū)，糧食生產(chǎn)能力很大程度上影響了區(qū)域內(nèi)多功能的發(fā)展。河南省地形平坦、氣候適宜，加之穩(wěn)定的耕地面積對于保障糧食安全具有重要作用，有利于地區(qū)生產(chǎn)功能、生活功能的良好發(fā)展；糧食產(chǎn)量、糧食單產(chǎn)以及肉畜產(chǎn)量等能夠促進(jìn)區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力和人民生活水平的提升，尤其是近年來，“綠色”農(nóng)業(yè)、“有機(jī)”農(nóng)業(yè)等新型農(nóng)業(yè)模式的出現(xiàn)，促進(jìn)了糧食生產(chǎn)的提質(zhì)轉(zhuǎn)型，使農(nóng)業(yè)由單一的生產(chǎn)功能性向生產(chǎn)、生態(tài)功能性轉(zhuǎn)變，一定程度上促進(jìn)了“三生”功能的綜合性發(fā)展。

社會經(jīng)濟(jì)水平是影響“三生”功能的主要推動(dòng)力。國內(nèi)生產(chǎn)總值、地均二三產(chǎn)值與工業(yè)產(chǎn)值、公共財(cái)政收入、城鎮(zhèn)化水平等能夠反映地區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)水平。社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對“三生”功能的演變產(chǎn)生多方面影響，一方面，截至2018年，河南省GDP增長7.6%，呈現(xiàn)穩(wěn)中有進(jìn)的發(fā)展態(tài)勢，二三產(chǎn)值均有所增長，說明區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展態(tài)勢良好，對生產(chǎn)功能和生活功能影響顯著；另一方面，近幾年河南省城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，人口城鎮(zhèn)化率持續(xù)提升，加速了土地非農(nóng)化的速度，并占用部分農(nóng)業(yè)用地與生態(tài)用地，一定程度上阻礙了生態(tài)功能的提升。

自然生態(tài)環(huán)境是“三生”功能發(fā)展的保障。濕地面積、森林覆蓋率、水網(wǎng)密度以及生物豐度等能夠反映河南省的自然資源稟賦。良好的自然資源環(huán)境能夠?qū)^(qū)域“三生”功能的演變產(chǎn)生正向影響，尤其是對生態(tài)功能影響顯著。土地退化指數(shù)及農(nóng)用化肥施用量在一定程度上對土壤結(jié)構(gòu)及生態(tài)環(huán)境造成破壞，特別是河南省部分地區(qū)生態(tài)脆弱性明顯，對生態(tài)功能及生活功能發(fā)展起著負(fù)向影響。隨著生態(tài)保護(hù)工程及生態(tài)修復(fù)工作的全面開展，河南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量得到明顯改善，黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展示范區(qū)亦基本建成，城鎮(zhèn)人居生態(tài)環(huán)境更加和諧，從整體上推動(dòng)了生活及生態(tài)功能的健康發(fā)展。

生活保障能力是促進(jìn)“三生”功能發(fā)展的基礎(chǔ)。人均消費(fèi)水平、人均可支配收入、就業(yè)與醫(yī)療水平等對生活功能具有穩(wěn)健積極的影響。近年來，隨著河南省生活水平的提高，消費(fèi)結(jié)構(gòu)與消費(fèi)方式發(fā)生明顯變化，對于多數(shù)居民而言，優(yōu)質(zhì)生活條件、宜居居住環(huán)境及良好的就業(yè)、醫(yī)療、教育等保障資源成為生活水平提升的重要標(biāo)準(zhǔn)，同樣成為影響“三生”功能良好發(fā)展的重要因素。

區(qū)域發(fā)展政策能夠反映決策者對區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目標(biāo)，進(jìn)而影響“三生”功能的發(fā)展定位。隨著河南省工業(yè)化與城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，致使占用大量耕地和生態(tài)用地以滿足區(qū)域建設(shè)和城市擴(kuò)張，因此，隨時(shí)間演進(jìn)而制定的適宜政策能夠影響區(qū)域“三生”功能的演化和協(xié)同提升。例如可按照分類指導(dǎo)原則，針對不同地區(qū)的自然本底和社會經(jīng)濟(jì)狀況，引導(dǎo)功能發(fā)展方向；抑或采取協(xié)調(diào)發(fā)展策略，加大對生產(chǎn)功能區(qū)的投入力度，提升對生活功能區(qū)的保障力度以及優(yōu)化重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)，從嚴(yán)管控生態(tài)功能空間轉(zhuǎn)為生產(chǎn)和生活功能空間，鼓勵(lì)符合條件的生產(chǎn)功能空間和生活功能空間轉(zhuǎn)為生態(tài)功能空間。

3 討 論

隨著中國城鎮(zhèn)化發(fā)展進(jìn)程加快，國土空間的功能性逐漸增強(qiáng)，但帶來的資源環(huán)境惡化和空間失衡問題也制約著國土空間可持續(xù)發(fā)展。因此，以整合國土空間各類要素為基礎(chǔ)的國土空間多功能研究逐漸成為當(dāng)前熱點(diǎn)?？臻g功能的異質(zhì)性是地域空間分異規(guī)律的客觀反映，其作為國土空間規(guī)劃的核心內(nèi)容，是制定差異化國土空間管理政策的基礎(chǔ)，國土空間一般包括生產(chǎn)、生活和生態(tài)三類主要功能，探尋“三生”功能結(jié)構(gòu)及其空間演化特征，是實(shí)現(xiàn)區(qū)域協(xié)同發(fā)展的基礎(chǔ)。進(jìn)一步來看，深入探討國土空間“三生”功能演變的驅(qū)動(dòng)因素對科學(xué)制定空間規(guī)劃戰(zhàn)略具有重要意義，并可為“三生”功能研究提供更為豐富的研究視角。

開展不同區(qū)域“三生”功能演變研究，有助于識別差異化的發(fā)展路徑?，F(xiàn)階段部分學(xué)者通過構(gòu)建指標(biāo)體系，分析“三生”功能的空間分異特征，并通過計(jì)算比較優(yōu)勢系數(shù)，協(xié)調(diào)空間功能[3,29,43]，也有部分學(xué)者通過計(jì)算“三生”功能間的耦合特征，明確國土空間功能優(yōu)化方向[34,44]，但聚焦區(qū)域動(dòng)態(tài)演化規(guī)律及影響因素特征的研究相對欠缺。因此，本研究從縣域?qū)用鎸幽鲜量臻g“三生”功能進(jìn)行長時(shí)間序列分析，進(jìn)而探討“三生”功能時(shí)空演化特征及其影響因素，研究結(jié)果在理論上能夠豐富土地利用多功能利用與國土空間功能演化的研究內(nèi)容。

在生態(tài)安全建設(shè)與經(jīng)濟(jì)生活發(fā)展矛盾突出的背景下，河南省國土空間功能如何協(xié)同發(fā)展是目前亟需解決的問題。一方面需要政府部門高度重視河南省內(nèi)發(fā)展和生態(tài)的矛盾，制定差異化的區(qū)域開發(fā)政策；另一方面，需要政策制定者依據(jù)省內(nèi)實(shí)際情況，協(xié)同發(fā)展各類功能空間。本文基于“三生功能”視角研究河南省“三生”功能的演化特征及影響因素，一定程度上能夠?qū)^(qū)域內(nèi)制定更合理的空間規(guī)劃政策提供參考。但由于數(shù)據(jù)獲取以及技術(shù)原因，本文僅從生產(chǎn)、生活與生態(tài)功能方面構(gòu)建了指標(biāo)體系，對土地利用多功能類型的評價(jià)有待于細(xì)化研究。另外，本文未深入對河南省縣域不同地區(qū)功能的影響因素及相互作用關(guān)系進(jìn)行剖析，下一步需要從微觀視角將區(qū)域自然稟賦、居民需求認(rèn)知等納入影響因素，以進(jìn)一步探究不同縣域“三生”功能發(fā)展的作用機(jī)理。

4 結(jié) 論

1）2000—2018年，河南省“三生”功能地域分異特征明顯，生產(chǎn)功能、生活功能、生態(tài)功能在空間上存在不同程度的非均衡分布。時(shí)序上看，2000—2018年生產(chǎn)功能、生態(tài)功能整體呈現(xiàn)逐步增長態(tài)勢，而生活功能呈現(xiàn)縮減-增長的演化特征?？臻g上看，生產(chǎn)功能空間梯度差異明顯，中高值區(qū)零散分布在河南中東部，尤其是鄭州市周邊地區(qū)；生活功能由市轄區(qū)向外逐漸減弱，中低值區(qū)集中分布在黃淮海平原以及西南部地區(qū)；生態(tài)功能呈現(xiàn)“山地丘陵區(qū)>平原區(qū)>市轄區(qū)”的梯度變化，高值區(qū)多依山傍水，低值區(qū)一般土地開發(fā)程度較高。

2）2000—2018年，河南省“三生”功能的空間演化規(guī)律變化特征顯著。2000—2018年，24.39%的縣域生產(chǎn)功能明顯減弱，減弱地區(qū)多為市轄區(qū)，原因在于近年來城鎮(zhèn)化發(fā)展水平較快，城市面積的擴(kuò)張使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平減弱，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)功能降低；2000—2018年，河南省86.99%的縣域單元生活功能水平得到提升，多分布在河南北部與東部大部分縣域；2000—2018年，河南省生態(tài)功能平穩(wěn)發(fā)展，減弱地區(qū)較少，僅占5.69%，表明河南省生態(tài)保護(hù)意識逐漸增強(qiáng)，生態(tài)修復(fù)工作得到良好開展。

3）2000—2018年間，糧食保障、社會保障、生態(tài)維持等因子多位于前列，其次為經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)承載。良好的農(nóng)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)與社會條件是影響“三生”功能演變的重要因素，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與優(yōu)質(zhì)的自然生態(tài)環(huán)境是河南省“三生”功能演變的基礎(chǔ)因素，而適宜的區(qū)域發(fā)展政策是影響“三生”功能演變的保障。說明“三生”功能發(fā)展是受多種因素相互作用的結(jié)果，不同影響因子間共同作用才能促進(jìn)河南省“三生”功能的良性發(fā)展。

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Spatio-temporal evolution characteristics and influencing factors of “production-living-ecological” functions in Henan Province, China

Xie Xiaotong, Li Xiaoshun※

(1.-,,221116,;2.,221116,)

Aland surface on Earth is an important space carrier for human survival, social and economic activities, as well as ecological civilization. The function pattern of land space has undergone some dramatic changes, with the rapid development of urbanization in recent years. Therefore, it is necessary to promote the orderly, moderate, and sustainable utilization of land space. Taking the county unit of Henan Province in China as an example, this study aims to explore the spatial-temporal evolution characteristics and influence factors of “production-living-ecological” functions (PLEFs) using the theoretical analysis. A PLEFs index system was also constructed to identify the land space pattern in 2000, 2006, 2012, and 2018 from the perspective of spatial function. A principal component analysis was then made to diagnose the impact factors and mechanism of PLEFs evolution, with an emphasis on the theoretical guidance and scientific basis for the regional sustainable development. The results show that: 1) There were different degrees of growth for the PLEFs in the study area, when the entropy weight and GIS were performed on the spatial pattern characteristics and evolution of PLEFs in 2000, 2006, 2012, and 2018. More importantly, the PLEFs presented the regional differentiation in the land space. There was also a significant spatial gradient difference in production function. The living function was gradually weakened from the municipal area to the outside urban, where the ecological function showed a gradient change of “mountain hilly area > plain area > municipal area”. 2) The evolution of PLEFs in the study area changed significantly from 2000 to 2018. Specifically, 24.39% of the production function was significantly weakened, 86.99% of the living function level was improved, whereas, the ecological function developed steadily, leading to the fewer weakened areas. 3) The principal component analysis indicated that food security, social stability, and ecological maintenance were the important factors affecting the evolution of PLEFs in the study area. The basic factors also included economic development and ecological bearing. As such, the different factors needed to form a common thrust for the healthy development of PLEFs. The major findings were summarized as follows: 1) The PLEFs in the study area presented significant characteristics of spatial differentiation and evolution. There was a synergistic relationship of the production and life function in space, whereas, there was a fewer overlapping in the spatial distribution of production, living and ecological function. The PLEFs can be widely expected to mutually intersect and coexist from the perspective of time and space. 2) There was a different evolution in the production, living and ecological functions for the various counties. A differentiation strategy also needed to address each county, according to the specific functional development, in order to optimize the spatial resources for the highly comprehensive function level. In sum, it is a high demand for the tradeoff between development and ecology for the decision-making on the development policies of differentiated regional function. Meanwhile, the finding can offer a strong reference to formulate the spatial planning for sustainable utilization in the regions.

function; land use; “production-living-ecological” space; spatio-temporal evolution; influencing factors; principal component analysis; Henan Province

謝曉彤，李效順. 河南省“三生”功能時(shí)空演變特征及影響因素[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2021，37(22)：243-252.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.028 http://www.tcsae.org

Xie Xiaotong, Li Xiaoshun. Spatio-temporal evolution characteristics and influencing factors of “production-living-ecological” functions in Henan Province, China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(22): 243-252. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.028 http://www.tcsae.org

2021-07-05

2021-09-26

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（71874192）

謝曉彤，博士生。研究方向?yàn)閲量臻g規(guī)劃與土地利用規(guī)劃。Email：xxtong0120@163.com

李效順，博士，教授，博士生導(dǎo)師。研究方向?yàn)槌擎?zhèn)化與國土空間規(guī)劃。Email：lxsh@cumt.edu.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.22.028

F301.2

A

1002-6819(2021)-22-0243-10