地理学报, 2022, 77(7): 1662-1680 doi: 10.11821/dlxb202207007

黑土地保护与利用

黑土保护与粮食安全背景下齐齐哈尔市国土空间优化调控路径

付晶莹,1,2,3, 郜强1,2, 江东1,2,4, 林刚,1,2

1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101

2.中国科学院大学资源与环境学院,北京 100049

3.自然资源部自然资源要素耦合过程与效应重点实验室,北京 100055

4.自然资源部资源环境承载力评价重点实验室,北京 100812

Optimal regulation of spatial planning in the context of black soil preservation and food security in Qiqihar

FU Jingying,1,2,3, GAO Qiang1,2, JIANG Dong1,2,4, LIN Gang,1,2

1. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China

2. College of Resources and Environment, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

3. Key Laboratory of Coupling Processes and Effects of Natural Resource Elements, Ministry of Natural Resources, Beijing 100055, China

4. Key Laboratory of Carrying Capacity Assessment for Resource and Environment, Ministry of Natural Resources, Beijing 100812, China

通讯作者: 林刚(1987-), 男, 山东枣庄人, 博士, 助理研究员, 研究方向为资源环境可持续发展。E-mail: ling@lreis.ac.cn

收稿日期: 2021-10-2   修回日期: 2022-06-28  

基金资助: 中国科学院战略性先导科技专项(XDA28060400)
中国科学院青年创新促进会会员人才专项(2018068)

Received: 2021-10-2   Revised: 2022-06-28  

Fund supported: Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences(XDA28060400)
Youth Innovation Promotion Association of the Chinese Academy of Sciences(2018068)

作者简介 About authors

付晶莹(1986-), 女, 吉林磐石人, 博士, 副研究员, 研究方向为“三生空间”统筹优化。E-mail: fujy@igsnrr.ac.cn

摘要

市域国土空间规划是空间规划体系构建的关键一环,基于黑土资源的特殊性和重要性,东北黑土区的市域国土空间规划需统筹考虑黑土保护与粮食安全双重目标。本文以黑龙江省齐齐哈尔市为例,建立了融合格网尺度与行政区尺度的黑土区国土空间功能评价指标体系,分析了市域“生产—生活—生态”(“三生”)用地的时空演变特征,诊断了其耦合协调状况,并以区域发展的多元性、社会需求的多样性为导向,提出了齐齐哈尔市黑土保护与粮食安全战略背景下国土空间优化调控路径。研究结果表明,2010—2018年齐齐哈尔市生产空间与生活空间均有一定程度的增长,“三生”功能轻度失调和勉强协调地区占比有所增加。国土空间格局冲突表现为“三生”功能协同性弱,冲突强度地域差异明显,对黑土资源的可持续性开发利用存在一定风险。本文以多尺度下“三生”功能冲突诊断结果为约束,建立了“三生”空间格局优化配置模型。研究认为,东北黑土区市域国土空间功能提升要在国家粮食安全保障能力基础上,坚持以黑土保护利用为导向,统筹“人—水—地”资源要素的组合与匹配,依托现有工业基础和产业优势,分别从引导优势功能区发展、加强重点城镇建设、提高黑土资源利用效率,协调城乡国土空间利用水平等路径来具体实施。

关键词: “三生”功能; 适宜性评价; 可持续性评价; 多尺度融合; 情景模拟

Abstract

In China, the national spatial planning system is built largely upon prefectural plans, a critical part of which in many prefecture-level cities would be agricultural planning. When we develop such plans for the black soil regions in Northeast China, much effort is needed to guarantee both the black soil conservation and food security, given the rarity and importance of the black soil to agricultural use. In this research, we took Qiqihar as a case to establish an evaluation index system of land space function in the black soil areas that integrated grid-scale and administrative regional-scale. We analyzed the spatio-temporal evolution features of the production-living-ecological space (PLES) in the study area and evaluated their coupling coordination. Based on this analysis, we put forward an optimal strategy for spatial planning regulation to meet the requirement of the diversified regional development and social demands in Qiqihar in the context of prioritizing black soil preservation and food security. The main conclusions can be drawn as follows: regarding the production-life-ecology function, the mildly imbalanced and barely coordinated areas increased from 2010 to 2018, when the production and living space grew to a certain extent. The low coordination of PLES, the regionally varied conflict between different functional spaces, and the potential risks of unsustainable development of black soil resources jointly constituted the conflict arising from its spatial planning. Eventually, we constructed a configuration model for optimizing spatial planning under the constraint of conflict between PLES on multiple scales. It is our suggestion that the enhancement of functional spatial planning at the prefecture level should drive the priority on which the national food security is based, by which the black soil preservation is oriented, and on which the allocation of "human-water-land" resources depends. To achieve such enhancement with the advantages of our prosperous industry, we should wisely channel the advantages of particular regions toward better development, promote the accelerated development of the critical cities and towns, improve the utilization efficiency of black soil resources, and encourage effective land use of towns in harmony with that of counties.

Keywords: production-living-ecological function; suitability evaluation; sustainable evaluation; multi-scale integration; scenario simulation

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本文引用格式

付晶莹, 郜强, 江东, 林刚. 黑土保护与粮食安全背景下齐齐哈尔市国土空间优化调控路径. 地理学报, 2022, 77(7): 1662-1680 doi:10.11821/dlxb202207007

FU Jingying, GAO Qiang, JIANG Dong, LIN Gang. Optimal regulation of spatial planning in the context of black soil preservation and food security in Qiqihar. Acta Geographica Sinica, 2022, 77(7): 1662-1680 doi:10.11821/dlxb202207007

1 引言

东北黑土区是世界四大黑土区之一,在中国粮食生产中具有举足轻重的地位,其粮食总产量和商品粮分别占全国总产量的1/4和1/3,是中国粮食生产的“稳压器”和“压舱石”[1-2]。然而,从黑土地开垦至今,局部地区土壤水蚀风蚀加剧、有机质含量下降、耕层板结硬化、生态功能退化等问题日益凸显[3-4]。东北地区新一轮国土空间规划中明确指出,农业生产空间规划最重要的目标就是要支撑黑土保护和粮食安全。黑土地涉及的县(市)应结合地区实际特点,提出针对性的保护性措施。

黑龙江省齐齐哈尔市地处松嫩平原寒区黑土区腹地,拥有“黑土明珠”美称,全市典型黑土耕地面积7720 km2,涵盖了黑土、黑钙土、草甸土、白浆土、暗棕壤和棕壤全部6种黑土类型,极具代表性,是全国第四大产粮大市[5]。但因长期高强度利用和气候变化影响,黑土地普遍面临土壤肥力透支、生态功能退化等问题。1980年以来,全市黑土有机质含量下降了30%~40%,同时还存在黑土层逐年变薄、农业效益不高、区域发展缺乏系统性解决方案等问题,市域国土安全、用地效率和可持续发展面临前所未有的困难和挑战。黑土资源作为耕地资源之一,其退化问题不仅与地区农业生产有关,还与区域性发展、生活水平等存在着紧密联系[6]

《东北全面振兴“十四五”实施方案》中指出东北振兴新突破的目标之一是维护粮食安全的能力得到新提高,即巩固东北地区作为国家粮食“压舱石”的地位。《关于建立国土空间规划体系并监督实施的若干意见》明确提出“综合考虑人口分布、经济布局、国土利用、生态环境保护等因素,科学布局生产空间、生活空间、生态空间”(“三生”空间),并指出“三生”统筹是国土空间规划的目标。2022年中央一号文件也指出要牢牢守住保障国家粮食安全并且推动乡村振兴取得新进展。因此,在黑土资源保护利用过程中,须从国土资源优化调控视角入手,以粮食安全与可持续发展目标为导向,统筹农业发展相关政策以及区域社会经济发展目标等,深入剖析资源、环境、人口及社会经济之间相互作用关系,探索资源综合管理与养护实施路径[7]

2017年6月《齐齐哈尔市城市总体规划(2011—2020年)》(以下简称“《规划》”)文件中指出:“建设资源节约型和环境友好型城市。要按照促进生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀的总体要求,形成合理的城市空间结构,促进经济建设、城乡建设和环境建设同步发展。”《规划》指出要坚持经济、社会、人口、环境和资源相协调可持续发展战略,统筹“三生”空间布局是新时期齐齐哈尔市国土空间开发与优化的重要转向。因此,基于黑土资源的特殊性和重要性,以及国家粮食安全战略背景,建立科学合理的市域国土空间“三生”功能评价体系,分析诊断国土空间健康状况,既有助于摸清国土空间功能开发利用现状,优化国土空间保护开发格局,同时也可为高效地利用黑土资源,经济、社会、环境可持续发展提供科学依据。

近年来,围绕“生产空间的集约高效、生活空间的宜居适度、生态空间的山清水秀”的“三生”空间功能优化的研究成果颇丰[8-10];研究内容多从功能格局演变特征与动力机制角度出发,探讨国土空间优化调控策略[11-12],缺乏对经济、社会、资源、环境多系统协同以及未来可持续发展的考量[13-14];在研究尺度上,涉及到了省、市(城市群)、县等[15-18],关注点多以城镇、乡村和城乡交错地带等特殊地域为主[19-24],缺少对黑土区国土空间功能统筹以及国土空间利用冲突的关注。“冲突”一词最开始是应用于社会学领域,是指两个或两个以上的社会主体在目标上互不相容或互相排斥,从而产生心理上或行为上的矛盾。土地利用冲突实质是指各土地利用主体及利益相关者因目标不同,在土地利用的方式、数量等方面存在着不一致、不和谐,同时,也包括各种土地利用方式与环境保护之间的矛盾状态,这主要是由于土地资源的有限性及功能的多宜性[25]。相应地,空间冲突是指不同利益群体之间对空间资源利用方面的不和谐,以及空间资源利用与环境保护间的矛盾状态,是对有限的、多功能的空间资源的竞争[26-27]

针对国土空间,统筹优化的目标是在保证经济发展的同时,保护好生态环境,即协调好人与人、人与自然之间的关系,实现经济、社会以及生态综合效益的健康增长。空间冲突研究的根本目标就是协调好人与资源环境之间的关系,优化国土空间结构与布局,探寻生产—生活—生态空间的和谐发展。然而,地带性规律影响下的地理空间异质性,造成了不同区域、不同尺度下国土空间资源的差异性[28],要真实客观地阐释黑土区“三生”空间功能内涵,识别国土空间利用过程中的冲突强度和主导因素,需要明确优化目标,由任务导向转向区域发展的问题导向,在实践上更好地为黑土地资源保护利用与综合管控服务。鉴于此,本文在国土空间规划相关理论研究基础上,结合已有研究成果,以“三生”空间功能评价与优化为着手点,首先,分析齐齐哈尔市国土空间发展状况、分布特征;其次,以资源环境承载能力和经济社会可持续发展支撑能力为基础,建立格网尺度和行政区尺度的国土“三生”空间功能综合评价指标体系,通过构建多尺度空间融合模型,突破国土空间冲突识别中“自上而下”和“自下而上”评价体系难以融合的关键科学问题,定量测算“三生”空间功能耦合协调发展水平,以及市域国土空间开发利用健康状况;最后,以黑土保护与粮食安全为导向,基于“三生”空间格局优化配置模型,提出齐齐哈尔市国土空间统筹优化调控策略与发展路径,以期为东北黑土区市域国土空间规划路径认知与体系构建提供科学参考。

2 研究方法与数据来源

2.1 研究区概况

齐齐哈尔市(45°N~48°N, 122°E~126°E)位于黑龙江省西部,寒区黑土区腹地,松嫩平原中部,辖区面积约为4.25万km2,是嫩江流域最大的中心城市(图1),其工业、交通、文教、科研和商贸等辐射整个黑龙江省西部和内蒙、吉林部分地区。目前,齐齐哈尔己经形成了以机械工业为主,钢铁、电力、军工、铁路货车、化工等工业门类比较齐全的综合工业体系,是中国重要的装备工业和绿色食品生产基地[29-30]。同时,也是中国重要的商品粮基地之一,被誉为“国家大粮仓”,全市典型黑土耕地面积为7720 km2,涵盖了黑土、黑钙土、草甸土、白浆土、暗棕壤和棕壤6种土壤类型[5]。然而,黑土区高强度、超负荷耕作,掠夺式开发,让黑土地不堪重负,宝贵的黑土资源逐步正流失退化,有机质含量下降了30%~40%。齐齐哈尔是黑土地大熊猫的典型代表,覆盖多种黑土类型及退化类型,在黑土问题研究层面极具代表性。

图1

图1   研究区概况

Fig. 1   Study area (Qiqihar)


2017年6月,《齐齐哈尔市城市总体规划(2011—2020年)》文件提出了要把统筹“三生”空间布局作为市域国土空间开发与优化的目标导向。2020年又在《齐齐哈尔市国土空间总体规划编制工作方案》中明确指出,优化引导国土空间格局,要以生态服务及自然与人文景观保护重要性评价为基础,科学划定生态空间;以黑土地保护利用为基础,科学落实农业发展空间;按照区域协调、要素聚集、产业匹配的目标要求,科学确定城镇发展生活空间。综合看来,市域国土“三生”空间统筹布局要综合考虑黑土资源的特殊性和重要性,以及支撑国家粮食安全战略的保障能力。因此,为落实由任务导向转向区域发展问题导向的新时期国土空间规划实践要求,本文以齐齐哈尔市为例,从“三生”空间视角出发,探究2010—2018年齐齐哈尔市国土空间时空演化特征,科学认知市域“三生”功能格局及耦合协同关系,定量识别冲突和权衡机制,以期在新一轮国土空间规划实践中更好地为黑土地资源保护利用和区域可持续发展服务。

2.2 研究框架

科学认知“三生”功能、分析耦合协调关系是国土空间协调配置的重要环节,也是冲突识别和统筹优化的关键。本文立足齐齐哈尔市“三生”空间功能现状和空间规划发展形势,考虑黑土资源的特殊性、重要性以及国家粮食安全保障能力,以资源环境承载能力和经济社会可持续发展支撑能力为基础,构建多尺度“三生”空间功能评价指标体系。根据地理学尺度的观点,研究范围和尺度不同,会导致不同的研究结果。尺度选择对地理分析探求的结果有着很大的影响,尺度不同标志着对研究对象细节了解的程度不同。小尺度上测得的格局在大尺度上不一定存在,在小尺度上占主导的过程在大尺度上不一定占主导地位。

本文通过建立多尺度(行政区尺度和格网尺度)融合模型和耦合协调度模型等探究不同尺度“三生”空间功能协同性发展特征及差异[31]。行政单元尺度指标选取旨在宏观把握各市县的发展背景,以各类社会经济统计数据为基础,重点评价现有“三生”空间布局支撑经济社会可持续发展能力及保障区域粮食安全的支撑能力;而格网尺度的功能评价的基本研究单元为空间格网(1 km×1 km),重点关注黑土资源环境的承载能力,它所描述的数据特征比宏观尺度更加精细,能够准确地反映微观、细部的功能差异,弥补宏观尺度概括性太强的缺陷,通过开展“三生”空间适宜性评价,能够获取区域内格网尺度的“三生”适宜性。两种尺度的指标选取都充分体现“三生”空间功能的科学性、代表性、可获得性和可比性等原则。最后,通过多尺度融合数学模型,揭示“三生”空间功能冲突权衡的空间异质性规律,并针对性地提出国土空间优化开发策略。具体技术路线和关键步骤如下(图2):

图2

图2   研究技术思路

Fig. 2   The technological roadmap of research


(1)基于“三生”空间适宜性评价理论,以格网作为评价单元,结合齐齐哈尔市“三生”用地实际情况,分析“三生”功能的适宜性时空特征;

(2)通过构建耦合协调度模型,以行政区作为评价单元,对“三生”空间功能可持续发展水平进行测度;

(3)通过迭代法建立不同尺度的空间联系,根据行政区尺度和格网尺度各个功能评价因子的得分值与权重,建立“三生”空间功能多尺度融合模型,开展多尺度下“三生”功能冲突耦合协同分析;

(4)以多尺度“三生”功能冲突耦合协同分析结果为约束,建立基于FLUS模型的“三生”空间功能格局优化配置模型,提出了市域国土空间统筹优化调控路径。

2.3 研究方法

(1)“三生”空间功能识别与分类:土地是一个综合的功能整体,其生产、生活和生态功能相互联系。但在土地利用过程中,由于开发利用的目的、强度、发展阶段不同,相应的功能发挥也有侧重。因此,本文从空间功能的主体性视角出发,开展齐齐哈尔市“三生”空间功能识别与分类。为了更好地识别“三生”空间主体功能,笔者前期通过发放问卷征求专家意见,并结合已有研究成果[18,32 -33],建立了现有“三生”空间功能分类体系(表1)。

表1   “三生”空间功能识别与分类体系

Tab. 1  Classification system of production-living-ecological space

“三生”空间土地利用类型属性说明
一级分类二级分类
生产空间农业生产空间水田、旱地水田和旱地为人类提供直接的农产品
工业生产空间工矿、交通建设用地工厂、矿石场、交通道路等为人类提供产品或服务
生活空间城镇生活空间城镇建设用地包括住宅用地、公共管理及服务用地等,城市居民的生活空间
农村生活空间农村居民点用地建成区之外的人类生活空间
生态空间林地生态空间有林地、灌木林地、其他林地林地、草地可以保持水土、保证生态循环,维持生态系统平衡
草地生态空间高、中、低覆盖度草地
水域生态空间河流、湖泊、水库坑塘、湿地、滩涂水体稳定区域温度,具有自我环境净化能力,是重要的生态用地
其他生态空间沙地、裸地、盐碱地、未利用地沙地、未利用地等用地,难以开发利用故维持其生态服务功能

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(2)“三生”空间适宜性评价:“三生”空间适宜性旨在评价国土“三生”空间开发利用方式的适宜程度。基于对齐齐哈尔市“三生”空间适宜性的内涵解读及前人的相关研究[34],同时考虑数据的获取性与可操作性,本文“三生”空间适宜性评价体系构建如下(表2)。其中,生产空间适宜性是指在特定条件下,一定范围内土地对生产功能的适宜程度,生产空间适宜性评价体系共选取11个指标,重点体现黑土地的资源承载能力。包括土地利用类型、年均气温、年平均降水量、高程、坡度、土壤全钾、土壤全磷、有机质、pH值、土壤水力侵蚀、路网密度。生活空间适宜性是指在特定条件下,一定范围内土地为人类提供居住保障功能的适宜程度,主要针对的是城镇、乡村居民点。生活空间适宜性评价体系共选取9个指标,包括土地利用类型、夜间灯光亮度、高程、坡度、距主要道路的距离、距居民点的距离、距地质灾害的距离、人口密度、经济密度。生态空间适宜性是指在特定条件下,一定范围内土地提高生态维系功能的适宜程度。生态空间适宜性评价体系共选取8个指标,包括土地利用类型、高程、坡度、NDVI、土壤水力侵蚀、距水体的距离、距工矿用地的距离、景观破碎度。

表2   “三生”空间适宜性评价指标体系

Tab. 2  Index system of production-living-ecological space suitability evaluation

空间
类型
指标指标分级和打分
权重100806040
生产
空间
土地利用类型0.1664耕地建设用地
草地、沟渠
林地其他
高程(m)0.0526< 180[180, 240)[240, 300)≥ 300
坡度(°)0.0665< 3[3, 8)[8, 15)≥ 15
年平均气温(℃)0.0326≥ 4[3, 4)[2, 3)< 2
年降雨量(mm)0.0326≥ 550[500, 550)[450, 500)< 450
土地全钾(g/kg)0.0998> 15[10, 15)[3, 10)< 3
土地全磷(g/kg)0.0998> 0.2[0.1, 0.2)[0.05, 0.1)< 0.05
有机质(g/kg)0.0998> 100[60, 100)[30, 60)< 30
PH值0.1331[6.5, 7.5)[6.0, 6.5)[7.5, 8.0)≥ 8.0
距沟渠距离(m)0.0665< 50[50, 100)[100, 150)≥ 150
土壤水力侵蚀0.0665≤ 1[1, 2)[2, 3)≥ 3
路网密度0.0832≥ 0.148[0.083, 0.148)[0.035, 0.083)< 0.035
生活
空间
土地利用类型0.2083城镇、农村耕地、草地 沟渠林地其他
夜间灯光亮度0.1042≥ 35[15, 35)[0, 15)< 0
距主要道路距离(m)0.1667< 500[500, 1500)[1500, 3000)≥ 3000
距居民点距离(m)0.125< 300[300, 600)[600, 900)≥ 900
距地质灾害距离(m)0.125≥ 9000[6000, 9000)[2500, 6000)≥ 2500
高程(m)0.0417< 180[180, 240)[240, 300)≥ 300
坡度(°)0.0417< 8[8, 15)[15, 25)≥ 25
人口密度
(人/km2)
0.0833≥ 2500[1000, 2500)[300, 1000)< 300
经济密度
(万元/km2)
0.1041≥ 2000[1000, 2000)[500, 1000)< 500
生态
空间
土地利用类型0.2382林地、草地河流、湖泊、水库坑塘、湿地水田、旱地、未利用地其他
高程(m)0.0714≥ 300[240, 300)[180, 240)< 180
坡度(°)0.0714≥ 25[15, 25)[8, 15)[0, 8)
NDVI0.1428> 0.5[0.25, 0.5)[0.15, 0.25)< 0.15
土壤水力侵蚀0.1428≤ 1[1, 2)[2, 3)≥ 3
距水体的距离(m)0.0953> 6000[4000, 6000)[2000, 4000)< 2000
距工矿用地距离(m)0.1428≥ 3000[1500, 3000)[500, 1500)< 500
景观破碎度0.0953规则性好规则性较好规则性一般规则性差

注:指标因子进行分等定级打分,权重利用层次分析法进行确定,赋分结合已有研究、专家经验采用自然断点法分级赋值得到栅格因子图。

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(3)“三生”空间功能可持续性评价:“三生”空间功能可持续评价是土地资源可持续利用的基础,也是实现区域发展多元性、社会需求多样性的基础。可持续发展要求生产集约、生活和谐、生态平衡。本文通过建立行政单元尺度上的“三生”空间功能耦合协调发展评价指标体系(表3),系统分析市域土地利用现状的合理性,以及保障区域粮食安全的支撑能力,为诊断国土空间系统健康状况提供科学依据[18]

表3   “三生”空间功能耦合协同发展评价指标体系

Tab. 3  Index system of coupling coordination degree evaluation for production-living-ecological space

一级功能二级功能指标权重数据获取
生产功能农业供给功能耕地面积比重0.013耕地面积/行政单元总面积
粮食人均占有量0.070粮食产量/人口数
粮食产出率0.037粮食产量/耕地面积
非农业供给功能二三产业用地面积比重0.009二三产业用地/总面积
二三产业比重0.011二三产业产值/总产值
土地产出率0.276总产值/行政单元总面积
生活功能居住承载功能生活用地面积比重0.074生活用地面积/行政单元总面积
人口密度0.056总人口/行政单元总面积
人均医院床位0.127总床位数/总人口
社会保障功能路网通达性0.013道路长度/行政单元总面积
人均消费水平0.062人均可支配收入
城镇化水平0.083城镇人口/总人口
生态功能生态维持功能生态用地比重0.044生态用地/行政单元总面积
植被覆盖率0.028林地面积/行政单元总面积
水域覆盖率0.103水域面积/行政单元总面积
环境治理能力空气质量0.060空气质量指数

注:利用熵值法获取各指标因子权重。

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(4)耦合协调度模型:耦合协调度模型是一种可以更好地描述两个或多个系统在开发过程中的相互作用和影响,耦合协调度是指各方面相互促进和制约的程度,其不仅能够反映系统之间的协调程度,还能体现协调发展水平的阶段性系统的高低水平。本文主要采用该模型计算“三生”空间适宜性结果与区域可持续发展的耦合协调性,具体公式如下。耦合协调度取值在[0, 1]的范围内,值越高表示耦合协同程度越大。

D=C×T
T=α×U1+β×U2+γ×U3
C=U1×U2××UnU1+U2++Unnnn
U=i=1nwi×xi

式中:D表示耦合协调度;T反映整体效果;C为耦合度;Ui代表子系统性能;wi表示指标i的权重值;xi代表指标i在每个子系统中的标准值。针对“三生”空间适宜性评价与“三生”空间功能可持续性评价,本文中有3个子系统,分别是生产、生活和生态空间,因此C和T的计算公式中,其中U1U2U3分别是生产、生活和生态子系统的绩效水平;αβγ分别代表生产、生活和生态子系统的贡献,本文认为3个子系统的贡献同等重要,故α = β = γ = 1/3。

(5)多尺度融合模型:本文通过迭代法建立不同尺度的空间联系,根据行政区尺度和格网尺度各个功能评价因子的得分值与权重,建立“三生”功能多尺度融合模型[31]

Cp,l,e=1-αfp,l,e+αi=1mfi×β

式中:Cp,l,e表示多尺度整合下国土“三生”功能(p为生产、l为生活、e为生态)的综合评价值;α为上一级尺度(行政单位尺度)评价结果的权重;fp,l,eple在网格尺度上的适宜性评价指标;fiβ分别代表行政单位尺度“三生”功能的各个评价因子和相应的指标权重。本文认为“三生”空间适宜性评价结果与“三生”空间功能可持续性评价同等重要,故多尺度融合时α的取值设为0.5。最后,根据各网格各功能综合评价得分,判断多尺度下的“三生”功能耦合程度,不同水平分级采用自然断点法。

(6)基于FLUS模型的“三生”空间格局模拟与优化:本文在“三生”空间适宜性评价及诊断“三生”空间功能利用存在的问题基础上,进一步利用FLUS模型,对齐齐哈尔市“三生”空间格局模拟优化。FLUS模型主要用于模拟人类活动与自然因素驱动下的土地利用变化以及土地利用未来情景的模拟[35]。FLUS模型源于元胞自动机(CA),但做了较大的改进,其参数设置包括土地利用转换成本、邻域权重因子、目标年土地利用类型面积。本文首先,采用神经网络算法(ANN)输入初始年份和验证年份的“三生”用地数据以及多种驱动因子(涵盖地形、坡度、距道路距离、距水体距离、人口经济、气象要素、土壤要素等),以此获取到“三生”用地类型的适宜性概率。然后,基于自适应惯性机制的元胞自动机输入土地利用类型变化数量的目标,设置土地类型间相互转化成本和相互转化的限制矩阵。最后,叠加多尺度下“三生”功能冲突耦合协同分析结果为约束,建立国土空间功能提升路径框架,根据协同性分区结果,针对性地提出国土空间功能提升路径。

2.4 数据来源

研究数据包括“三生”空间功能识别与分类数据源和多尺度“三生”空间功能评价指标体系数据源。其中,市域行政区划(1∶100万)、土地利用类型(30 m×30 m)、土壤类型(1 km×1 km)、NDVI(1 km×1 km)、道路(1∶100万)、DEM(250 m×250 m)、土壤水力侵蚀指数(1 km×1 km)、年平均温度(1 km×1 km)以及年平均降雨量(1 km×1 km)等数据来源于中国科学院资源环境科学与数据中心( https://www.resdc.cn/);夜间灯光数据(1 km×1 km)来源于美国国家海洋和大气管理局( https://www.ngdc.noaa.gov/);土壤理化性质数据来源于国家地球系统科学数据中心土壤分中心( https://soil.geodata.cn/),包括土壤pH值、土壤有机质等;而社会经济统计数据来源于《齐齐哈尔市统计年鉴》(2010—2018年),包括粮食人均占有量、二三产业比重、土地产出率、人口密度、人均医院床位、城镇化水平、路网通达性等。

3 结果与分析

3.1 “三生”空间功能格局演化特征

图3是2010年、2018年齐齐哈尔市“三生”空间功能格局分布。整体来看,两年间生产空间均占主导地位,以龙江县、甘南县、讷河市占比较大;其中,农业生产空间主要向农村生活空间、林地生态空间、草地生态空间、水域生态空间发生了转换,共计流出492.05 km2,林地生态空间、草地生态空间、水域生态空间向农业生产空间流入1569.12 km2。生产空间的增长主要是占据了沿河地带的草地生态空间,带来一定的粮食产量,但由于自身地理特征,水力侵蚀将会较大,导致黑土生态功能的降低。从黑土质量变化调查结果可知,2010—2018年间,土壤有机质含量有了部分改善,有机质含量较高的区域有所增加,但土壤侵蚀情况没有明显变化,遭受土壤侵蚀的农耕区没有明显改善(图4)。工业生产空间流出变化不大,农业生产空间、草地生态空间等向工业生产空间转换,工业生产空间净增长31.21 km2。生活空间在各区县成聚集状,城镇生活空间主要向农业生产空间发生转换,同时农业生产空间也向城镇生活空间发生转换,城镇生活空间净增长24.7 km2。农村生活空间主要向农业生产空间发生转换,同时农业生产空间、草地生态空间也向城镇生活空间发生转换,农村生活空间净增长14.21 km2。生态空间则主要分布在齐齐哈尔市中南部与北部,如龙江县的西北部、泰来县的东部、富裕县的中部、讷河市的北部等地。林地生态空间主要向农业生产空间、水域生态空间发生转换,同时农业生产空间、草地生态空间、水域生态空间也向林地生态空间发生转换,林地生态空间净减少14.98 km2。草地生态空间主要向农业生产空间、水域生态空间、草地生态空间发生转换,同时农业生产空间、其他生态空间、水域生态空间也向林地生态空间发生转换,草地生态空间净减少1669.18 km2。水域生态空间主要向农业生产空间、林地生态空间、草地生态空间发生转换,同时农业生产空间、其他生态空间、草地生态空间也向林地生态空间发生转换,水域生态空间净增加579.51 km2。其他生态空间主要向农业生产空间、水域生态空间、草地生态空间发生转换,同时农业生产空间、草地生态空间、水域生态空间也向林地生态空间发生转换,其他生态空间净减少42.52 km2。从空间分布上,生态空间变动较为明显,主要集中在富拉尔基区、梅尔斯达斡尔族区、讷河市的沿河地带,表明该区域生态空间受经济社会发展影响较大,生态功能稳定性较差。

图3

图3   2010年和2018年齐齐哈尔“三生”空间分布

Fig. 3   Spatial distribution of production-living-ecological space in Qiqihar in 2010 and 2018


图4

图4   2010—2018年齐齐哈尔黑土质量变化

Fig. 4   Changes of black soil quality in Qiqihar from 2010 to 2018


3.2 多尺度下“三生”功能冲突与耦合协调分析

本文基于“三生”空间适宜性评价指标体系,开展了齐齐哈尔市“三生”空间适宜性评价(图5)。2010—2018年齐齐哈尔市生产空间适宜性水平整体有明显提高,特别是高适宜和最适宜地区,而中等适宜以下区域大面积减少。其中,生产空间高适宜区域主要分布于中部和东部地势平坦区域,表明该区域近年来黑土保护措施实施成效显著,农业生产空间适宜范围增加显著。最适宜区域主要分布在中心城区、主要交通枢纽、乡道附近的地区,这是因为中心城区人口密度大,经济、产业发展效率高,工业生产空间发展适宜性较好;此外,交通枢纽、乡道附近区域交通便捷,土地开发利用率较高,基础设施完善,也推动了生产空间的发展。而生产空间适宜性水平较低区域主要分布在了齐齐哈尔市东北部和中南部海拔较高、坡度较陡的地区,如讷河市的友好乡和清河乡、克东县的名山乡、昂昂溪区的榆树屯乡、铁锋区的扎龙乡、龙江县的哈拉海乡、梅里斯达斡尔族区的莽格吐达斡尔族乡以及泰来县的大兴镇和汤池镇等,除特殊生态保护地区外,其他区域主要受地形特征影响,配套基础设施欠佳,在一定程度上增加了生产空间开发成本,导致适宜性水平较低。

图5

图5   2010年和2018年齐齐哈尔市“三生”适宜性评价

Fig. 5   Suitability evaluation of production-living-ecological space in Qiqihar in 2010 and 2018


2010—2018年齐齐哈尔市生活空间适宜性水平整体有所提高,不适宜、低适宜和中适宜的地区减少,高适宜和最适宜的区域有一定程度增加,增加区域主要分布在中部和东部地区,且呈明显的条带状,为主干道、交通枢纽点等道路交通便捷度高以及城市发展中心等地区,如泰来县的泰来镇、甘南县的甘南镇、依安县的依安镇、拜泉县的拜泉镇、克山县的克山镇、克东县的克东镇、讷河市的讷河镇、富裕县的富裕镇等。而适宜性水平较低区域主要位于齐齐哈尔东北部和西南部的高海拔、林地覆盖面积大的区域,如讷河市的友好乡和九井镇、克山县的北兴镇和河北乡以及克东县的清泉乡、玉岗镇、龙江县的山泉镇、龙兴镇、济沁河乡、杏山乡、广厚乡、柳树乡、哈拉海乡等。与生产、生活空间相反,2010—2018年齐齐哈尔市生态空间适宜性水平整体有所下降,不适宜和低适宜的区域增加,而中适宜以上区域均出现了不同程度的减少。这是因为近年来农业生产空间的扩张以及重点城镇、工业的发展,导致生态空间被严重挤占,破坏了生态空间稳定性。具体来说,低适宜的地区多存在不同程度的水土侵蚀现象,零散分布于各县区。而不适宜区域则在市区呈聚集状,主要分布在富拉尔基区的长青乡、昂昂溪区的昂昂溪乡、龙沙区的大民镇和玉龙街道、建华区的中华街道、铁锋区的通东街道以及齐齐哈尔市北部的依安县、克东县、拜泉县等县区的部分地区。值得关注的是,尽管全市生态空间适宜性水平呈现整体性降低,但北部地区仍有部分低适宜和不适宜区域状况得到改善,这表明该地区在生态环境保护等方面取得了一定成效。

图6为齐齐哈尔市行政区尺度“三生”空间功能可持续性评价(“三生”空间功能耦合协调度评价)结果。综合来看,两个时期“三生”空间耦合协调度均处于较低状态,以市区“三生”空间耦合协调度水平最高,为基本协调状态,其余区县均处于濒临失调状态。从发展动态来看,2010—2018年市区“三生”空间可持续发展水平略有上升,但仍维持在基本协调水平;其余地区除讷河市、甘南县、富裕县、龙江县、泰来县可持续发展程度有一定程度的改善,依安县、克山县、克东县、拜泉县可持续发展评价指数均有不同程度的下降。

图6

图6   2010年和2018年齐齐哈尔市“三生”空间功能可持续性评价

Fig. 6   Sustainability evaluation of production-living-ecological space in Qiqihar


图7为齐齐哈尔市多尺度下的“三生”功能冲突耦合协调度结果。2010年,齐齐哈尔市“三生”空间轻度失调地区占比为19.68%,主要分布在龙江县的哈拉海乡、富裕县的富路镇、克山县的北联镇、拜泉县以及泰来县的江桥镇、汤池镇。濒临失调地区占比为37.05%,主要分布在富裕县、依安县、克东县、泰来县的北部与西南部以及甘南县的西南部。而基本协调地区格网数占比为32.44%,主要分布在龙沙区、建华区、碾子山区以及富拉尔基区。与2010年相比,2018年全市“三生”空间轻度失调地区格网数有一定程度增加,占比提高至22.15%,范围主要扩大至东部的拜泉县、依安县以及克山县的北联镇与河南乡等地区。

图7

图7   2010年和2018年齐齐哈尔市多尺度下的“三生”功能冲突耦合协调评价结果

Fig. 7   Coupling and coordination degree evaluation of production-living-ecological space on multi-scale in Qiqihar in 2010 and 2018


值得注意的是,“三生”空间濒临失调地区格网数出现了大幅减少,勉强协调地区出现了大幅的增加。2018年“三生”空间濒临失调地区减少了近64%,主要分布在克山县、克东县、以及甘南县东部以外的大部分区域。而勉强协调地区占比由32.44%增长至52.75%,空间分布特征主要由龙江县、讷河市逐步转移至泰来县、拜泉县、富裕县以及讷河市等地区。市域空间冲突强度变化主要表现为两个特点,一是因生活、生产空间扩张导致冲突强度增强,主要集中在城镇、村庄的建设用地区域以及道路沿线,尤其是产业发展较快区域;二是河流周边、林地周边,生态空间被大量占用,导致空间冲突强度提高。这主要是由于齐齐哈尔市城镇化及产业发展速度加快,建设用地向外扩张,导致周边的耕地被占用;以及为保证粮食安全,河流沿线与林地周围生态用地被大量占用,对市域生态安全造成威胁。因此,在耦合协调过程变化中展现出的不协调主要有两个方面:一是生产、生活、生态空间现有的发展水平与其适宜性所展现的应有的发展方向不协调;二是生产、生活、生态空间3个子系统之间的发展水平高低的不协调。

3.3 多目标下“三生”空间功能格局优化调控模拟

齐齐哈尔市是中国重要的商品粮基地之一,被誉为“国家大粮仓”。因此,其国土空间格局优化的目标应以黑土资源保护与粮食安全保障为导向,并综合考虑自然本底条件和社会经济发展双重需求。以2018年为基期,叠加多尺度下“三生”功能冲突耦合协调分析结果,根据研究区实际情况设置约束条件,以(《齐齐哈尔市国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要》和《齐齐哈尔市国土空间总体规划2021—2035》(草案))所指出的耕地保有量等目标,在“三生”空间适宜性评价及“三生”空间功能利用格局问题诊断的基础上,进一步利用FLUS模型,对齐齐哈尔市“三生”空间功能格局进行模拟优化,为国土空间优化调控路径选择提供科学依据。具体优化技术框架如下:

(1)“三生”空间功能格局模拟:国土空间格局模拟包括数量结构和空间布局共同优化。其中,数量结构由目标函数和约束条件构成,本文目标函数包括“三生”空间功能利用经济社会效益(耕地保有量、粮食产量)和生态效益(黑土保护、植被覆盖),约束条件包括水域空间和耕地保有量(规划目标:27500 km2)。空间布局优化包括驱动因子测度和FLUS模型参数设定,驱动因子涵盖了地形、坡度、距主要道路距离、距水体距离、人口经济、气象要素、土壤要素,FLUS模型参数包括“三生”空间转换成本、邻域权重因子、目标年“三生”空间面积。

(2)“三生”空间功能格局优化:根据各类空间适宜性程度和功能协同利用优先的原则,将冲突区按照适宜性、黑土质量状况调整转换方向,以实现黑土保护利用与保障粮食安全为目标的国土空间格局优化。最后,根据“三生”功能冲突耦合协调度分区提出“三生”空间功能提升策略。

图8为齐齐哈尔市“三生”空间格局优化结果。在黑土保护与粮食安全综合发展情景下,市域“三生”空间仍以生产功能占据主导地位,但占比缩小了6.72%;生活和生态空间占比有所增加,分别提升了0.25%和6.47%。具体来说,农业生产空间转向了生态空间,生态功能显著提升。此外,由于全市加快构建现代化产业体系,城镇化水平不断提高,生活空间也出现了小幅度增长。优化情景是考虑前面冲突的结果,以粮食生产目标为约束条件,所得到的优化结果,齐齐哈尔耕地面积小幅减少,但是考虑到社会经济的可持续发展,农业生产空间并不是越多越好,而且需要考虑和其他空间的协调性,既保障粮食安全的前提条件下,还要考虑生态系统平衡问题。结合2010年与2018年的“三生”空间分布可以看出,生产空间减少的部分主要位于2010年为生态空间而2018年为生产空间的地方,这些区域本身就是近林区或者近水域的生态用地,而根据多目标的优化,是将这些区域进行退耕还林、还草,这些地区本身的生态效益远高于生产效益,本身的生产适宜性不强,故生产空间的减少并不会违背国家粮食安全形势要求东北粮食产量只能增长不能下降这一任务。相反“三生”空间的进一步优化,将使齐齐哈尔市向更加协调的方向发展。

图8

图8   齐齐哈尔市“三生”空间模拟优化结果

Fig. 8   Simulated optimization of the production-living-ecological space in Qiqihar


4 结语

“三生”空间统筹优化是实现土地资源高效配置,“美丽中国”建设的重要途径。本文以齐齐哈尔市为例,在科学认知市域“三生”空间格局基础上,定量识别了“三生”功能时空分布特征及耦合协调度的空间异质性规律,并以黑土保护与粮食安全为目标,以多尺度“三生”功能冲突耦合协调度为约束,建立了“三生”空间功能格局优化配置模型,提出了市域国土空间统筹优化调控路径。取得主要结论如下:

(1)2010—2018年齐齐哈尔市生产空间与生活空间均有一定程度的增长。其中,生产空间增长了1106 km2,生活空间增长了39 km2;但生态空间受到经济社会发展影响较大,功能稳定性较差,减少了1145 km2

(2)2010—2018年齐齐哈尔市生产空间整体适宜性水平有明显提高,特别是高适宜和最适宜地区,而中等适宜以下区域大面积减少;生活空间适宜性水平整体也有所提高,不适宜、低适宜和中适宜的地区减少,高适宜和最适宜的区域有一定程度增加,主要集中于齐齐哈尔市中部和东部地区,且呈明显的条带状分布。但生态空间适宜性水平整体有所下降,不适宜和低适宜的区域增加,而中适宜以上区域出现了不同程度的减少。这是因为近年来重点城镇以及工业的发展,在一定程度上破坏了生态环境稳定性,导致生态空间被严重挤占。此外,根据“三生”功能可持续性评价结果显示,齐齐哈尔市两年间行政区尺度“三生”功能耦合协调水平均处于较低状态,以市区“三生”空间耦合协调度最高,为基本协调状态,其余区县均处于濒临失调状态。

(3)2010—2018年齐齐哈尔市多尺度“三生”空间轻度失调和勉强协调地区有一定程度增加,而濒临失调地区呈现减少趋势。国土空间格局冲突表现为“三生”功能协同性弱,冲突强度地域差异明显,具体表现为国土空间利用水平低,对黑土资源的可持续性开发利用存在一定风险。从“三生”功能耦合协调程度分区结果来看,全市可分为生产—生活优势区、优势生产功能带动区、生活功能提升区、生态功能保护区、薄弱综合提升区等五个功能区,协同性大小依次为生产—生活优势区>生活功能提升区>优势生产功能带动区>生态功能保护区>薄弱综合提升区。

(4)结合《齐齐哈尔市国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要》和《齐齐哈尔市国土空间总体规划2021—2035》(草案)目标要求,通过建立“三生”空间宏观数量把控和空间单元分配的优化配置模型,以多尺度下“三生”功能冲突诊断为约束,建议市域国土空间功能提升要在国家粮食安全保障能力基础上,坚持以黑土保护利用为导向,统筹“人—水—地”资源要素的组合与匹配,依托现有工业基础和产业优势,分别从优势功能区引导、加强重点城镇建设、提高黑土资源利用效率,协调城乡国土空间利用水平等路径来具体实施。具体如下:

根据协调程度分区结果可知,生产—生活优势区内多为三级城镇,应合理开发生态服务价值,重视区域内的自然与人文社会融合发展,利用优势功能进行提升。如昂昂溪区榆树屯镇,通过优化调整,生态空间有所扩大,应当积极发展区域特色产业,促进产业结构的调整和升级,以产业发展带动城镇、乡村的建设用地集聚,优化建设用地布局。需要注意的是在进行城镇化建设时也要注意对该区黑土地的保护,坚守城镇开发边界与生态红线,避免黑土流失;优势生产功能带动区农业产值高、农业生产基础设施完善,大多分布在粮食主产区,扮演着齐齐哈尔市乃至黑龙江省粮仓的重要角色。以依安县为例,作为典型黑土示范区,县内的乡镇以优势生产功能带动区为主,故依安县的优化路径应以优势生产功能带动区为主要策略。第一,针对黑土侵蚀防控问题,要注重坡耕地水蚀防控,平地风蚀防治,侵蚀沟修复治理,实行免耕技术,在秋季实施秸秆粉碎还田,在春季免耕播种等,减少水土流失;第二,作物提质增效,品质创优。以玉米全株利用增产增效技术体系为例,开展玉米优质粒及玉米须高产增效栽培、秸秆生物有机肥生产与应用等关键技术方面强化科研攻关;第三,重点进行耕层沃土工程,实行保护性耕作、有机肥还田、亚耕层培肥,比如秸秆全量覆盖免耕播种、秸秆部分还田免耕播种、免耕播种、传统翻耕。

在黑土健康调控与农产品品质创优、黑土地保育增效技术、高寒黑土多源增碳增效技术实现突破,同时也要完善基本农田建设,完善农田灌排系统和田间道路的建设。在进行规划发展时,完善交通、医疗、公园等基础设施建设,以人居发展带动各产业的协同发展;生活功能提升区同样拥有丰富的农业生产资源,担负着重要的粮食生产与粮食安全的重任,但生活功能属性与优势生产功能区相比已明显提升,向着生产—生活优势区转变。以克山县古北乡为例,优化之后生活、生态空间增加,生活、生态功能较弱的局面也相应得到改善,通过规划手段合理确定城镇、村庄发展布局,避免建设用地无序扩张。可以通过城镇建设用地内部挖潜或是建设用地增减挂钩项目,提高存量建设用地的利用强度,减少对非建设用地的占用,引导土地利用方式向生态环境友好型方向发展。生态功能保护区拥有丰富的水域、林地等生态资源,生产、生活适宜性水平较低。

以龙江县济沁河乡为例,生产、生活适宜性条件一般,但生态适宜性较好,在黑土保护与粮食安全综合发展情景下,重点保护林地、未利用地等生态类用地,比如利用大青山的优势生态资源,发展生态旅游。在优化目标粮食安全的前提下,将不适宜种植的耕地,开展退耕还林,大力推进造林绿化工作,提高生态环境质量和生境斑块的适宜性。由于齐齐哈尔市生态空间及生态生产空间较少且不连片,主要集中分布在北部的尼尔基湖生态区和西部的碧水湾森林生态园,可以通过构建生态廊道提高生态空间的连通性,扩大生物种群的活动范围,进而提高齐齐哈尔市生物多样性和生态环境质量的整体提升。最后,薄弱综合提升区外源性带动作用不强,内源性发展动力不足,导致了整体发展水平弱。该区虽具备一定的农业生产基础,但生产水平不高,且生活宜居性较差,生活发展受到限制;生态空间虽然分布广泛,但比较脆弱且较为零散,品质低下。因此,根据优化结果,该区应重点发展当地的特色产业比如农业旅游、生态旅游、特色作物,在发展其已有的农业基础上,改善黑土地的土壤理化性质,固土增肥,减少耕地侵蚀,向着优势生产农业功能区过渡,进而利用优势功能带动“三生”协调发展。

本文也存在一定的不足。首先,研究方法上对“三生”空间功能可持续发展水平的测度采用的是传统耦合协调度模型,而这种传统模型存在现有解释惯例使得耦合度在解释耦合关系时效度会降低,以及指标体系构建的主观性、耦合结果的波动性和无可比性的信度等问题[36]。此外,从理论基础上,国土空间是一个复杂的地理系统,包括土地、水、矿产、生态、社会经济等不同要素[37]。而“三生”空间是对国土空间概念的进一步延伸和细化,更是自然、社会、经济多系统协同耦合的产物[17]。因此,阐明市域“三生”空间科学内涵需基于系统科学认知理论,按照“要素—结构—功能”框架,从“三生”空间结构演变入手,深入剖析“三生”空间的功能属性,建立有效的整体性、系统性优化方法,从而发挥国土空间规划的统领作用,统筹人口、生态、产业、资源、文化等各类要素空间布局。但由于相关研究尚处于理论探索的初期阶段,以功能视角探寻“三生”空间系统内部复杂关系和演变机理的研究还需进一步加深。最后,本文“三生”功能评价体系缺乏对经济发展规划和生态环境保护等政策因素的考虑,未来研究需要在“三生”空间功能内涵科学认知基础上,完善评价指标,引入行为主体的用地意图,构建起联动的智能体模型,实现对“三生”空间功能的及时、动态和可更新评价。

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The black soil region in Northeast China is one of the world’s four black soil regions. It is well known for its high organic matter content and high fertility. It is not only the basis for the development of agriculture in Northeast China, but also the granary of China, which plays a decisive role in safeguarding the national food security. According to the characteristics and problems of black soil in Northeast China, this review first elucidates the forming conditions of the black soil and the natural characteristics. Secondly, we describe the evolution of soil properties and fertility in the process of the reclamation of black soil. The soil organic matter content and soil fertility decreased significantly, which have severely affected the sustainable development of agriculture in black soil region in Northeastern China. Besed on this analysis, different protection pathways and their controlling mechanisms on soil fertility are analyzed. Future research on black soil should be emphasized on the development of new technologies, new methods, and cross-disciplinary theories to ascertain the evolutional characteristics of soil fertility and their influencing factors. It is necessary to cultivate high-yield, high-quality crop varieties that are more suitable for the climatic conditions in Northeast China, to optimize the cropping system in combination with the current technological regulation pattern in this region, to improve the quality and yield of crops, to increase the overall productivity and competitiveness of agriculture soil, and finally to ensure the sustainable use of agriculture in the black soil region.

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东北黑土区是世界四大片黑土区之一,它以高有机质和高肥力而著称,不仅是东北农业发展的基础,也是中国的粮仓,在保障国家粮食安全中具有举足轻重的地位。针对东北黑土自身的特色和面临的问题,首先描述了东北黑土地形成的条件及自然黑土的属性特征;其次阐述了黑土被开垦后农田化过程中土壤属性和肥力的演化情况,土壤有机质大幅度下降,土壤肥力降低,已严重影响到东北黑土地农业的可持续发展;在此基础上分析了黑土区耕作土壤不同保护途经及其对土壤肥力的影响机制;最后展望了未来黑土地理论研究的侧重点:应加大新技术、新方法和跨学科交叉理论的研究,培育更适合东北黑土地气候条件的高产优质作物品种,并结合目前黑土地保护的技术调控模式,优化作物种植模式,提升作物品质和产量,提高黑土区农业的综合生产力和竞争力、保证黑土区农业的永续利用。

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Progress in Geography, 2017, 36(3): 378-391.

DOI:10.18306/dlkxjz.2017.03.014      [本文引用: 1]

In the process of rapid economic growth and social restructuring, solving the problems such as spatial development disorder and costly resources and environmental impact has been an important scientific proposition of regional sustainable development in the field of human-economic geography. In accordance with the report to the Eighteenth National Congress of the Communist Party of China, optimizing spatial development pattern nationally is placed as the primary measure of ecological progress, followed by the specific requirements stated as "the space for production is used intensively and efficiently, the living space is livable and proper in size, the ecological space is unspoiled and beautiful." Shaping the ecological-production-living space by following these requirements will become the foundation of the spatial planning system. Moreover, it also contributes to improving the protection system of spatial development and implementing major function oriented zoning at all scales. Revolving around the target of optimizing geographical space and regional sustainable development, this article systematically reviews existing literature on ecological-production-living space both in China and internationally, focusing on the quantitative proportion and spatial layout of ecological-production-living space. Following the requirements of improving precision and increasing spatial resolution and with a focus on functional classification, spatial identification, and spatial development pattern optimization, this article finally put forward the research framework of ecological-production-living space. To promote the progress of theoretical research and practical applications on ecological-production-living space, the following measures can be implemented: (1) Establish an improved research framework and technical process through multidisciplinary partnerships. (2) Expand the scope of basic units of analysis. (3) Explore new methods for function identification and attach more importance to the dynamic evolution of ecological, production, and living spaces. (4) Promote the integration of suitability evaluation at different scales. (5) Meet the practical needs of multiple-planning integration and ultimately serve the national efforts of optimizing the spatial development pattern.

[ 黄金川, 林浩曦, 漆潇潇.

面向国土空间优化的三生空间研究进展

地理科学进展, 2017, 36(3): 378-391.]

DOI:10.18306/dlkxjz.2017.03.014      [本文引用: 1]

解决经济高速增长、社会快速转型中存在的国土开发秩序混乱和资源环境代价沉重等问题是人文—经济地理学在区域可持续发展领域的重大科学命题。党的十八大报告将优化国土空间开发格局作为生态文明建设的首要举措,并提出“促进生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”,由此构成的“三生”空间成为构建空间规划体系、完善国土空间开发保护制度和各类尺度空间落实主体功能区规划的重要基础。本文围绕国土空间优化和区域可持续发展目标,对国内外“三生”空间相关文献进行系统梳理,紧紧围绕“三生”空间的数量配比和空间配置两个科学问题进行综述,按照精度深化和尺度细化的要求,集中在“三生”功能分类、空间识别、空间优化等内容,从而勾勒出三生空间研究的框架体系。今后应重视三生空间动态演化,促进各尺度适宜性评价的统一和整合,响应“多规合一”的实践需求,最终服务于国土空间格局优化。

Huang An, Xu Yueqing, Lu Longhui, et al.

Research progress of the identification and optimization of production-living-ecological spaces

Progress in Geography, 2020, 39(3): 503-518.

[本文引用: 1]

[ 黄安, 许月卿, 卢龙辉, .

“生产-生活-生态”空间识别与优化研究进展

地理科学进展, 2020, 39(3): 503-518.]

DOI:10.18306/dlkxjz.2020.03.014      [本文引用: 1]

&#x0201C;生产-生活-生态&#x0201D;(简称&#x0201C;三生&#x0201D;)空间识别与优化研究是在识别现状空间结构、格局及问题的基础上,对未来空间进行优化布局,实现空间的均衡、可持续性发展,是一种更具综合性的国土空间分区方式,已成为当前学术前沿和国土空间规划亟需解决的实践问题。论文通过文献调研法、对比法和归纳法,系统梳理了&#x0201C;三生&#x0201D;空间概念内涵、识别与优化研究现状。目前,&#x0201C;三生&#x0201D;空间识别研究取得了阶段性成果,但&#x0201C;三生&#x0201D;空间形成的内在机理与概念探讨不足,&#x0201C;三生&#x0201D;空间的定量识别方法与技术体系研究有待完善,&#x0201C;三生&#x0201D;空间动态演化及驱动机制、空间冲突诊断和问题分析较为薄弱,&#x0201C;三生&#x0201D;空间优化理论和技术体系尚处于初级阶段。未来,应形成&#x0201C;三生&#x0201D;空间识别与优化&#x0201C;质&#x0201D;&#x0201C;量&#x0201D;观,借鉴国际空间规划已有的研究成果,以&#x0201C;‘三生’空间形成机理与概念界定、定量识别、演化机制挖掘、冲突诊断与问题分析、优化调控与模拟&#x0201D;为主线,系统构建&#x0201C;三生&#x0201D;空间识别与优化的理论与技术体系;同时,重视具有水平方向和垂直方向特征的山区&#x0201C;三生&#x0201D;空间识别与优化研究。

Jiang Dong, Lin Gang, Fu Jingying.

Discussion on scientific foundation and approach for the overall optimization of "production-living-ecological" space

Journal of Natural Resources, 2021, 36(5): 1085-1101.

[本文引用: 1]

[ 江东, 林刚, 付晶莹.

“三生空间”统筹的科学基础与优化途径探析

自然资源学报, 2021, 36(5): 1085-1101.]

[本文引用: 1]

Zhou Peng. Research on the optimization of land space pattern and functional improvement path in the Taihang Mountains[D]. Chengdu: University of Chinese Academy of Sciences, 2020.

[本文引用: 1]

[ 周鹏. 太行山区国土空间格局优化与功能提升路径研究[D]. 成都: 中国科学院大学, 2020.]

[本文引用: 1]

Wu Zhanyun, Shan Jingjing.

Research on the evolution of urban "production-living-ecological space" pattern and optimization strategies

City, 2019(10): 15-26.

[本文引用: 1]

[ 武占云, 单菁菁.

城市“三生空间”格局演化与优化对策研究

城市, 2019(10): 15-26.]

[本文引用: 1]

Lin Jia, Song Ge, Zhang Ying.

Research on the co-evolution mechanism of the "production-living-ecological" function of the land space system: Taking Fuxin as an example

China Land Science, 2019, 33(4): 9-17.

[本文引用: 1]

[ 林佳, 宋戈, 张莹.

国土空间系统“三生”功能协同演化机制研究: 以阜新市为例

中国土地科学, 2019, 33(4): 9-17.]

[本文引用: 1]

Han Bo, Jin Xiaobin, Sun Rui, et al.

Evaluation of sustainability of land use based on conflict-fitting perspective

Acta Geographica Sinica, 2021, 76(7): 1763-1777.

[本文引用: 1]

[ 韩博, 金晓斌, 孙瑞, .

基于冲突-适配视角的土地利用可持续性评价

地理学报, 2021, 76(7): 1763-1777.]

DOI:10.11821/dlxb202107014      [本文引用: 1]

土地利用可持续性评价是土地系统科学与可持续发展交叉学科研究中一个重要内容,对识别区域土地利用与管理问题,制定可持续土地管理决策具有重要意义。本文从土地利用可持续内涵解析出发,提出了一种基于土地系统冲突与适配视角、适用于不同区域与时段的土地利用可持续评价框架,并以2000&#x02014;2015年长三角地区为例进行实证分析。结果显示:① 基于土地系统外部发展施压及土地系统内部支撑角度,可以构建由&#x0201c;资源子系统冲突&#x0201d;&#x0201c;功能子系统冲突&#x0201d;&#x0201c;承载子系统冲突&#x0201d;&#x0201c;资源&#x02014;功能适配性&#x0201d;&#x0201c;功能&#x02014;承载适配性&#x0201d;组成的土地系统结构。并基于静力学平衡方程,通过计算结构支撑性与平衡性得到土地利用可持续性;② 长三角地区各项土地冲突适配指标中,土地系统功能冲突改善程度最高,但土地功能与承载适配程度最低。各项冲突适配指标具有显著的城乡、纬度、海陆空间分异特征;③ 长三角地区包含17种土地系统构型,呈现最稳定与最不稳定构型两极分布多、中间构型数量少的特征。长三角地区土地利用可持续性结果范围是0.20~1.58,其中浙江&gt;安徽&gt;长三角地区均值&gt;江苏&gt;上海,浙江诸暨市、安吉县等实施绿色发展战略地区显著高于江苏连云港市、如东县等实施传统经济主导型发展战略地区。本文可以为分析区域土地系统可持续性、设置土地可持续发展规划目标、探索土地系统转型方向提供思路与方法借鉴。

Zhang Lei, Chen Xiaoqin, Dong Xiaocui, et al.

Spatial layout optimization of industrial land from the perspective of production-living-ecological mutual exclusion: Taking Tianjin as an example

Geography and Geo-Information Science, 2019, 35(3): 112-119.

[本文引用: 1]

[ 张磊, 陈晓琴, 董晓翠, .

三生互斥视角下工业用地空间布局优化: 以天津市为例

地理与地理信息科学, 2019, 35(3): 112-119.]

[本文引用: 1]

He Xiangyu. Study on the delimitation and optimal control of production-life-ecology space in the city area: A case study of Hebi City[D]. Beijing: China University of Geosciences (Beijing), 2020.

[本文引用: 1]

[ 何翔宇. 市域“三生”空间划定与优化调控研究[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2020.]

[本文引用: 1]

Xu Lei. Research on the optimization of the land space pattern of the urban agglomeration in the middle reaches of the Yangtze River based on the function of "production-living-ecological space"[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2017.

[本文引用: 2]

[ 徐磊. 基于“三生”功能的长江中游城市群国土空间格局优化研究[D]. 武汉: 华中农业大学, 2017.]

[本文引用: 2]

Lin G, Jiang D, Fu J Y, et al.

Spatial conflict of production-living-ecological space and sustainable-development scenario simulation in Yangtze River Delta agglomerations

Sustainability, 2020, 12(6): 2175. DOI: 10.3390/su12062175.

URL     [本文引用: 3]

Sun Yingying. Research on the optimization of rural space pattern in Qing'an County based on the coordination of production-living-ecology[D]. Shengyang: Northeast Agricultural University, 2019.

[本文引用: 1]

[ 孙莹莹. 基于“三生”协调的庆安县乡村空间格局优化研究[D]. 沈阳: 东北农业大学, 2019.]

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Chen Zenghao. Research on space optimization of fishing villages on the islands of eastern Zhejiang based on the integration of "production-living-ecological space"[D]. Suzhou: Suzhou University of Science and Technology, 2019.

[本文引用: 1]

[ 陈增浩. 基于“三生”共融的浙东海岛渔村空间优化研究[D]. 苏州: 苏州科技大学, 2019.]

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Lin Jiao. The research on the dynamic changes and optimization of "production-living-ecological" space in Western Sichuan Plateau: Take Luhuo County as an example[D]. Chengdu: Sichuan Normal University, 2018.

[本文引用: 1]

[ 林娇. 川西高原地区的“三生”空间动态变化与优化研究: 以炉霍县为例[D]. 成都: 四川师范大学, 2018.]

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Shi Dan, Guo Xinying, Wang Ji.

Research on the optimization of production-living-ecological space in tourist towns based on the perspective of residents' satisfaction

Journal of Jilin Normal University (Natural Science Edition), 2021, 42(1): 134-140.

[本文引用: 1]

[ 石丹, 郭新影, 王吉.

基于居民满意度视角的旅游型城镇三生空间优化研究

吉林师范大学学报(自然科学版), 2021, 42(1): 134-140.]

[本文引用: 1]

Liu Baiping, Ye Yang, Ren Ping, et al.

Research on the spatial optimization of tourist towns from the perspective of "production-living-ecological space" fusion

Journal of Hefei University (Comprehensive Edition), 2019, 36(6): 77-82.

[本文引用: 1]

[ 柳百萍, 叶旸, 任平, .

“三生”空间融合视域下的旅游小镇空间优化研究

合肥学院学报(综合版), 2019, 36(6): 77-82.]

[本文引用: 1]

You Shang, Jiang Jingfeng, Xie Yunyi.

Reconstruction and optimization of the "production-living-ecological space" of rural homestay settlements from the perspective of self-organization theory: Taking the representative shared farms in Hainan Province as an example

Southeast Academic, 2019(3): 71-80.

[本文引用: 1]

[ 游上, 江景峰, 谢蕴怡.

自组织理论视角下乡村民宿聚落“三生”空间的重构优化: 以海南省代表性共享农庄为例

东南学术, 2019(3): 71-80.]

[本文引用: 1]

Dai Zhiyong. "Production-living-ecological space" land use characteristics and conflict evaluation in hilly and mountainous areas[D]. Chongqing: Southwest University, 2019.

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[ 戴智勇. 丘陵山区“三生”空间土地利用特征及其冲突评价[D]. 重庆: 西南大学, 2019.]

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He Sheng. The formation mechanism and regulation path of spatial conflict in Chang-Zhu-Tan urban agglomeration[D]. Changsha: Hunan Normal University, 2014.

[本文引用: 1]

[ 何胜. 长株潭城市群空间冲突的形成机理及调控路径[D]. 长沙: 湖南师范大学, 2014.]

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Hu Yinglong. Analysis of the spatial division of the Pearl River Delta urban agglomeration and the spatial conflict effect of land use[D]. Guangzhou: Guangzhou University, 2019.

[本文引用: 1]

[ 胡应龙. 珠三角城市群空间分区与土地利用空间冲突效应分析[D]. 广州: 广州大学, 2019.]

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Shi Shuqin, Cao Qiwen, Li Zhengguo, et al.

Spatial heterogeneity analysis of the influence of climate and socio-economic factors on soil organic matter: Taking the central region of Heilongjiang Province as an example

Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2014, 22(9): 1102-1112.

[本文引用: 1]

[ 石淑芹, 曹祺文, 李正国, .

气候与社会经济因素对土壤有机质影响的空间异质性分析: 以黑龙江省中部地区为例

中国生态农业学报, 2014, 22(9): 1102-1112.]

[本文引用: 1]

Yang Yu.

Analysis of Qiqihar's industrial development process and achievements after the founding of new China

Theoretical Observation, 2021(3): 91-93.

[本文引用: 1]

[ 杨宇.

新中国建立后齐齐哈尔工业发展历程及成就探析

理论观察, 2021(3): 91-93.]

[本文引用: 1]

Jing Ying. Research on identification and optimization strategy of low-efficiency industrial land in built-up areas of shrinking cities[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2019.

[本文引用: 1]

[ 荆莹. 收缩城市建成区低效工业用地识别与优化策略研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2019.]

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Ran Na. "Production-living-ecological" function evaluation and analysis of coupling coordination characteristics of land space in Jiangsu Province[D]. Nanjing: Nanjing University, 2018.

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[ 冉娜. 江苏省国土空间“三生”功能评价及耦合协调特征分析[D]. 南京: 南京大学, 2018.]

[本文引用: 2]

Liu Jilai, Liu Yansui, Li Yurui.

Classification evaluation and analysis of spatio-temporal pattern of China's "production-living-ecological space"

Acta Geographica Sinica, 2017, 72(7): 1290-1304.

DOI:10.11821/dlxb201707013      [本文引用: 1]

This paper created a land use classification system of production-living-ecological spaces based on analyzing the theories of production-living-ecological spaces and commanding the dialectical relationships between land use types and land use functions. The classification system perfectly connected to the state standard of land use classification. Based on this system, we examined the spatial and temporal patterns of production-living-ecological spaces in China between 1990 and 2010. The results showed that: (1) The production spatial pattern almost unchanged between 1990 and 2010, and the production spaces were mainly distributed in the southeast of the Hu Huanyong Line, including Northeast China Plain, northwest Xinjiang, Ningxia, Lanzhou-Xining, Sichuan Basin, Bohai Rim, Yangtze River Delta, Xiamen-Quanzhou-Zhangzhou, and Pearl River Delta, where China's urban agglomerations and main grain production areas were located in. (2) Living spaces were mainly distributed in China's urban agglomerations and cities, showing a spatial pattern of "high in the east and north regions, while low in the west and south regions". Its spatial expansion varied in different areas. Large-scale expansion of living spaces appeared in the Bohai Rim, Yangtze River Delta and Pearl River Delta, while small-scale and point-type expansion in the major provincial capitals. (3) Ecological spaces were mainly distributed in the northwest of the Hu Huanyong Line, showing a spatial pattern of "high in the west and south regions, while low in the east and north regions". The expansion of ecological spaces were mainly in the Loess Plateau, Hulun Buir Glassland and Tianshan Mountains, while the reduction of ecological spaces were mainly in the Northeast China Plain, North China Plain, Yangtze River Delta, Pearl River Delta, Ningxia and Xinjiang. (4) Industrialization and urbanization were the basic driving powers of changes of China's production-living-ecological spaces. The main reasons for regional spatial differences across China included farmland cultivation in Northwest and Northeast China, rapid urbanization in North China, Bohai Rim, Yangtze River Delta and Pearl River Delta, and reversion of farmland to forestland in the Loess Plateau. This research was valuable for the studies on classification and evaluation of production-living-ecological spaces.

[ 刘继来, 刘彦随, 李裕瑞.

中国“三生空间”分类评价与时空格局分析

地理学报, 2017, 72(7): 1290-1304.]

DOI:10.11821/dlxb201707013      [本文引用: 1]

本文在探究“生产—生活—生态”三生空间理论内涵的基础上,分析了土地利用功能与土地利用类型的辩证关系,依据土地利用现状分类国家标准,建立了三生空间分类与评价体系,揭示了1990-2010年间中国三生空间的格局及其变化特征。结果表明:① 生产空间主要分布在胡焕庸线东南侧的主要城市群及粮食主产区,其扩张区域主要分布于东北平原、新疆西北、宁夏、兰州—西宁、四川盆地、环渤海、长三角、厦漳泉、珠三角等地区,缩小区域主要分布在黄土高原、呼伦贝尔大草原、江汉平原、闽南丘陵等地区;② 生活空间主要集中在全国主要城市及城市群,整体上呈现“东高西低、北高南低;大分散、小集聚”的空间格局,其扩张过程表现为环渤海、长三角、珠三角三大城市群的大规模、区域式扩张和各主要省会城市的小规模、点状式扩张。③ 生态空间主要分布在胡焕庸线西北侧,整体呈现“西高东低,南高北低”的空间格局;④ 工业化、城镇化是中国三生空间变化的基本动力,西北和东北地区的农田开垦、华北平原和三大城市群的城镇化建设、黄土高原的退耕还林等是导致三生空间区域差异的主要原因。本文可以为三生空间的分类规划和优化决策提供参考依据。

Liu Chao, Xu Yueqing, Liu Yanxu, et al.

Research on multifunctional classification and evaluation index system of land use based on system theory

Journal of Peking University (Natural Science Edition), 2018, 54(1): 181-188.

[本文引用: 1]

[ 刘超, 许月卿, 刘焱序, .

基于系统论的土地利用多功能分类及评价指标体系研究

北京大学学报(自然科学版), 2018, 54(1): 181-188.]

[本文引用: 1]

Wang Jianping, Yu Dun, Lu Yiqian, et al.

Recognition and analysis of land use conflicts in counties based on the suitability of "production-living-ecological space"

Journal of Natural Resources, 2021, 36(5): 1238-1251.

[本文引用: 1]

[ 王检萍, 余敦, 卢一乾, .

基于“三生”适宜性的县域土地利用冲突识别与分析

自然资源学报, 2021, 36(5): 1238-1251.]

[本文引用: 1]

Li X, Chen G Z, Liu X P, et al.

A new global land-use and land-cover change product at a 1-km resolution for 2010 to 2100 based on human-environment interactions

Annals of the American Association of Geographers, 2017, 107(5): 1040-1059.

[本文引用: 1]

Wang Shujia, Kong Wei, Ren Liang, et al.

Research on misuses and modification of coupling coordination degree model in China

Journal of Natural Resources, 2021, 36(3): 793-810.

[本文引用: 1]

[ 王淑佳, 孔伟, 任亮, .

国内耦合协调度模型的误区及修正

自然资源学报, 2021, 36(3): 793-810.]

[本文引用: 1]

Cao Xiaoshu.

Reconstruction of land and space based on the man-land coupling system

Journal of Natural Resources, 2019, 34(10): 2051-2059.

[本文引用: 1]

[ 曹小曙.

基于人地耦合系统的国土空间重塑

自然资源学报, 2019, 34(10): 2051-2059.]

[本文引用: 1]

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