《基于生态位宽度模型的区域多功能评价及演变分析》-理学论文，地理论文-论文范文参考-科学狗论文网

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基于生态位宽度模型的区域多功能评价及演变分析

范文

王炜++念沛豪++朱丹彤++张文新

摘要：基于生态位理论，构建多功能生态位宽度模型和评价指标体系，选择2005年、2009年、2013年三个时间点和对北京市发展中起重要作用的6类功能进行评价，并分析其演变特征。结果表明：（1）2013年，农产品生产和生态服务功能呈现出内城区水平低、远郊区水平高、空间集聚程度高、分布集中的特点；远郊区的旅游休闲、文化教育和产业发展功能水平远低于内城区和近郊区；近郊区和远郊平原区的人居服务功能最强，内城区次之，远郊山区最弱。（2）2005年～2013年间，农产品生产和产业发展功能先增加后减少，总体水平增长；旅游休闲和人居服务功能持续增加；文化教育和生态服务功能水平持续下降。旅游休闲、人居服务、产业发展和生态服务功能的等级变化幅度不大；农产品生产功能等级两极化趋势明显；文化教育功能等级逐渐向中间等级集中。（3）功能的演变通常伴随着政策的实施，具有一定的惰性和滞后性。远郊平原区功能日趋多样，大量的农用地被占用，因此农产品生产受到一定的限制。人口老龄化加速，入学人数减少，教育设施相应整合，导致文化教育功能逐年减弱。核心区房价的提升、住房的饱和，导致远郊平原区成为吸纳人口的新城。工业企业的搬迁调整、工业发展的延后性造成产业发展功能的区域差异巨大，但产业发展外扩依旧是今后发展的趋势。生态服务功能只能在远郊区形成，且需要依靠政府调控。

关键词：生态位宽度模型；多功能评价；区域发展；北京

中图分类号：K901.2 文献标识码：A

0 前言

区域发展目标和需求的多元性，社会经济和资源环境条件的多样性，以及这些要素之间相互作用的复杂性，使得区域具有多功能特征[1]。在一定发展阶段的特定区域内，功能通过发挥自身潜能及与其他系统共同作用对自然界或人类发展产生作用[2]。因此，对区域中多种功能进行科学和准确的分析和评价，实现区域中各类资源可持续、和谐的共同利用，是统筹区域协调发展中亟须解决的科学问题[3，4]。

区域多功能评价是对经济、社会、环境、生态、资源等方面的多维要素所组成的区域中的多种功能采用一定的方法或模型进行准确的测度与分析，借以揭示现有区域存在的问题并确定其未来发展方向[5]。目前，对于功能评价的研究对象多集中在区域的某一个方面，农业功能评价[6-10]、土地功能评价[11，12]、生态系统功能评价[13，14]等。从宏观角度的区域功能评价[15，16]等研究较少，Plieninger将德国的乡村地域功能划分为居住、生活空间、农业生产等五大功能[17]。Willemen将荷兰乡村地域划分为居住、文化遗产等七大功能，并基于此研究了多功能间的相互作用[9]。刘彦随等构建地域多功能性评价指标体系与指数分析模型，开展了对中国县域尺度经济发展、粮食生产、社会稳定、生态保育四项功能及其综合功能的分级评判研究[2]。刘玉将乡村地域多功能分为生态环境功能、经济功能、社会文化功能三大类[18，19]。曹淑艳等认为区域功能评价指标体系由居住容载功能、就业支持功能、经济发展功能、资源供给功能、生态维衡功能组成[20]。

多功能评价一般采用计量分析、空间分析等方法处理各个指标[21]，如通过自然断裂法或阈值设定对指标进行分等定级[22]；用 GIS 技术支持的空间分析方法处理具有空间属性的指标[23]；此外采用加权求和[24]或者指数分析模型[2]或建立指标与多功能性之间多维度关联矩阵[25，26]等方法对功能的强弱程度、可持续性以及演进趋势等方面进行集成和评价。当前的评价方法缺少具有理论基础和精确的定量评价模型，对研究成果缺少对比分析和验证，较难保证评价结果的质量以及评价方法的科学性和实用性。

本文试图以北京市作为案例研究区，以该市区县级行政单元作为评价单元，基于生态位理论，构建多功能生态位宽度模型，对各评价单元中影响区域发展变化的6种重要功能进行评价。文章客观认识、诊断与定位区域的多功能特征，并对其时空演化进行分析，旨在促进区域功能价值最大化和可持续利用，希望在区域发展中能最大限度地聚集资源，优化配置资源，为北京市區域的合理发展提供参考和指引。

1 研究区域和数据来源

1.1 研究区域

北京市面积为1.641万平方千米，下辖16个区县，包括内城区（东城、西城），近郊区（海淀区、朝阳区、丰台区和石景山区），远郊平原区（大兴区、通州区、顺义区和房山区），远郊山区（门头沟区、昌平区、怀柔区、平谷区、密云县和延庆县）（图1）。2013年末，北京市常住人口2114.8万人，地区生产总值1.95万亿元，人均生产总值9.22万元。随着城镇化、工业化的推进，北京市内各区县发展不均衡、空间格局和资源配置不优等问题不断凸显，需要通过科学的方法来准确评价各区县的功能水平，明确各区县功能定位，进而在全市形成分工合理、优势互补的开发与保护格局。

1.2 数据来源

综合考虑区域数据的可获性及评价的精度，本文选取北京市16个区县行政单位作为评价单元，并选择2005年、2009年、2013年三年作为研究时段。文章数据主要来源于《北京统计年鉴》、北京统计信息网、《北京区域统计年鉴》、各区县的年鉴及统计信息网、《北京市国民经济和社会发展统计公报》。土地数据来源于北京土地利用调查数据，其他数据来自北京市环境状况公报，北京市旅游网等。

2 方法与指标

2.1 功能生态位宽度模型的构建

功能生态位是借鉴生物生态位理论和实践建立起来的新概念，其概念可以表述为：某种功能在区域发展变化过程中所处的地位、作用以及与其他类型功能的相对关系[27]。这种地位和作用是该功能在区域中利用的各种自然、经济和社会条件共同支撑的结果。

功能生态位宽度是识别和评价功能生态位大小、程度以及某类功能强弱的重要指标。通过计算功能生态位宽度，可以充分认识区域内各类功能及其在更大区域中的地位和竞争力，以便在未来的发展中能够从更高层次和更全面的角度把握和认识功能发挥的影响因素，为各类功能的可持续发展以及为各区域选择优势功能提供科学依据。

据此，本研究构建功能生态位宽度评价模型，主要是对北京市不同地区的功能生态位现状进行测度，反映各区各类功能在全市内所具有的相对地位和作用。区域内某类功能生态位宽度越大，说明其在区域内的复合生态系统中发挥的作用越大，在众多类型的功能中越有优势；反之则反是。功能生态位宽度变化范围为[0，1]，以各地区各类功能作为行，功能指标作为列，形成功能生态位宽度矩阵，如式（1）所示。

■

式中，lqij为第i个评价单元中第q类功能生态位在第j个功能生态位表现维度上的数值，wqj为第q类功能生态位中第j个功能生态位维度的权重。基于此，构建功能生态位宽度评价模型，如式2所示：

Siq=（■lqjwqj）/■（■lqjwqj）（2）

式中，j为指标序号，j=1，2，3，…，m， m为功能类别；i为各评价单元序号；i=1，2，3，…，n，n为功能类别；Sqj为第i个评价单元中第q类功能生态位的宽度，Sqj∈[0，1]， Sqj=0时，功能生态位宽度最小，Sqj=1时，功能生态位宽度最大；wqj为第q类功能生态位中第j个功能生态位维度的权重；lqij为第i个评价单元中第q类功能生态位在第j个功能生态位表现维度上的数值，为标准化处理后的值。

为了消除指标间计算单位上的差异，需要对指标进行无量纲处理。本文采用极差标准化法进行无量纲化处理，经过极差变换后，无量纲化指标值满足0≤sji≤1，最大值为1，最小值为0。具体公式为：

Sji=■ （3）

式中，sji为第j个行政区域第i项因子标准值；cji为第j个行政区第i项因子原始值；cmax为各行政区域中第i项因素最大原始值；cmin为各行政区中第i项因素最小原始值。

2.2 多功能分类及评价指标体系构建

多功能评价是一项涉及经济、社会、资源、生态、环境等多个方面的复杂系统工程。本文在借鉴了以往功能分类及识别指标体系研究成果的基础上[28]，结合北京市实际情况，考虑尺度效应[29]，选择能够在县域尺度上表现出来、对于县域有重要意义，且对影响区域发展变化起重大影响作用的若干主要功能作为北京市多功能评价指标体系（表1）。

3 研究结果

将三年数据分别带入前文式（1）～（3）中进行计算，进而生成3（年）×16（评价单元个数）×6（功能类型数）的多功能生态位宽度评价结果。通过功能生态位宽度评价模型计算出北京市16个区县的各单功能生态位宽度总和为1。为较为清晰地展示和对比该成果，对各区县的单功能生态位宽度值进行归一化操作，处理后的取值范围为[0，1]。将该结果与北京市区县级行政区数据进行匹配，以2013年的功能分级标准作为全部研究时间点的分级标准，采用自然断裂分类法，将功能评价值划分为四级（一级：1.00-0.55；二级：0.55-0.30；三级：0.30-0.10；四级：0.10-0）。

3.1 2013年多功能特征及空间布局分析

农业功能生态位宽度平均值为0.4156，四个等级功能区区县数量比为7：2：1：6（表2）。一级区主要集中在远郊区。农产品生产功能空间上呈现出明显的梯度分布特征，北部的功能水平大于南部。功能最强区呈半环状包围在近郊区和内城区的外围。内核部分除海淀区外，全部为功能最弱区。可见农产品生产功能的空间分布与土地类型的空间分布有很大的关系，内城区全部为建设用地，由内城区到远郊区，随着农用地数量的增多，农业功能也逐渐增强（图2a）。旅游休闲功能生态位宽度平均值为0.2707，四个等级功能区区县数量比为4：0：3：9（表2）。一级区分布集中，包括内城区和近郊区的朝阳区和海淀区，功能最强。四级区数量最多，功能整体水平最低。由于内城区和近郊区旅游景点分布集中，客源范围广；远郊区的休闲旅游、农家乐等旅游模式发展不完善，旅游基础设施不健全。导致旅游休闲功能的空间差异非常明显（图2b）。

文化教育功能生态位宽度平均值为0.3382，四个等级功能区区县数量比为2：6：4：4（表2）。各等級区县数量较平均。功能以近郊区的朝阳区和海淀区为最强。南部的功能值高于北部。除昌平区外，远郊山区的功能等级低于平原区的功能等级（图2c）。

人居功能生态位宽度平均值为0.3352，四个等级功能区区县数量比为2：6：5：3（表2）。功能的空间布局与文化教育功能具有一定的相似性，功能等级最高的同样为朝阳区和海淀区。二级区围绕着内城区和近郊区分布，这些区域的地形以平原为主，人口较为密集，不断地吸纳全市人口。四级区集中在西北部的远郊山区，这些区县距离城区较远，交通不便（图2d）。

产业生产功能生态位宽度平均值为0.2408，四个等级功能区区县数量比为2：2：7：5（表2）。高等级区县数量较少，功能整体不强。产业发展功能最强的区域集中于内城区和近郊区，远郊平原区功能等级次之，远郊山区功能最低。这种空间分布格局与区域经济发展特征具有较高的空间一致性（图2e）。

生态发展功能生态位宽度平均值为0.4484，四个等级功能区区县数量比为5：6：3：2（表2）。一、二级功能区数量多，整体功能性强。功能最强区域集中在远郊区山区，分布在北部山区和西部山区。二级区大体横穿北京的中部地区，三、四级区域零散地穿插在二级区内（图2f）。

3.2 2009年～2013年多功能演变特征及原因分析

3.2.1 农产品生产功能

2005年农产品生产功能生态位宽度平均值为0.3589，四个等级区县数量比为4：5：3：4。除房山区外，远郊区的农产品生产功能等级全部在一级区和二级区内。内城区和石景山区无耕地，无农产品生产功能。2005年～2009年，功能水平变动幅度较大，门头沟区等区县的功能等级提升，朝阳区和丰台区农产品生产功能等级降低。2009年功能生态位宽度平均值升至0.4357，四级功能区包含区县数量比为7：2：1：6。四级区包括内城区和近郊区的全部区县。2009年～2013年，功能等级没有发生变化，生态位宽度平均值微弱降低（图3）。

2005年～2013年间，农产品生产功能生态位宽度平均值先增后减，整体呈增加趋势，四个等级区县数量比逐渐呈两极分化。该功能在近郊区呈减弱趋势，远郊区则大幅提升。远郊平原区的农产品生产功能水平比起远郊山区并未特别突出，这是因为由于远郊平原区的发展功能日趋多样，尤其是产业发展中的工业和房地产业发展迅速，导致大量的农用地被占用，农业发展受到一定的限制。

3.2.2 旅游休闲功能

2005年北京市旅游休闲功能生态位宽度平均值为0.1912，四级功能区包含区县数量比为2：1：3：10。该功能整体较弱，以四级区为主。一级区只包含近郊区的朝阳区和海淀区。2005年～2009年，除西城区的功能等级提升外，其余区县的功能水平降低，朝阳区和海淀区的功能等级大幅降低。2009年该功能生态位宽度平均值为0.1031，四级功能区包含区县数量比为1：0：3：11。旅游休闲功能一级区仅有西城区，无二级区。2009年～2013年，旅游休闲功能水平大幅回升，一级区区县数量增加，虽功能整体依旧较弱，功能性地域差距大，但逐步增强（图4）。

2005年～2013年间，旅游休闲功能生态位宽度平均值先减少后增加，整体呈增加趋势，四个等级区县数量比变化不大。内城区和近郊区的功能远大于外郊区，且差距大。2007年～2009年的金融危机对北京入境游客规模和经济规模造成了严重的冲击，其中2008 年与2009 年的入境游客规模受到的影响最大，2009 年入境旅游经济规模的年收入损失率最大，这一情况在2009 年以后逐渐恢复[30]。

3.2.3 文化教育功能

2005年文化教育功能生态位宽度平均值为0.4348，四级功能区包含区县数量比为5：7：3：1。文化教育功能集中在一级和二级区，总体功能性较强。一级区以内城区和近郊区为主。2009年该功能生态位宽度平均值为0.3706，四级功能区包含区县数量比为4：4：6：2。

2005年～2013年间，北京市的文化教育功能生态位宽度平均值逐渐减小，功能总体特点为一级区持续减少，四级区增加。内城区的文化教育功能水平持续降低，近郊区的朝阳区和海淀区的功能性一直提升，远郊山区的文化教育功能持续降低（图5）。随着人口老龄化加速，入学人数逐年减少，教育设施相应整合，文化教育功能逐年减弱。

3.2.4 人居服务功能

2005年人居服务功能生态位宽度平均值为0.3290，四级功能区包含区县数量比为2：5：6：3。内城区功能最强，近郊区和远郊平原区次之，远郊山区的人居服务功能较弱。2005年～2009年，内城区的功能水平骤降，除房山区外，远郊平原区的等级由三级区升至二级，远郊山区功能水平略微降低。2009年该功能生态位宽度平均值为0.2986，四级功能区包含区县数量比为2：6：3：5。2009年～2013年，内城区功能水平变动不大；除密云县外，远郊山区的功能水平有所提升（图6）。

2005年～2013年间，北京市生态位宽度平均值先减后增，但幅度不大。其中朝阳区和海淀区始终处于功能的最高等级。内城区的功能降幅较大，远郊区的功能呈增长趋势。北京市城市总体规划实施、房价提升、交通条件、居住环境等因素[31]的影响下，核心区住房趋于饱和、内城区吸纳人口居住的功能减弱，远郊平原区逐渐成为吸纳人口的新城。

3.2.5 产业发展功能

2005年产业发展功能生态位宽度平均值为0.1960，四级功能区包含区县数量比为2：1：5：8，功能等级以三、四级为主。且以远郊区为主。2009年该功能生态位宽度平均值为0.2858，四级功能区包含区县数量比为3：2：6：5。2009年～2013年，除朝阳区外，近郊区的其余区县数值均有微弱降低（图7）。

2005年～2013年间，北京市产业发展功能生态位宽度平均值先增后减，四级区数量减少，三級区数量增多，内城区的功能水平降低，近郊区的功能有不同程度的提升，远郊平原区的功能大体升高，远郊山区的功能变化不大。在产业发展功能方面，三产的发展趋势一直与经济发展水平相符。但伴随着首钢、焦化厂等工业企业的搬迁调整，北京工业在空间布局上呈现出从内城区和近郊区，向远郊的圈状扩散演变路径。然而，目前远郊区的工业发展水平依然与近郊区的差异巨大，产业功能外扩依旧是今后发展的趋势。

3.2.6 生态服务功能

2005年北京市生态服务功能生态位宽度平均值为0.4669，功能整体较强，一级区集中在远郊区。2005年～2009年间，功能性向两极分化。三级区减少。2009年～2013年间，一、四级区县数量减少，二、三级区县数量增加，整个区域的功能向集中趋势发展（图8）。

2005年～2013年间，生态服务功能生态位宽度平均值持续减少，但变化不大。生态服务功能的实现与经济发展之间存在一定的矛盾，并且需要大量的生态用地作为保障，因此，生态服务功能只能在远郊区形成，随着经济的发展、人口的外扩，想维持住生态功能需要依靠政府的调控作用。

4 结论与讨论

本文将生态位理论与功能评价相结合，构建了功能生态位宽度模型。将在北京市发展变化中起到重要作用的功能分为农产品生产、旅游休闲、人居服务、文化教育、产业发展与生态服务6类，构建功能评价指标体系。通过计算得出北京市16个区县的各单功能生态位宽度值，将各评价单元的功能评价值划分级，并分析其演变特征。主要结论如下：

（1） 2013年农产品生产功能和生态功能的空间布局特点为内城区功能水平低，远郊区功能水平高，空间集聚程度均较高，分布较为集中。旅游休闲功能、教育功能和产业发展功能与前两个功能相反，远郊区的功能水平远低于内城区和近郊区。人居功能的特征较为独特，体现为近郊区和远郊平原区的功能性最强，内城区功能次之，远郊山区最弱。

（2） 2005年～2013年間，农产品生产功能产业发展功能先增加后减少，总体水平增长；旅游休闲功能和人居服务功能持续增加；文化教育功能水平和生态服务功能水平持续下降。旅游休闲功能、人居服务功能、产业发展功能和生态服务功能的等级变化幅度不大；农产品生产功能等级两极化趋势明显；文化教育功能等级逐渐向中间等级集中。

（3）功能的演变通常伴随着政府政策的调控作用，并且具有一定的惰性和滞后性。远郊平原区的发展功能日趋多样，大量的农用地被占用，因此农业发展受到一定的限制。人口老龄化加速，入学人数减少，教育设施相应整合，导致文化教育功能逐年减弱。经济的发展，房价的提升，核心区住房的饱和，导致远郊平原区成为疏解核心区人口、吸纳人口的新城。产业发展功能的区域水平差异巨大，主要是由于工业企业的搬迁调整，以及工业发展的延后性造成的，而且产业功能外扩依旧是今后发展的趋势。生态服务功能只能在远郊区形成，且需要依靠政府的调控作用。

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Analysis of regional multifunction evaluation and evolution based on niche breadth model

—Taking Beijing as an example

WANG Wei1， NIAN Pei-hao2， ZHU Dan-tong1， ZHANG Wen-xin1

（1. School of geography， Beijing Normal University， Beijing 100875， China；2.Planning Institute of China Electronic Information Industry Development Research Institute， Beijing 100846， China）

Abstract： Based on the niche theory， multi-functional niche breadth model and evaluation index system is constructed in 2005， 2009， and 2013 in Beijing. Six functional evaluations are performed. The evaluation and evolution of multifunction are analyzed according to the ecological niche breadth value and its rank.The results showed as follows：（1） In 2013， the agricultural production and ecological functions of the inner-city is characterized by a low level of functionality； there is a high level of functionality in the outer suburbs. The degree of spatial agglomeration is high， and the distribution is relatively concentrated. The functional level of tourism and leisure and industrial development functions of the outer suburb district is far below that of the inner city and peri-urban areas. The characteristics of the habitat services function is unique and manifests the strongest for peri-urban and suburban plain areas； the inner-city function is second， and the suburban mountainous areas are the weakest. （2） From 2005 to 2013， the overall level of the agricultural production and industrial development functions growth increased after first decreasing； the level of the tourism and leisure and the habitat services functions continue to increase. The level of the culture and education and ecological services functions continue to decline. The grade variation amplitude of the tourism and leisure， the habitat services， industrial development， and ecological services functions is minimal； the agricultural production function grade polarization trend is clear. The cultural and education function gradually change to the intermediate grade of concentration. （3）The evolution of the function is usually accompanied with the implementation of the government policy， and it has a certain inertia and hysteresis. The function development of suburban plain areas become increasingly diverse， a large number of agricultural land is occupied， so the agricultural development is restricted. The acceleration of population aging， the reduction of enrollment， the corresponding integration of educational facilities， leading to the weakening of cultural and educational functions gradually. The saturation of housing in the core area， resulting in ease suburban plain area into the core area of the population to absorb the population of Metro. The level of industrial development is vastly different， mainly due to the relocation adjustment of industrial enterprises， as well as the delay caused by the industrial development， and the expansion of industrial function is still the trend of future development. Ecosystem services can only be formed in the outer suburbs， and the need to rely on the role of government regulation.

Key words： niche breadth model； multifunction evaluation； regional development； Beijing

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