干旱區綠洲“三生”功能時空格局演變及權衡/協同關系

周陳濤，曹月娥

(上海師范大學 環境與地理科學學院，上海 200234)

1 引言

土地是人類生存發展所不可或缺的關鍵性生產要素和資源，其本身具有多重功能和屬性[1]。而正因為土地存在著稀缺性和多功能性，這就導致各類國土空間圍繞尋求最大利益而對用地產生競爭及沖突。因此，明晰各類國土空間功能間的相互作用與權衡協同關系，是進行國土空間開發利用的前提[2]。

在快速城鎮化的過程當中，城鎮化的不斷推進使鄉村與城市之間構建起物質、信息及能量緊密交流關系的同時，各自的國土空間開發也開始逐步失序，生產-生活-生態空間及功能之間的沖突也在加劇，開始出現矛盾和失衡。2017 年國務院印發的《全國國土規劃綱要 ( 2016—2030) 》要求，堅持國土開發與資源環境承載能力相匹配，與人口資源環境相均衡，劃定了城鎮、農業、生態 3 類空間開發管制界限。中共十八大報告中明確指出“生產空間集約高效、生活空間宜居適度、生態空間山清水秀”是國土生態—生產—生活空間的發展目標[3]。因此，對“三生”空間進行合理的權衡與配置，使有限土地資源的利用率變得高效合理，已經成為國土空間優化的重要目標[4]。

通過對相關文獻的檢索及瀏覽，發現國外鮮有對“三生”空間這一概念的直接研究，而是多集中于土地利用多功能方面的研究，包括土地利用功能間的相互聯系及效應[5]、土地利用多功能變化等。而我國對“三生”空間的研究則主要集中于“三生”功能理論框架與分類體系[6]、“三生”功能的數量和空間結構[7]、“三生”功能間相互轉換和空間效應[8]、“三生”功能的時空演變規律[9]等。而當前針對“三生”空間及功能的研究，多以宏觀視角集中于省、市級等大、中尺度行政區[10]，而基于微觀格網尺度對縣、鎮、村等較小行政區進行“三生”功能研究則相對較少，且目前已有研究多著眼于東中部湖北、四川及長江經濟帶等經濟發達人口稠密地區[11]，而對西部社會經濟較為落后的干旱綠洲生態脆弱地區則關注較少。

喀什作為新疆南部的重要城市，我國的西大門，不僅是古絲綢之路的交通要沖及新疆規劃建設的絲綢之路經濟帶核心區兩大國際性交通樞紐的核心之一，也是現今國家七個經濟特區之一。而麥蓋提縣作為喀什地區下轄十二縣市之一，葉爾羌河流域中游商貿、物流及旅游中心，其社會經濟發展對于整個喀什地區乃至更大區域范圍都有著重要的價值及意義[12]。因此，對麥蓋提縣“三生”空間功能進行分析并掌握其時空格局演變特征，對于當地及區域國土空間優化以及經濟社會發展具有重要意義。

基于上述分析，本文以麥蓋提縣作為研究區，在獲取不同時期土地利用類型的基礎上，基于Arcgis10.2、GeoDa等軟件對各用地類型的變化與功能特征進行分析研究，根據實際情況，選擇1000m×1000 m格網尺度，對麥蓋提縣“三生”功能進行了測度，并對其權衡協同關系及時空變化特征進行了研究，以期能夠對當地及相似縣域進行有目標的土地利用調整、優化國土空間利用及生態環境保護。

2 研究區概況及數據來源

2.1 研究區概況

麥蓋提縣(東經77°28′～79°05′，北緯38°25′～39°22′)隸屬于新疆維吾爾自治區喀什地區，地處塔克拉瑪干沙漠西南邊緣、喀喇昆侖山北麓、葉爾羌河中游，北接巴楚縣，南連葉城縣，西接莎車縣，東南部與和田地區毗鄰，縣城距烏魯木齊約1410 km，距喀什市約175 km，是葉爾羌河流域5個縣的中心。全縣土地總面積1.08萬km2，下轄10個鄉鎮，3個農林場，以及駐有農三師的四個團場及南疆軍區的一個部隊農場。全縣總人口約20余萬人，包含維吾爾、漢、回、哈薩克等13個民族。

麥蓋提縣位于葉爾羌河沖積平原中部，提孜那甫河下游，土地平坦，溫帶大陸性干旱氣候明顯，氣候干燥，降水稀少，生態脆弱，土壤鹽漬化較為嚴重，其中鹽堿耕地面積達到了33.9萬畝，約占全縣耕地總面積的36.5%。麥蓋提縣以第一、第三產業為主，截止到2020年，產業結構占比為49∶9∶42，第二產業占比較小。

麥蓋提縣全縣超過80%的土地面積為沙地，直面了土地沙漠化的威脅。近些年來，隨著快速城鎮化的不斷推進，如何在保護耕地和生態環境的壓力下，協調土地利用矛盾，實現生產-生活-生態空間的協調有序發展已經成為當務之急。

2.2 數據來源

相較于此類研究傳統較常使用的遙感數據，結合研究區實際情況及數據獲取難易程度，本文選取更為精確的土地利用數據應用于研究當中。采用2014年和2018年的麥蓋提縣土地利用數據，對麥蓋提縣“三生”功能及時空格局變化進行了研究與評價。

3 研究方法

3.1 “三生”空間分類及構建三生功能評價標準

“三生”空間分類及功能評價標準的制定是進行“三生”空間格局演化及功能研究的基礎，已有研究一般采用兩種方法：第一種是定量計算方法，即構建“三生”空間功能值的指標體系，從而計算并識別空間類別，此種方法相對較為繁復；第二種方法則是以官方的土地利用分類為基礎，對其生產功能、生活功能及生態功能進行賦值與分類[13]，此種方法相較第一種更為簡單，且更為精確，因此在本文中選取此種方法對三生空間進行分類和功能評價。本文參考前人在“三生”空間功能量化方面的研究成果[14,15]，對麥蓋提縣二級土地利用類型進行了三生功能指數賦分(表1)。

本文按如下步驟進行計算：①將麥蓋提縣二級地類按表1進行生產-生活-生態功能的賦值。②基于麥蓋提縣實際土地利用情況，經過多次嘗試，最終選擇在arcgis10.2中使用great fishnet工具生成覆蓋麥蓋提縣縣域范圍的1000 m×1000 m漁網，經過對已有文獻的梳理學習[16,17]，剔除不完整的格網，最終選擇麥蓋提縣縣域范圍內8鄉2鎮3個農林場(不包含兵團及沙漠區域)完整的1352個格網進行研究。③將已賦值的二級地類與格網進行連接，獲得2014年及2018年每個格網生態-生活-生產的平均值。

表1 研究區土地利用分類體系及功能評分

3.2 雙變量空間自相關模型( Bivariate Local Moran’s I)

只有生產-生活-生態空間功能之間相互配合、相互協調才能優化國土空間布局，推動國土空間綜合效益實現最大化[18]。因此在本文中引入在生態服務系統研究中應用較為廣泛的權衡-協同概念來對麥蓋提縣三生空間功能的相互作用進行分析研究[19]。在土地利用功能研究中，權衡指的是某些類型土地利用功能的增強會導致其他類型土地利用功能出現減弱，協同是指兩種或多種土地利用功能同時出現增強或減弱的狀況[20]。本文借助GeoDa軟件，使用雙變量局部空間自相關模型對麥蓋提縣“三生”功能的權衡與協同關系的時空格局變化特征進行分析研究，公式如下：

(1)

4 結果與分析

4.1 “三生”功能時空演變特征

4.1.1 生產空間時空演變特征

2018年麥蓋提縣生產用地面積為91582.56 hm2，相較于2014年的91167.94 hm2，增加了414.62 hm2，增幅約0.5%。根據2014年及2018年麥蓋提縣生產空間格局及變化趨勢(圖1)可知，2014及2018年度的生產功能高值區主要集中于麥蓋提縣的核心區，即以麥蓋提鎮與其周邊幾個緊鄰鄉鎮組成的集中連片高值區。其中以麥蓋提鎮為核心的高值區是麥蓋提縣經濟發展的主要區域，擁有著全縣最大的城鎮建成區，城鎮化水平相對較高，同時承擔了全縣主要的第二、第三產業，且該區域交通便捷、區位條件較為優越，S310、麥喀高速、麥塔線等道路將麥蓋提縣與喀什市、葉城縣等周邊縣市聯系起來。此外，生產功能高值區與農業分布格局較為一致，央塔克鄉、庫爾瑪鄉等第一產業發達、水利設施較為優越的鄉鎮生產功能高值呈現連片分布。根據2014～2018年麥蓋提縣生產功能變化趨勢圖可以看出，這五年間，麥蓋提縣大部分地區的生產功能得分呈上升趨勢，其中城區所在的中部地區最為明顯，同時其間錯雜分布著生產功能降低的區域。生產功能提高區與生產功能高值區分布較為一致。

圖1 2014～2018年研究區生產空間格局及變化趨勢

4.1.2 生活空間時空演變特征

2018年麥蓋提縣生活用地總面積為9526.70 hm2，相較于2014年的8844.94 hm2，增加了681.76 hm2，提高了約7.7%。由圖2可以看出，相較于生產功能和生態功能，麥蓋提縣的生活功能分布范圍相對較小，且其高值區分布也較為分散，主要分布在各鄉鎮中心區域。生活功能值由中心城區到重點鄉鎮到一般鄉鎮依次遞減。同時，麥蓋提縣生活功能高值區與農村居民點分布區域較為一致。根據生活空間變化趨勢可以看出，麥蓋提縣生活功能分值大部分出現提高，零星少部分區域生活功能降低。究其原因在于麥蓋提縣城鎮化進程的不斷推進，城鎮化率由2014年的31%提高到了2018年的32.6%。

圖2 2014～2018年研究區生活空間格局及變化趨勢

4.1.3 生態空間時空演變特征

2018年麥蓋提縣生態用地面積為145177.28 hm2，相比較2014年生態用地面積145613.30 hm2，減少了436.02 hm2，下降約0.3%。通過圖3可以看出，其高值區主要呈現帶狀分布，同時也表現出和生產功能高值區及生活功能高值區分布區域相反的特點，高值區主要集中在縣域西部葉爾羌河沿岸生態保護區及塔克拉瑪干沙漠防護林等，這些地區擁有較好的生態資源，未來麥蓋提縣將依托這些生態空間打造葉爾羌河旅游廊道等生態旅游景觀。從生態功能變化趨勢圖可以看出，在2014～2018年這5年里，麥蓋提縣整體的生態功能分值普遍出現下降，原因在于麥蓋提縣西部平原集中了該縣密集的人口和產業，在經濟社會發展過程中不可避免的會對該地區本就生態脆弱的自然環境造成掠奪性的破壞，從而使生態功能分值出現下降，而分值提高區域零星分布在縣域范圍內，分布位置與生活功能分值降低區域位置吻合程度較高，得益于提高綠化覆蓋率、退耕還林等政策的有效落實。

圖3 2014～2018年研究區生態空間格局及變化趨勢

4.1.4 “三生”空間分值變化情況

從這五年麥蓋提縣生產功能、生活功能及生態功能的總分變化情況來看(表2)，生產功能總分從2014年的2715.259增加到了2018年的2732.195，變化率為0.62%。生活功能總分從2014年的986.698增加到了2018年的1047.462，變化率為6.16%。生態功能的總分從2014年的3757.787下降到了2018年的3715.949，變化率為-1.11%。可以看出在這五年間，麥蓋提縣“三生”空間功能均發生了變化，表現為生產、生活空間的擴大及生態空間的壓縮。按變化率計算，生活功能發生的變化幅度最大，主要原因其一在于生活用地對生態用地的占用，其二則在于城鎮化進程的不斷推進。

表2 “三生”空間功能分值變化

總的來說，麥蓋提縣“三生”空間中生態空間范圍最大，其次是生產空間，而生活空間范圍最小，其中生產空間與生活空間的分布具有空間一致性，而與生態空間則存在此消彼長的關系。

4.2 “三生”空間的權衡與協同關系效應模式

4.2.1 “三生”空間權衡與協同關系的時間變化

通過GeoDa軟件對麥蓋提縣2014年及2018年的“三生”功能進行計算，對“三生”功能兩兩之間的權衡與協同關系類型以及隨時間發生的強弱變化進行分析。通過表3可以發現，2014年和2018年這兩年麥蓋提縣生產功能和生活功能之間均表現出正相關性，因此生產功能和生活功能以協同關系為主，且生產功能和生活功能的相關系數由2014年的0.398提高到了2018年的0.405，說明麥蓋提縣生產功能和生活功能的協同程度發生了增強。而2014年和2018年麥蓋提縣的生態功能與生產功能、生態功能與生活功能間的系數為負，這說明生態功能與生產功能、生活功能之間均分別以權衡關系為主。同時生產與生態功能間的相關系數由2014年的-0.440降低到了2018年的-0.448，生活功能與生態功能之間的相關系數也由2014年的-0.450降低到了2018年的-0.467，說明麥蓋提縣生產功能、生活功能與生態功能之間的權衡程度均發生了增強。從整體上看，麥蓋提縣生產與生活功能間的協同關系小于生產功能、生活功能與生態功能之間的權衡關系，證明在2014-2018年這段時間內，麥蓋提縣隨著生產空間和生活空間的擴大與發展，生態空間受到了一定的壓縮和破壞。

表3 2014、2018年研究區“三生”功能相關系數

4.2.2 “三生”空間權衡與協同關系的空間變化

使用GeoDa軟件對麥蓋提縣2014年及2018年的生產-生活-生態空間進行雙變量局部空間自相關分析，導出結果后在Arcgis10.2中進行可視化，從而進一步對各格網單元上“三生”功能間權衡與協同關系的空間分布特征進行分析研究。

從圖4可以看出，2014年和2018年麥蓋提縣生產功能和生活功能的協同關系均占據主導地位，表現出高—高協同類型及低—低協同類型，高—高協同類型主要分布于麥蓋提縣城區、吐曼塔勒鄉、央塔克鄉及庫爾瑪鄉，與這些鄉鎮的居民點位置分布情況較為一致，且高—高協同區表現出擴大的趨勢。低—低協同區則主要分布于縣域西部葉爾羌河沿岸、央塔克鄉、吐曼塔勒鄉、克孜勒阿瓦提鄉等鄉鎮的郊區地域，且低—低協同區域表現出縮減的趨勢。而高—低權衡區和低—高權衡區則數量較少，且零星分布于縣域內各個鄉鎮。

圖4 2014、2018 年研究區生產—生活功能權衡與協同關系的空間分布

2014、2018年麥蓋提縣生產功能與生態功能之間主要呈現為高—低和低—高的權衡關系類型(圖5)，分布區域與生產功能與生活功能的協同區分布大致相同，高—低權衡區主要分布于麥蓋提縣城區及央塔克鄉等幾個鄉鎮的鎮區，這些區域承載著麥蓋提縣主要的產業功能，且生產空間的擴張對該區域生態空間造成了擠壓，而低—高權衡區則主要分布于葉爾羌河沿岸和各個鄉鎮的郊區，這些區域生態用地較多，以提供生態功能為主，因此呈現出低—高權衡類型。

圖5 2014、2018 年研究區生產—生態功能權衡與協同關系的空間分布

2014、2018年麥蓋提縣生活功能和生態功能主要表現為高—低權衡類型和低—高權衡類型，其分布區域與麥蓋提縣生活功能和生態功能的權衡區域分布大致相同，而高—高協同區域與低—低協同區域則零星分布(圖6)。

圖6 2014、2018 年研究區生活—生態功能權衡與協同關系的空間分布

綜上所述，在“三生”關系中，生產功能和生活功能的關系主要表現為協同關系，而二者與生態功能的關系主要表現為權衡關系，說明在麥蓋提縣區域發展中，生產功能和生活功能高度協調，但與生態功能之間發生沖突。

5 結論與討論

5.1 結論

對縣域土地利用功能及其權衡/協同關系進行研究，對區域國土空間規劃和優化具有重要意義，本文對麥蓋提縣的“三生”功能進行時空格局分析，明確其“三生”空間功能的相互作用關系和時空演化特征。本文研究結論如下：

(1)2014～2018年麥蓋提縣的生產用地和生活用地發生了擴張，其中生活空間擴張最大，而生態用地發生了收縮。生產功能高值區位于承擔了全縣絕大部分產業的城區及周邊鄉鎮。全縣生產功能處于穩定狀態的不多，絕大部分區域表現為生產功能的提高和降低，總體來說城區和各鄉鎮的中心區域生產功能主要呈現提高趨勢，而郊區則呈現降低趨勢。且麥蓋提縣生產功能與生活功能的高值區與功能提高區分布較為一致。隨著麥蓋提縣生態用地的收縮，縣域范圍內生態功能也大多呈現降低趨勢。

(2)2014、2018年麥蓋提縣生產功能與生活功能間均呈現的正相關，而生產功能、生活功能與生態功能間均兩兩負相關，這表明生產功能與生活功能之間以協同關系為主，而生產、生活功能與生態功能間以權衡關系為主。總而言之，麥蓋提縣 “三生”功能之間權衡關系占據主要地位。

(3)2014、2018年麥蓋提縣生產功能和生活功能之間以協同關系為主，且高—高協同區分布于縣域及各鄉鎮中心，低—低協同區則分布于葉爾羌河兩岸及各鄉鎮郊區，且協同區有所擴大。高—低和低—高權衡區數量較少，零星分布于各鄉鎮。生產、生活功能與生態功能間均主要呈現權衡關系，且權衡區分布較為一致，而協同區分布零散。

針對麥蓋提縣“三生”空間及功能分析，為促進麥蓋提縣經濟社會協同發展，提出以下建議：

(1)根據實際情況進一步完善麥蓋提縣國土空間規劃，進一步嚴格約束生產、生活空間對生態空間的擠占，進一步推動以麥蓋提縣城區為發展重點，與周邊鄉鎮形成一體化發展。

(2)對城鎮化建設進行有序控制，挖掘存量城鎮建設用地，做到不占或少占農業用地及生態用地，開發與保護兩手抓，優化土地利用結構，由高速發展轉向高質量發展。

(3)立足干旱綠洲地區生態脆弱現狀，加強對生態環境的關注，避免大量消耗資源、環境污染等問題，注重生態環境污染治理，提高生態空間的數量及質量，優化各功能間的權衡與協同關系。

5.2 討論

對生產-生活-生態功能間的權衡與協同關系進行研究，是麥蓋提縣實現“三生”空間優化、城鄉關系協同，社會經濟發展，提高區域競爭力及鄉村振興等的必不可少的環節。本文建立了“三生”空間土地利用分類及評價體系，基于格網單元對麥蓋提縣2014年及2018年的“三生”功能進行了評價并劃分了“三生”空間格局，使用雙變量局部空間自相關測量了“三生”功能的權衡和協同關系。本文存在如下幾點不足之處：

(1)土地利用存在多功能性，“三生”空間的功能上會存在重合與偏差，因此無法對“三生”空間的確切邊界進行準確的劃定。

(2)本文對各地類的“三生”功能賦值只是綜合了已有文獻中專家學者的賦值標準，跟麥蓋提縣實際情況結合或有不足，應進一步實地調研后根據當地實際情況進行合理調整及優化。

(3)本文對麥蓋提縣三生空間提出優化建議時不夠全面深入，如何對“三生”空間進行優化，如何緩解生態脆弱區尖銳的用地矛盾等都是日后應當探索的方向。