2010—2017 年郑州市“三生空间”时空演化分析

高 莎，毕正晴，张静静，肖子卉，李雨洁，康婷婷

（郑州师范学院地理与旅游学院，郑州 450044）

“三生空间”是指人类赖以生存与发展的空间，具体包括生产空间、生活空间和生态空间［1-3］。近些年来，随着社会经济的迅猛发展，生产空间和生态空间不断被侵占，国土空间结构愈发失衡，特别是协调生产、生活、生态用地之间的矛盾愈发困难，导致经济发展与生态环境保护之间的矛盾日益突出［4，5］。面对发展困境，“十八大”报告提出，要构建“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“三生空间”。“三生空间”的优化开发与布局对于保护生态环境以及优化国土空间具有重要意义，从而促进区域的可持续发展［1，2，6］。因此，近年来关于“三生空间”的相关研究应运而生，已成为地理学、生态学及土地资源管理学等相关学科的研究热点［7-11］。

以往研究多集中于“三生空间”的分类［2，12，13］、“三生空间”功能体系建设［14］、“三生空间”的结构优化等方面［15，16］，这些研究在一定程度上对掌握不同区域“三生空间”的格局变化具有重要意义。近年来，不少学者从国家、省、市、县各个行政等级对“三生空间”的时空演变开展了研究工作［17-20］，研究表明“三生空间”的时空演变具有明显的地域性差异，不同地区生产、生活、生态空间的规划受城市自身发展的影响。然而现有研究中鲜有对郑州市“三生空间”时空演化进行探讨。郑州市在2016 年被正式纳入国家中心城市，其位于国家交通中心位置，在经济飞速发展、城镇化不断加快的过程中，郑州市“三生空间”的格局已经发生了重大变化，“三生空间”的演化同时也影响着郑州市的经济与社会发展。因此本研究以郑州市土地利用数据为基础，探讨2010—2017年郑州市“三生空间”时空演化特征，明确郑州市生产空间、生活空间、生态空间三者的分布格局、随海拔的变化特征以及三者之间的相互转换特征，以期为郑州市国土空间优化提供科学依据与决策参考。

1 材料与方法

1.1 材料来源与预处理

土地利用数据来源于国家基础地理信息中心提供的地表覆盖数据（网址为：GLC30，http：//www.Globallandcover.com），空间分辨为30 m，包括2010 年和2017 年2 期土地利用数据。在ArcGIS 10.2 中通过掩膜提取得到研究区2 期土地利用数据（图1）。DEM 数据来源于地理空间数据云（网址：http：//www.gscloud.cn/）。

图1 郑州市2010—2017 年土地利用类型

1.2 研究方法

1.2.1 “三生空间”的分类 借鉴国土空间“三生”功能理论［21］，结合前人的研究经验［22］，对郑州市“三生空间”进行分类。生产用地是指进行农业、工业和商业活动获取产品和供给功能的用地，主要包括耕地；生活用地是提供承载和保障人居功能的用地，主要包括建设用地；而生态用地则是以调节、维持和保障生态安全功能为主的用地，主要包括林地、草地、水域、未利用土地［1］。并借助ArcGIS 重分类工具将2010—2017 年的土地利用类型数据转化为生产、生活、生态空间栅格数据。

1.2.2 “三生空间”时空转型分析方法 利用转移矩阵方法研究“三生空间”的时空转型特征。运用Arc-GIS 栅格计算器工具进行数据处理，输入计算公式后以文本格式导出数据，进而用Excel数据透视表处理，即可得出反映郑州市2010—2017 年3 种空间相互转换的数量与方向的相关数据。

2 结果与分析

2.1 郑州市“三生空间”格局变化分析

由表 1 与图 2 可知，郑州市 2010—2017 年“三生空间”面积、比例及空间格局变化。2017 年郑州市生产空间面积总计为4 720.50 km2，占比为62.50%，相比2010 年减少了614.68 km2，占比下降8.13 个百分点（表1）。生产空间总体虽呈缩小趋势，但仍占郑州市土地总面积最大比例，且广泛分布在郑州市各个县级市及直辖县。郑州市地处中原，水热条件良好，是重要的农业区，耕地为生产空间中的主要用地类型。从图2 可以直观地看出，生产空间被生活空间大量侵占，因此要大力推行集约农业，增加农业科技投入，促进产业集聚，提高生产空间土地利用效率。

图2 郑州市2010—2017 年“三生空间”格局

2017 年郑州市生活空间面积总计为1 625.81 km2，占比为21.52%，与2010 年相比增加了394.19 km2，占比上升5.21 个百分点（表1）。在空间分布上呈现出明显的东高西低态势，主要分布在中部偏北的经济较发达市辖区，位于此地的郑州市区是发展的核心区域，也是人口和产业的集聚区，居民建设用地大幅扩张，呈放射状扩展，土地利用压力大，生活用地大量占据生产用地。除郑州市市辖区以外，郑州市西北部、南部、东南部大部分地区的生活空间也呈扩张态势，但总体扩张幅度不大。

2017 年郑州市生态空间面积总计为1 207.06 km2，占比为15.98%，与2010 年相比增加了220.5 km2，占比上升2.92 个百分点（表1）。生态空间主要分布在郑州市西南部、南部、北部边缘区，而其他地区的生态空间呈零星状分布。西南部地区海拔较高，多为低山丘陵，受人类生活干扰性小，且登封市、巩义市自然资源景观生态功能价值高，生态空间面积有增加的趋势。黄河流经郑州市北部边缘地区，近年来对黄河风景区的开发建设，生态空间面积也有所减少。南部地区与平顶山、许昌相接，且海拔相对较高，植被覆盖率高，近些年受到政策的影响，积极扩大生态空间的建设。

表1 2010—2017 年“三生空间”面积及比例

2.2 “三生空间”在不同海拔上的变化分析

根据研究区DEM 数据，结合研究区地形特征，运用ArcGIS 10.2 重分类工具，将郑州市划分为6 个海拔梯度，分别是＜200 m、200～400 m、400～600 m、600～800 m、800～1 200 m、＞1 200 m。并统计各个海拔梯度内“三生空间”的面积比例（图3），可以发现随海拔升高，生产空间先呈微弱增加，而后呈现明显下降趋势，在海拔为200～400 m 区域面积占比达到最大，且在海拔高于1 200 m 的区域趋近于零；生活空间面积占比随海拔升高呈逐渐减少趋势，且在海拔800 m 以上趋近于零；生态空间面积占比随海拔升高呈增加趋势，并在高于1 200 m 的区域达到最大。

2010—2017 年“三生空间”面积占比在不同海拔段的变化存在一定的差异（图3），生产空间面积占比在海拔1 200 m 以下呈减少趋势，其中海拔200 m 以下面积减少量最大（261.56 km2），占比减少6%，在海拔为200～400 m 区域内面积占比减少量最大，减少18%，在海拔为400～600、600～800、800～1 200 m区域内面积占比分别减少13%、11%、9%。在＜200 m、200～400 m 面积减少量大的原因是近年来郑州市由新兴工业化城市转变为大规模城市，城市交通、居民建设等基础设施在逐步改善，在对城市基础设施建设时，占用了大量的生产空间；400～600、600～800、800～1 200 m 生产面积减少的原因主要是响应国家号召建设生态环境，实施退耕还林政策；虽然海拔1 200 m 以上占比增加3%，但高海拔地区土地面积总量很少，生产空间面积基本稳定。生活空间面积占比在海拔1 200 m 以下呈增加趋势，其中海拔200 m 以下地区面积及占比增加最大，增加了6%，在海拔为 200～400、400～600、600～800、800～1 200 m的区域内面积占比分别增加5%、3%、2%、1%，海拔1 200 m 以上生活空间面积为零。生态空间面积占比在200～1 200 m 呈增加趋势，其中200～400 m 面积增加数量最多，占比增加7%，在海拔为400～600、600～800、800～1 200 m 的区域内面积占比分别增加10%、10%、7%，海拔1 200 m 以上占比减少3%。由此可知，2000—2017 年郑州市生产空间在海拔低于1 200 m 的区域内均呈减少趋势，其中在海拔为200～400 m 的区域内面积占比减少量达到最大；生活空间在海拔低于1 200 m 的区域内呈增加趋势，其中在海拔低于200 m 以下的区域内面积、占比增加量达到最大；生态空间在海拔为200～1 200 m 的区域内均呈增长趋势，其中在海拔为400～800 m 的区域内面积占比增加最大。

图3 郑州市2010—2017 年“三生空间”在不同海拔上的面积占比

2.3 “三生空间”时空转型分析

根据郑州市2010—2017 年“三生空间”转移矩阵（表2），分析郑州市“三生空间”相互转化特征。2010—2017 年整体上各空间之间的转换较为频繁，特别是生产空间与生活空间、生产空间与生态空间的相互转化。其中生产空间向生活空间转化的面积最多，为897.37 km2，生活空间向生产空间转化面积为506.31 km2，生产空间向生态空间转化的面积为545.81 km2，生态空间向生产空间转化面积为322.18 km2。相比之下，生产空间与生活空间的转化幅度大于生产空间与生态空间的转化幅度，而生活空间与生态空间之间面积转化相对不明显。结合图1 分析郑州市“三生空间”的相互转化特征。①郑州市“三生空间”土地类型转变以生产空间向生活空间转化为主要形式。郑州市满足国家中心城市建设需求，加大城镇化建设，人口数量持续增多，生活用地严重不足，土地压力增大，耕地、草地和水域等生产、生态面积不断被生活居民建设用地侵占；②生活空间的扩张对生态空间建设存在一定影响。随着郑州市城市化进程不断加快，生活空间建设大肆扩张，人地关系更加紧张。因此郑州市在推动城市化建设过程中更加注重生态环境建设，制定城市规划绿地系统，改善城市生态环境，提高城市宜居性。

表2 2010-2017 年“三生空间”转移矩阵 （单位：km2）

3 小结与讨论

以郑州市为研究对象，基于土地利用、DEM 等数据，运用转移矩阵等研究方法，对2010—2017 年郑州市“三生空间”时空演化做出分析，主要结论如下。

（1）2010—2017 年郑州市生产空间变化最显著，面积占比下降8.13 个百分点，空间格局上呈大面积缩减趋势；生活空间面积占比增加5.21 个百分点，其中市辖区生活空间面积增长尤为明显，呈放射状向外扩散；生态空间面积占比增加2.92 个百分点，其中郑州市西南部地区呈明显扩张趋势。

（2）从不同海拔高度来看，2010—2017 年，生产空间在海拔低于1 200 m 的区域内均呈减少趋势，其中在海拔为200～400 m 的区域内面积占比减少量达到最大；生活空间在海拔低于1 200 m 的区域内呈增加趋势，其中在海拔低于200 m 以下的区域内面积及占比增加最大；生态空间在海拔为200～1 200 m的区域内均呈增长趋势，其中在海拔为400～800 m的区域内面积占比增加最大。

（3）郑州市“三生空间”各个空间之间的转换相对频繁，尤其是生产空间与生活空间、生产空间与生态空间的相互转化量较大。其中生产空间向生活空间、生态空间分别转移897.37、545.81 km2；生活空间向生产空间、生态空间分别转移506.31、58.12 km2；生态空间向生产空间、生活空间分别转移322.18、61.25 km2。

对郑州市2010—2017 年“三生空间”时空格局及其演变做出了分析，结果表明郑州市2010—2017年生产空间面积大幅减少，生活空间面积增加，主要是由经济高速发展、城镇化工业化迅速发展，郑州市人口大量增加等原因造成的。而近年来，环境污染日益加剧、土地资源浪费、土地资源利用效率低等问题日益加剧，郑州市响应国家号召，增加生态环境建设，生态空间土地面积有所增加。“三生空间”的演化是一个动态变化的过程，“三生空间”土地利用类型转变是适应社会经济发展的需要而逐步演变的结果，受到社会经济、文化、人口、政策等各个因素的影响，对郑州市“三生空间”演化分析还需要结合更多的社会经济、人文数据，但本研究缺乏相关因素的数据资料。主要集中于郑州市“三生空间”分布及空间转化进行研究，有待于在以后的相关研究中进一步加强郑州市“三生空间”时空演化分析，从而为郑州市国家中心城市建设提供更完备的科学依据。