張惠婷,王宏衛,*,雷 軍,張 飛,王正偉,談 波,高一薄
1 新疆大學資源與環境科學學院, 烏魯木齊 830046 2 綠洲生態教育部重點實驗室, 烏魯木齊 830046 3 中國科學院新疆生態與地理研究所,烏魯木齊 830011
隨著經濟全球化的加速與城市發展的高速演進,城市間的競爭與合作日漸趨于頻繁,區域發展空間戰略的重心逐漸從單個城市的發展轉變為以核心城市為中心的城市群,近年來,我國將城市群作為空間主體,積極推進我國新型城鎮化的發展,現如今,不斷涌現區域城市間跨界融合的現象,以行政區劃為界的傳統管理模式面臨挑戰[1],城市發展一體化的訴求不斷增強。而區域跨界融合作為城市發展一體化的重要路徑,被廣泛應用于城市群內部的協同發展[2- 3],城市圈經濟一體化[4],經濟活動與跨界發展之間相互作用關系[5- 8]等方面,研究成果豐富。
共生這一概念是由德國生物學家Anton Deborry于1879年提出,是生物學中的重要理論,他將共生定義為在特定的環境中,不同的物種形成的一種相互促進、和諧共處的狀態。袁純清博士將這一生物概念向社會科學領域拓展[9],目前,共生理論已被引入到生態學、經濟學、建筑學、管理學等眾多學科領域,內容主要涉及區域合作[10]、城鄉統籌[11- 12]、產業融合[13- 14]、海陸統籌[15]、資源整合[16]、區域旅游[17- 19]等方面。而城市間跨界融合發展是兩城市間相互作用、相互依存的結果[20],其實質就是兩城市的共生融合發展,因此共生理論可以較好的表達城市間相互作用關系,將共生理論應用到兵地城市間跨界融合發展具有一定的可行性。
多功能的概念最先源于農業多功能,后逐漸擴展到各個領域,其中生產、生活、生態功能涵蓋了國土空間提供的各項功能,部分學者逐漸將“三生”功能概念應用到國土空間開發和利用中[21- 22],并主要從“三生”功能內涵[23],“三生”功能識別及分類[24- 25],“三生”功能耦合[26- 27]等展開,鮮有學者分析“三生”功能共生關系,研究仍有待創新及提升,鑒于此,探究城市間“三生”功能共生狀態具有一定的現實意義。
40年以來,乘著改革開放的東風,新疆城鎮化進程取得了顯著成就,而新疆維吾爾自治區是我國行政區劃最為特殊的地區之一,由新疆維吾爾自治區和新疆生產建設兵團(以下簡稱兵團)兩個省級單位共同組成,兵團作為新疆維吾爾自治區的重要組成部分,近年來,其城鎮化也呈現較快的發展,但兵團和地方為兩個利益主體,兩單位分別在各自管轄的范圍內進行生產經營活動,從而導致兵地間形成相互競爭,資源浪費的局面,新疆的經濟和社會的發展在一定程度上受到了影響[28]。中央新疆工作座談會的召開,進一步推進了兵團與地方的發展關系,經過長時間的實踐證明,實現兵地融合發展是科學妥善處理兵地關系的最根本方法,因此,本文選取天山北坡城市群中的烏魯木齊市(地方城市)、五家渠市(兵團城市)、昌吉市(地方城市)為研究對象,借助土地利用數據剖析兵地城市“三生”空間時空特征,基于共生理論視角解讀兵地城市“三生”功能共生模式,提出兵地城市三生共生發展的建議,以期為兵地城市跨界融合發展提供理論參考。
烏魯木齊市(Urumqi)、五家渠市(Wujiaqu)、昌吉市(Changjji)(以下簡稱烏五昌地區)位于新疆維吾爾自治區天山山脈北麓,古爾班通古特沙漠南緣,地勢南高北低,地貌類型多樣,日照時間長,寒暑變化劇烈,屬于典型的溫帶大陸性氣候。在行政權屬上烏魯木齊市和昌吉市屬自治區政府管轄,五家渠市屬兵團第六師管轄,兩地方城市將兵團城市包裹其中,具體位置及研究范圍見圖1(烏魯木齊市及昌吉市轄區范圍內的兵團不在本研究范圍內)。截止2018年,研究區總面積22509.6868km2,其中烏魯木齊市13793.5320km2,五家渠市739.1545km2,昌吉市7977.0003km2,人均地區生產總值分別為87196元、133740元、78075元,區域間經濟發展差異凸顯,研究城市土地利用變化及城市間共生關系,對未來各城市協調共生及兵地融合發展具有典型性和較強的現實指導意義。

圖1 研究區概況圖Fig.1 Location of the study area
研究數據主要為:(1)土地利用數據為2013年、2015年、2018年中國土地利用現狀遙感監測數據(30m),來源于中國科學院資源環境科學數據中心;(2)行政區劃數據來源于國家基礎地理信息中心;(3)社會經濟數據為2014—2019年新疆統計年鑒,兵團統計年鑒,各縣市統計公報。
依據土地發揮功能的不同,可將土地利用分為生產、生活和生態用地三大類[29-31],依據土地主次功能差異,構建“三生”空間評價體系,可將各功能用地進行強弱等級的劃分,以準確把握土地“三生”空間格局。共劃分為4個等級,以生產用地為例,包括強生產用地(5分)、半生產用地(3分)、弱生產用地(1分)以及功能缺失(0分),基于此對烏五昌地區土地利用類型進行整理和評分(表1)。

表1 基于“三生”空間烏五昌地區土地利用分類體系及評分
梳理現有文獻的相關評價指標并結合“三生”功能內涵,以指標對生產、生活和生態三維功能的作用力性質為考量,自上而下構建“三生”功能評價指標體系,根據研究區現狀特點,并咨詢相關專家意見,最終建立“三生”功能評價指標體系(表2),通過熵權法,計算各指標權重,采用線性加權模型,測算兵地城市“三生”功能綜合發展水平。

表2 “三生”功能評價指標體系

(1)
式中,V為各城市功能綜合發展水平值,λ為各指標權重,t為各指標的標準化值。
共生度一般用來反映兩個質參量相互影響的關聯度[32]。假設共生單元X和Y,質參量ZA和ZB,dZA和dZB分別是A和B的變化量,則X對Y的共生度為:
(2)
則Y對X的共生度為:
(3)
通過比較兩共生單元的共生度,判斷兩者共生模式,當δAB=δBA>0,兩共生單元為正向對稱共生,表明兩者均受益,且受益程度相等;當δAB≠δBA>0,兩共生單元為正向非對稱共生,表明兩者均受益,但受益程度不等;當δAB=0、δBA>0或δAB>0、δBA=0,兩者為正向偏利共生,表明一方受益,一方不受益;當δAB=0,δBA=0,兩共生單元不存在共生關系,各自獨立發展;當δAB=δBA<0,兩共生單元為反向對稱共生,表明兩者均受害,且受害程度相等;當δAB≠δBA<0,兩共生單元為反向對稱共生,表明兩者均受害,但受害程度不等;當δAB>0,δBA<0或δAB<0,δBA>0,兩共生單元為寄生關系,共生度為正值的是受益方,負值的為受害方。
共生系數是指單元之間的相互影響程度[33],則X和Y的共生系數為:
(4)
(5)
θX+θY=0
(6)
若θX=0,表明單元X對單元Y無任何影響,只有單元Y對單元X有影響;若θX=1,表明單元Y對單元X無任何影響,只有單元X對單元Y有影響;若0<θX<0.5,表明單元Y對單元X的影響大于單元X對單元Y的影響;若θX=0.5,表明兩單元相互作用相同;若0.5<θX<1,表明單元X對單元Y的影響大于單元Y對單元X的影響。
3.1.1生產空間格局
如圖2,2013—2018年烏五昌地區生產空間格局特征基本一致,主要分布在研究區中部綠洲區,不同等級用地面積增減趨勢不同,其中強生產用地面積在研究期間共擴張330.3392km2,半生產用地小幅減少,弱生產用地大幅縮減,共縮減303.1301km2,生產功能缺失用地面積總體變化不大。具體而言,強生產用地面積三市均有不同程度的擴張,其中烏魯木齊市擴張最明顯,集中在新市區北部、米東區城區南部、水磨溝區北部及沙依巴克區西部;半生產用地三市縮減程度相當;烏魯木齊市與昌吉市弱生產用地均有較大面積轉變為生產功能缺失用地,集中在烏魯木齊市及昌吉市南部山區,而五家渠市兩等級用地則幾乎未改變。

圖2 烏五昌地區“三生”空間格局Fig.2 Spatial pattern of "Production-living-ecological" space in study area
3.1.2生活空間格局
2013—2018年烏五昌地區生活空間格局整體呈現中間高,四周低的格局,強生活用地面積有大幅擴張,在研究期間共擴張162.2100km2,半生活用地無明顯變化,生活功能缺失用地有較大面積縮減。具體來說,烏魯木齊市強生活用地面積擴張趨勢明顯,集中在新市區北部及米東區城區北部;烏魯木齊市半生活用地面積在米東區城區南部有一定程度的縮減,其余兩城市均有部分擴張;而生活功能缺失用地三市均大幅縮減。
3.1.3生態空間格局
2013—2018年烏五昌地區生態空間格局主要集中在研究區南部,整體呈縮減趨勢,強生態用地面積變化最大,呈現逐年縮減的態勢,共縮減343.6827km2,半生態用地各城市呈現不同的變化態勢,弱生態用地及生態功能缺失用地均有不同程度擴張。具體來說,烏魯木齊市強生態用地面積縮減最明顯,縮減區域主要集中在烏魯木齊市米東區東部、烏魯木齊市與昌吉市南部;半生態用地在研究區城區部分地區有少量變化;弱生態用地昌吉市擴張明顯,集中在昌吉市南部,主要由強生態用地轉變而來;生態功能缺失用地擴張區域則集中于烏魯木齊市新市區北部,米東區城區北部地區。
“三生”空間是國土用地發揮“三生”功能的承載,“三生”功能又是對“三生”空間承載強弱的最直接評價,利用面板數據,依據公式1分別測算烏魯木齊市、五家渠市、昌吉市生產、生活、生態功能發展水平綜合評價值,并繪制發展趨勢圖。
由圖3可知,在生產功能方面,昌吉市位居第一,烏魯木齊市次之,五家渠市則排名最后;2013—2018年烏魯木齊市、五家渠市生產功能總體呈上升趨勢,而昌吉市自2016年開始逐漸下降至第二。生活功能方面,烏魯木齊市城市基礎設施完善,生活功能整體較強,昌吉市次之,五家渠市緊跟其后;2013—2018年三城市生活功能總體呈上升趨勢,烏魯木齊市上升明顯,且在2017年尤為突出。生態功能方面,三者生態功能水平均呈現先下降后升高的趨勢,2013—2015年逐漸下降,2015年后緩慢上升,表明三城市生態環境質量在逐年改善。在“三生”綜合功能方面,烏魯木齊市穩居第一,另外,除昌吉市外,烏魯木齊市與五家渠市均呈現逐年上升的趨勢。

圖3 烏五昌“三生”功能發展綜合評價值 Fig 3 Comprehensive evaluation of "Production-living-ecological" function in study area
共生度一般用來反映兩個質參量相互影響的關聯度,運用SPSS軟件分別對烏五昌地區各功能進行相關性檢驗,各相關系數均大于0.9,說明兵團與地方城市生產、生活、生態功能在0.01的水平上顯著相關。因此分別對烏五昌地區各功能進行回歸分析,利用共生度模型公式整理后得到烏五昌地區各功能共生度的計算公式,并利用公式測算各城市間共生度與共生系數。
3.3.1兵團與地方城市生產功能共生模式
依據公式2—5,計算得到烏魯木齊市、五家渠市、昌吉市在生產功能方面兵地城市兩兩間共生度,見表3。結果表明:2013—2018年間,五家渠市與周邊不同地方城市在生產功能方面表現出不同的共生模式。分開來看:①特征共生度δPuw≠δPwu>0,且均值δPuw=0.4389<δPwu=1.2623,表明五家渠市與烏魯木齊市在生產功能方面存在正向非對稱關系;共生系數0<θPuw<0.5,0.5<θPwu<1,表明在生產功能方面,五家渠市對烏魯木齊市的影響較大。②五家渠市與昌吉市的特征共生度δPcw≠δPwc<0,且均值δPcw=-0.5716>δPwc=-0.9880,表明五家渠市與昌吉市在生產功能方面存在反向非對稱關系,說明五家渠市與昌吉市在生產功能發展方面兩者均受害,但受害程度不同,這是由于兩城市的農業作為該城市發展的主要產業之一,發展都較強,兩者相互競爭所導致;在2013—2016年間,共生系數0<θPcw<0.5,0.5<θPwc<1,表明在生產功能方面,五家渠市對昌吉市的影響比昌吉市對五家渠市的影響程度大。在2017—2018年間,0<θPwc<0.5,0.5<θPcw<1,昌吉市對五家渠市的影響更大。

表3 兵團與地方生產功能共生度及共生系數分析
3.3.2兵團與地方生活功能共生模式
依據公式2—5,計算得到烏魯木齊市、五家渠市、昌吉市在生活功能方面兵地城市兩兩間共生度,見表4。結果表明:在2013—2018年間,五家渠市與周邊地方城市各年度共生度均大于0且不相等,說明五家渠市與周邊地方城市在生活功能方面存在正向非對稱關系。分開來看:①特征共生度δLuw≠δLwu>0,且均值δLuw=1.6086>δLwu=0.4165,表明五家渠市與烏魯木齊市在生活功能方面存在正向非對稱關系;共生系數0<θLwu<0.5,0.5<θLuw<1,且兩者相差較大,表明烏魯木齊市在生活功能方面對五家渠市的影響顯著超過五家渠市對烏魯木齊市的影響,這是由于烏魯木齊市作為新疆維吾爾自治區的省會城市,其基礎設施完善,公共服務健全,生活功能輻射范圍大,可帶動五家渠市生活服務設施的發展。②五家渠市與昌吉市的特征共生度δLcw≠δLwc>0,且均值δLcw=0.8235>δLwc=0.6136,表明昌吉市與五家渠市在生活功能方面也存在正向非對稱關系;共生系數0<θLwc<0.5,0.5<θLcw<1,且兩者相差不大,表明在生活功能方面,由于兩城市發展程度相差不大,均可滿足當地居民的日常生活需求,兩者對彼此的影響基本持平。

表4 兵團與地方生活功能共生度及共生系數分析
3.3.3兵團與地方生態功能共生模式
依據公式2—5,計算得到五家渠市與周邊地方城市在生態功能方面兩兩間的特征共生度及共生系數,見表5。結果表明:①特征共生度δEuw≠δEwu>0,均值δEuw=0.6690<δEwu=0.7268,共生系數0<θEuw<0.5,0.5<θEwu<1,表明五家渠市與烏魯木齊市在生態功能方面存在正向非對稱關系,且五家渠市對烏魯木齊市的影響較大,說明在兩城市的發展過程中,由于五家渠市工業相對較弱,減少了該地區的環境污染,從而也會影響到周邊烏魯木齊市的環境質量,在生態環境治理方面兩者互幫互助,生態環境得到不斷提升。②五家渠市與昌吉市的特征共生度δEcw≠δEwc>0,均值δEcw=0.3922<δEwc=1.1706,共生系數0<θEcw<0.5,0.5<θEwc<1,表明五家渠市與昌吉市在生態功能方面存在正向非對稱關系,且五家渠市對昌吉市的影響比昌吉市對五家渠市的影響程度大,由于兩城市均為小城市,其中一方發展不會破壞另一方生態環境的建設,并且隨著近幾年生態環境理念的提出,五家渠市不斷推進準噶爾盆地南緣防砂治沙工程、“三北”防護林建設,堅持人工造林和封沙育林相結合,其不僅加強自身環境建設,也與周邊城市建立良好合作,共同改善區域生態環境,因此呈現以上共生發展模式。

表5 兵團與地方生態功能共生度及共生系數分析
3.3.4兵團與地方“三生”綜合功能共生模式
將生產、生活、生態功能加和作為“三生”綜合功能,同理測算五家渠市與周邊地方城市兩兩間的特征共生度及共生系數,見表6結果表明:①在2013—2018年間,特征共生度δSuw≠δSwu>0,且共生系數θPuw遠大于θPwu,因此五家渠市與烏魯木齊市在三生綜合功能方面存在正向非對稱關系,且烏魯木齊市對五家渠市的影響遠大于五家渠市對烏魯木齊市的影響。②昌吉市與五家渠市的特征共生度均小于零且不相等,兩者存在負向非對稱共生關系,不同年份,兩城市相互影響程度不同。

表6 兵團與地方“三生”綜合功能共生度及共生系數分析
在綜合分析兵團城市與地方城市“三生”空間格局與“三生”空間功能共生發展模式的基礎上,基于不同城市之間共生發展模式的差異,分別從生產、生活、生態方面提出有助于烏五昌地區兵地城市跨界融合發展的優化方案,并繪制兵地城市“三生空間”規劃圖,見圖4,以實現兵團與地方城市互惠共生發展。

圖4 兵地城市“三生空間”規劃圖Fig.4 Plan of “production-living-ecological”land in XPCC and local city
五家渠市與烏魯木齊市生產功能共生發展模式為正向非對稱共生,并且五家渠市對烏魯木齊市的影響稍大,說明兩者在生產發展方面均受益,發展處于一個較為良好狀態。五家渠市與昌吉市生產功能共生發展模式為反向非對稱共生,并且昌吉市對五家渠市的影響較大,說明兩者在生產發展方面均受害,為使五家渠市與周邊地方城市在生產發展方面達到一個互惠互利狀態,結合研究區生產空間格局發展狀況及生態紅線范圍[34],提出優化方案。
分別建立四區,三軸,一基地。昌吉市北部與五家渠市北部大部分為半生產用地,主要發展農業,在該地建立農業發展區并形成農業產業發展軸帶,以連通昌吉市與五家渠市的農業區,可加強兵地間農業發展協作,改善兩地競爭狀態,促進合作連通,并合作增強北部防風固沙生態敏感性保護區的建設,提高區域生態環境質量,發揮各自優勢,從而達到互惠合作模式;五家渠市與烏魯木齊市工業園區距離較近,可在五家渠市東南部與烏魯木齊市東北部建立工礦產業發展區,利用工業產業發展軸帶為連接,在原本較好的發展狀態上繼續加強工業協作,縮小兵地發展差距,使共生系數逐漸趨于0.5,以促進兵團城市與地方城市產業協同共生發展;三城市城區距離較近,可加強各城市建成區的建設,建立商貿發展區,另外,三城市相接處主要產業均為蔬果、魚蝦、小麥等,烏五昌聯合建立水產品農產品產業基地,促進兵地合作,使得兵地城市之間實現多方面的互聯互通;兩地方城市也應繼續協同發展,在烏魯木齊市南部建立倉儲物流發展區以及昌吉市與烏魯木齊市間的商業產業發展軸,但該區域有西山水源地、烏拉泊水源地等生態紅線禁止開發區,發展的同時應兼顧不破環當地的生態環境。
在生活功能方面,五家渠市與烏魯木齊市、昌吉市共生模式均為正向非對稱共生,烏魯木齊市生活功能較強,對五家渠市的影響較大,而昌吉市與五家渠市相互影響程度相當,表明五家渠市與兩地方城市在生活功能方面交流協作較好,為進一步提高烏五昌地區兵地城市生活質量,加強兵地連通性,結合研究區生活空間格局發展狀況,提出優化方案。
烏五昌地區三城市生活用地逐年增加,說明三城市的城市建設不斷完善,生活質量不斷提高。烏魯木齊市作為新疆維吾爾自治區的省會城市,生活基礎設施完善,其城市各功能健全,可利用其中心城市的輻射帶動作用,帶動周邊城市的發展,形成烏五昌城鎮組團;五家渠市與昌吉市可適當增加生活用地面積以進行建成區的擴張,在城鎮組團內部的協同發展基礎上,五家渠市和昌吉市可吸收中心城市生活功能輻射,改善自身生活空間利用不足,以逐步形成宜居宜業的城鎮組團;另外五家渠市與烏魯木齊市、昌吉市聯系不夠緊密,應加強交通路網的建設,縮短兵地城市通勤時間,以在生活方面更好的實現兵地跨界融合發展。
在生態功能方面,五家渠市與烏魯木齊市、昌吉市的共生模式均為正向非對稱共生,且五家渠市對兩地方城市生態環境的影響較大,表明五家渠市與烏魯木齊市、昌吉市在生態發展方面協作關系良好。為保持兵地城市生態環境良好的的發展狀態,進一步提升各城市生態環境條件,結合研究區生態空間格局發展狀況及該區域生態規劃,提出以下優化方案。
兵地協同建立生態保護區。研究區生態用地逐年減少,可適當增加生態用地,以改善生態環境,提升居民居住環境質量。研究區北部為古爾班通古特沙漠,建立荒漠生態保護區,以提高區域生態系統服務價值;研究區南部為天山山脈,建立天山森林生態保護區,緩解城市環境壓力,在空間上形成城市群南部的生態屏障;耕地保護區主要用來保障基本農田這類生態紅線禁止開發用地不受占用,并維持五家渠市與昌吉市良好生態協作模式;五家渠市東南部與烏魯木齊市東北部均為工業園區,工業廢氣的排放影響了五家渠市與烏魯木齊市的空氣質量,兩城市應積極協作,嚴格控制污染物的排放,構建防護林帶,以改善工業區生態環境,提升共生系數朝互惠共生方向發展;另外,以河流為主體形式的生態廊道以烏魯木齊河、頭屯河、水磨河、白楊河為承載,縱橫貫穿整個研究區,成為烏五昌地區生態空間一體化的重要組成部分。
臨界區域共生是實現城市圈融合發展的必然選擇。文章基于共生理論,以烏魯木齊市、昌吉市、五家渠市為例,探討兵團城市與周邊地方城市的“三生”空間格局及“三生”功能共生模式,為兵地共生融合發展提供建議。結果表明:
(1)從“三生”空間格局來看:2013—2018年,兵地城市生產、生活、生態空間格局均有不同程度的改變。生產用地主要集中在研究區中部綠洲區,不同等級用地面積呈現不同的增減趨勢;生活用地面積不斷擴張,呈現中間高,四周低的空間格局;生態用地主要分布于研究區南部,整體呈縮減趨勢。
(2)從“三生”功能共生模式來看:在生產功能方面,五家渠市與烏魯木齊市、昌吉市共生模式分別為正向非對稱共生、負向非對稱共生,其中五家渠市對烏魯木齊市的影響較大,昌吉市對五家渠市的影響較大;在生活功能方面,五家渠市與兩地方城市共生模式均為正向非對稱共生,烏魯木齊市借由其中心城市的強生活功能,對五家渠市產生較大影響,而昌吉市與五家渠市互相影響程度相當;在生態功能方面,五家渠市與烏魯木齊市、昌吉市共生模式均為正向非對稱共生,且五家渠市對兩地方城市的影響較大。
(3)加強兵地“三生”空間協作,其中,在生產方面分別建立四區,三軸,一基地,在生活方面構建兵地交通連接網絡,并利用烏魯木齊市中心城市輻射作用帶動周邊城市發展,在生態方面兵地協同建立生態保護區,以最終實現兵地城市之間多方面的互聯互通。
科學、合理的分析兵地城市“三生”空間格局及“三生”功能共生模式,是新疆兵團與地方實現“三生”空間合理布局、跨界融合發展等亟需解決的關鍵問題。
國土“三生”空間格局受制于地域分異規律,并由于土地利用方式和發展階段的不同而使其不斷發生變化,“三生”空間是“三生”功能的空間表征,“三生”功能又是“三生”空間最直接的測度,兩者雙向互動、交叉影響。隨著兵地融合戰略的提出,兵地間協作程度雖不斷加強,但融合問題也日益凸顯,本文初步探討了兵地城市“三生”空間格局,以分析兵地城市“三生”用地空間交互特征,基于共生模型測度兵地“三生”融合狀態,創新了兵地跨界融合研究方法,細化了兵地融合方向,對于實現兵地城市間和諧共生發展具有重要意義。
本研究基于數據的精度,雖已對土地利用類型對應的三生用地分類體系做了相應的調整,但部分用地分類仍有待進一步優化;“三生”功能評價指標體系構建中缺乏對政策制定者影響的考慮;同時,由于數據還不夠完善,微觀尺度刻畫不夠精細,內在關聯機制也未能深入探討;后續研究將進一步細化三生用地分類體系,綜合考慮各方面影響,以深化兵地跨界融合發展路徑。