北京市生态空间演变特征及经济效率评价研究

杨 洁 陈文汇/文

近年来，北京市的城市化建设高速发展，经济社会取得突飞猛进的成就，城市人口激增、建设用地扩张，生态空间逐渐遭到挤压，城市生态面临巨大的威胁与挑战。与此同时，北京市第二、三产业占比突出，产业结构趋于高端化发展，农林牧渔业发展亟待由传统发展模式转为现代发展模式。基于北京市首都城市定位，2005年按照各区之间不同的自然条件、发展环境、资源状况、人口分布以及经济发展基础等比较优势和承载能力，将全市从总体上划分为四大功能区。北京市划定四大主体功能区以后，更多学者关注生态涵养区对于北京市生态供需不平衡的缓解程度，城市功能拓展区、发展新区的生态空间演变进程，以及各区自身的经济社会发展。

生态建设离不开自身经济效益提高，充分发挥其经济价值，才能更好发挥社会效益。本文基于等扇分析模型及超效率DEA模型，首先明确北京市生态空间的历史演变和分布特点，根据生态空间发展现状，结合各区生产效率结果，探求北京市生态空间未来可持续发展之路，给出合理建议。

一、数据来源及研究方法

1.数据来源。数据主要来源于中国科学院资源环境科学数据中心，选取2000年、2005年、2010年、2015年和2018年5个时间节点的土地利用遥感影像数据。其他数据来源于《北京市统计年鉴》和《北京市区域统计年鉴》。

参照全国土地分类体系，基于区域特点和研究对比的需要，在ArcGIS 10.2的支持下，将土地利用数据中的耕地、林地、草地、水域和未利用土地5个一级地类提取，综合归并为生态空间。

2.等扇分析模型。等扇分析模型以研究区中心为圆心，选取适当的半径将研究区划分为若干相等的扇面，计算各扇面的扩张强度指数和相关景观指数，描述生态空间在各方向上的差异和规律。参照以往的研究，考虑到北京市的格局，以北京市行政中心，即北纬39°54′20″，东经116°23′29″为圆心开展研究，划分北、东北、东、东南、南、西南、西和西北等8个方向。借助ArcGIS软件提取北京市生态空间变更调查数据，计算不同时期各个扇面的扩张强度指数和景观指数，并以雷达图进行表现，以利于直观判断不同时期各个扇面生态空间扩张强度指数和景观指数的差异，分清不同时期生态空间分布的主导方向以及各方向上的空间集约性。

表1 扩张强度指数与景观指数计算公式一览表

3.超效率DEA模型。DEA模型将待评价的“单元”称为决策单元（DMU），评价决策单元之间的相对有效性，考虑可能存在多个DEA有效，本文采用超效率DEA模型，对所有决策单元进行深入的生产效率排序，每个决策单元（j=1，2，…，n）有r项投入Xj=（x1j，x2j，…，xrj）和s项产出Yj=（y1j，y2j，…，ysj）T，λ为权重变量为松弛变量，超效率DEA模型如下：

针对北京市生态空间生态效率评价，选取劳动力资源、生态空间资源、资本资源作为投入指标，农林渔牧业生产总值为产出指标，13个决策单元进行测度。

二、结果与分析

1.北京市生态空间整体变化统计。数据表明：2000—2018年北京市生态空间总量由1.4148万平方公里持续降至1.2975万平方公里，年缩减65.17平方公里。2000—2005年生态空间面积快速缩减，减幅2.8%；2005—2015年生态空间面积平稳缩减，十年间生态空间面积整体缩减1.8%；2015—2018年面积急剧缩减，减幅年均达3%以上。从生态空间组成上来看，耕地和水域面积持续减少；林地、草地面积在2000—2015年持续减少，但在2015—2018年面积有明显增幅，林地、草地涨幅分别是2.81%和1.33%。

2.北京市生态空间扩张强度及景观指数结果分析。基于等扇分析模型，2000—2018年北京市生态空间各方向及整体扩张强度指数结果得到生态空间演变呈现出阶段性特征和方向性特征（见图1）。

2000年以来北京市生态空间演变呈现三个阶段的特征。第一个阶段2000—2005年，表现为快速缩减的态势，扩张强度指数为-0.0057，强势缩减方向为东、东南、南和东北4个方向，生态空间整体缩减2.8%，未利用土地面积保持不变，耕地、林地、水域面积分别缩减约7.3%、0.2%、4.9%，草地面积有微弱增加，涨幅0.1%。2000年以后，北京市开始重视生态环境的防治与改善，2003年SARS疫情遍布全国各地，北京尤为严重，2004年中期疫情得到了有效控制，但是生态工作关注程度下降，投入有限，所以这一阶段表现出生态空间的快速缩减。第二个阶段是2005—2015年，生态空间缩减减缓趋于平稳，十年间生态空间面积整体缩减1.8%，除未利用土地面积没有发生变化外，耕地、林地、草地和水域面积均发生减少，总体扩展强度指数-0.0018，仅为上一阶段（2000—2005年）的三分之一，北、西两个方向相较于其他方位仅有微弱变化，变化幅度十分小，不到千分之一，其他各方向上生态空间变化相似，初步显示出生态空间演变的方向性特征。这一阶段由于疫情暴发投入大量财力、人力、物力，北京市的社会整体复苏后劲不足，发展生态力不从心，北京奥运会的召开对生态建设起到了非常大的推动作用。2012年党的十八大提出大力推进生态文明建设，北京市启动首都平原百万亩造林工程，基于这些有利因素影响，这一阶段缩减减缓，表现出平稳态势，这与政府的有效干预有密切关系。第三个阶段是2015—2018年，生态空间急剧缩减，生态空间总体扩展强度指数高达-0.0129，为近18年的最高值，3年生态空间缩减3.9%。尽管林地和草地面积分别扩张了2.8%、1.3%，但耕地面积减少16.2%，总体生态空间面积依然呈现减少的结果，强势缩减区为南、东和东南3个方向，生态空间的演变相比前两个阶段表现出更强的方向性。这一阶段北京市农业以“调转节”为中心的高质量提升阶段，其中高耗能、高耗水的传统农业被列入限制发展产业，市政府出台《调结构转方式发展高效节水农业的意见》，传统农业生产规模持续收缩。2017年耕地面积100.3万亩，比2014年下降44.4%，耕地空间的减少表现出生态空间这一阶段的急剧缩减。

根据北京市生态空间整体变化分析以及扩张强度指数结果分析，总结北京市生态空间演变的方向性特征突出（见图2）。从近18年不同时期生态空间总量的雷达图来看，强势方向首先是北向、东北向，生态空间平均面积分别为0.4215万平方公里、0.3061万平方公里，其次是西向、西北向与西南向3个方向，生态空间平均面积分别为0.1954万平方公里、0.1743万平方公里、0.1225万平方公里。结合各方向生态空间扩展强度指数雷达图，以西南—东北为轴，轴以北生态空间建设强于以南方向，轴以南方向上生态空间变化剧烈，2000—2015年扩张强度指数减小，2015—2018年，东向和南向上急剧缩减，这也侧面反映出北京市“生态向北”的新趋势。

基于遥感影像栅格图，利用软件ArcGIS 10.2及Python计算3个景观指数结果如表2、表3、表4所示。

表2 北京市2000—2018年景观类型比例PLAND

表3 北京市2000—2018年生境破碎度CI

表4 北京市2000—2018年生态空间紧凑度T

根据3个景观指数分析，北京市生态在空间上呈现出“近邻整合聚集，整体分散破碎”的空间性特征。2000年以来生态空间占比逐渐减小，以东向、东南向和南向为主要减小方向，至2018年减少幅度超过20%；生态空间斑块的平均面积经历先增后减再增的过程，破碎度经历先增后减，2018年相比于2000年，破碎度基本保持不变，但斑块平均面积增加一倍，斑块间存在一定的整合聚集；2000—2018年北京市生态空间整体紧凑度先增后减，各方向也基本遵循先增后减，紧凑度衡量各斑块生态空间紧凑和城市生态空间饱满程度，除东向和东南向外，其他各方向紧凑度相差不大，表明生态空间虽然整体分散破碎，但并不是呈现出无序蔓延，有一个较为稳定的核心进行发展。

3.北京市生态空间的经济效率分析。从北京市行政区的层面出发，考虑生态空间演变下，经济效率的随之变化。采用EMS1.3软件对北京市13个区经济效率进行了测算，东城区、西城区、石景山区无用于规模经济生产的生态空间，因而没有纳入统一考量。

表5 2005—2017年北京市各区经济效率

由表5可知，2005—2017年北京市生态效率从0.784上升至0.855，但当前有效区数只占不到19%，北京市整体经济效率有所提高，顺义区、平谷区等生态涵养区发挥重要作用，不同区之间经济效率差异较大，按照均值的大小来看，大致可以分为三类，第一类效率值为1以上，表现出强有效性，包括顺义区、大兴区、平谷区；第二类效率值为0.8—1之间，表现出弱有效性，包括密云区、延庆区、通州区；第三类效率值为0.6以下，包括怀柔区、房山区、朝阳区、昌平区、海淀区、丰台区、门头沟区。仅从4个时间节点看经济效率的发展趋势，除通州区持续上升、延庆区持续下降外，其余各区经济效率波动，无明显趋势。

综合来看，各区经济效率低的原因不尽相同，根本原因在于经济发展与资源利用的错位，经济发展较弱的区生态空间资源丰富，应调整经济增长方式，由粗放型转为集约型，利用好资源投入，加大产出比率；对于经济贡献率较高的区，随着城市规划发展，第一产业发展逐渐被第二、三产业取代，产出经济效益的生态空间被侵占，投入不足，应发挥经济优势、改良技术设备，最大限度的利用有限生态空间，提升经济效率。

三、结论与建议

1.北京市生态空间面积呈现减少趋势，且耕地面积的减少占比较大，耕地面积的减少随着科技进步和产业结构等的调整是不可避免的，因此应该将生态建设更多聚焦在林地、草地等的建设上。发挥林草资源优势，是提升经济效率的重要举措。

2.生态空间的演变具有阶段性特征和方向性特征，一定程度上反映出“生态向北”的新趋势，政府干预对阶段性差异影响较大，对于农林渔牧业的生产，政策导向性影响较大，部分区随之表现出经济效率趋于稳定或略有上升，建议进行合理的生态空间规划以及适当政府投入，以有利于生态空间发挥经济效益。

3.生态空间的演变表现出“近邻整合聚集，整体分散破碎”的空间性特征，从长远来看，有利于城市生态文明建设。近邻聚集能够充分发挥经济效益，提高生态质量，有利于生态环境长久保持，整体分散的特征一定程度上保障了居民良好可达性的实现。

4.提升经济效率应该因地制宜，对于生态空间有限的区域，着力发展科技，以技术进步带动有限资源的高效产出；对于生态空间资源丰富的区域，发挥空间聚集优势，充分利用空间资源，从而提高经济效率；政府应当进行适当政策倾斜，鼓励农林牧渔业从业人员进行技术更新、经营模式改革。