级国土空间“三生”功能分区研究——以河南省为例

河南省是中国中部最重要的工农业大省之一。自21世纪初以来，该省工业化、城市化进程较快，国土空间功能变化迅速，并逐渐显露出开发时序不尽合理、空间布局不够科学等问题，需通过国土空间功能分区来明确各区域功能定位，形成分工合理、优势互补的开发与保护格局。基于此，本文以河南省为研究区，基于多源国土信息数据，构建“初始评价+功能修正”的“生产、生活和生态”功能评价模型来研究国土空间功能特点，并引入基于树形结构的两维图论聚类算法进行功能分区，为国土空间规划编制提供支撑。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

河南省地势西高东低，太行山、伏牛山、桐柏山和大别山沿省界呈半环形分布，中、东部为黄淮海冲积平原，西南部为南阳盆地，整体自然条件优越。当前，该省城镇化发展不均衡，自然生态保护与恢复治理速度较慢，应明确该省国土空间功能强弱，加强国土空间开发的综合时序与分区管理。1.2 数据来源

国土空间基础数据来自于中国科学院资源环境科学数据中心（）“2018年中国土地利用现状遥感监测数据（30 m）”，2018年的GDP空间数据、人口密度分布数据、生态系统服务价值数据也分别获取自中国科学院资源环境科学数据中心的“中国GDP空间分布公里网格数据集”、“中国人口空间分布公里网格数据集”、“中国陆地生态系统服务价值空间分布数据集”，行政区划数据来源于国家基础地理信息中心。各图件均经裁剪、投影变换统一转为Albers双标准纬线等积投影。

2 研究方法

2.1 国土空间功能分区思路

遵循“微观栅格尺度的功能评价-宏观区域尺度的县级管理”研究思路，进行国土空间功能分区：（1）以现状遥感分类数据为基本数据源，运用功能归并分类法进行国土空间功能的初始评价，然后选取区域功能状态因子进行功能修正，以获得更切合实际的国土空间功能特征；（2）将各县域国土空间的生产（X1）、生活（X2）和生态（X3）功能均值视作基本分区指标，在DPS（Data Processing System）数据处理系统（）支持下，运用基于树形结构演化而来的两维图论聚类算法进行国土空间功能分区，并验证分区结果的空间邻接性和区域完整性特点；

（3）以各分区功能复合特点及基本资源状况为调控依据，提出国土空间调控策略（图1）。

2.2 国土空间功能评价

2.2.1 国土空间功能初始评价

本文借鉴李广东等和刘继来等关于中国土地利用分类体系的三生空间功能评价方案以及谢高地等对生态系统服务价值当量的估算思路，对河南省国土三生空间进行功能初始评价。评价原则如下：以生产功能为例，城镇用地、农村居民点和其它建设用地是区域经济生产的核心用地，在国土生产中起着主导作用；水田和旱地是最重要的粮食生产用地类型，其生产功能虽较建设用地弱，但强于其它用地类型，起着重要生产功能作用；草地是畜牧业的重要载体，但开发利用形式粗放，生产功能处于次要地位；河渠湖泊和沼泽沙地等以生态功能为主，生产功能弱，将其视为无生产功能状态。将以上4种生产功能状态（主导、重要、次要和无生产功能）所对应的土地利用类型分别赋值为5分、3分、1分和0分。生活功能和生态功能评分规则与此类似（表1）。依据此功能赋值原则，对河南省国土初始生产（X'1）、生活（X'2）和生态（X'3）功能进行评价。

2.2.2 国土空间功能修正评价

国土空间功能易受生态环境的空间异质性、经济发展状况和区位综合条件等影响，导致不同地区的同一类型用地所提供的国土服务功能存在差异。结合上述基础国土服务功能，并综合考虑区域实际资源特点，对国土“三生”功能进行修正评价：（1）生产功能修正：生产功能与产业结构相关，追求用地的集约和高效产出。

（2）生活功能修正：生活功能的服务对象主要是人，追求生活的便利与宜居程度。

（3）生态功能修正：生态条件越好，国土空间的生态功能服务能力越强。

2.3 两维图论聚类算法

按照单元或变量在性质上亲疏程度进行分类，以实现“物以类聚”。省级国土空间功能分区从结果上看也是一种分类的过程，即不仅要考虑各县域单元国土空间功能的一致性和相似性，还要保持各分区间的邻接性和行政区界的完整性，采用普通数学统计的聚类分析方法很难使分类结果满足要求。

树形结构将GIS的空间分析与树算法相结合，由此而衍生的两维图论聚类算法，可较好地解决上述分区要求。即采用图论最小树算法来求得一个最小生成树，并根据国土空间功能特点选择合适的分割变量集，最终将树状图分割成多个子树集，即为对应的多个子功能分区（图2）。本文分别对栅格形式的“三生”功能修正值进行等间距重分类处理（0~128），并分县域统计各功能均值，将其视作分区因子，在DPS 软件支持下实现河南省国土空间功能分区。

3 结果与分析 3.1 国土空间功能评价

城市多为区域经济中心，其国土所能提供的生产服务功能应明显高于非城市区。未进行国土空间功能修正前，以郑州市为主导的中原城市群的生产功能值与周边地区差异较小，生产功能的初始值未能充分体现生产功能的空间异质性（图3（a））。经功能修正后，河南省的生产功能内部差异性特征更为突出，主要城市区的生产功能值显著高于周边地区（图3（d））；河南省是中国重要的劳动力输出省份，大量农业人口外出务工，在一定程度上表征着自身生活服务功能偏弱的特点，弱化农村生活功能值将更符合该省实际国土利用特点。经过生活功能修正，主要城市区的生活功能值处于较高水平，且农村生活空间的服务特性得到弱化（图3（e））；对于生态功能，修正前与后的差别较小（图3（c）和图3（f）），生态功能服务能力与现有生态环境水平处于相适应水平，生态功能值高的地区，生态环境质量较好。因此，较单纯的功能赋值法而言，采用“初始评价+功能修正”的评价模型进行国土生产、生活和生态功能评价，更能准确地反映出实际国土空间功能服务特点。

3.2 国土空间功能因子特征

运用自然裂点分级法对各县域国土生产（X1）、生活（X2）和生态（X3）的功能值进行等级划分，该方法根据自然数值的统计规律来获取特征点，以使各等级之间的不同最大化。最终分为高、中高、中、中低和低5个级别，绘制对应的功能分布图（图4）。

3.2.1 生产功能因子

河南省国土空间生产功能均值处于0~123.79之间，平均值为94.93，生产功能高值区（X1＞110.90）零星分布于河南省北部、东部和西南部的部分地区，具体包