閩三角城市群生產-生活-生態時空格局演化與功能測度

金星星,陸玉麒,林金煌,祁新華,胡國建,李 欣

1 南京師范大學地理科學學院,南京 210023 2 福建師范大學地理科學學院,福州 350007 3 中國科學院地理科學與資源研究所資源與環境信息系統國家重點實驗室,北京 100101

近年來,生態文明在中國已經上升為國家戰略[1],從其內涵來看,生態文明是一種新型的人地和諧的文明形態[2-3]。而隨著工業化和城市化進程加快,城市人口急劇增長,城市規模迅速擴張,人地關系呈現出極其不和諧的特征,表現為生產、生活和生態用地之間博弈不斷升級,即“三生”空間沖突矛盾日益加劇,而“三生”空間沖突實質上是土地利用沖突。國家已明確了促進“三生”空間協調發展的總體要求,因而生產、生活和生態“三生”空間的科學劃分、協調共生不僅是對生態文明內涵的解析之一,也已成為我國生態文明建設的重要內容之一[4]。因此,區域發展過程中能否實現“三生”空間的協調,已成為推進生態文明建設進程中亟需解決的重大問題。

關于“三生”空間,近年來學者們基于不同的領域與視角,對其展開了大量卓有成效的探討,目前主要有兩條脈絡,一是“三生”空間自身的研究,包括“空間沖突分析”[5]、“分類與評價”[4,6-7]、“功能均衡性分析”[8]等,研究范圍涵蓋全國、市、縣以及鄉鎮層面。眾多學者開展的“三生”空間協調的相關研究,如劉繼來等在探討“三生”空間理論內涵的基礎上,基于土地利用功能建立“三生”空間分類與評價體系, 并基于此揭示了1990—2010年間中國“三生”空間的時空格局[6]；李廣東等綜合考慮土地、生態系統和景觀功能,構建了城市“三生”空間分類體系,對“三生”空間進行功能定量識別與分析[9]；邊振興等基于土地空間的“三生”功能構建三生功能評價體系,分析了“三生”空間功能的均衡性[8],為研究“三生”空間協調開辟新徑。 第二條脈絡是基于“三生”空間的優化等,如基于三生空間的國土空間優化[10],包括城市國土空間評價[11]、鎮域空間資源管控[12]、鄉村的空間重構與整治[13-15]與居民點布局優化[16-19],以及三生空間理論的規劃應用[20-21]等。

梳理上述研究發現,針對“三生”空間或基于“三生”空間的研究多集中于宏觀和微觀尺度的全國、縣域以及鎮域等,較少關注中觀尺度的城市群,且對城市群內部“三生”空間格局演化及其功能測度的成果較少,亟需深入開展中觀尺度城市群內部“三生”空間格局及演化過程特征等的綜合研究。基于此,本文選取閩三角城市群為典型案例,基于“三生”空間評價體系,以2000—2015年作為研究時段,選取2000年、2005年、2010年和2015年4個時間節點,基于GIS空間分析方法,分析閩三角城市群生產、生活和生態空間的時空格局及其演變特征,同時對“三生”空間功能進行測度,并進一步揭示內在動因,旨在為閩三角城市群“三生”空間優化布局、可持續開發利用以及對“三生”空間競合格局演變預判提供參考和借鑒。

1 研究區域、研究方法與數據來源

1.1 研究區域

“閩三角城市群”(或稱閩南金三角、廈漳泉)位于福建省南部沿海,包括廈門市、漳州市和泉州市3個設區市及其所下轄縣區(本文數據不含金門縣)。全區域地勢西北高、東南低,擁有晉江水系、九龍江水系兩大水系,地貌類型復雜。該區屬亞熱帶季風氣候,溫和多雨。

閩三角城市群地處中國沿海開放帶,屬于中國沿海開發地區之一,是福建省近年來經濟社會迅速發展的區域,截止2016年,全區GDP 13555.49億元,常住人口1755.00萬人,分別占福建省的47.53%和45.30%,即占福建省陸地面積約20%的區域集聚著全省接近50%的人口與經濟總量。因獨特的地理位置、語言環境和風俗習慣,閩三角城市群成為大陸臺商投資最密集區域。隨著閩三角城市群地區經濟社會發展、城鎮化進程以及城市人口增速加快,區域內土地利用變化明顯,生產、生活和生態空間之間出現時空競合,“三生”空間沖突矛盾加劇。因此,分析閩三角城市群“三生”空間的空間格局、演化過程、綜合測度以及動因顯得十分必要。

圖1 研究區位置Fig.1 Location map of study area

1.2 數據來源

本文所用閩三角城市群土地利用數據來源于2000年、2005年、2010年和2015年四期分辨率為30 m的Landsad5 TM、Landsat7 ETM+以及Landsat8 OLI的影像。在對影像進行基礎圖像處理基礎上,依據《全國生態遙感監測土地利用/覆蓋分類體系》以及結合土地利用圖等參考數據,基于GIS平臺進行遙感目視解譯,得到閩三角城市群包括耕地、林地、草地、水域、建設用地、未利用地等6個一級類和水田、旱地、有林地等20個二級類的土地利用數據,進一步結合野外考察數據對其進行精度評價,精度高于85%,能夠滿足本研究需求。

1.3 研究方法

1.3.1 閩三角城市群“三生”空間評價體系構建

土地是一個集“生產、生活和生態”功能于一體的綜合系統[22],但土地具有主體功能性[23],即人為賦予土地特定的利用方式,使其成為以某種主體功能為主兼具其他功能的用地類型,根據土地功能的不同,可將土地利用分為生產、生活以及生態用地三大類[24]。生產用地指以耕地為代表的用于人類生產活動的土地；生活用地則以城鎮用地等主要為人們生活服務的用地類型；而生態用地則指具備實現土地生產和生活功能前提條件的生態功能的用地類型[25]。正確處理生產、生活和生態用地間的相互關系,是實現土地綜合功能最大化的前提條件。

因此,基于前人對“三生”空間的相關研究,以及依據土地的主次功能差異,將各類用地依據其功能強弱及完整性分別劃分為4個等級,以生產用地為例包含生產用地(5分)、半生產用地(3分)、弱生產用地(1分)以及功能缺失(0分)[6,21],基于此對閩三角城市群土地利用類型進行整理及評分(表1)。對“三生”空間,采用柵格計算的方法,具體計算步驟如下：①將原始數據按表1標準進行地類賦值；②將賦值后的“三生”用地矢量數據轉換為100 m分辨率的柵格；③基于閩三角城市群生成若干個的1 km網格,每個網格內包含一種以上土地利用類型,能夠較好反映區域整體特征；④基于1 km網格對閩三角城市群“三生”用地分別進行區域均值計算；⑤生成閩三角城市群“三生”空間格局圖。

表1 基于“三生”空間閩三角城市群土地利用分類體系及評分

評分標準參考(劉繼來等,2017)[6],采用1、3、5三級賦分制,最高得分為5分,最低得分為1分,功能缺失則得0分

1.3.2 “三生”空間功能測度模型

功能指具備特定結構的事物、系統在內外部的聯系與關系中表現出來的特性和能力[26]。本文認為三生空間功能性水平,指三生空間的綜合特性,包含其對自身需求的保障功能及其對其他事物或系統的支撐和協作功能。為測度閩三角城市群“三生”空間功能性水平,基于“三生”空間的邏輯結構[27],構建“三生空間功能指數”(PLESI)分析三生空間功能性的空間分異和其他異質性的格局特征,計算公式為：

(1)

2 結果分析

2.1 閩三角城市群“三生”空間時空格局

2.1.1 生產空間

2000—2015年閩三角城市群生產空間主要分布在東部沿海,集中于九龍江河口平原以及漳州平原一帶,與閩三角城市群水稻等糧食作物的主產區基本一致(圖2)；生產用地面積呈先小幅減少后較大幅度增加的變化趨勢,由2000年的6031.09 km2下降至2005年的6023.90 km2,又增加至2010年的6144.85 km2,再增至2015年的6272.66 km2。具體而言,2000—2005年,研究區范圍內生產空間基本保持不變(面積變化幅度,簡稱“變幅”：-7.19),僅在晉江市的西北部存在擴張較為明顯現象；2005—2010年,生產空間以擴張為主要特征(變幅：120.95),擴張明顯區域為龍海市、湖里區、思明區、漳浦縣中部以及詔安縣東南沿海等地,同時縮減區域主要集中在龍海市的沿海平原處；2010—2015年,生產空間進一步擴張(變幅：127.81)主要集中在詔安縣南部,而湖里區與思明區交界處的生產空間縮減明顯。

圖2 2000—2015年閩三角城市群生產空間格局Fig.2 Spatial pattern of production space in urban agglomeration Fujian Delta region from 2000 to 2015

圖3 2000—2015年閩三角城市群生產空間格局變化 Fig.3 Spatial pattern changes of production space in urban agglomeration Fujian Delta region from 2000 to 2015

總體而言,2000—2015年閩三角城市群生產空間呈現出以擴張大于縮減的整體變化特征(總變幅：241.57)(圖3),2015年生產空間總得分較2000年高出610.48(表2)。擴張明顯區域集中于東部沿海的詔安縣(20.76%)、龍海市(12.64%)、以及安溪縣(10.09%)等,其余擴張區域呈點狀零星分布；而生產空間縮減較大區域主要集中在泉港區、龍文區和海滄區等。漳州的九龍江河口平原以及漳州平原歷來是福建省糧食主產區,加上近年來,漳州市積極落實國家強農惠農政策,大力發展現代農業、建設現代農業產業區,對緩坡地、未利用地等開墾利用,從而保障農業優勢、健康發展。

2.1.2 生活空間

2000—2015年閩三角城市群生活空間主要集中在晉江以南、九龍江以北的東部沿海地區,與閩三角城市群主要城市位置基本一致(圖4)；生活用地面積保持連續增加態勢,由2000年的2220.50 km2增加至2015年的3054.10 km2。具體而言,2000—2005年,整體呈小幅度擴張(變幅：19.10),除集美區出現明顯的擴張外,其余區域基本保持不變或呈現小幅縮減；2005—2010年,擴張范圍蔓延(變幅：381.60),主要集中在九龍江中下游一帶,該區域呈現明顯的大范圍生活空間擴張,同時,縮減主要集中于湖里區、翔安區等；2010—2015年,閩三角城市群生活空間擴張范圍進一步擴大(變幅：432.90),德化縣、永泰縣、南安市等地均出現明顯擴張,同時,縮減范圍同樣呈現增加趨勢,以南安市、龍海市最為明顯。

表2 閩三角城市群2000—2015年各縣市區生產空間變化貢獻度

貢獻度為2000年與2015年總得分差值與區域總得分差值的百分比

圖4 2000—2015年閩三角城市群生活空間格局Fig.4 Spatial pattern of living space in urban agglomeration Fujian Delta region from 2000 to 2015

圖5 2000—2015年閩三角城市群生活空間格局變化 Fig.5 Spatial pattern changes of living space in urban agglomeration Fujian Delta region from 2000 to 2015

總體而言,2000—2015年閩三角城市群生活空間主要呈現以擴張大于縮減變化為主的整體變化特征(總變幅：833.60)(圖5),2015年較2000年增加2980.89分(表3)。其中,龍海市、漳浦縣、南安市、集美區、海滄區、薌城區以及長泰縣南部等區域擴張明顯且規模較大,其余區域分布較為零散,特別是西部的山區地帶基本保持不變；此外,除思明區(-0.15%)外其余區域生活空間基本無縮減。該區域的生活空間擴張主要與近年來閩三角城市群的社會經濟發展水平提升、城鎮化進程持續推進致使耕地和未利用土地轉化為城鎮建設用地密切相關。而西部、南部地區主要以山地、丘陵為主,同時處于閩三角城市群經濟邊緣地帶,城鎮密度及人口數量相對較少、且分散分布,可開發建設用地少。

表3 閩三角城市群2000—2015年各縣市區生活空間變化貢獻度

貢獻度為2000年與2015年總得分差值與區域總得分差值的百分比

2.1.3 生態空間

2000—2015年閩三角城市群生態空間主要分布在西部戴云山和博平嶺,以及南部的漳州平原一帶(圖6)；生態用地面積保持持續減少態勢,由22860.71 km2減少至22145.41 km2。具體而言,2000—2005年,生態空間擴張和縮減均不明顯(變幅：-23.01)；2005—2010年,生態空間變化以縮減為主要特征(變幅：-371.52),集中在龍海市、漳浦縣地區,同時擴張區位于同安區和翔安區；2010—2015年,生態空間總體仍進一步縮減(變幅：-320.76),但東部沿海地區出現較為明顯生態空間擴張現象。

圖7 2000—2015年閩三角城市群生態空間格局變化 Fig.7 Spatial pattern changes of ecological space in urban agglomeration Fujian Delta region from 2000 to 2015

總體而言,2000—2015年閩三角城市群生態空間呈現明顯縮減大于擴張的整體變化特征(總變幅：-715.30)(圖7),2015年較2000年降低-3316.12分(表4),縮減明顯區域的分布范圍與生活空間擴張區存在高度一致性,即龍海(10.67%)等社會經濟發展加速區域的生活用地增加、生態用地縮減,以及漳浦(11.83%)的沿河谷盆地及沿海平原的城鎮集聚地區；而生態空間擴張區域呈點狀散布于全區內。這些地區的生態空間縮減主要與社會經濟快速發展、城鎮用地不斷擴張而導致的耕地等生態用地不斷被占用高度相關。

2.2 閩三角城市群“三生”空間功能性時空演化

基于生產空間、生活空間和生態空間的評分,通過“三生”空間功能指數測度模型,評價2000—2015年閩三角城市群“三生”空間功能性水平的高低(圖8)。2000—2015年,閩三角城市群“三生”空間功能指數(PLESI)均值由2.11降低至2.00,大致以閩三角城市群大都市區的核心-邊緣分界線為界[28],以東部區域為功能性水平較低區,PLESI指數均值為1.96,該區包含泉州市區、廈門市以及漳州市區等在內的閩三角城市群經濟、城鎮及人口密集區；以西、以南區域為功能性水平較高區,PLESI指數均值為2.32,漳州平原為閩三角城市群的糧食主產區,農業為該地區主要產業,二、三產業發展相對滯后。2000—2015年閩三角城市群“三生”空間功能性水平整體呈現明顯降低的變化趨勢(圖8),負增長明顯區集中分布于九龍江河口平原一帶。具體而言,2000—2005年,PLESI指數總體變化較小；2005—2010年,指數值正增長明顯區域集中于廈門市域范圍內,負增長幅度最大區域位于龍海市東北部地區；2010—2015年,全區域范圍內呈現大面積負增長特征。九龍江河口平原一帶是閩三角城市群近15年來,生產、生活和生態空間變化較為集中區域。

2.3 閩三角城市群“三生”空間及其功能性水平分異的動因

閩三角城市群“三生”空間時空格局及其功能性水平存在明顯區域差異,其主要影響因素包括自然環境本底、社會經濟發展以及快速城鎮化等多個方面。

自然環境本底是閩三角城市群“三生”空間整體格局的決定因素。福建省地形以山地、丘陵為主,占全省面積的80%以上；位于東南部的閩三角城市群區域地勢雖相對較低平,但西部的山地、丘陵仍為主體本底地形,為占據主導地位的生態空間集聚區(2015年三生空間占比19.93∶9.70∶70.37),而適宜居住和生產的地區主要集中于東部沿海的河口沖積平原一帶[29]。

經濟社會發展是閩三角城市群“三生”空間格局演變的核心動力。閩三角城市群經濟發展存在東北部沿海地區明顯優于西南內陸地區的空間特征[30],2015年東北部核心區地區生產總值占閩三角城市群總地區生產總值的85.42%,同時核心區也是城市群內部二、三產業主要集中分布區。經濟社會發展帶來的一系列諸如城市建設用地供需矛盾等問題,致使該地區“三生”空間演化集中于大都市區的核心-邊緣線的以東地區。

表4 閩三角城市群2000—2015年各縣市區生態空間變化貢獻度

貢獻度為2000年與2015年總得分差值與區域總得分差值的百分比

圖8 2000—2015年閩三角城市群“三生”空間功能性指數Fig.8 Territorial functionality indexes in urban agglomeration Fujian Delta region from 2000 to 2015

快速城鎮化是閩三角城市群“三生”空間競合、沖突的重要誘因[5]。閩三角城市群是福建省最具經濟活力地區,加上,2004年“廈漳泉城市聯盟宣言”的發布[30],2011年廈漳泉大都市區同城化被納入《廈門市深化對臺交流合作綜合配套改革試驗總體方案》,相關政策的頒布,使同城化上升為國家層面戰略,為閩三角城市群的發展帶來新的契機。同時加速了閩三角城市群區域的快速城鎮化,造成生活空間需求增加,大量耕地等生產及生態用地被占用,導致原有的“三生”空間關系發生變化,誘發并加劇了閩三角城市群生產、生活和生態空間沖突。

3 結論與討論

3.1 結論

論文剖析了閩三角城市群基于生產、生活和生態“三生”空間的時空格局特征,構建了基于生產空間指數、生活空間指數和生態空間指數的“三生空間功能指數”(PLESI),綜合測度閩三角城市群“三生”空間功能性水平。基于4個年份的閩三角城市群土地利用數據,利用GIS分析技術,揭示了閩三角城市群“三生”空間格局及其功能性水平演變特征,結果顯示,閩三角城市群 “三生”空間雖相對集中分布、整體格局變化較小,但不同區域間生產、生活和生態空間以及功能性水平差異較大。

(1) 2000—2015年,閩三角城市群生產空間分布集中于以九龍江口平原和漳州平原為主的東部沿海地區,空間變化相對較小；此外,閩三角城市群作為我國生產空間擴張明顯區域之一[6],近15年來,生產空間變化主要以擴張大于縮減為主,擴張隨時間呈趨于明顯的特征,擴張明顯區域包括詔安、龍海等地；同時,龍海、集美等地生產空間存在較大幅度縮減。生活空間主要分布在晉江以南、九龍江以北的東部沿海地區,與閩三角城市群主要城市位置基本一致,并呈現擴張大于縮減的整體變化特征。生態空間則主要集中分布于西部山地、丘陵地區,同時生態空間分散分布于東部沿海城市周邊以及城市內部；生態空間整體呈縮減大于擴張的變化特征 。

(2) 閩三角城市群“三生”空間功能指數(PLESI)分布大致以閩三角城市群的核心-邊緣分界線為界分為東部功能性水平較低區和西、南區域為功能性水平較高區；2000—2015年閩三角城市群“三生”空間功能性水平整體降低。

(3)由于閩三角城市群自然環境本底以山地、丘陵為主,造成該區域可供生產和生活的空間較為稀缺,加之,同城化、社會經濟發展、城鎮化進程加快,共同引發閩三角城市群“三生”空間協調面臨的一系列沖突問題。

3.2 討論

科學、合理分析三生空間格局演化及對其功能性水平的測度,是閩三角城市群實現“三生”空間合理優化、融合以及可持續發展,和實現生態文明建設等亟需解決的關鍵問題。

閩三角城市群生產、生活、生態“三生”空間呈現相對集中分布的特征,“三生”空間分布很大程度上受自然環境的影響,宜居、宜業空間集中分布在東部沿海平原的都市區核心區[28],而西部以山地、丘陵為主,南部為糧食主產區。

2000年以來,閩三角城市群同城化逐漸上升為國家層面的區域發展戰略[31],政策文件的頒布與實施,推進了區域經濟發展進程。而隨著社會經濟發展水平提升,城鎮化進程加快的同時,閩三角城市群出現一系列“三生”競合問題,諸如：生活空間擴張占用耕地,以及城市周邊和內部生態用地減少等。因此,基于整體視角,實現閩三角城市群“三生”空間的協調,包括實現空間結構、位置等的平衡,對于保障區域可持續發展具有重要意義,同時也是實現人地和諧、推進生態文明建設的重要途徑。

本研究限于數據的精度,對土地利用類型對應的三生用地分類體系雖已做了相應調整,但部分用地分類仍有待進一步細化；此外,目前僅是對閩三角城市群“三生”空間功能性水平測度模型進行了探討,今年需將經濟社會發展水平等影響因素納入模型,增加測度模型的適用性。