基于功能空間分類的撫仙湖流域“3類空間”時空格局變化

趙筱青, 李思楠, 譚 琨, 苗培培, 普軍偉, 盧飛飛, 王 茜

(云南大學 資源環境與地球科學學院, 昆明 650500)

隨著城鎮化和工業化進程的快速推進，中國國土空間開發利用格局發生了劇烈變化,建設空間快速擴張，自然空間持續萎縮，農業空間明顯重構，同時，人地關系緊張，爭地現象多發。因此，黨的十八大報告提出要構建一個“生產空間集約高效、生活空間宜居適宜、生態空間山清水秀”的“三生空間”，指明了國土空間優化的目標和原則[1]。為完善市縣規劃體系、推進“多規合一”規劃、建立健全統一銜接的空間規劃體系，國家發展改革委和國家測繪地信局在2015年聯合下發了《關于印發市縣經濟社會發展總體規劃技術規范與編制導則的通知》，首次提出了“3類空間”，并明確了城鎮、農業、生態3類空間的劃分標準和相關技術支撐；中共中央辦公廳、國務院辦公廳引發了《省級空間規劃試點方案》，要求劃定城鎮、農業和生態空間以及生態保護紅線、永久基本農田和城鎮開發邊界(即“三區三線”)。然而，關于“3類空間”分類體系及其格局變化等研究明顯不足，國內外相關學者的研究還停留在“三生空間”上。因此亟待深入開展3類空間類型、格局與演進等的綜合研究。針對“三生空間”，國內學者已經做了大量的研究，取得了重要的研究成果，主要包括三生空間的理論內涵和框架[2-3]、三生空間用地的分類體系[4-5]、三生空間的承載力分析[6-7]、三生空間功能的定量識別[8]、基于三生空間的鄉村重構和空間優化布局[9-14]等；樊杰等[15-16]基于土地利用功能，將國土空間劃分為優化開發、重點開發、限制開發和禁止開發4類，突出區域的主體功能，在宏觀層面規劃了中國的國土空間開發格局；也有學者[17-23]在基于土地利用的功能分類的基礎上探討了“三生空間”的分類體系，這些研究為3類空間的研究提供了重要參考。

撫仙湖是云南省九大高原湖泊之一，是我國最大的深水型淡水湖泊，也是當地工農業生產和沿湖流域人民生活的重要水源地，維系著流域地區經濟發展的命脈，對于調節滇中高原氣候、提供水源和美化環境起著不可替代的重要作用，國土空間時空格局的研究對流域內土地利用規劃方案的制定有深遠的影響。論文在梳理相關研究的基礎上，把2005年、2010年、2015年3期撫仙湖流域衛星遙感數據作為數據源，借助GIS的空間分析功能來增強空間格局的可視化，研究“3類空間”用地分類及時空格局變化，為撫仙湖流域生態環境保護決策，綠色發展以及國土空間格局優化研究提供理論參考。

1 試驗材料與方法

1.1 研究區概況

撫仙湖流域位于云南省玉溪市境內，處于滇中盆地中心、長江流域和珠江流域分水嶺地帶，地理位置為102°39′—103°00′E，24°13′—24°46′N。流域總面積672.78 km2，跨澄江、江川、華寧3縣，包含8個鄉鎮、42個行政村或社區和238個自然村，距云南省省會昆明市60 km，屬于滇中紅土高原湖盆區，以高原、丘陵地貌為主，區域內地勢周圍高、中間低，相對高差較大。湖泊東、南、西三面環山，北面與澄江壩子相連，南北向發育，中間窄兩端寬。屬于中亞熱帶半濕潤季風氣候，干、濕季分明，植物、動物種類較為多樣，生態系統類型較為齊全，生態環境質量整體較高。撫仙湖流域總面積2015年末總人口165 940人，農村人口占總人口的68.25%，流域3縣8鎮的國內生產總值達到888 795萬元，其中第一、二、三產業分別占國內生產總值的21.73%，38.67%，39.60%，以二、三產業為主。

1.2 數據來源及處理

為獲取撫仙湖流域2005年、2010年、2015年3期土地利用現狀數據，從美國地質勘探局(http：∥glovis.usgs.gov/)下載獲得撫仙湖流域2005年9月、2010年11月、2015年11月15 m空間分辨率的Landsat8 OLI-TRIS遙感數據。

以2017年11月1日國土資源部組織修訂的國家標準《土地利用現狀分類》(GB/T21010—2017)為基礎，根據遙感影像的實際解譯情況，制定本研究的土地分類系統。

對3期遙感數據進行幾何校正、圖像增強、裁剪和鑲嵌等處理后，根據影像的光譜特征、紋理特征和形狀，用人工目視解譯的方法生成撫仙湖流域土地利用數據集。通過野外驗證，解譯精度為90.32%。

1.3 研究方法

1.3.1 “3類空間”功能識別 每一種土地利用方式都有可能表現出多功能性，但土地利用的方式、強度和目標的差異性可使土地表現出城鎮功能、農業功能和生態功能3種功能的主次和高低，即土地的主導功能[18-20]。土地的城鎮功能指土地提供承載和保障人居的功能，因此城鎮空間是城鎮居民生產生活為主體功能的區域，有承擔城鎮建設和城鎮經濟發展等功能；土地的農業功能指土地作為勞作對象直接或間接進行農業生產而產出各種農產品和服務的功能，因此農業空間是以農業生產和農村居民生活為主體功能以及保障國家糧食安全的核心區域；土地的生態功能指維持和保障人類生存的自然條件及其效用的功能，因此生態空間是維護區域生態系統安全、保護自然資源、保障水資源安全、保全生物多樣性、維護自然生境等的核心區域。

根據各類用地表現出的主導功能，得到撫仙湖流域各類型用地的主導功能識別表(表1)。

表1 撫仙湖流域“3類空間”功能分類及主導功能識別

注：遙感解譯的土地分類包括城鎮用地、村莊用地，在影像中商服用地、工礦倉儲用地、特殊用地和交通運輸用地是很難與城鎮住宅用地或農村宅基地區分開的，因此將這些地類根據所處的范圍劃入城鎮用地或村莊用地。

1.3.2 撫仙湖流域“3類空間”分類體系 目前對于“3類空間”分類的方法有兩種[17]，一是量化識別，即基于建立評價指標體系，用空間分析和綜合指標評價等方法實現城鎮、農業和生態空間的量化識別[8]，但是由于指標量化、數據誤差和各地區之間存在顯著差異等原因，這種方法不具有普遍性；二是功能空間分類法，它基于研究區土地利用現狀數據，從城鎮、農業和生態功能的角度對用地空間進行重分類，這種方法能夠有效把土地功能分類與土地利用現狀分類聯系在一起[4]。因此，本文“3類空間”分類采用第2種方法。

撫仙湖流域“3類空間”是在土地利用現狀數據的基礎上進行重分類而來，遵循“自下而上、功能分級”的原則，建立了基于土地利用分類的3類空間分類與評價體系。根據每一種地類的主導功能，結合“三生空間”分類的相關文獻資料[4,8,23]和撫仙湖流域用地的實際情況，在保證生態保護紅線和耕地保護紅線的前提下，建立撫仙湖流域“3類空間”分類體系。該分類體系包括三級分類，第一級由城鎮空間、農業空間和生態空間三大類構成，體現出土地的主導功能；第二級是一級分類的進一步細化，用來明確土地在其主導功能下能夠提供的具體功能及其重要程度；第三級分類則是組成第二級分類下具體的土地利用類型。撫仙湖流域“3類空間”分類體系見表2，該表是對撫仙湖流域各類用地主導功能(表1)進一步分類的結果。

表2 撫仙湖流域土地利用“3類空間”分類體系

(1) 城鎮空間主要包括城市建設空間、城鎮建設空間和經濟建設空間[4,17,21]。由于遙感影像的光譜特征以及面積過小等原因，撫仙湖流域范圍內商服用地、工礦倉儲用地、特殊用地和交通運輸用地難以進行專題信息的提取以及實際落圖，故根據區域的實際情況與具體需求將其全部化為其他建設用地并與城鎮住宅用地共同劃入城鎮空間中。因此，本文中對于城鎮空間不再做具體的二級劃分。

(2) 農業空間主要包括永久基本農田、一般農田等農業生產用地和村莊等農村生活用地[4,17,22]。撫仙湖流域農業生產空間包括水田、旱地、果園和其他園地等，主要用于第一產業的生產和服務；農村生活空間主要是農村宅基地，是指主要以第一產業為生的農村居民居住和生活的空間。

(3) 生態空間的劃分主要取決于其承擔生態服務和生態系統維護功能的強弱，包括調節生態空間和容納生態空間[4,14,17]。調節生態空間主要指在維護區域生態系統安全、保護自然資源、保障水源安全、生物多樣性保護以及其他生態功能與安全方面有調節、維護和保障作用的用地空間，主要包括各種有林地、灌木林地、其他林地、草地、河流水面、湖泊水面、水庫坑塘和內陸灘涂等；容納生態空間主要指一些難以創造社會經濟價值，可一旦破壞便難以恢復并會對人類生產生活產生難以估量的影響的用地空間，主要包括鹽堿地、裸土地和裸巖石礫地等生態環境脆弱區和敏感區。

1.3.3 “3類空間”時空格局變化分析方法 將撫仙湖土地利用數據集按表2中的標準進行重分類，得到2005—2015年流域“3類空間”格局分布圖；利用GIS的空間疊加分析和格局統計分析功能得到2005—2015年“3類空間”格局變化情況，其變化程度主要劃分為擴張、不變和縮小3類。

2 結果與分析

2.1 2005-2015年撫仙湖流域“3類空間”格局

2005—2015年撫仙湖流域城鎮空間、農業空間和生態空間面積見表3，均以生態空間所占比重最大，2005年、2010年和2015年分別占區域總面積的72.37%，72.97%，72.71%，城鎮空間面積最小，2005年、2010年和2015年分別占區域總面積的1.83%，2.14%，3.14%。

表3 2005-2015年撫仙湖流域“3類空間”面積 km2

2.1.1 城鎮空間格局 2005年、2010年和2015年撫仙湖流域城鎮空間分布格局基本一致，主要分布在撫仙湖流域的北部地區澄江縣城，其次為撫仙湖東北部和南部地區，有零星分布，其他地區皆無分布(圖1)，這與撫仙湖“北連壩子，東西南靠山”的地形地貌特征有很大的關系。

2.1.2 農業空間格局 2005年、2010年和2015年撫仙湖流域農業空間分布格局基本一致，主要分布于撫仙湖的北部地區,此處地勢平坦，適宜第一產業的發展，且從圖1可以看出，該區域農業空間的集中連片度最高。其次為撫仙湖的南部地區，其他各方位相較于前者分布面積明顯減少。

2.1.3 生態空間格局 2005年、2010年和2015年撫仙湖流域生態空間分布格局基本一致，除撫仙湖湖泊水面之外，剩余部分主要分布于撫仙湖北部、西部、西北部和東南部地區，其他地區分布較少(圖1)。

2.2 撫仙湖流域“3類空間”格局變化

撫仙湖流域城鎮空間面積的增長幅度最大，達到了71.37%，生態空間和農業空間增長幅度分別為0.48%，-6.41%。2005—2015年撫仙湖流域“3類空間”面積變化均呈現顯著的單調遞變規律，城鎮空間持續增加，農業空間持續減少，生態空間在2005—2010年遞增，2010—2015年有略微下降的趨勢(表3)。

2.2.1 城鎮空間格局變化 2005—2015年是撫仙湖流域城鎮化和旅游產業快速發展的黃金時期，吸引著大量人口、土地要素和資本要素的快速聚集。隨著城鎮化比例的提高，撫仙湖流域城鎮空間的面積逐年提高，2010—2015年城鎮空間增長率為46.12%，遠高于2005—2010年的17.27%，并且流域內的陽光海岸和祿充風景區等生態旅游產業得到了快速發展也是城鎮空間面積大幅度提高的一個重要因素。

2005—2015年，撫仙湖流域城鎮空間格局變化最顯著的是流域北部的澄江縣區域，表現為區域性、大規模的擴張，集中在原有城鎮空間的四周，這是由于區域社會經濟的快速發展以及人口的大量提高，城鎮空間面積需要不斷擴張才能滿足人民日益增長的生活和居住需求,并且主要是原有城鎮空間周圍的農業空間轉為城鎮空間；其次為撫仙湖西北部沿岸、西南部沿岸和東北部沿岸地區，表現為區域性、中等規模的擴張，主要是生態空間轉為城鎮空間；流域東北部內陸地區則為小規模、點狀式擴張，其他地區變化不大，10 a間基本保持不變(圖2和圖3)。

2.2.2 農業空間格局變化 2005—2015年城鎮空間和旅游產業得到快速擴張，但這也使得農業空間保護面臨較大的壓力，農業空間面積凈減少11.12 km2，雖然2010—2015年農業空間減少量相較前5 a有所放緩，但是年減少規模仍然巨大。隨著農村人口和經濟水平的提高，2005—2015年農村生活空間面積呈現持續上升的趨勢，農業空間面積的減少主要發生在農業生產空間中，其面積從2005年的165.21 km2下降到2015年的150.29 km2(表4)。隨著撫仙湖流域的進一步開發和生態保護政策的推進，預計農業生產空間將持續面臨補充不足而消耗加劇的局面，面積減少的趨勢在短時間內仍難扭轉。

2005—2015年，撫仙湖流域農業空間面積處于不斷縮小的趨勢，主要集中在撫仙湖流域北部與城鎮空間相鄰區域，隨著城鎮空間的大規模擴張，必然會占用大量的農業空間；其次為撫仙湖流域的西部山區和南部沿湖一帶，隨著退耕還林還湖政策和生態環境保護政策尤其是濕地保護政策的大力推行，大量的生態空間占用了原本的屬于農業空間的土地(圖3)。

從農業空間二級分類看，農村生活空間在2005—2010年為擴張期，主要位于撫仙湖南部地勢平坦和耕地較多的地區，占用的主要是與之相鄰的農業生產空間，而2010—2015年農村生活空間變化不大，基本保持不變；農業生產空間在2005—2015年逐年減少，其減少區域主要位于撫仙湖流域北部的城鎮地區、西部山區和南部山區，轉出類型主要為城鎮空間、農村生活空間和生態空間(圖2和圖4)。

圖1 2005年、2010年、2015年“3類空間”一級分類

圖2 2005-2015年“3類空間”轉移情況分布

圖3 2005年、2010年、2015年“3類空間”二級分類表4 2005-2015年撫仙湖流域農業空間和生態空間面積 km2

2.2.3 生態空間格局變化 隨著生態環境保護政策的持續進行，湖泊流域保護、河流流域保護和濕地保護等方案的大力推進，生態空間保護取得了明顯的成效。2005—2010年撫仙湖流域生態空間面積凈增長4.1 km2，增幅為0.84%，而在2010—2015年，雖然生態空間面積有所減少，但5 a間的減少量小于1 km2，降幅為0.36%。調節生態空間面積在2005—2010年呈現上升趨勢，2010—2015年基本持平；容納生態空間面積在2005—2010年呈現上升趨勢，但2010—2015年由于生態旅游產業以及濕地的開發，減少了0.91 km2，減少率為12.85%(表4)。然而，隨著撫仙湖流域城鎮化的推進和旅游產業的發展，預計生態空間的保護尤其是容納生態空間的的保護仍會處于較大的壓力下。

2005—2015年，生態空間的擴張集中于撫仙湖流域北部與農業空間相鄰區域、南部湖岸地區和西南部山區，主要是農業空間轉為生態空間；生態空間的縮小集中于撫仙湖西北岸、西南岸和東北岸地區，主要是生態空間轉為城鎮空間(圖2和圖3)。

從生態空間二級分類看，容納生態空間在2005—2010年有略微擴張的趨勢，主要位于撫仙湖南岸區域，由農業生產空間轉入，但在2010—2015年又呈現下降趨勢，減少區域主要位于撫仙湖流域北部，轉為調節生態空間和農業生產空間；2005—2015年調節生態空間的擴張主要集中于撫仙湖流域東北部地區和南岸地區，縮小主要集中于撫仙湖西北岸、西南岸和東北岸等生態旅游開發的地區，并且主要轉為城鎮空間(圖2和圖5)。

3 討 論

“3類空間”本質上是人地關系下地域系統演進和分異的結果，受到區域自然、經濟、技術和政策因素的綜合影響[23-25]。

(1) “3類空間”在實際工作中存在問題的討論。隨著“三區三線”劃定的深入，不同空間相互轉化所帶來的物質流、信息流和能量的交換更為頻繁[26]，進而導致區域中人口、資源與環境矛盾愈加尖銳，而功能作為區域“3類空間”的屬性之一[12]，其變遷演化實質是土地利用形態的重要表征。在目前的實際工作中，地方政府過于重視自身利益，而忽視各功能空間之間的聯系，從而導致各功能空間之間的聯系和交流被破壞，進而影響地區的可持續發展和生態安全的穩定。與此同時，“3類空間”規劃在落實到實地的過程中也存在若干問題：① 城鎮空間屬于減量規劃，為應對城鎮空間指標倒掛的情況，政府必須復墾相當多的一部分城鎮空間，然而這項任務很難完成，究其原因，一方面，納入土地復墾的城鎮空間基本上是已經有建設用地使用證的土地，且地面上未永久性建筑物，難以復墾，另一方面，地方政府不愿意投入大量的資金進行復墾；② 開墾出來的農業開發空間只注重數量，不注重質量，大多數質量低劣，難以進行耕作，容易產生丟荒現象。通過對撫仙湖流域“3類空間”的劃定，可為地方政府土地利用規劃的編制和生態安全的維護提供參考。

圖4 2005年、2010年、2015年農業空間分布

圖5 2005年、2010年、2015年生態空間分布

(2) 關于功能空間分類在“3類空間”劃分中的作用的討論。以往對于土地利用分區往往集中在生態分區[27]和農業耕作分區[28]等領域，并且國內學者對于流域“3類空間”的研究也大多以量化識別為主，通過建立評價指標體系的方式進行“3類空間”的綜合識別[29-33]。采用功能空間分類對撫仙湖流域“3類空間”進行劃分，與以往的研究相比，一方面，能夠明確表示不同區域內“3類空間”分類的差異程度；另一方面，隨著城市化進程的加快，人類活動對土地的影響程度越來越大，土地功能空間分類在“3類空間”分類上將會占據越來越重要的地位。從政府的角度分析，基于功能空間分類下撫仙湖流域“3類空間”劃分不僅可為土地部門提供規劃依據，還兼顧了各空間之間的聯動性，具有實際應用價值。

(3) 關于研究結果的討論。流域“3類空間”劃定是國土空間規劃“三生”空間理論的重要延伸，可為明確流域“3類空間”優化協調的方向、拓展“3類空間”優化配置的理論內涵提供有價值的參考。然而土地往往具有多功能性，一種土地類型可兼具多種功能或多重要素，因此對于“3類空間”時空格局變化的成因、機制和效應以及針對更好地推進生態文明建設、美麗鄉村建設和城鄉建設發展轉型過程中區域“3類空間”如何進行更加科學合理地優化，在接下來會展開更為深入的研究。

4 結 論

(1) 城鎮空間格局。分布區域主要位于撫仙湖流域北部、東北部和南部地區，其擴張區域主要集中于撫仙湖流域北部、西北部沿岸、西南部沿岸和東北部沿岸等區域，且無縮小區域。從面積的數量變化上看，城鎮空間面積逐年增加，從2005年的12.33 km2增長到2015年的21.13 km2，增長率為71.37%。主要原因是從2005—2015年，撫仙湖流域城鎮化與旅游產業得到了飛速的發展，只有城鎮空間得到不斷的擴張才能滿足當前發展的需求。

(2) 農業空間格局。分布區域主要位于撫仙湖的北部和南部地區，其縮小區域主要集中于撫仙湖流域北部、西部山區和南部沿湖地區，且無擴張區域。從數量變化上看，農業空間面積逐年減少，從2005年的173.58 km2下降到2015年的162.45 km2，減少率為6.41%。究其根源，這主要是由于在2005—2015年，城鎮空間面積逐年增長，退耕還林政策的逐年實施和生態環境保護政策的逐年加強共同使得農業空間范圍逐漸萎縮。

(3) 生態空間格局。分布區域除了撫仙湖湖泊水面外主要位于撫仙湖流域北部、西部、西北部和東南部地區，其擴張區域主要集中于撫仙湖北部、南部湖岸地區和西南部山區，縮小區域主要集中于撫仙湖西北岸、西南岸和東北岸地區。從數量變化上看，生態空間面積先增后減，先從2005年的486.87 km2增長到2010年的490.97 km2，增長率為0.84%，后又減少到2015年的489.19 km2，減少率為0.36%。究其根源，這主要是由于2005—2010年退耕還林政策和生態環境保護政策的大力推行不僅使得生態空間得到了大力的保護而且其空間面積還得到了增加；但在2010—2015年，隨著旅游產業的快速發展，必然在開發的過程中會占用部分的生態空間。