南昌市“三線沖突”空間特征和影響因素

許 巾, 羅志軍, 馮曉菁, 劉洋洋

(1.江西農業大學 國土資源與環境學院, 南昌330045; 2.江西省鄱陽湖流域農業資源與生態重點實驗室, 南昌330045; 3.贛州市自然資源局, 江西 贛州341000)

隨著我國城鎮化和工業化的迅速推進，城市不斷擴張，占用了大量的耕地資源，壓縮了農業空間，同時對生態環境也造成了不可逆轉的破壞，導致城鎮發展、農業生產和生態保護之間存在不協調，不利于區域可持續發展[1-2]。同時，由于我國人多地少、耕地資源分布不均勻，質量不一的國情，導致資源配置不合理，人地矛盾日益尖銳。由相關規劃部門主導劃定的城鎮開發邊界、生態保護紅線和永久基本農田保護紅線(“三線”)是生態文明建設背景下，健全國土空間用途管制制度，促進可持續發展的重要舉措[3]。然而在實際工作中，由于“三線”分頭劃定，在劃定標準、技術要求和管理規定上的統籌協調不足[4]，出現了空間交叉、難落地的情況，導致難以避免的“三線沖突”，不利于后續的管理和監控。

目前，學術界對于“三線沖突”的研究主要集中于兩線沖突的識別及布局優化，如葉英聰等[5]對江西省鷹潭市的城鎮空間和農業生產布局進行協調優化，為保護耕地資源和優先保障城市發展提供借鑒；趙燕如等[6]通過研究南昌市城鎮擴張類型及生態景觀變化類型的聯系，為城市的有序發展及生態環境的保護提供參考；侯現慧等[7]分析了福建省永安市耕地和生態空間的相互關系，提出了兼顧生態環境保護和耕地資源保護的基本農田布局方法；謝文軒等[8]研究了北京市城市擴張對生態系統服務的影響；林國強等[9]為了分析城市化對生態環境的影響，預測了流域尺度上的土地利用變化。這些研究為區域資源的統籌協調與配置提供了理論和方法基礎，但涉及“三線沖突”空間分布、影響因素、發生機制等方面的綜合研究較少，給新一輪的國土空間規劃帶來了巨大的挑戰。因此，深入開展“三線沖突”的空間分布特征及影響因素研究，將有利于自然資源的合理開發與保護，促進生態文明建設及可持續發展[10-11]。

“三線沖突”是多因素作用的結果，雙變量相關分析可以揭示兩個變量之間的線性相關關系。為此，本文以南昌市為例，首先通過“三線沖突”強度指數分析“三線沖突”的強度，并利用空間自相關分析法來研究“三線沖突”的空間分布特征及熱點區域；然后利用雙變量相關分析和多元線性回歸分析建立回歸模型，探討“三線沖突”強度的影響因素，以期為自然資源合理利用、生態文明建設和區域可持續發展提供借鑒。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

南昌市是江西省的省會、鄱陽湖生態經濟區的核心城市，曾被國務院命名為全國歷史文化名城之一，地處江西省中北部，位于115°27′—116°35′E，28°10′—29°11′N。境內山脈、丘陵、平原相間分布，西北部丘陵起伏，東南則相對平坦，水網密布，湖泊數量多，水系發達。氣候為亞熱帶濕潤季風性氣候，濕潤溫和，日照充足，熱量豐富、雨量充沛的氣候特點使得農作物的生長期內水熱狀況良好，有利于農業生產，因此被譽為“魚米之鄉”。全市下轄6個區(東湖區、西湖區、青云譜區、灣里區、青山湖區、新建區)，3個縣(南昌縣、進賢縣、安義縣)，3個國家級開發區(南昌高新技術產業開發區、南昌經濟技術開發區和南昌小藍經濟技術開發區)和紅谷灘新區、臨空經濟區、綜合保稅區。截至2019年末，南昌市總人口約555萬，土地面積約7 402.36 km2，占全省總面積的4.4%。

近年來，南昌市的經濟貫徹穩中求進的發展理念，經濟結構在不斷優化，三大產業協調發展，質量也得到了很大的提升。然而，經濟發展和產業結構調整的同時，也涌現出了一系列用地問題，如快速城鎮化致使城鎮無序擴張、耕地資源被占用、后備耕地資源不足、生態環境破壞嚴重等，導致生態、生活、生產空間的資源配置不協調和不合理。因此，在國土空間規劃的背景下，有效識別“三線沖突”，緩解“三生”空間之間的矛盾，科學劃定“三線”，強化底線約束，就顯得至關重要[12-13]。

1.2 數據來源

本研究采用的數據主要包括南昌市的基礎地理數據、“三線”數據、人口與城鎮化率等社會經濟數據。其中，基礎地理數據來自南昌市2018年土地利用變更調查數據和地理空間數據云平臺(http:∥www.gscloud.cn)；永久基本農田保護紅線、生態保護紅線、城鎮開發邊界的“三線”數據分別來自《土地利用總體規劃(2006—2020年)》和《生態保護紅線區劃》中劃定的永久基本農田區、城鎮允許建設區和生態保護紅線；人口、城鎮化率等數據來自《南昌市統計年鑒(2018—2019年)》和《國民經濟和社會發展公報(2018—2019年)》。將所有數據轉換到統一坐標系下，并劃分為30 m×30 m的格網，通過ArcGIS 10.2軟件，對“三線”數據進行空間疊加分析，提取“三線”重疊圖斑。

2 研究方法

2.1 “三線沖突”強度分析

為了表達“三線沖突”的劇烈程度，本文引用“三線沖突”強度指數[4](Three Line Conflict Index, TLCI)，即用“三線沖突”的面積除以區域總面積，具體公式如下：

TLCL=S/S總

(1)

其中：S為“三線沖突”的面積；S總為區域總面積。

本文將對“三線”沖突的4種類型進行分析：城鎮開發邊界—永久基本農田保護紅線沖突(以下簡稱“城鎮—基本農田”沖突)、城鎮開發邊界—生態保護紅線沖突(以下簡稱為“城鎮—生態”沖突)、生態保護紅線—永久基本農田保護紅線沖突(以下簡稱為“生態—基本農田”沖突)、城鎮開發邊界—生態保護紅線—永久基本農田保護紅線沖突(以下簡稱“城鎮—生態—基本農田”沖突)。

2.2 “三線沖突”空間自相關分析

為了分析“三線沖突”的集聚程度，本文選擇空間自相關分析法[14]。采用Moran′sI指數描述“三線沖突”的強度指數在區域內的整體分布狀況，并判斷“三線沖突”是否存在集聚特性，反映相鄰區域的“三線沖突”強度指數之間的相互關系程度，Moran′sI指數的計算公式如下：

(2)

對Moran′sI進行顯著性檢驗：

(3)

式中:E(I)表示樣本間自相關性的期望值;var(I)代表方差。

I的值介于-1～1，當I=1的時候表示空間自相關性為正且極強，I=-1的時候空間自相關性為負且極強；當I>0的時候表示要素在區域內集聚，I<0的時候表示要素在區域內分散；當I無限接近于0的時候表示不存在空間自相關性，且要素在區域內呈零散隨機分布。

(4)

(5)

2.3 “三線沖突”強度影響因素分析

“三線沖突”是一個復雜的綜合過程，受到自然環境、地理區位、社會經濟等眾多因素的影響。基于全面性、代表性和數據可獲取性的考慮，根據南昌市的實際情況，并參考相關研究的基礎上[15]，從自然環境、地理區位、社會經濟3個方面，選取高程、坡度、居民點密度、距離市中心距離、距離主要公路距離、人口、城鎮化率等7項指標，探討“三線沖突”強度的影響因素。自然環境方面選取高程(X1)、坡度(X2)、居民點密度(X3)作為二級指標，因為高程高、坡度陡的地區，城鎮發展緩慢甚至發展受限，進行農業生產的成本較高，生態環境的穩定性也較差，而居民點密度高的地區農業生產和城鎮建設需求較大，人們生產生活對生態環境的影響也較大；地理區位方面選取距離市中心的距離(X4)、距離主要公路的距離(X5)作為二級指標，因為這兩項指標會直接影響土地利用布局；社會經濟方面選取人口數量(X6)、城鎮化率(X7)作為二級指標，因為人口聚集、城鎮化率高的地區，經濟發展水平高，城鎮擴張對土地的需求較大。通過對3個方面的7項指標進行雙變量相關分析，研究各指標與3類沖突強度指數是否存在線性相關，在此基礎上建立多元線性回歸模型，探討“三線沖突”強度的影響因素和作用機制。

雙變量相關分析中，本文選取Pearson相關系數主要用于研究兩個正態連續變量之間的線性關系。相關系數r的計算公式如下：

(6)

相關系數r的值介于-1～1，r越接近于-1或1，相關性越強；r越接近于0，相關性越弱；r的絕對值越大，相關性也越強。

多元線性回歸模型建立：

Y=β0+β1x1+β2x2+β3x3+β4x4+β5x5+β6x6+β7x7+μ

(7)

式中:xi(i=1,2,…,7)表示選取的影響因素變量;βi(i=1,2,…,7)為相應的系數;μ表示隨機誤差項。

3 結果與分析

3.1 “三線沖突”空間分布特征

首先利用ArcGIS 10.2軟件，分別提取城鎮開發邊界[16]、生態保護紅線和永久基本農田保護紅線分布范圍；然后對南昌市的“三線”進行疊加分析，獲取了“城鎮—基本農田”、“城鎮—生態”、“生態—基本農田”、“城鎮—生態—基本農田”沖突的圖斑。通過對“三線沖突”的面積進行統計(表1)，南昌市的“三線沖突”以“生態—基本農田”沖突為主，共4 243個圖斑，面積為149.939 km2，占全市總面積的2.08%，“生態—基本農田”沖突的強度指數(TLCL)為0.021；“城鎮—基本農田”沖突共150個圖斑，面積為7.391 km2，占全市總面積的0.1%，“城鎮—基本農田”沖突的強度指數為0.001；“城鎮—生態”沖突共47個圖斑，面積為5.842 km2，占全市總面積的0.08%，“城鎮—生態”沖突的強度指數為0.001。“城鎮—生態—基本農田”沖突最小，共12個圖斑，面積為0.111 km2，占全市總面積的0.002%。

為了更具體的了解南昌市 “三線沖突”的強度指數在空間上的分布情況，本文分別對南昌市6區3縣的“三線沖突”強度指數(TLCI)進行了計算，結果見表1。由表1可知，灣里區的TLCL值最高，為0.012，灣里區以“生態—基本農田”沖突為主，達到了0.045，“城鎮—基本農田”和“城鎮—生態—基本農田”沖突指數為零；除此之外，新建區、安義縣、進賢縣、南昌縣的TLCL值超過了0.005，東湖區、西湖區、青山湖區則不足0.005；青云譜區“三線沖突”最小。安義縣的“城鎮—基本農田”沖突最為明顯，TLCL值為0.005；西湖區的“城鎮—生態”沖突的TLCL值最大為0.011；新建區的“城鎮—生態—基本農田”沖突面積最大，為0.058 km2。

表1 南昌市各縣區“三線沖突”面積及“三線沖突”強度指數統計

3.2 “三線沖突”空間集聚特征

為了揭示南昌市“三線沖突”的空間集聚特征，本文利用GeoDa軟件和ArcGIS 10.2軟件，對“三線沖突”的強度指數與其鄰域之間進行空間關聯特征分析[17-19]。接下來在工具欄space中進行全局空間自相關分析和局部空間自相關分析，由于“城鎮—生態—基本農田”沖突圖斑面積太小，將不對其進行分析。“三線沖突”強度指數全局空間自相關分析的結果，見表2。由表2可知，“城鎮—基本農田”、“城鎮—生態”、“生態—基本農田”3類沖突的強度指數的Moran′sI指數分別為0.242，0.574，0.322，且均通過了p<0.01的顯著性檢驗，說明3類沖突在空間上存在正相關性，有空間集聚的特征。

表2 “三線沖突”強度指數全局空間自相關分析結果統計

3.3 “三線沖突”強度影響因素分析

3.3.1 “三線沖突”強度指數雙變量相關分析 利用SPSS 22.0軟件對3個方面的7個指標與3類沖突強度指數進行雙變量相關分析，以p<0.05為標準進行顯著性檢驗，分析結果見表3 。

表3 “三線沖突”強度指數雙變量相關分析結果統計

由表3可知，“城鎮—基本農田”沖突強度指數主要受距離市中心距離和距離主要公路距離等區位因素影響，與距離市中心的距離和距離主要公路的距離呈正相關，即距離市中心和距離主要公路的距離越小，“城鎮—基本農田”沖突強度指數越小，反之。因為在距離市中心近且交通通達度好的地區，經濟發達，城鎮化進程快，用地需求也很大，所以在劃定城鎮開發邊界時，會充分考慮未來人口增長和經濟發展對用地的需求，與此同時，城鎮周邊從事農業生產的人較少，且永久基本農田一般分布在遠離城鎮的地區，所以城鎮開發邊界和永久基本農田保護紅線不易發生沖突。

“城鎮—生態”沖突強度指數主要受居民點密度和人口數量的影響，與居民點密度和人口數量呈正相關，即居民點密度和人口數量越大，“城鎮—生態”沖突強度指數越大。因為人口密集的區域一般分布在城鎮開發邊界內及邊緣，而隨著城鎮化的發展，城鎮開發邊界的劃定需要考慮未來經濟發展和人口增長對用地的需求，需要外擴，外擴的同時極易忽略對生態的保護而占用生態用地，導致“城鎮—生態”沖突強度指數大。

“生態—基本農田”沖突強度指數與高程、坡度和人口呈正相關，即高程越高，坡度越大，人口越多，“生態—基本農田”沖突強度指數越大；與居民點密度和城鎮化率呈負相關，即居民點密度和城鎮化率越高，“生態—基本農田”沖突強度指數越低。因為高程高的地區，進行農業生產的成本較高，基本農田拋荒嚴重，被用作生態用地，而基本農田更適宜布局在水熱條件較優的低高程地區，因此高程越高的地區，“生態—基本農田”沖突強度指數越大。基本農田一般分布在地形比較平緩的地區，那里進行農業生產的水源、交通、機械化生產的條件都很優異，而生態用地一般劃定在山區，因此，坡度越小“生態—基本農田”沖突強度指數就越小，而在坡度大的地區，因不適合進行農業生產，所以會被逐漸退耕還林，占用基本農田，所以坡度越大“生態—基本農田”沖突強度指數就越大。人口越多，從事農業生產的勞動力就相對多，對糧食的需求就較大，同時人口越多，對于生態用地的保護就越弱，生態用地被農業生產用地占用，所以“生態—基本農田”沖突強度指數越大。居民點密度大的地區多分布于城鎮，城鎮近年來對于生態環境的保護越來越重視，因此劃定的生態空間相對較大，而城鎮居民大多從事商業、服務業和工業，從事農業生產的人較少，永久基本農田劃定就較少，因此生態保護紅線和永久基本農田保護紅線不易發生沖突。城鎮化率高的地區也是如此，城鎮化率是指城鎮人口占總人口的比重，城鎮化率高則證明區域城鎮化水平更高，則更不易發生沖突，因此“生態—基本農田”沖突強度指數小。

3.3.2 “三線沖突”強度指數多元線性回歸分析

(1) 多元線性回歸分析初步結果。本文利用SPSS 22.0軟件對原始數據進行多元線性回歸分析[20-21]，采用向后法逐步回歸構建模型，即：依次剔除解釋變量，從包含所有解釋變量的全模型出發，選擇當前模型中對應的p值最小的變量，剔除此變量，以保證最終得到的解釋變量集是最優的。

在雙變量相關分析的基礎上，通過多元線性回歸分析，得到初步的結果分別見表4—6所示。然后，再通過向后法依次剔除解釋變量，得到最終回歸計算結果見表7。其中：Y1，Y2，Y3分別表示“城鎮—基本農田”沖突、“城鎮—生態”沖突、“生態—基本農田”沖突的多元線性回歸模型。

表4 “城鎮-基本農田”沖突線性回歸分析初步結果

表5 “城鎮-生態”沖突線性回歸分析初步結果

表6 “生態-基本農田”沖突線性回歸分析初步結果

表7 “三線沖突”多元線性回歸分析最終結果

(2) 多元線性回歸方程檢驗。為了保證方程的有效性，需要分別進行F及擬合優度檢驗，以及回歸方程系數的確定和t檢驗。由表7可知，模型Y1，Y2，Y3的R2分別為0.898，0.933，0.854，分別能解釋南昌市“城鎮—基本農田”沖突、“城鎮—生態”沖突和“生態—基本農田”沖突強度指數的89.8%，93.3%，85.4%，說明模型Y1，Y2，Y3擬合優度較好；同時模型Y1，Y2，Y3的F檢驗統計量分別為61.653，97.418，17.53，對應的p均小于0.05，通過了顯著性檢驗，說明被解釋變量和解釋變量存在較好的線性相關關系。

進行回歸方程系數的確定和t檢驗，由表7可知模型Y1，Y2，Y3的回歸方程的常數項及自變量的系數、t統計量和p值。在模型Y1和Y3中，常量及自變量對應的p值均小于0.05，通過了顯著性檢驗，回歸系數有效；模型Y2中，常量對應的p值大于0.05，無意義；自變量x3對應的p值為小于0.05，回歸系數有效。

(3) 多元線性回歸方程建立。由表7可知，“城鎮—基本農田”沖突的線性回歸方程為：Y1=0.948x4-0.002；“城鎮—生態”沖突的線性回歸方程為：Y2=0.966x3；“生態—基本農田”沖突的線性回歸方程為：Y3=1.246x2+0.889x6-0.066。

通過多元線性回歸分析建立的3個方程，可以從數理統計的角度研究各因素對南昌市“三線沖突”強度指數作用的大小，通過已知的變量來預測強度指數的變化，并與實際的沖突強度指數進行對比，由此揭示南昌市“三線沖突”的自然和人文驅動機制。

4 結 論

(1) “城鎮—基本農田”、“城鎮—生態”、“生態—基本農田”、“城鎮—生態—基本農田”沖突的面積分別為7.391 km2，5.842 km2，149.939 km2，0.111 km2，除“城鎮—生態—基本農田”沖突之外，其他3類沖突的強度指數均較大，說明在實際操工作中，由不同部門按照不同的劃定標準、技術要求和管理規定分頭劃定的“三線”確實存在一定程度上的沖突，不利于后續的監督、規范與管理。

(2) 在p<0.01的顯著性檢驗之下，“城鎮—基本農田”、“城鎮—生態”、“生態—基本農田”沖突強度指數的Moran′s I指數分別為0.242，0.574，0.322，說明3類沖突均存在正相關性，在空間上有明顯的集聚性特征，集聚的熱點區域大多分布在安義縣中北部、進賢縣中部、南昌縣北部及新建區中北部，冷點區域大多分布在灣里區及進賢縣東部。

(3) 由于“三線”的劃定標準各異，因此各類沖突的影響因素各不相同，高程、坡度、居民點密度、距離市中心距離、距離主要公路的距離、人口、城鎮化率等因素對各類沖突的影響強度也不同。