李 欣,殷如夢(mèng),王 丹,陳添悅,方 斌

(1.南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,江蘇 南京 210023)(2.揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院,江蘇 揚(yáng)州 225009)(3.揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,江蘇 揚(yáng)州 225009)

土地是人類主要社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的載體,人類根據(jù)土地的自然屬性和社會(huì)發(fā)展需要,有目的地長期改造、開發(fā)和利用土地資源,社會(huì)發(fā)展過程中所遇到的地-地沖突、人-地矛盾、人-人不和諧等問題均可在土地利用中得以反映[1-2]. 而土地分類是認(rèn)識(shí)土地利用的開始,不僅可以反映土地利用的基本屬性和利用狀況,還可以分析其演化路徑和空間分異格局,為后續(xù)研究提供保障. 不同的應(yīng)用目的、分類理念和社會(huì)發(fā)展階段,使得土地利用分類體系的內(nèi)容各具特色[3]. 如覆蓋面較廣、分類結(jié)果精度較高的IGBP分類體系[4],其分類結(jié)果應(yīng)用廣泛但分辨率較低;UMd分類體系[5],準(zhǔn)確率高但14類的分類結(jié)構(gòu)較復(fù)雜;GLC2000分類體系[6],利用算法自動(dòng)分類但更新成本高;CORINE分類體系[7],數(shù)據(jù)結(jié)果分辨率高但對(duì)植被分類效果不佳;USGS分類體系[4],結(jié)構(gòu)層次分明但不同類別之間較難區(qū)分,故由于不同的分類體系其分類標(biāo)準(zhǔn)和分辨率不盡一致,不同數(shù)據(jù)間的融合應(yīng)用難以開展. 我國自20世紀(jì)80年代以來,根據(jù)不同的管理目的、統(tǒng)計(jì)手段(遙感解譯、土地利用調(diào)查、統(tǒng)計(jì)調(diào)查等)主要形成了《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》(1984—2001年)、《中華人民共和國土地管理法》(1986年、1998年、2019年)、《城鎮(zhèn)地籍調(diào)查規(guī)程》(1989—2001年)、《城市用地分類與規(guī)劃假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》(1991年)、《全國土地分類》(試行)(2001年)、《土地利用現(xiàn)狀分類》(2007年)、《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)》(2011年)、《全國主體功能區(qū)規(guī)劃》(2011年)等一系列以土地用途管制為核心的分類體系[8]. 國家層面的土地利用分類體系在多規(guī)合一、國土空間規(guī)劃背景下經(jīng)自然資源部門整合已基本縱貫相通[9],然而單個(gè)主題分區(qū)的空間表達(dá)存在交叉和重疊,因此要素耦合、模式契合、空間融合研究仍存在障礙. 為此,學(xué)者也相繼提出了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)[10]、生態(tài)用地[11-14]、土地利用形式和功能[15-17]相結(jié)合的土地利用分類體系. 從土地利用分類體系發(fā)展歷程來看,大致經(jīng)歷了“土地利用管制-生態(tài)意識(shí)覺醒-人本主義強(qiáng)化”3個(gè)階段,“以人為中心”的價(jià)值取向愈發(fā)明顯,這也為后續(xù)深入研究提供了清晰的方向.

土地利用是一個(gè)人文社會(huì)與自然環(huán)境相互交錯(cuò)影響的復(fù)雜系統(tǒng),人類的生存、生活、生產(chǎn)和發(fā)展依賴于土地的本底質(zhì)量和土地利用效率[18],地域分異規(guī)律和社會(huì)發(fā)展階段不同,土地所能提供的服務(wù)和人類所需的價(jià)值也不同,但現(xiàn)有的土地利用分類體系側(cè)重考慮土地利用空間布局的表象表達(dá),土地利用隱性形態(tài)的功能、強(qiáng)度、效率等內(nèi)在屬性分類效果稍顯不足[19-20]. 一個(gè)健康的土地系統(tǒng)需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)完整和功能連續(xù),而功能的優(yōu)化正是實(shí)現(xiàn)“以人為中心”考量的基礎(chǔ)[8,21]. 早在1989年美國著名土地經(jīng)濟(jì)學(xué)家巴洛維已提出土地利用需要置于“土地利用-環(huán)境效應(yīng)-社會(huì)響應(yīng)”的循環(huán)系統(tǒng)中協(xié)同分析,SENSOR計(jì)劃的經(jīng)濟(jì)-社會(huì)-環(huán)境分析框架進(jìn)一步理清了土地利用生產(chǎn)-生活-生態(tài)功能的內(nèi)在關(guān)聯(lián),近年來興起的土地利用轉(zhuǎn)型理論和衍生而來的土地利用多功能性升華了人們對(duì)土地利用的認(rèn)識(shí),但重新審視土地利用分類體系及發(fā)展過程中的問題仍需開展大量研究.

本文在當(dāng)前土地利用功能分類中融入“人性”要素搭建了“三生”用地功能的分類體系,基于“三生”用地劃分-“三生”用地功能表達(dá)-“三生”用地功能優(yōu)化的層級(jí)關(guān)系,依托多源數(shù)據(jù)和復(fù)合方法從縣域尺度和圖斑尺度以江蘇省揚(yáng)中市為例,檢驗(yàn)分類體系的實(shí)際操作性,以期引導(dǎo)土地資源的高效持續(xù)利用.

1 “三生”用地概念解析與分類體系構(gòu)建

1.1 “三生”用地概念溯源

20世紀(jì)80年代末到90年代初,日本的稻米文化中首次出現(xiàn)多功能性概念,隨后1992年聯(lián)合國《21世紀(jì)議程》采用了多功能農(nóng)業(yè)的概念,并將這一概念推廣應(yīng)用,2001年OECD(Organization for Economic Cooperation and Development)正式對(duì)其定義明確界定. 由于農(nóng)業(yè)多功能性概念有效整合了鄉(xiāng)村發(fā)展經(jīng)濟(jì)功能、社會(huì)功能、生態(tài)功能,契合可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo),融合人本主義發(fā)展理念,這一概念框架逐步擴(kuò)展至景觀生態(tài)、土地利用等領(lǐng)域[22],“人本主義”的價(jià)值導(dǎo)向在生產(chǎn)、生活、生態(tài)用地利用方面凸顯.

1.2 “三生”用地概念解析

在人類出現(xiàn)以前,土地自然生態(tài)系統(tǒng)按照自然規(guī)律和變化周期發(fā)展,隨著人類出現(xiàn)與進(jìn)化,土地自然生態(tài)系統(tǒng)的演變?cè)谌祟惢顒?dòng)干擾下演化出半自然生態(tài)系統(tǒng)和人工生態(tài)系統(tǒng),因而人類與土地生態(tài)系統(tǒng)存在交錯(cuò)復(fù)雜的雙向互動(dòng)[12]. 由此,從人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)土地資源需求的主導(dǎo)功能及對(duì)土地生態(tài)系統(tǒng)的干擾程度出發(fā),并與現(xiàn)行土地利用分類系統(tǒng)接軌,將全域土地生態(tài)系統(tǒng)劃分為:半自然半人工土地生態(tài)系統(tǒng)(生產(chǎn)用地系統(tǒng)),即用于人類直接創(chuàng)造糧、油、蔬等基本食品和棉、能等生存資料的土地,解決人類生存問題,目的是解決糧食等基本生活品及初級(jí)生產(chǎn)資料供應(yīng),終極目標(biāo)是維護(hù)和提升人的生存質(zhì)量;人工土地生態(tài)系統(tǒng)(生活用地系統(tǒng)),即非直接用于創(chuàng)造人類所需要的生活產(chǎn)品,而借助土地的承載力間接地為人類提供住、行、業(yè)等生活需求的土地,解決人類發(fā)展問題,目的是實(shí)現(xiàn)人類生活便利、富裕、安居樂業(yè),終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)社會(huì)安定、人民幸福;自然土地生態(tài)系統(tǒng)(生態(tài)用地系統(tǒng)),用于支持人類生存與發(fā)展的用地,解決人類健康問題,目的是維護(hù)人類生存及山水林田湖草等生態(tài)系統(tǒng)健康,終極目標(biāo)是提升人類健康及存在品質(zhì). “三生”用地系統(tǒng)對(duì)于全域土地生態(tài)系統(tǒng)健康的影響方向、程度、方式有別,有增強(qiáng)、減弱、維持之分.

1.3 “三生”用地分類體系構(gòu)建

土地利用分類經(jīng)過近20年的實(shí)踐運(yùn)用,并通過實(shí)踐進(jìn)行調(diào)整與修正,已成為國土規(guī)劃所采用的重要分類. 但是,該分類對(duì)于生產(chǎn)的品質(zhì)性、生活的便利性和生態(tài)的健康性還有待強(qiáng)化,因此,需要將“以人為中心”的“三生”理念融入到土地利用分類中.為了衡量土地生態(tài)系統(tǒng)滿足人類需求的能力和強(qiáng)度,本研究基于文獻(xiàn)分析,征詢6名土地利用、鄉(xiāng)村地理學(xué)、生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域的專家,對(duì)不同地類進(jìn)行“三生”用地分類,并借鑒文獻(xiàn)[17]對(duì)各類用地的功能等級(jí)劃分再進(jìn)行具體的功能識(shí)別. 基于此,對(duì)揚(yáng)中市土地利用類型進(jìn)行整理和評(píng)分[23],詳見表1.

2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)處理

2.1 研究區(qū)概況

揚(yáng)中市位于119°42′～119°58′E,32°00′～32°19′N,是長江中下游的一座島市,也是長江的第一大江心洲. 該區(qū)域區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯,北與泰州、揚(yáng)州一江相隔,西鄰鎮(zhèn)江新區(qū)、丹陽,南接常州新北區(qū);自然稟賦優(yōu)越,亞熱帶季風(fēng)氣候,年平均氣溫15.1 ℃,年均降水量1 000 mm,沖積平原地貌,土地總面積331 km2,水域達(dá)88 km2,陸地面積243 km2,陸地面積相對(duì)偏小. 工業(yè)基礎(chǔ)深厚,傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與新型產(chǎn)業(yè)同步推進(jìn),城鄉(xiāng)一體化發(fā)展基礎(chǔ)較好,但人地關(guān)系緊張,土地利用細(xì)碎化現(xiàn)象比較突出[24],有待土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化. 此外揚(yáng)中市作為典型的江心洲島嶼區(qū),四面環(huán)水,形成了一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的封閉區(qū)間,內(nèi)河水系的有害物質(zhì)大量集聚且難以擴(kuò)散自凈,水環(huán)境污染嚴(yán)重,土地利用生態(tài)功能性亟需改善. 截至2017年底,全市轄1個(gè)街道(三茅街道)、4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)(新壩鎮(zhèn)、油坊鎮(zhèn)、八橋鎮(zhèn)、西來橋鎮(zhèn))、1個(gè)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū),共102個(gè)行政村.

2.2 數(shù)據(jù)來源與處理

2.2.1 數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)土地現(xiàn)狀數(shù)據(jù)來源于揚(yáng)中市國土資源局提供的2016年土地利用年度變更調(diào)查數(shù)據(jù),“三生”用地功能分類基礎(chǔ)為地籍分類的一級(jí)8類、二級(jí)46類.

2.2.2 研究方法

(1)用地組合特征

借鑒Song等[25]的方法以熵指數(shù)和赫芬達(dá)爾-赫希曼指數(shù)測(cè)度用地功能的組合特征. 熵指數(shù)處于0～1間,分值越大,“三生”用地組合特征越明顯;而赫芬達(dá)爾-赫希曼指數(shù)對(duì)于主導(dǎo)用地類型較敏感,處于0～1間,分值越大,“三生”用地組合特征越弱.

(2)格網(wǎng)分析

“三生”用地側(cè)重表達(dá)微觀尺度地理現(xiàn)象,選取格網(wǎng)尺度分析“三生”用地空間分布特征,最優(yōu)格網(wǎng)尺寸根據(jù)研究區(qū)土地利用斑塊數(shù)的1/2設(shè)定為單位面積5 hm2的蜂窩格網(wǎng),采樣方式為等間距系統(tǒng)采樣法,共生成6 820個(gè)格網(wǎng),利用中心賦值法對(duì)每個(gè)格網(wǎng)進(jìn)行“三生”功能賦值,可突出空間分異和變化趨勢(shì),蜂窩格網(wǎng)借助Pactch analyst工具進(jìn)行劃分.

(3)最鄰近指數(shù)

地理事物的空間分布類型可分為集聚、隨機(jī)、離散,最鄰近指數(shù)測(cè)算點(diǎn)狀要素的空間分布類型具有良好效果,將每一斑塊的功能用地可以抽象為點(diǎn)狀要素進(jìn)行空間集聚性分析[26]. 最鄰近指數(shù)=1,功能用地隨機(jī)分布;最鄰近指數(shù)<1,功能用地集聚分布;最鄰近指數(shù)>1,功能用地呈均勻離散分布.

3 結(jié)果與分析

3.1 “三生”用地?cái)?shù)量結(jié)構(gòu)及組合特征

“三生”用地?cái)?shù)量結(jié)構(gòu)是監(jiān)控國土空間利用質(zhì)量的重要指標(biāo),反映了“三生”空間相互作用的程度. 從“三生”用地的數(shù)量規(guī)模來看,截至2016年底,揚(yáng)中市生產(chǎn)、生活、生態(tài)用地面積分別為135.65 km2、96.31 km2、95.39 km2,分別占土地總面積的41.44%、29.42%、29.14%,“三生”用地?cái)?shù)量結(jié)構(gòu)相對(duì)較均衡,生產(chǎn)用地面積比例較大,生活用地與生態(tài)用地比例相差不大. 通過三角模型反映“三生”用地的數(shù)量結(jié)構(gòu)和狀態(tài)(圖1):生產(chǎn)用地占絕對(duì)優(yōu)勢(shì);生活用地“組團(tuán)式”集中與“細(xì)碎式”離散兼有;生態(tài)用地集中于長江和夾江等地區(qū)分布,其他地區(qū)零星點(diǎn)狀分布. 這種“三生”用地的數(shù)量結(jié)構(gòu)較清晰地刻畫了揚(yáng)中市發(fā)達(dá)的生產(chǎn)功能及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段對(duì)生態(tài)、生活功能的要求. 從用地功能而言,單一功能的用地稀少,絕大多數(shù)用地同時(shí)具有了多重功能,約17.50%的用地存在三重功能.

用地組合模式是理清土地利用多功能性過程的基礎(chǔ),有效識(shí)別用地功能的相互作用關(guān)系可緩解空間沖突,協(xié)調(diào)的多功能性用地格局將增強(qiáng)地域系統(tǒng)穩(wěn)定性并產(chǎn)生功能疊加效應(yīng). 結(jié)果表明,研究區(qū)用地組合的熵指數(shù)為0.987 0,赫芬達(dá)爾-赫希曼指數(shù)為0.343 2,代表研究區(qū)“三生”用地的組合特征十分明顯.

“三生”用地組合特征表明整體上高中低值以馬賽克式鑲嵌分布,斑塊面積較大的地類空間穩(wěn)定性和空間黏性更強(qiáng),因此抵抗其他斑塊干擾能力較強(qiáng),其內(nèi)部的用地組合特征也相對(duì)單一;而在兩類用地的過渡帶內(nèi),存在著多種用地類型組合,用地斑塊間的“邊緣效應(yīng)”較強(qiáng),在生活用地與生產(chǎn)用地間以漸變方式梯度變化,兩類用地組合情形較多,分割不明顯;而生態(tài)用地與其他兩類用地間由于生態(tài)紅線等政策及內(nèi)部環(huán)境因素表現(xiàn)出了較為明顯的突變形式,分離效果明確.

3.2 “三生”用地空間格局特征

3.2.1 空間格局模式

根據(jù)“三生”用地空間識(shí)別結(jié)果(圖2(a)),總體上來看,“三生”用地表現(xiàn)出了不同的空間形態(tài)和模式. 其中,生產(chǎn)用地呈規(guī)則的塊狀模式,受線狀的交通運(yùn)輸用地阻隔,空間細(xì)碎化現(xiàn)象突出;生活用地呈多中心以棋盤式密布于研究區(qū),在三茅街道及開發(fā)區(qū)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)集中分布,其他地區(qū)以油坊村、西來村、新壩村等為次中心點(diǎn)狀分布;生態(tài)用地沿江環(huán)狀分布,與研究區(qū)四面環(huán)水的自然本底情況相符.

圖2 揚(yáng)中市“三生”用地分布與熱點(diǎn)分析Fig.2 Distribution and hotspots analysis of “production-living-ecological”land in Yangzhong City

進(jìn)一步地通過最鄰近指數(shù)分析“三生”用地空間分布模式,生產(chǎn)用地、生活用地、生態(tài)用地的最鄰近指數(shù)分別為0.67、0.66、0.61,具有一定的空間凝聚性,均表現(xiàn)出明顯的集聚-隨機(jī)模式,表明“三生”用地在空間耦合現(xiàn)象較多,用地之間的過渡區(qū)易產(chǎn)生邊緣效應(yīng)及空間沖突,仍需對(duì)“三生”用地集疏格局深入分析,以明確主導(dǎo)空間的作用方式和程度.

3.2.2 空間格局紋理

以“三生”用地的空間集疏格局反映空間紋理,全局空間自相關(guān)系數(shù)Moran’sI測(cè)算結(jié)果顯示:生產(chǎn)用地0.018 0、生活用地0.051 2、生態(tài)用地0.003 7,表明“三生”用地在空間分布上具有微弱的正相關(guān)性,空間離散程度偏高,與揚(yáng)中市細(xì)碎化的土地利用方式密切相關(guān),生產(chǎn)、生活用地交錯(cuò)鑲嵌、互相切割和阻隔對(duì)方,削弱區(qū)域空間連通性,也從側(cè)面再次映射了揚(yáng)中市“三生”用地組合的多樣性.

借助ArcGIS熱點(diǎn)分析方法對(duì)“三生”用地的空間集聚性進(jìn)行深入分析,以此診斷“三生”用地的微觀分布規(guī)律(圖2(b)). 揚(yáng)中市“三生”用地分布存在一定的空間集聚性,熱點(diǎn)區(qū)位于中北部地區(qū)的裕星村、中林村、金星社區(qū)、英雄社區(qū)等,該區(qū)域高值集聚,主要位于生活用地區(qū)域,耕地、園地、坑塘水面等零星點(diǎn)綴于城市、建制鎮(zhèn)、村莊等用地之中,以城鎮(zhèn)地區(qū)為中心形成“核心-邊緣”模式,表現(xiàn)出較強(qiáng)的空間極化特性,一定程度上反映了蘇南地區(qū)的土地利用景觀特征.

3.2.3 空間格局效應(yīng)

“三生”用地的功能值在區(qū)域間的不均衡分布綜合反映了“三生”用地格局及其組合模式的空間聯(lián)動(dòng)效應(yīng),采用ArcGIS10.1分別對(duì)生產(chǎn)、生活、生態(tài)功能進(jìn)行可視化(圖3). 研究區(qū)生產(chǎn)功能指數(shù)高,但空間布局散亂;生活功能空間分布“大分散,小集聚”且功能指數(shù)較高,但空間構(gòu)型仍較為破碎,僅于三茅街道、新壩鎮(zhèn)中心地帶集聚,其余地區(qū)以條帶狀散布;生態(tài)功能高值區(qū)具“濱水”之勢(shì),長江沿岸、夾江地區(qū)生態(tài)功能指數(shù)較高,而中心集鎮(zhèn)、中心村功能指數(shù)低,空間構(gòu)型較復(fù)雜. 總地來看,揚(yáng)中市生產(chǎn)、生活、生態(tài)功能形成了良好的互補(bǔ)作用,能夠有效帶動(dòng)區(qū)域“三生”功能整體發(fā)展水平. 但是,細(xì)究三者關(guān)系,生活功能高值區(qū)與“三生”功能高值區(qū)的空間吻合度較低,需提高生活用地內(nèi)部建設(shè)用地利用效率,而生態(tài)功能與生產(chǎn)功能高值區(qū)則與“三生”功能高值區(qū)具空間關(guān)聯(lián)性,表明當(dāng)前研究區(qū)生活功能存在脅迫擠壓生產(chǎn)功能、生態(tài)功能的現(xiàn)象,尚有待提升三者之間的協(xié)同互動(dòng)關(guān)系.

圖3 揚(yáng)中市“三生”用地功能分布Fig.3 The function distribution of “production-living-ecological”land in Yangzhong City

4 結(jié)論

本文將融入“人性”要素的全域土地生態(tài)系統(tǒng)與現(xiàn)行土地利用分類體系銜接,構(gòu)建了“三生”用地功能分類體系,即半自然半人工土地生態(tài)系統(tǒng)(生產(chǎn)用地系統(tǒng)),滿足人類從土地直接獲取糧、油、蔬等生存資料需求;人工土地生態(tài)系統(tǒng)(生活用地系統(tǒng)),由土地間接地創(chuàng)造人類吃住行消樂等生活所需產(chǎn)品;自然土地生態(tài)系統(tǒng)(生態(tài)用地系統(tǒng)),用于支撐人類生存與發(fā)展的用地,滿足健康、品質(zhì)生活的需求. 并根據(jù)生態(tài)效應(yīng)的強(qiáng)弱正負(fù)構(gòu)建了“三生”用地分類體系的正負(fù)向功能體系,用于具體診斷功能交錯(cuò)組合關(guān)系及區(qū)域空間效應(yīng).

在對(duì)“三生”用地分類體系理論梳理的基礎(chǔ)上,本文以江蘇省揚(yáng)中市為例進(jìn)行了實(shí)證檢驗(yàn). 從“三生”用地的空間布局來看,揚(yáng)中市“三生”用地?cái)?shù)量結(jié)構(gòu)相對(duì)較均衡,但也存在著土地利用結(jié)構(gòu)的偏向性,生產(chǎn)用地占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì),呈規(guī)則的塊狀模式,生活用地呈多中心以棋盤式密布,生態(tài)用地沿江環(huán)狀分布. 研究區(qū)“三生”用地呈現(xiàn)明顯的集聚-隨機(jī)模式,耦合現(xiàn)象較多,用地之間的過渡區(qū)空間沖突增多. 從“三生”用地功能而言,研究區(qū)單一功能的用地稀少,絕大多數(shù)用地具有多重功能,“三生”用地的組合特征十分明顯. 生活用地與生產(chǎn)用地間以漸變方式梯度變化;而生態(tài)用地與其他兩類用地間由于生態(tài)紅線等政策及內(nèi)部環(huán)境因素表現(xiàn)出較為明顯的突變形式. 從“三生”用地空間效應(yīng)來看,揚(yáng)中市生產(chǎn)功能指數(shù)高,但空間布局散亂;生活功能空間分布“大分散,小集聚”且功能指數(shù)較高,但空間構(gòu)型較為破碎,主要以條帶狀散布;生態(tài)功能高值區(qū)具“濱水”之勢(shì),空間構(gòu)型較復(fù)雜. 總地來看,揚(yáng)中市生產(chǎn)-生活-生態(tài)功能形成了良好的互補(bǔ)作用,能夠有效帶動(dòng)區(qū)域“三生”功能整體水平發(fā)展.