县域国土空间识别与格局优化研究——以河南省灵宝市为例
文献类型：学位论文
| 作者 | 陈芳鑫 |
| 答辩日期 | 2025-05 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 刘彦随 |
| 关键词 | 国土空间 土地利用功能 格局优化 人地系统科学 数据融合 情景模拟 乡村振兴 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 人文地理学 |
| 英文摘要 | 国土空间规划是国家空间治理的战略纲领，是实现可持续发展的空间治理工具。研究聚焦国土空间识别与格局优化这一核心命题，其作为规划体系的认知基础与实践支点，既是服务国家高质量发展战略的必然要求，也是地球系统科学与可持续性科学交叉研究的前沿领域。当前研究存在着传统评级方法滞后于实践需求、多元异构数据整合效能不足、多模型协同机制缺失等关键瓶颈。在国家新型城镇化与乡村振兴战略纵深推进的背景下，县域作为国土空间治理的传导枢纽，其空间重构过程直接影响区域系统的韧性与稳定性。研究以国家乡村振兴示范县河南省灵宝市为实证对象，构建多学科融合的国土空间识别与优化创新框架，遵循“问题诊断-理论建构-方法创新-实证检验-路径优化”的递进式研究范式。理论层面系统解构国土空间识别方法的演进逻辑，提出“分类-分级-分区”（“三分”）三维协同理论框架。实证研究采用对比实验设计：在传统方法中，构建敏感性测试解析生态等级划分与权重分配对空间识别的扰动效应，揭示静态评价方法在动态适应性方面的理论偏差；在创新方法中，通过多源异构数据融合与机器学习算法集成，实现土地利用分类-强度分级-功能分区的动态识别路径，形成方法论的范式突破。时空分析层面，构建功能区“丰富度-密度-强度-速度”（“四度”）分析框架，从类型转换、强度演变与功能协同维度揭示国土空间的时空分异规律。情景模拟方面，设置自然演进、土地整治与综合优化情景三级递进优化方案，通过元胞自动机衍生模型模拟多目标约束下的空间重构轨迹。最终形成涵盖理论建构、技术革新与政策设计的系统性优化路径。本研究的主要结论如下： （1）理论建构维度揭示，国土空间识别需以土地利用本底特征为实体支撑，规避方法论真空风险。研究表明现有分类体系存在显著的功能性认知偏差，村镇聚落作为文化传承-社会治理-经济发展的多元复合功能载体被系统性低估。据此重构包含农业、生态、城市、村镇聚落的四元空间分类系统，提出以功能主导性为核心、动态适应性管理为特征的弹性分区范式。研究提出国土空间识别应采用土地利用分类-利用强度分级-主导功能分区的递进式研究范式，通过丰富度、密度、强度与速度四个方面实现主导功能区演变规律的定量表征。 （2）传统评价方法因分级与权重方案差异导致国土空间识别结果出现显著偏差。其中，分级方法差异导致316.89 km²空间分异，权重方案差异引致232.02 km²识别偏差。自然断点法更倾向于识别出较多生态空间，阈值法则更易识别出较多农业空间和城镇空间。当分级与权重方法组合应用时，空间异质面积扩大至509.77 km²，相当于灵宝市建设用地面积的3.29倍，占总面积的13.94%。随机森林与部分依赖图解析表明坡度因子解释度达37.55%，是空间分异的核心驱动要素。研究表明，传统方法因流程标准化缺失与数据分辨率异质性导致空间识别分异，亟待构建客观简明的空间识别方法体系以增强结果稳健性。 （3）基于“三分”理论框架与多元异构数据融合的国土空间识别新方法具有规避主观赋权偏差、数字化空间治理基底和动态监管等优势。研究表明，土地利用初始分类的总体精度达0.8855，Kappa系数为0.8628，空间分布呈现“北耕-南林-中城乡”的宏观格局。建筑物尺度的精细分类结果显示，单功能与多功能建筑占比分别为98.86%和1.14%，其中城市与乡村单一居住功能占比分别为13.66%和81.64%。在非居住用地类型中，商业和服务业用地占据主导地位，并在城市与乡镇中心形成“外围混合功能-核心单一居住”的圈层式空间结构；而在经济欠发达的乡村地区，混合功能或多活动单一功能土地利用主要分布在交通主干道与路口。在分级维度上，研究创新性地引入格网比例法，优化NPP数据与耕地资源的匹配关系，有效校正了山地过渡带粮食产能估算偏差。构建的“三生”功能综合评价结果显示，灵宝市各土地利用开发强度接近。基于标准格网分区呈现南生态-北农业的典型地带性格局，混合格网分区则识别出3.32%的城乡空间，其中城市空间呈单核集聚模式，村镇聚落空间以散点式嵌入农业生产空间。商业服务区呈现内核单一，外围复合的空间组织模式。 （4）灵宝市国土空间面临城市功能区日益极化、村镇空间受限发展及人口持续流失等多重交织的复杂挑战。2012-2020年国土空间演化呈现耕地非农化加速、城乡建设用地扩张12.6%的态势。城市用地的复合化趋势明显，但总体水平仍有提升。乡村商业服务与科教文化用地虽有增加，但仍以居住功能为主。乡镇中心区土地利用类型演变与城市系统形成空间同构，揭示城乡融合发展的内在动力，也凸显村镇聚落空间复杂性与单独监管必要性。时序评估显示，耕地产能、林地碳汇、水域质量及城乡经济均呈改善趋势，但人口流失问题依然严峻。主导功能区层面，城市生产功能区占比上升，生活功能区缩减，商业服务业功能区始终保持主导。44.31%的城市主导功能区发生类型转换，其中居住向商业服务功能转型占比最高（20.35%），且转型热点区呈现空间集聚特征。城市功能区形成“高丰富度-高密度-高强度”的空间极化格局，西南-中南双核集聚与北部衰减并存。村镇聚落空间维持居住功能主导，新功能增量显著但受限于低密度-低丰富度的空间属性，功能优化潜力未充分释放。农业与生态主导功能区类型稳定率高达97.13%，82.73%的功能区保持粮食增产，61.67%的功能区碳汇持续增强。诊断表明，人口流失、乡村用地集约化不足及局部碳汇衰减是主要挑战，据此提出的调控策略为空间优化提供了科学依据。 （5）整合时序诊断结果、陆地生态系统过程机理及地方政策导向的多目标情景模拟结果为灵宝市国土空间优化提供了科学且具可操作性的方案。2022年土地利用现状数据与模拟结果的总体精度为0.9069，Kappa系数达0.8444，证实了土地利用模拟模型的有效性。2035年模拟结果显示，灵宝市耕地面积将持续缩减，林地规模持续增长。综合优化情景下，土地斑块间连通性显著增强，空间集聚特征明显。通过构建经济效益与生态系统服务价值协同评估体系，研究量化得出综合优化情景可实现16.89亿元净收益，较自然演进与土地整治情景高1.46和1.40亿元。基于综合优化情景的国土空间优化方案，识别出204.24 km²退耕还林潜力区及2.71 km²农村低效建设用地整治区。进一步分析表明，森林碳汇能力在树龄35年时达到峰值，据此构建的周期性轮伐制度可为2060年碳汇最大化目标提供实施路径。 （6）未来研究需加强人地系统科学理论在国土空间识别与优化的指引作用。数据层面，完善“天-空-地”一体化数据获取体系，实现人类活动与空间功能的动态映射。方法层面，构建“机理驱动+数据赋能”的混合模型框架，处理人地互动中的非线性关系。实践层面，结合智能化模型引擎与自适应学习机制，增强空间监管平台应对突发事件的能力；构建“战略约束-功能转换-实施反馈”动态闭环，协同提升多层级空间治理效能。政策层面，建立适应县域发展规律的弹性调控框架，优化生态产品价值实现制度，构建弹性管控的新型规则体系。 |
| 学科主题 | 人文地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 234 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217258]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 陈芳鑫. 县域国土空间识别与格局优化研究——以河南省灵宝市为例[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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