云南省國土空間“三生”功能變化及耦合協調特征

李媛媛，李志英，龍 曄，汪 琳，裴玉力，鄭文皓

（云南大學建筑與規劃學院，昆明 650091）

國土空間是一個功能空間，考慮空間主體功能，從“三生空間”角度可將其劃分為生產功能、生活功能、生態功能，“三生”功能源于“三生空間”。從微觀地理現象認識“三生空間”，每一個空間單元都可能由多種功能混合。在宏觀尺度上，“三生”功能更符合對國土空間的認知［1，2］，隨著工業化和城鎮化加快，出現了“三生”功能互相搶占空間，矛盾沖突不斷的問題［3］。在人多地少，土地資源緊張的現實背景下，提升“三生”功能協同作用并使其發揮乘數效應，成為實現國土空間可持續發展的必然要求。國外對國土空間功能的研究以土地功能展開。農業土地多功能性［4］概念提出后，國外關于土地多功能性的研究日益增多，并多以生態系統服務價值［5］、景觀生態研究［6］、土地利用變化［7］等為關注點。國內關于土地功能的定義并不明晰，對于國土空間功能的研究更多以人對土地的需求出發，側重于土地利用功能分類［8］、評價以及動態變化［9］等。為統籌區域協調發展，《全國主體功能區規劃》對國土空間功能分區做了進一步謀劃，其后，土地利用功能多樣性研究成為熱點［10，11］。“三生空間”目標提出后，國土空間特征及協調研究更多向“三生”視角轉變，且理論成果較為豐富，對“三生”功能進行了識別和分類［12］；基于“三生”功能，對國土空間進行功能評價和分區優化［13-15］；借鑒協同學［16，17］、生態位態勢理論［18］研究功能的時空格局和協調關系。研究方法上，大多通過定量識別［13-19］構建“三生”功能指標體系，采用熵值法［16，17］、熵權TOPSIS 模型［20］等構建評價模型，并采用比較優勢指數［14］、聚類分析［20］、空間相關性分析［21］、耦合協調模型［16，17］等進一步研究。研究區域主要集中于長江流域及經濟發展較好的東部地區［13-21］，對國土開發受限較多的高原山地城市區域研究較少。針對評價指標反映多個功能屬性的情況［15］，對其功能界定還應更加清晰。本研究從“三生”功能視角出發，以州市為評價單元，在指標選取上依托云南省社會經濟發展和生態建設情況，構建評價指標體系。選取2007、2012、2017 年為評價時間節點，采用熵值法、耦合協調度模型和變異系數法對2007—2017 年云南省“三生”功能時空變化和耦合協調特征進行研究，并根據研究結果提出優化建議，以期為生態環境較為脆弱的高原山地區域“三生”功能格局調整提供理論借鑒。

1 研究區與數據來源

云南省地處中國西南邊陲，有8 個自治州8 個地級市，是中國邊界線較長的省份，境內山地眾多，城市開發與生產活動主要依托于國土空間6%的壩區。作為長江上游的生態安全屏障，云南省承擔了重要的生態功能；作為面向南亞、東南亞的門戶，云南省具有重要的戰略地位和廣闊的發展前景。2007—2017 年間，云南省經濟發展較迅速，城鎮化率由31.6%上升至46.7%，人均GDP 由1.05 萬元上升至3.41 萬元，并且隨著與南亞、東南亞對外貿易政策的頒布，進出口貿易也有進一步發展。但由于產業資源依賴度高、附加值低等問題，云南省經濟發展水平不高且各州市發展參差不齊；基礎設施建設薄弱，公共服務設施差距較明顯，尤其體現在邊疆和民族地區；生態環境脆弱，水資源時空分布不均且壩區水污染嚴重，滇東北和滇東南成為土地荒漠化重災區［22］。2014 年，《云南省主體功能區規劃》對國土空間開發做出指導，并對生態保護和經濟發展提出了現實考驗。隨著區域內人口、經濟、社會快速發展，實現生態安全、經濟發展和人居保障三者的平衡成了亟須解決的問題，選取地處高原山地及邊疆區域的云南省作為研究對象也具有一定典型性。因此，研究以云南省16 個州市為評價單元，統計數據資料主要來源于2008、2013、2018 年《云南省統計年鑒》《中國區域經濟統計年鑒》和各州市統計年鑒及各類統計公報等。

2 研究方法

2.1 綜合評價模型

2.1.1 評價指標選取 根據“三生”功能定義［12］，在參考已有“三生”功能研究基礎上［13-21］，兼顧云南省實際發展情況［22，23］，研究選取26 個評價指標。生產功能選取農業生產、非農業生產、經濟發展水平相關指標；生活功能考慮地區生活水平和服務水平，反映生活空間適宜程度和保障程度；生態功能選取生態承載、環境整治、生態維持相關指標，反映生態環境的污染程度、改善水平和維持能力。鑒于云南省水資源時空分布不均且水污染嚴重的情況，選取水耗、廢水排放等相關指標，詳細指標見表1。

表1 “三生”功能評價指標體系

2.1.2 “三生”功能值確定

1）數據標準化處理。為利于評價，進行數據標準化處理。將h年、m個州市、n項指標組成初始數據矩陣X=h×m×n（1≤θ≤h；1≤i≤m；1≤j≤n），為第θ年份第i個城市第j項指標的原始數值。然后，借鑒非零變換的標準化方法［14］對原始矩陣進行標準化處理。

式中，為標準化后數值，max（xj）、min（xj）分別為某州市第j項指標所有年份中的最大值和最小值。

2）指標權重確定。為排除人為主觀判斷的影響，獲得更為客觀的數據，采用客觀賦權法中操作較為簡單和反映更為客觀的熵值法進行權重計算［24］。主要步驟為：

第一，計算第θ年第j項指標所占權重。

第二，計算指標信息熵ej。

第三，計算信息熵冗余度dj。

第四，計算指標權重wj。

3）“三生”功能值計算。將式（6）計算后所得指標權重wj乘以相應標準化數值，得出各州市各年份“三生”功能值。

2.2 耦合協調度模型

耦合度能反映“三生”功能相互作用強度，不能反映協調水平高低［25］。為體現各州市功能協調程度，了解云南省整體發展水平，借鑒姜磊等［26］的耦合協調度模型進行計算。

式中，C、T分別為“三生”功能耦合度和綜合發展水平，Z1、Z2、Z3分別為生產、生活、生態功能綜合評價值，α1、α2、α3分別為生產、生活、生態功能待定系數，D為“三生”功能耦合協調度。考慮到“三生”功能對國土空間起同等重要的作用［16，27］，故取α1=α2=α3=1/3。

為便于比較“三生”功能發展水平和協調度發展情況，參考已有研究［28，29］，構建協調度評價等級標準，如表2。

表2 “三生”功能協調等級標準

2.3 變異系數

由于反映絕對差異的標準差、極差等會受整體樣本數據大小影響，在樣本數據相差較大的情況下，不同時間點具有不可比性。為更直觀反映各州市“三生”功能協調水平差異，借鑒反映相對差異的變異系數CV進行測度［30］。

3 結果與分析

3.1 “三生”功能評價

采用ArcGIS 10.5 對“三生”功能結果進行可視化，并利用自然斷點法將其按高、較高、較低、低4 個等級劃分，見圖1、圖2、圖3。

3.1.1 生產功能 2007、2012、2017 年生產功能均值分別為0.106、0.180、0.256，有明顯提高。2007 年，功能低值區占比最大，為68.75%，較高值區僅有昆明市；2012 年，功能低值區占比顯著下降，為37.5%，較低值和較高值區占比上升，昆明市生產功能轉變為高值；2017 年，功能低值區包含怒江和迪慶兩州，較低值區占比最大，為56.25%，紅河州功能值升至較高，德宏州邁入高值區行列（圖1）。空間分布上，表現出較明顯的“中心—外圍”結構，高值主要以昆明市為中心，集中在滇中地區。

圖1 2007—2017 年間生產功能分布

生產功能主要受政策驅動和地理環境影響。昆明市作為省會城市，受政策驅動和投資傾向等影響，資金和信息聚集程度相對較高。2007—2017 年，農業、非農業生產和經濟發展表現均較突出，且與其余州市有梯度式差距，極化效應十分明顯。滇中玉溪、曲靖等城市主要受自然條件、地理區位和政策驅動影響。首先，滇中壩區面積相對較大，國土開發限制較少，其經濟密度較高；其次，在地理空間上與昆明市存在一定近鄰效應，城市流流動相對通暢；此外，2009 年《滇中城市群規劃》、2014 年《滇中城市經濟圈一體化發展規劃》等戰略規劃給滇中帶來發展機遇，使其在工業產出、國內生產總值及財政收入上較其余州市顯著領先。2007—2017 年，其生產功能僅次于昆明市且較其余市州發展勢頭強勁，但由于楚雄產業單一且產出低效，生產功能表現相對乏力。沿邊城市地處交通末梢位置，交通區位欠佳［31］，滇西德宏州受對外開放政策影響較大，相繼建立了邊境貿易區、經濟合作區，其進出口貿易總額占全省比重較大，發展趨勢明顯加快；滇西北州市由于地處“三江并流”地帶，國土開發建設受限且交通閉塞，其農業及工業產值低；滇西南州市地均工業產出、國內生產總值較低，外貿表現不突出，在2007—2012 年發展較緩慢。總的來看，生產功能出現梯度式上升，主要因為“十一五”及“十二五”期間，各州市GDP 提高明顯，2012 年較2007 年增長50%以上，而2017 年較2012 年增長38%以上。

3.1.2 生活功能 2007、2012、2017 年生活功能均值分別為0.161、0.281、0.471，有明顯提高。2007 年，13 個州市處于低值區，滇中生活功能相對較強，但依然處于中等水平；2012 年，低值區逐步轉化為較低值區，較低值區占比較大，昆明市生活功能向高值邁進；2017 年，全省生活功能表現為較高和高兩個等級，較高值區占比大（圖2）。空間分布上，“中心—外圍”結構突出且分布趨于均衡，空間分異有梯度式縮小，整體表現出昆明市、玉溪市生產功能強，而其余州市較其次之且差距不大。

圖2 2007—2017 年間生活功能分布

各州市生活功能有梯度式提高主要受經濟水平和地理環境影響，表現在2007—2017 年，人均GDP、工資水平、醫療服務設施配置有顯著提高。昆明市和玉溪市城鎮化率較高，在生活水平和人居保障上相對領先，由于玉溪市與昆明市空間聯系強度較強［32］，差距進一步縮小。其余州市功能分布呈現均衡且不突出主要與生活水平低有關，由于云南地形復雜，除滇中地區地勢相對平坦，其余州市均不同程度受地理隔離影響，表現為生活水平上各州市城鎮化率、人均GDP 較昆明市差距明顯且州市間差距不大，人口分散以致設施配置不足等。其中，昭通市生態環境脆弱、貧困人口多且貧困程度深，表現出生活水平極低且人居保障中醫療設施配置不足、失業率偏高等問題，在同梯度中功能較弱。滇西北地區受地理環境限制，人口密度、交通通達度極低，服務設施不完善，雖然其城鎮化率不高、生產功能較弱，但由于高原補助等相關政策扶持，怒江州和迪慶州的職工工資水平卻不低，在生活水平上有較好改善。

3.1.3 生態功能 2007、2012、2017 年生態功能均值分別為0.516、0.610、0.678，有明顯提高，且整體比生產和生活功能強。2007 年，生態功能低值和較低值區占比較大，分別為37.5%、43.75%，高值區僅有1個；2012 年，高值區新增麗江市，較高值區占比增大，為43.75%，滇中和滇東北、滇東南城市提升至較低水平；2017 年，生態功能大多提升至中上及以上水平，高值區占比最大，為43.75%，較低值區主要有昆明市、曲靖市、文山州和玉溪市（圖3）。空間分布上，西部生態水平較高，滇中的昆明市、曲靖市以及滇東北和滇東南生態功能值較低，整體表現出西部生態功能強，東部生態功能弱的特點。

圖3 2007—2017 年間生態功能分布

生態功能空間分異主要受生態環境、生產活動等影響，其功能提高得益于生態維持、環境治理能力不斷加強；哀牢山以西及橫斷山區水資源豐富、森林覆蓋率高，生態功能高及較高值區由西向東逐漸擴大，并呈組團式、連片式增強。此外，這些區域還包含大部分國家級和省級重點生態功能區，國土開發較受限，生態環境相對較好。2007—2012 年間，滇西北的怒江州由于污水及固廢物處理能力較弱，生態功能相對較差。雖然迪慶州、怒江州生態環境良好，但其建成區綠化覆蓋率仍處于極低水平，城市生活環境亟須提升。滇中及東部地區中，滇中壩區國土開發適宜性較好，承擔了更多城市建設和生產活動，生產活動對環境施加壓力較大，表現出與生產功能發展相悖，但在城鎮空間生態維持上，滇中地區表現較好。昭通市、曲靖市、文山州、紅河州受地質環境影響，水土流失嚴重，生態環境較脆弱，森林覆蓋率較低。其中昭通市地質結構復雜且地質災害頻發、人均公園綠地面積低，生態功能提升較慢。紅河州礦產資源豐富，重工業比重相對較大，污染排放較嚴重，2007—2017 年，通過加大環保投入及嚴格監管污染物排放，SO2排放逐漸減少，其生態功能提升較明顯。

3.2 “三生”功能耦合協調分析

1）時序特征。2007—2017 年間，耦合協調度逐步上升（圖4），反映出各州市“三生”功能協調水平進一步提高。由于研究期間各州市“三生”功能有較好改善，因此協調水平處于向好的發展態勢。在2007—2012 年間，麗江市耦合協調度年平均增長率最大，怒江州最小；2012—2017 年間，普洱市耦合協調度年平均增長率最大，曲靖市最小。除怒江州和普洱市外，整體表現出2007—2012 年耦合協調度年平均增長率大于2012—2017 年的態勢（圖5），反映出2007—2012 年，“三生”功能協調水平快速提升。利用變異系數對數據進行描述性統計分析，由表3可知，2007—2017 年各州市變異系數小幅減小，反映出協調度差異有縮小的趨勢。

表3 2007—2017 年耦合協調度時序差異

圖4 2007—2017 年各州市“三生”功能耦合協調度

圖5 “三生”功能耦合協調度年平均增長率

2）空間分異。協調度高值主要集中在滇中昆明市及玉溪市，低值主要集中于沿邊的迪慶、怒江、普洱等州市，整體表現出較明顯的“中心—外圍”結構（圖6）。除滇中和沿邊部分區域外，其余州市協調水平相差不大，空間布局呈“總體失衡，局部均衡”的特點。2007 年，全省以輕度失調和中度失調為主，昆明市和玉溪市處于協調和失調之間的過渡階段，無處于協調階段的州市；2012 年，以輕度失調和基本協調為主，處于協調階段的州市較少，昆明市轉變為中度協調，滇中地區曲靖市和玉溪市提升至初級協調水平；2017 年，以初級協調和基本協調為主，昆明市提升至高度協調水平，無處于失調階段的州市。從2007—2017 年協調度演變可得，大部分州市處于輕度失調到初級協調（基本協調及其左右）的水平，空間分布較均衡且整體協調水平不高，與各州市自身生產功能較弱，生活功能表現不夠突出有關。昆明市和玉溪市生產和生活功能較強，處于較高協調水平。沿邊城市中，德宏州由于外貿發展勢頭較好，且生態功能較強，“三生”功能協調水平也較高。迪慶州、怒江州、普洱市由于生產和生活功能均較弱，表現出與較強的生態功能相對抗，總體處于失調和過渡階段。昭通市“三生”功能不突出，2007—2017年協調水平不高。

圖6 2007—2017 年耦合協調度等級分布

4 結論與建議

4.1 結論

結合評價指標體系、耦合協調度模型和變異系數研究后，發現2007-2017 年云南省“三生”功能變化如下。

1）“三生”功能逐漸加強，且空間分布特點較明顯。生產功能和生活功能表現為較明顯的“中心—外圍”結構，生產功能受政策驅動和地理環境影響，高值區集中于昆明及鄰近州市，其中，昆明市極化效應明顯，與各州市有梯度式的差距。沿邊城市中的德宏州受對外貿易政策扶持，生產功能發展也處于較高水平；生活功能受經濟水平和地理環境影響，除滇中生活功能較強外，其余州市功能分布均衡且功能值相差不大；生態功能受生態環境和生產活動影響，整體表現強于生產功能和生活功能，空間分布呈現西部較強，東部較弱的特點，并且功能高、較高值區由西向東形成組團式、連片式擴張及增強的趨勢。

2）耦合協調度時序特征上，由于研究期間“三生”功能有較好改善，各州市協調度逐漸提高且州市間差異小幅減小。其中，2007—2012 年間耦合協調度年平均增長率高于2012—2017 年。

3）“三生”功能耦合協調度經歷了輕度失調和中度失調占主導到輕度失調和基本協調占主導，再到初級協調和基本協調占主導的演變，反映出云南省“三生”功能協調度總體還處于輕度失調到初級協調的階段，“三生”功能協調度還存在較大提升空間。空間分布上呈現出較明顯的“中心—外圍”結構特點，高值區主要集中在昆明和玉溪兩市，低值區主要集中在迪慶州、怒江州、普洱市、昭通市。由于除滇中和部分沿邊區域外，其余州市協調度差距不大，空間布局表現出“總體失衡，局部均衡”的特點。

4.2 建議

通過對“三生”功能時空變化及耦合協調特征的反映來看，云南省還應繼續加強“三生”功能，進一步提升功能協調度。針對云南省國土空間建設，提出建議如下。

1）生產功能上，各州市要打破行政壁壘，加快基礎設施建設，促進資金、信息和技術的流動，并依托自身資源稟賦發展差異化、高附加值特色產業，相互聯動構成網絡化產業集群。要加大對各區域的政策扶持，厘清發展重點，合理進行產業分工。滇中重點開發地區中，昆明市要發展高新技術產業；曲靖、玉溪等市要依托地域資源發展采礦、煙草、冶金、制造等產業，并在發展同時增加其產業附加值，如煙草配套、新能源及旅游體驗產業等。對于沿邊城市，要發揮其地緣優勢，加快與南亞和東南亞的商貿互通，通過對瑞麗和勐臘（磨憨）等重點開發開放試驗區的建設，使其成為能輻射帶動沿邊州市發展的區域增長極。從長遠看，未來各州市要走可持續發展道路則必須擺脫對不可再生資源的過度依賴，盡快實現產業結構轉型升級。此外，處于重點生態功能區的州市（如怒江州、迪慶州）開發建設困難，且承擔著維護生態安全的作用，因此在限制其開發的前提下，建立生態補償制度，落實生產和生活保障。

2）生活功能上，要加快實現城鎮化。全省僅昆明市人口城鎮化率相對較高，要通過產業提升實現居民的非農化轉變并加強人居環境建設。首先，克服山地城市地形復雜的自然環境劣勢，保障基礎設施互聯互通，提高城鄉區域交通通達度。其次，從區域角度入手，分等級合理配置醫療、教育、文化等設施，確保城鄉都能享受到較高質量的公共服務設施。最后，加大各州市社會保障力度，繼續加強滇西北等地區職工的工資保障，滿足并提升其消費能力。

3）生態功能上，要堅守生態保護紅線，城市建設采用“先生態保護后發展”的“反規劃”理念，避免侵占生態用地。應構建生態廊道，維持生態安全格局，保障生態系統多樣性。滇中地區為云南缺水最嚴重地區，生產致使水資源消耗較高，因此要加快高能耗產業的節能改革和水資源的循環再利用。滇東北和滇東南區域要著力治理陡坡荒地及水土流失，通過造林種草等手段最大程度提升生態服務價值。迪慶、怒江兩州要著力改善建成區人居環境，可結合高原山地城市用地特點，打造特色景觀（如構建口袋公園、街旁綠地等），提高建成區綠地率以增加城市生態空間和市民休憩空間。