長江三角洲城市群“三生”功能耦合協調時空分異及其影響因素

陜永杰,魏紹康,原衛利,苗 圓

山西師范大學 地理科學學院,太原 030031

國土空間是國民生存發展的載體[1],根據用途劃分為生產、生活、生態三種空間,分別承擔生產功能、生活功能和生態功能(簡稱“三生”功能),準確把握“三生”功能變化及相互關系是開展國土空間規劃工作的基礎。近年來隨著社會經濟的不斷發展和城市化水平的不斷提高,“三生”空間相互爭奪與沖突日趨激烈,“三生”功能問題和矛盾日益凸顯[2—4]。為此,十九屆五中全會明確提出推進“三生”功能協調可持續發展、全面優化國土空間格局的要求[5]。

“三生”功能研究成為當前國內外研究的熱點,其研究可以分為兩個階段,第一階段主要研究“三生”空間及功能概念界定和特征識別等理論框架[6—9]。張景鑫指出國土空間利用是人們為了特定的目的,對國土空間具有的生產、生活、生態的屬性與功能的使用、改造和保護等[10]。生產空間是以提供農產品為主要功能的國土空間類型；生活空間是以提供工業品、居住和社會公共服務為主要功能的國土空間類型,側重于第二和第三產業；生態空間指自然生態空間,以提供生態產品、生態服務和生態涵養為主要功能的國土空間類型。黃金川等認為生產空間是以主要提供工業品、農產品和服務產品為主導功能的區域；生活空間是以提供人類居住、消費、休閑、娛樂等功能的區域；生態空間是以提供生態產品或服務為主導功能的區域[11]。李廣東等也提出了一套三生功能界定,與前面研究者的主要區別在于生產功能和生活功能的內涵上。中共十八大報告指出三生空間的發展目標,生產空間集約高效、生活空間宜居適度、生態空間山清水秀[12]。本研究認為第一產業和第二產業均提供產品,第三產業為商業服務業。因此將前述生產空間擴展為包含第一和第二產業為主占用的土地空間,生活空間是以居住和社會公共服務等第三產業為主要功能的國土空間類型。各類空間存在多種功能,形成一主多輔的功能集成,“空間”與“功能”之間是多對多的關系[13]。

“三生”功能區域特征研究主要體現在兩方面：一方面是對研究區域單元內部“三生”功能沖突和協調問題研究。金星星等研究指出閩三角城市群三生空間時空分異格局：生產、生活空間分布于東部沿海地區,生態空間分布于西部山地,內部三生空間協調性較差。另一方面是區域單元之間“三生”功能差異研究[5]。李慧燕研究了京津冀城市群三生空間協調發展水平,指出部分城市“三生”功能兩極分化嚴重,并且空間協調發展度偏低,優勢城市空間帶動作用不足。“三生”功能存在著時空異質性,同時也存在“三生”功能之間相互促進、脅迫和消長關系,這兩方面研究都對區域國土空間規劃與區域可持續發展具有重要的指導意義[14]。

第二階段主要表現為“三生”功能相互關系和區域協調為主。多聚集在“三生”功能劃分、功能評價和分布特征及模型方法等方面。劉沛等以土地利用空間劃分為基礎,建立了土地利用功能評價指標體系,包括了生產功能、社會功能和生態功能三個功能類型[15]。牛雅萱等對新疆縣市“三生”功能時空變化及耦合協調性進行探究[16]；趙宏波等對鄭州市“三生”功能分布特征進行探究[17]；康慶等對山西省“三生”功能時空特征和影響因素進行探究[18]；龐麗等對廣西省“三生”功能變化特征及耦合程度進行探究[19]；竇睿音等利用耦合協調度對中國資源型城市三生系統的演化特征和影響因素進行分析[20]；關婧文等利用耦合協調度對典型旅游型城鎮三生空間進行探究[21]；李欣等對江蘇省縣域“三生”功能時空變化及協同關系進行了分析[22]。上述研究者構建的“三生”功能評價指標體系并不統一,主要受區域差異、評價單元差異和對“三生”功能的界定差異的影響,學者們在“三生”功能間耦合協調研究方面也進行了積極的探索。

長江三角洲城市群(即長三角城市群)是亞太地區重要的國際門戶,定位為全球重要的現代服務業和先進制造業中心的世界級城市群。其國土空間“三生”功能時空變化劇烈,導致該地區的自然、經濟、社會等因素的區域變化明顯增強,對國土空間規劃編制和實施提出了更高的要求[23]。綜上所述,本文基于耦合協調度模型構建長三角城市群“生產-生活-生態”功能指標體系,探討研究區2000—2019年“三生”功能及其耦合協調度的時空分異特征,并基于耦合協調發展指標應用面板數據回歸模型[24](OLS模型[25]、FE模型[26]、RE模型[27])和Robust回歸[28]對“三生”功能的耦合協調發展的影響因素進行分析,為區域經濟社會可持續發展和國土空間資源合理利用提供理論依據。

圖1 長三角城市群行政區劃圖Fig.1 Administrative division map of the Yangtze River Delta City Group

1 研究區概況

長三角城市群地處長江下游入海口,屬中國華東地區,由上海、蘇南(南京、蘇州、無錫等9個市)、浙北(杭州、嘉興、湖州等8個市)、皖南(合肥、宣城、池州等8個市)共26個城市組成(圖1)。經緯度大致位于東經115°46′—123°25′,北緯32°34′—29°20′,屬亞熱帶季風氣候。長三角城市群作為長江經濟帶科技創新、經濟、金融、貿易、交通等的優勢區域,近年來研究區國民生產總值GDP、全國“雙一流”高校數量約占全國25%左右；在發明專利有效數、科研技術等經費支出比例方面居中國城市群之首,約占33%左右。研究區是中國長江經濟帶和21世紀海上絲綢之路的重要交匯區,是中國城市化程度最高、城鎮分布最密集、經濟發展水平最高的城市群。

截止2019年底,長三角城市群國土面積約21.17萬km2,占全國面積2.3%,年末常住人口約2.25億,2019年研究區GDP約19.72萬億元。近年來隨著社會經濟的迅猛發展和建設用地面積的不斷擴張,土地供需矛盾日趨緊張、生態環境惡化趨勢未得到有效遏制[29],土地供需矛盾和用地結構優化面臨的“三生”空間功能的有序協調發展問題,成為新一輪國土空間規劃亟需解決的問題。

2 數據來源和研究方法

2.1 數據來源

本文以長江三角洲城市群26個地級市為研究對象,數據來源如表1所示。部分經濟、社會、生態環境數據借鑒了理想值、經驗值以及通過查閱相關文獻資料進行了補充。

表1 數據來源和說明

2.2 研究方法

2.2.1評價指標體系構建

“三生”功能是由社會經濟系統和自然系統協同耦合所產生的,包含直接間接生產、文化美學精神和生物物理過程的滿足程度等因素[31]。基于對“三生”功能耦合協調相關內涵和影響因素的深入探究,借鑒前人已有的研究成果[32—35],遵循科學性、實用性、可操作性、區域性原則,構建了包含生產功能、生活功能和生態功能31項指標的“三生”功能評價指標體系(表2)。

生產功能指提供農業品和工業產品的能力。農產品生產受到科技水平、投入水平和土地資源稟賦的影響。針對研究區發展現狀,選擇人均耕地面積、農林牧漁業單產、地均農業機械總動力3項指標反映農業生產功能,非農業生產功能涉及面廣且種類較多,主要特點是運用資本和資源投入完成非農生產,以及非農業生產效率指標來反映,為此選擇財政收入增長率、地均固定資產投資、建成區面積、單位GDP能耗、產業貢獻率和經濟密度等指標反映非農業生產功能。

生活功能指土地在人類生存發展中為人類提供生活水平和基本保障的能力,包括人口承載狀況、居民收入、消費水平、就業水平、能源供應水平等等。結合相關文獻,選擇人均GDP、人口自然增長率、城鎮失業率、恩格爾系數、人口密度、人口結構、人均生活用電量和人均可支配收入等指標反映生活功能。

生態功能特指為居民提供生態產品、服務以及避免外部影響,維持生態健康發展的能力[36]。包括生態壓力功能和生態保障功能兩方面,為此選擇農用化肥施用量反映農業生產環境壓力,工業三廢排放量反映工業生產環境壓力,道路交通噪聲均值和區域環境噪聲等級反映區域生產生活環境壓力。通過森林覆蓋率、草地面積反映區域郊區生態保障功能,建成區綠化率、人均公園綠地面積指標反映城區生態保障功能；通過工業廢水排放達標率和廢棄物利用水平指標反映工業排放生態保障功能。

2.2.2確定權重

為了有效避免主觀賦權法的主觀隨意性[37]和客觀賦權法忽視決策者主觀信息[38]的缺點,本研究采用客觀賦權法的熵權法和主觀賦權法的層次分析法結合而成的組合賦權法確定指標權重。

表2 “三生”功能評價指標與權重

2.2.3“三生”功能耦合協調度模型

(1)“三生”功能耦合度和耦合協調度

本文在結合長三角城市群實際情況和前人研究成果基礎上[39],構建研究區“三生”功能耦合協調度測度模型,具體函數公式為：

(1)

(2)

(3)

Z1=δ1Q+α1F,Z2=δ2Q+β2L,Z3=α3F+β3L

(4)

式中,Y為“三生”功能三者的耦合度,Y∈[0,1],Y值越小,“三生”功能間相互作用越小,反之越大,數值大小并不能代表利弊。

Qi、Fi、Li代表“三生”功能的生產功能、生活功能、生態功能的綜合評價值。

T為耦合協調度,Z為“三生”功能三者的耦合協調度；δ、α、β為待定系數。本文在參照相關“三生”功能文獻中各具體指標的權重測算[40—42]和專家意見基礎上,將待定系數劃定為：δ=0.4、α=0.3、β=0.3；δ1=0.55、α1=0.45；δ2=0.55、β2=0.45；α3=0.5、β3=0.5。

依據研究區存在的實際情況,參考已有研究結果[43—46],利用非等間距方法根據耦合協調度T值分為5個協調等級(表3)：

表3 “三生”功能評價標準與安全等級

(2)面板數據回歸模型。

為提高截面數據的樣本容量值和模型的精確度,引入面板數據的二維數據來得到回歸模型的統一數據[47]。為了有效規避回歸模型存在的“偽回歸”弊端,對面板數據進行檢驗分析。本研究采用面板模型的OLS模型(POOL面板數據模型)、FE模型(面板固定效應模型)、RE模型(面板隨機效應模型)進行檢驗分析。模型公式如下：

yit=δi+αxit+uit

(5)

式中,i代表界面量,i∈[1,2…,n]；t代表時間符號,t∈[1,2…,T],xit為K×1的解釋變量；α是K×1的數量向量；δi為個體i不根據時間變化而改變的影響因素；uit是隨著時間更迭和截面變更所不可預測出現的影響因子[48]。

根據檢驗結果：F檢驗呈現出5%水平的顯著性F(25,47)=1.748,P=0.049,意味著相對OLS模型而言,FE模型更優。BP檢驗并未呈現出顯著性chi(1)= 0.445,P=0.505,意味著相對RE模型而言,OLS模型更優。Hausman檢驗并未呈現出顯著性chi(31)=4.548,P=1.000,意味著相對FE模型而言,RE模型更優。綜合上述分析,最終以FE模型作為最終結果。根據FE模型結果,除了C27、C32、C34、C42、C43、C51、C52、C53、C54、C66不平穩外,其余21個變量所對應的水平方程均為零階單整序列I(O)。

(3)Robust回歸分析。

對自變量C11、C12、C13、C21、C22、C23、C24、C25、C26、C31、C33、C41、C44、C45、C55、C56、C61、C62、C63、C64、C65和耦合協調度T值進行Robust回歸分析(表4),由此得出Robust回歸分析中擬合優度R2為0.96,表明該模型效果較好。

表4 面板數據檢驗及回歸分析

3 結果與分析

3.1 長三角城市群“三生”功能時空特征分析

根據ArcGIS 10.6平臺自然斷點法將評價結果分為4大類,即低值、中低值、中高值、高值。長三角城市群“三生”功能綜合評價時空分布如圖2所示。

生產功能：2000—2019年間研究區生產功能整體上呈現逐步上升態勢,東部、西部發展態勢優于中部。生產功能低值區穩步下降,中低值區呈現逐步擴大態勢；研究期末安慶市、臺州市、舟山市提升為生產功能中高值區,上海市發展成為生產功能高值區。

生活功能：2000—2019年間研究區生活功能呈現逐步上升的態勢。其中東部最發達、東部優于西部、南部優于北部。研究期末僅滁州市處于低值區,西部的安慶市、合肥市等城市位于中低值區,上海市、蘇州市、南京市、杭州市等東部城市發展為高值區。

圖2 “三生”功能評價空間分布圖Fig.2 “production system-life system-ecosystem” function evaluation spatial distribution map

生態功能：2000—2019年間研究區生態功能呈現由西南部最優到東南部最優的轉移、南部優于北部的趨勢。上海市2000—2019年間生態功能逐步上升為研究區生態功能最優的城市。北部和西部的鹽城市、合肥市等屬于生態功能低值市,南京市和寧波市生態功能始終處于長三角城市群前列。

“三生”功能：2000—2019年間,“三生”功能均呈現出上升趨勢。2000年研究區 “三生”功能均處于低值區,2005年東部和西部部分區域出現中低值和中高值,舟山市、寧波市、蕪湖市為代表的高值、中高值市“三生”功能發展較好。2010年和2019年發展為東南部優于西部、北部的趨勢,基本形成“三生”功能統籌協調發展的新格局[10]。而西部、北部由于經濟發展相對較弱,人地矛盾突出,多以生產活動為主,導致生產功能、生活功能和生態功能間矛盾沖突[49]。

3.2 長三角城市群“三生”功能耦合協調度時空分異

根據ArcGIS 10.6平臺制作研究區2000、2005、2010、2019年“三生”功能耦合協調度時空分布圖(圖3)。2000—2019年間,研究區“三生”功能耦合協調度整體上呈現逐步上升態勢,耦合協調性增強。

圖3 “三生”功能耦合協調度空間分布圖Fig.3 Spatial distribution map of “production system-life system-ecosystem” functional coupling and coordination degree

生產-生活耦合協調性： 2000年嚴重失調、中度失調、基本協調市占比分別為23.08%、65.38%、11.54%,嚴重失調城市主要分布于研究區西北部,中度失調城市分布范圍廣泛,而基本協調市分布在研究區的東部上海市、舟山市和湖州市。2005年嚴重失調城市占比下降到3.85%,基本協調市占比上升到38.46%,舟山市由基本協調上升到中度協調。2010年研究區全部在基本協調及以上,耦合協調度提升顯著,其中上海市上升到中度協調。2019年變化不大,中度協調市占比上升到53.85%,其余均為基本協調市。由生產功能所創造的社會經濟進步促進居民生活質量的增高,“生產-生活”功能耦合協調度逐步提高。

生產-生態耦合協調性：2000年嚴重失調、中度失調、基本協調市占比分別為23.08%、57.69%、19.23%,嚴重失調城市主要分布于研究區中北部、北部和西部,而基本協調市為東部合肥市、滁州市、池州市和宣城市。2005年研究區生產-生態耦合協調度東部、西部優于中部和北部,基本協調市分布在東部和西部,中部和北部失調城市分布范圍較廣,舟山市由基本協調市上升到高度協調市。2010年基本協調城市比例上升到46.15%,上海市由基本協調上升到中度協調,中度失調類主要分布在北部和中南部。2019年研究區基本協調類占比88.46%,耦合協調度提升顯著,上海市和舟山市為中度協調,僅鹽城市為中度失調。總體而言,2000—2019年間研究區生產-生態耦合協調性逐步向好,各個城市積極實施生產節能減排、農業生產可持續發展、落實綠色GDP發展[50]。

生活-生態耦合協調性：2000年基本協調城市分布廣泛,占比84.62%,主要分布在研究區中部、東南部；中度失調城市包括合肥市和池州市；嚴重失調城市為鹽城市和滁州市。2005年鹽城市、滁州市提升為中度失調城市,合肥市維持中度失調狀態。蕪湖市、寧波市和舟山市提升為中度協調城市；其余城市為基本協調城市,占比76.92%。2010年中度失調城市僅剩鹽城市,基本協調城市占比65.38%；中度協調城市由2005年的3個城市增加為中部的南京市和東南部的上海市等8個城市,占比30.77%。2019年全部消除失調城市,基本協調城市僅有滁州市和鹽城市；中度協調城市占比88.46%；上海市提升為高度協調城市?？傮w而言,2000—2019年間研究區生活-生態耦合協調性呈現逐步增長的特征,整體上東部優于西部、南部優于北部。研究區生活功能和生態功能可以相互促進發展。

生產-生活-生態耦合協調性：2000年基本協調城市只有上海市和湖州市；其余城市為中度失調城市。2005年除滁州市由中度協調降為嚴重失調外,中度失調城市分布在南部、西北部和東北部,占比23.08%；基本協調城市占比上升到69.23%；舟山市提升為中度協調城市。2010年消除中度失調城市,中度失調城市僅為鹽城市,上海市提升為中度協調城市,其余城市均為基本協調。2019年基本協調城市占比為76.92%；中度協調城市增加到6個。整體而言,2000—2019年間研究區生產-生活-生態耦合協調性整體上東部優于西部、南部優于北部,耦合協調性逐步提升。 “三生”功能均呈現良好互動的可持續發展。

3.3 長三角城市群“三生”功能耦合協調發展影響因素分析

根據模型分析結果(表4),長三角城市群“三生”功能耦合協調度T和21個自變量存在平穩關系。在生產功能影響因素中,各項指標值與耦合協調度有相關關系,對生產功能的耦合協調發展起到了推動作用。其中C13、C22的回歸系數分別為0.293、0.161,均大于0.15,表明農業機械總動力推進農業現代化發展,對生產功能的耦合協調將起到促進作用；固定資產投資通過加快非農產業的快速發展,促進了“三生”功能的耦合協調性。

在生活功能影響因素中,C31、C33、C41、C44這4項指標與“三生”功能耦合協調發展呈現正相關關系。近20年來隨著經濟社會的發展和城鎮居民收入的提高促進了“三生”功能協調發展。

在生態功能影響因素中,C55—C56、C61—C65這7項指標的增加與耦合協調發展均呈現正相關關系。其中C62、C63、C64的回歸系數分別為0.244、0.136、0.133,均大于0.13,這三項指標均為城市環境基礎設施建設。其中草地面積(C62)直接反映區域綠地覆蓋率,建成區綠化覆蓋率(C63)、人均公園綠地面積(C64)反映城市休憩綠地覆蓋水平,在調節城市溫度、凈化空氣、改善人居環境等方面極大的促進了生態功能耦合協調發展。

4 討論與結論

4.1 討論

(1)上海市應繼續發揮自身在生產、經濟、文化等方面的優勢。一方面注重自身的自然環境、生態質量方面的建設,加強區域生態環境保護力度,帶動區域國土空間“三生”功能實現可持續發展；另一方面繼續強化自身在經濟金融方面的優勢輻射帶動研究區區域經濟社會發展。

(2)南京市、蘇州市、杭州市等經濟社會發展較好的城市應依托臨近長三角城市群優勢加大產業結構化調整,注重區域生態環境朝著高質量可持續化方向邁進,在生態環境保護和經濟社會發展間找到一個平衡點推動“三生”功能的良性發展。

(3)長三角城市群西部、北部部分城市在保護當地生態環境質量促進人地協調發展同時,進一步推動適宜當地發展的優勢產業促進經濟發展,加大社會保障和基礎設施的發展力度,實現區域“三生”功能良性互動。

4.2 結論

本文從“三生”功能視角構建長三角城市群評價指標體系,并運用耦合協調度模型、Robust回歸分析探究“三生”功能發展狀況及其影響因素,結論如下：

(1)2000—2019年間,“三生”功能整體穩步提升,在區域內呈現“東部優于西部,南部優于北部,東南部發展最優”的分布格局,上海市處于“三生”功能發展高值區。

(2)2000—2019年間,“三生”功能耦合協調度逐步提高,區域內呈現東部、東南部為主要高值區、沿海優于內陸的分布格局。西部、北部部分城市生態環境問題依然嚴峻,土地矛盾日趨激烈,產業結構優化滯后等都制約著“三生”功能協調發展。

(3)地均農業機械總動力、地均固定資產投資、城鎮常住居民人均可支配收入、草地面積、建成區綠化覆蓋率、人均公園綠地面積等因素對研究區“三生”功能耦合協調發展起到了明顯推動作用；而農村常住居民人均可支配收入對“三生”功能耦合協調起到了限制作用,可能原因是農村居民收入的提高加快了農村宅基地的建設,而農村宅基地利用的規劃缺失導致農村建設道路、綠化、企業環評的滯后,出現臟亂差現狀。從而導致“三生功能”協調度降低。