基于“三生”功能的沈陽經濟區土地利用沖突診斷及其影響因素

王 越, 呂 冰, 邵祥東, 李 森, 李炆穎, 李佩澤

(沈陽師范大學 管理學院, 沈陽110034)

隨著社會經濟的發展轉型，有限的土地供給導致土地資源在生產功能、生活功能和生態功能上的競爭逐漸加劇[1]，致使土地利用沖突形勢日益嚴峻并將長期發展演化[2]。土地利用沖突在一定程度上表現為一定區域范圍內各種土地利用方式對水土資源以及社會資源的競爭所產生的功能性以及空間性矛盾[3]。已有研究表明土地利用沖突引起了自然災害、土地污染、糧食產量下降、森林砍伐、生態環境質量退化、經濟發展不均衡、勞動力轉移等一系列自然生態環境和社會經濟問題[4-5]，加強土地利用沖突演變過程及其與影響因素之間關系的研究對于有效緩解區域用地矛盾有重要意義。

土地利用沖突作為研究人地關系的切入點[6]，已逐漸成為土地科學乃至地理學研究的關鍵內容，國內外相關研究主要集中在土地利用沖突強度的識別與診斷[7]、土地利用沖突時空演變[8]、空間及生態沖突等方面[1-2,9]。在土地利用沖突的識別與診斷上，相關研究多采用景觀生態指數[10]、博弈論[5]、行動者網絡分析[11]、參與式調查法等[12]模型進行定性分析，其中構建科學合理的評價指標體系是進行區域土地利用沖突強度診斷的關鍵，現有評價指標體系大多依據PSR及其相關擴展模型等[13]方法構建。從自然條件、社會經濟以及地理區位的地理學視角出發[14]，多針對于土地生態安全[15]、土地利用效率等[16]展開土地利用沖突識別研究，而從生產功能、生活功能和生態功能視角構建區域土地利用沖突影響因素體系的研究尚少見報導。在解釋土地利用沖突演變的因果關系判斷上，認為土地本身屬性、社會經濟等人文因素[13]以及光溫水土等自然條件[2,17]均會在一定程度上引發土地利用沖突，不同區域土地利用沖突的產生往往具有不同的形成原因，當前土地利用沖突影響因素分析的方法多為統計分析模型，這些方法無法確定土地利用沖突影響因素作用較為顯著的具體時間節點。

沈陽經濟區作為東北振興的核心區域，曾為國家的改革發展和現代化建設做出過歷史性的重大貢獻，多聚焦于體制機制建設和經濟轉型等方面，忽視了社會經濟快速發展下城鄉結合部、農牧交錯帶和水陸過渡帶等敏感性交界地帶必然會爆發的土地利用沖突問題。近年來，沈陽經濟區土地利用問題嚴峻，包括土地資源供應不足、城鎮用地擴張現象嚴重、農田面積大量減少、生態用地面積銳減，研究區社會經濟發展較為突出的沈陽市對區域整體輻射作用不強、全域產業結構和經濟結構不盡合理[18]，區域社會經濟發展和生態環境改善與土地利用結構和空間布局的調整尚未形成聯動發展格局[19]，以上問題已成為阻礙東北振興與發展的瓶頸，是土地可持續利用的主要障礙。鑒于此，以沈陽經濟區為研究區，基于“三生”功能視角選取研究區土地利用沖突影響因素，診斷研究區土地利用沖突，采用土地利用強度對土地利用沖突診斷結果進行驗證，運用小波相干模型，識別研究區土地利用沖突關鍵影響因素，明確土地利用沖突強度與其影響因素之間的作用大小和作用方式。研究成果對于緩解區域用地矛盾、促進東北振興具有重要意義。

1 研究區域和資料

1.1 研究區概況

沈陽經濟區地處中國東北地區南部、遼寧省中部，屬東北亞中心地帶，地勢由北向南、由東向西傾斜，是國務院于2010年批準設立的第8個國家綜合配套改革試驗區(新型工業化綜合配套改革試驗區)。2017年遼寧省政府將沈陽經濟區范圍重新劃定為以沈陽市為核心，連同鞍山市、撫順市、本溪市和遼陽市等5個地級市作為協同一體化發展區域。2018年沈陽經濟區總人口為1 617.4萬人，城市化率高達65%，國內生產總值(GDP)為1.08萬億元，占遼寧省總量的42.69%，全域土地面積4.66萬km2，占遼寧省土地總面積的31.55%，該區域土地利用類型多樣，包括耕地、林地、草地、建設用地、水域和其他用地，分別占沈陽經濟區總面積的39.30%，48.06%，0.76%，8.13%，3.18%和0.57%，與1980年沈陽經濟區土地利用情況相比，發生較大改變。

1.2 數據來源與處理

運用ENVI5.1軟件，對研究區1980年Landsat MSS遙感影像(80 m ×80 m)，2018年Landsat8 TM影像進行解譯，結合研究區實際，以研究區1∶5萬數字化地形圖作為參考圖，對地物的幾何形狀，顏色特征、紋理特征和空間分布情況進行分析，并建立遙感影像解譯標志，結合研究區實際和第二次國土調查分類標準，將研究區土地利用類型分為耕地、林地、草地、建設用地、水域和其他用地6種，結合GIS手段，建立1980年、2018年研究區土地利用矢量數據庫。

1980—2018年研究區各種土地利用類型面積、土地利用沖突診斷的指標數據來源于《遼寧統計年鑒》(1983—2019年)、《中國城市統計年鑒》(1985—2019年)以及《中國城市建設統計年鑒》(2006—2018年)等官方統計資料。采用極差法，對研究區的土地利用沖突診斷指標因素數據進行標準化處理，消除指標因素間的量綱差異。

2 研究方法

2.1 土地利用沖突影響因素選取及其診斷模型建立

2.1.1 土地利用沖突影響因素選取 以往在土地利用轉型和土地利用變化的研究中，從“三生”功能視角選取其指標體系的研究可為本文土地利用沖突影響因素的選取提供借鑒[20]。本文遵循可比性原則、主導因素原則、獨立性原則和可操作性原則[21]，結合研究區社會經濟發展和土地資源利用的實際情況，構建以診斷區域土地利用沖突為目標的指標體系，從“三生”功能視角出發，即將生產功能(P)、生活功能(L)和生態功能(E)3個方面作為準則層，并選取研究區土地利用沖突相關影響因素反映區域土地利用生產功能、生活功能和生態功能，其中，生產功能選取GDP增量、第二產業產值比例、第三產業產值比例、工業企業單位數、工業總產值、地區生產總值增長率、第一產業產值比例、糧豆產量、工業自動化生產率、建成區面積10個指標，生活功能選取城鎮居民人均住房面積、城市化水平、人均可支配收入、人口自然增長率、人口密度5個指標，生態功能選取人均綠地面積、土地綜合生態價值、造林面積、能源消耗量、工業廢水排放量5個指標。

2.1.2 土地利用沖突診斷模型建立 本文采用層次分析法和熵權法相結合的方法，確定土地利用沖突影響因素的指標權重，構建土地利用沖突診斷模型(式1)。

(1)

研究區土地利用沖突診斷結果在空間上按照4種基本類型劃分：(1) H—H(high—high)型，即城市自身和相鄰城市的土地利用沖突診斷值均處于較高水平；(2) H—L(high—low)型，即城市自身土地利用沖突診斷值均處于較高水平，而相鄰城市處于較低水平；(3) L—H(low—high)型，即城市自身土地利用沖突診斷值均處于較低水平，而相鄰城市水平較高；(4) L—L(low—low)型，即城市自身和相鄰城市的土地利用沖突診斷值均處于較低水平。

2.2 土地利用沖突影響因素分析模型建立

小波相干譜可以用來度量兩個信號局部相關的密切程度[22]。本文運用小波相干模型，采用小波相干系數和小波相干相位角，明確土地利用沖突診斷值與其影響因素之間的相互作用關系，將土地利用沖突影響因素X和土地利用沖突診斷值Y視為兩組空間信號，將二者之間的小波相干系數作為土地利用沖突影響因素對其作用的大小。

本文將小波相干系數大于0.9的土地利用沖突影響因素作為影響土地利用沖突的關鍵因素。土地利用沖突診斷值Y和土地利用沖突影響因素X的小波相干譜為(式2)：

(2)

式中:R為土地利用沖突診斷值Y和土地利用沖突影響因素X的小波相干系數;WX(s)，WY(s)，WXY(s)分別為小波相干譜密度;s為尺度參數;﹤﹥為平滑算子。采用小波相干位相角,明確各種影響因素對研究區土地利用沖突的作用方式,若位相角在[0;π],說明該影響因素對土地利用沖突有促進作用,即加劇了土地利用沖突,若位相角在[-π;0],說明該影響因素對土地利用沖突有抑制作用,即減緩了土地利用沖突。

2.3 土地利用沖突診斷驗證方法

土地利用沖突表現為各種土地利用類型在空間上的競爭，根據當前研究區土地利用變化特征，采用土地利用強度空間變化值驗證土地利用沖突診斷結果并進行對比分析。本文在獲取1980—2018年研究區各種土地利用類型的面積的基礎上，采用土地利用強度模型，測算研究區土地利用類型之間的變化強弱情況(式3)，并與土地利用沖突診斷結果進行對比分析。本文將土地利用類型競爭的優先度分為未利用地、水域、林地和草地、耕地和園地、建設用地，并將其指數大小依次確定為[1,5]的整數數值[23]。

(3)

式中：L為樣本區域土地利用類型之間變化強弱指數；Ai為樣本區域內第i級土地利用類型之間的變化強弱分級指數；Si為樣本區域內第i級土地面積；S為樣本區域內土地總面積；n為土地利用類型之間的變化強弱分級數。本文打破行政區界限，以正方形等積格網對1980年、2018年研究區土地利用空間數據進行劃分，經調試，確定4 500 m×4 500 m的格網大小對于分析研究區土地利用類型之間的變化強弱最為適宜，獲得土地利用空間數據的樣本總量為2 516塊，在ArcGIS平臺下，采用半方差函數對研究區土地利用類型之間沖突大小的空間分布規律進行空間可視化表達。

3 結果與分析

3.1 1980-2018年研究區土地利用沖突診斷

1980—2018年沈陽經濟區各地級市的土地利用沖突診斷結果的變化趨勢大致相同，沈陽經濟區全域土地利用沖突整體趨勢表現為上升狀態，呈現平穩上升、快速上升和先下降后上升3個變化階段。第一階段(1980—2000年)，研究區土地利用沖突由輕度沖突變為一般沖突，土地利用沖突的整體水平較低，主要原因是該階段研究區社會經濟發展水平較低，土地利用呈“攤大餅”式的外延性擴張發展，各地級市整體布局較為分散，土地利用較為粗放，區域尚未形成協同發展態勢。第二階段(2000—2013年)，研究區土地利用沖突變化為中度沖突，呈現持續快速上升態勢，這一階段的后期涵蓋了沈陽經濟區設立的初期，沈陽經濟區的設立在推進區域社會經濟高速一體化發展的進程中，激化了以沈陽市為中心的部分區域土地利用沖突的加劇。第三階段(2013—2018年)，研究區土地利用沖突強度在中度沖突范圍內波動，在維持社會經濟水平持續發展的同時，減緩了區域土地利用沖突現象的發生。研究區各地級市土地利用沖突呈現先減后增的發展態勢，在一定程度上緩解了區域土地利用矛盾，但其土地利用沖突現象仍然較為顯著(表1，圖1)。隨著沈陽經濟區設立以及范圍的調整，區域土地利用逐漸由“攤大餅”式的外延性擴張向內涵式挖潛的集約利用轉變，事實上，這與這一階段遼寧省全省的經濟下行、GDP負增長的大背景相吻合。

表1 1980-2018年研究區土地利用沖突診斷值

1980—2018年研究區土地利用沖突的空間分布波動不大，其中沈陽市、鞍山市和遼陽市分別長期處于H—H型、H—L型和L—H型的空間分布格局，撫順市和本溪市地形地貌復雜，耕地和林區較多，一定程度上抑制了劇烈的土地利用沖突，其空間分布格局分別經歷了L—H型與H—L型之間的轉換，土地利用沖突水平較低。研究區土地利用沖突診斷值的空間分布主要受社會經濟發展和各種土地利用類型分布的影響，研究區西北部社會經濟發展較快且耕地和林地分布較少的沈陽市，其土地利用沖突診斷值遠高于研究區東部山區。

圖1 1980-2018年沈陽經濟區土地利用沖突變化趨勢

3.2 研究區土地利用沖突診斷結果驗證與土地利用強度對比分析

3.2.1 研究區土地利用強度測算結果 沈陽經濟區各地級市間的土地利用強度指數差異明顯，1980—2018年研究區土地利用強度指數較高的城市為沈陽市、遼陽市和鞍山市，土地利用強度指數最低的為本溪市，沈陽經濟區與沈陽市土地利用強度趨勢均逐年上升，而遼陽市、本溪市、撫順市和鞍山市土地利用強度在2010年以后逐年下降。為此，可將沈陽經濟區土地利用強度的時空演變特征劃分為3個梯次：第一梯次是沈陽市，第二梯次為鞍山市、遼陽市以及沈陽經濟區全域，第三梯次為本溪市和撫順市。

在空間分布上，1980年沈陽經濟區土地利用強度的空間分布總體趨勢是由西北向東南逐漸減弱的“彎刀式”空間分布特征。2018年沈陽經濟區土地利用強度的空間分布呈現由西北部向東南部和東北部減緩的“直線式”空間分布特征。1980—2018年研究區土地利用強度較低的地區主要集中于西北部區域，且隨著時間的推移和社會經濟的發展，不斷向研究區西部和東部擴大，呈現中間低四周高的空間分布，沈陽經濟區的核心城市沈陽市始終處于土地利用高強度水平且土地利用強度等級一直呈現上升趨勢(圖2)。

3.2.2 研究區土地利用沖突與土地利用強度對比分析 對比分析研究區土地利用沖突與土地利用強度的變化趨勢可知，1980—2018年研究區土地利用沖突和土地利用強度隨時間推移總體上均呈現上升趨勢，各種土地利用類型之間的轉入轉出也反映了這一階段土地利用沖突的嚴重性。研究發現，1980—2018年研究區土地利用沖突和土地利用強度的空間分布布局總體呈現為西高東低的穩定分布：其中，沈陽市土地利用沖突長期處于H—H型分布，其相應的土地利用強度在空間分布格局上也是研究區全域最大的；土地利用沖突呈L—H型分布的撫順市和遼陽市，土地利用強度也逐年加強，說明在這一區域的社會經濟投入在逐年升高；土地利用沖突呈H—L型分布的鞍山市，其土地利用強度在西北部的局部區域較高，但區域總體土地利用強度在逐年減弱，說明鞍山市土地利用發展水平不夠均衡；土地利用沖突呈現L—L型分布的本溪市，其土地利用強度也是研究區最低的區域，本溪市林業資源豐富，建設用地較少。總之，研究區土地利用沖突嚴重的區域土地利用強度相應也較大。

圖2 1980年、2018年沈陽經濟區土地利用強度空間分布特征

3.3 研究區土地利用沖突與其影響因素的作用關系

3.3.1 研究區土地利用沖突關鍵影響因素識別 “三生”功能視角下研究區土地利用沖突的影響因素中，對土地利用沖突作用最強的是生產功能中的影響因素，其次是生活功能中的影響因素，作用最弱的是生態功能中的影響因素。沈陽經濟區全域土地利用沖突的7個關鍵影響因素作用大小依次為：人均可支配收入、GDP增量、第二產業產值比例、第一產業產值比例、能源消耗量、工業總產值、第三產業產值比例，各地級市土地利用沖突關鍵影響因素包含在這7個關鍵影響因素中，不同關鍵影響因素對各個地級市土地利用沖突的作用均不相同，只有撫順市的第三產業增加值不在全域土地利用沖突關鍵影響因素中，說明沈撫新區的設立使撫順市第三產業增加值產生明顯波動，導致該影響因素對土地利用沖突的影響加大(表2)。

3.3.2 研究區土地利用沖突關鍵影響因素的作用大小 沈陽經濟區土地利用沖突的7個關鍵影響因素中，作用最強的是生活功能下的人均可支配收入，其次是生產功能下的GDP增量，作用最弱的是生產功能下的第三產業產值比例；各個地級市與研究區全域的土地利用沖突關鍵影響因素的作用強度基本吻合，研究區全域土地利用沖突的關鍵影響因素作用強度表明，1980—2018年該區域生產功能較強，忽視了要在生活功能和生態功能上緩解土地利用沖突，這恰恰是研究區下一步緩解區域用地矛盾需要重視的問題(表2)。

表2 研究區土地利用沖突及其影響因素的小波相干系數

3.3.3 1980—2018年研究區土地利用沖突關鍵影響因素的作用方式 1980—2018年研究區土地利用沖突的7個關鍵影響因素中，GDP增量在2000年前后分別對研究區土地利用沖突起促進作用和抑制作用；第二產業產值比例在1980—1990年、2010—2018年對研究區土地利用沖突起促進作用，在1991—2009年對研究區土地利用沖突產生抑制作用；第三產業產值比例在1980—1995年、2000—2005年對研究區土地利用沖突產生促進作用，在1996—1999年、2005—2018年對研究區土地利用沖突產生抑制作用；工業總產值僅在2001—2005年對研究區土地利用沖突產生促進作用，在1980—2000年、2006—2018年對研究區土地利用沖突產生抑制作用；第一產業產值比例在1980—2000年對研究區土地利用沖突沒有顯著影響，在2000—2018年對研究區土地利用沖突產生抑制作用，減緩了研究區土地利用沖突的加劇；人均可支配收入在2008年前后分別對研究區土地利用沖突起促進作用和抑制作用；能源消耗量在1980—1986年對研究區土地利用沖突產生促進作用，在1987—2018年對研究區土地利用沖突產生抑制作用(圖3)。研究區土地利用沖突各個關鍵影響因素在不同時段，加劇或緩解了研究區土地利用沖突。

圖3 1980-2018年沈陽經濟區土地利用沖突及其關鍵影響因素的小波相干譜

總之，GDP增量和人均可支配收入對研究區土地利用沖突作用極大，第一產業產值比例和第三產業產值比例分別對沈陽經濟區全域、沈陽市、撫順市以及鞍山市的土地利用沖突影響較大，其中人均可支配收入是影響研究區土地利用沖突最為關鍵的影響因素。第一產業產值比例和第二產業產值比例分別是影響沈陽市和本溪市土地利用沖突的最重要因素，GDP增量是影響遼陽市、撫順市和鞍山市土地利用沖突的最重要因素，社會經濟發展狀況極大地影響沈陽經濟區土地利用沖突水平。

4 結 論

(1) 1980—2018年沈陽經濟區各地級市的土地利用沖突診斷結果的變化趨勢大致相同，總體可分為平穩上升(1980—2000年)、快速上升(2000—2013年)和先下降后上升(2013—2018年)3個變化階段。

(2) 在空間分布上，研究區各地級市土地利用沖突的空間分布格局基本保持西高東低的穩定分布，其中土地利用沖突長期處于H—H型的沈陽市和長期處于L—H型或L—L型的撫順市和本溪市分別位于研究區的西北部和東部，鞍山市和遼陽市分別長期處于H—L型和L—H型，處于沈陽經濟區土地利用沖突過渡區域。

(3) 研究區土地利用沖突嚴重的區域土地利用強度相應也高。對比分析研究區土地利用沖突與土地利用強度的變化趨勢可知，1980—2018年研究區土地利用沖突和土地利用強度隨時間推移總體上均呈現上升趨勢，各種土地利用類型之間的轉換也反映了該研究時段土地利用沖突的嚴重性。

(4) 1980—2018年研究區土地利用沖突關鍵影響因素為GDP增量、第二產業產值比例、第三產業產值比例、工業總產值、第一產業產值比例、人均可支配收入和能源消耗量，其作用大小分別為0.945 2，0.937 4，0.904 5，0.912 6，0.932 6，0.949 4，0.931 8。

(5) 1980—2018年研究區土地利用沖突的關鍵影響因素對區域土地利用沖突產生促進和抑制作用的具體時段和時點各不相同，同一關鍵影響因素在不同時點對土地利用沖突亦會產生不同的作用方式。

土地利用沖突已成為制約區域可持續發展和國土空間功能優化的重要瓶頸，土地利用沖突的緩解不僅依賴于土地利用方式的轉變，還有賴于諸多利益相關者的有效協同，因此，深入探討土地利用利益相關者的行為在土地利用沖突中的作用是下一步的研究重點和方向。