湖北省三生空間格局演化特征分析

崔家興，顧 江，孫建偉，羅 靜

（1.華中師范大學地理過程分析與模擬重點實驗室，湖北 武漢 430079；2.貴州師范大學地理與環境科學學院，貴州 貴陽 550025）

1 引言

自1978年以來，中國的城市增長無論在速度上還是規模上[1]，都引起了全世界的關注。但是在快速城鎮化進程中，也暴露出一系列社會、經濟、資源、環境問題，尤其是不斷加劇的人類活動對土地利用造成劇烈擾動[2]，造成土地資源快速消耗[3]、生態系統功能退化[4]、人居環境質量下降[5]、環境惡化[6]、資源開發強度過大[7]等一系列問題。為應對經濟快速發展、人類活動不斷增強過程中存在的國土空間開發秩序混亂、生態空間不斷退化的問題，需要逐步優化國土空間開發格局，調整空間結構，提高土地利用效率。黨的十八大報告將優化國土空間開發格局作為生態文明建設的首要舉措，并提出“促進生產空間集約高效、生活空間宜居適度、生態空間山清水秀”，由此構成的三生空間成為構建空間規劃體系、完善國土空間開發保護制度和各類尺度空間落實主體功能區規劃的重要基礎。如何合理開發國土空間、形成科學合理的空間結構體系，使國土空間的生產、生活、生態功能發揮協同效應和乘數效應，最終促進經濟社會持續健康發展已成為區域可持續發展領域的重大科學命題。

三生空間是指按照國土利用空間的主要功能劃分的生產空間、生活空間和生態空間的總稱。生產空間是以提供工業品、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、休閑和娛樂等為主導功能的區域；生態空間是以提供生態產品和生態服務為主導功能的區域[8]。三生空間是一種功能空間，是根據地域空間所提供的各類產品和服務功能進行劃分，目前其概念界定主要從土地利用、生態系統和景觀價值三大視角開展[8]，而研究指向則有規劃管控和現狀剖析之分。土地資源具有多功能性，微觀功能單元在從抽象功能空間向具體地域單元和特定尺度轉化時，一個空間評價單元可能同時包含多種功能[9]，因此三生空間具有空間尺度差異性、功能復合性和范圍動態性特征[10]，需要根據研究指向和研究尺度綜合確定劃分方案。部分學者認為三生空間應劃定明確的分區界線，因此在特定的空間尺度和地域單元上根據功能強度和主導功能綜合劃定三生空間范圍[11-12]。但是三生空間并非互斥的空間單元，有必要從多功能利用角度體現功能復合性特征。在宏觀尺度，可根據區域內提供的各類功能的表現量即代理指標進行綜合評價[13]，或根據不同類型開發適宜性綜合評價[9]。在微觀尺度，則主要借鑒景觀功能分類研究方法，通過生物物理過程測算進行三生功能的價值化表達[14]。然而生物物理過程方法對數據的依賴性較強、計算難度較高，應逐漸探索借助現有土地利用分類系統進行分類歸并，兼顧土地資源的多功能性，估算三生空間功能的方法[15]。本文依托現有土地利用分類系統，在辯證剖析各用地類型多維度的開發、活動、生產、轉化特征基礎上，評估三生功能數值。

目前三生空間的研究主要集中在辨析其概念內涵與分類方法[11，14，16-17]、三生空間格局優化[18-21]等方面，對三生空間格局的演化特征的深入分析較為缺乏[22]。本文選取湖北省作為案例，基于2009年和2015年兩期土地利用調查數據，通過系統的分類方法，運用格網分析、多尺度空間自相關分析和三角圖的方法，探討三生空間的格局演化特征并分析湖北省主體功能區規劃對其格局演化過程的影響，并提出政策建議。

2 研究框架

2.1 研究范圍

本文選取湖北省作為研究區。湖北省地處中國中部腹地，地跨東經108°21′42″～116°07′50″、北緯29°01′53″～33°6′47″，全省國土總面積1.86×105km2。長江橫貫東西，地勢大致為東、西、北三面環山，中間低平，略呈向南敞開的不完整盆地，西、北、東三面被武陵山、巫山、大巴山、桐柏山、大別山、幕阜山環繞；中南部為江漢平原，地勢平坦開闊。

隨著中部崛起戰略的實施，湖北省近年來工業化和城鎮化快速推進，但同時帶來了耕地面積不斷減少、耕地后備資源不足、土地利用較為粗放、建設用地利用效率不高、生態環境遭到破壞等問題。湖北省是長江經濟帶重要組成省份，按照長江經濟帶“共抓大保護，不搞大開發，推動綠色發展”的要求，需要積極推進生態文明建設，構建優化、合理的山水園林格局，因此選取湖北省作為案例區開展三生空間格局演化特征研究對全國其他地區具有較高的參考價值。

2.2 數據來源與處理

本文采用2009年第二次全國土地調查數據和2015年土地利用變更調查數據，均是從湖北省國土資源廳收集得來，將數據統一坐標系和投影。湖北省主體功能區規劃數據，來源于湖北省發展和改革委員會網站。數據處理和分析使用ArcGIS 10.0與Origin 9.1軟件平臺。

2.3 研究方法

2.3.1 三生空間分類評價方法

三生空間的評價指標體系是分析三生空間格局的基礎，但其分類體系目前學界尚無共識。本文借鑒劉繼來等和李廣東等的評價方案[14-15]，參考謝高地等對生態系統服務價值當量的估算[23]，采取分級賦分的方法對不同土地利用類型所能提供的各類功能進行打分，具體分類方法見表1。

2.3.2 三生空間格局特征分析

為總結三生空間分布格局和演化特征，在對比不同大小格網空間自相關特征后，構建10 km×10 km的格網覆蓋整個研究區域。將格網圖層與三生空間分級賦值圖層進行疊加分析。

本文選用全局Moran’s I指數測度三生空間在整個研究區域內的空間相關性的總體趨勢，研究三生空間空間聚散特征。空間自相關分析中空間權重的構造對要素空間自相關結構具有重要影響[24]，其中距離閾值設定尤為關鍵，不同的鄰域半徑可以表征不同尺度上的空間自相關程度。國土空間功能的空間分異具有一定的尺度依賴性，本文應用系列鄰域半徑探究三生空間在不同尺度上的空間自相關格局，從不同尺度上對三生空間功能格局進行分析。

2.3.3 三生空間結構分析

將三生空間分值比例作為坐標軸繪制三角圖，觀察其結構關系。“主體功能區”制度是規范國土空間開發秩序，優化三生空間格局的重大舉措，對三生空間的演變產生了巨大的影響。為探索湖北省主體功能區規劃對三生空間格局影響，將湖北省各縣域單元按照其主體功能進行區分，分別繪制三角圖，對比分析湖北省重點開發區、農產品主產區和重點生態功能區三類主體功能定位的縣域單元三生空間結構。

3 結果分析

3.1 三生空間評價結果

截至2015年，湖北省生產空間面積總計為1.59×105km2，比2009年增加0.49%，能夠提供的生產功能總分值為3.25×105，比2009年提高1.64%；生活空間面積總計為1.33×104km2，比2009年增加11.41%，能夠提供的生活功能總分值為6.39×104，比2009年提高11.43%；生態空間面積總計為1.71×105km2，比2009年減少1.09%，能夠提供的生態功能總分值為6.85×105，比2009年降低1.36%。

表1 三生空間土地利用分類體系及分值Tab.1 The PLES assessment of each land use class

生產空間高值區主要集中于江漢平原腹地和襄陽市東北部的漢江中游平原、崗地區域，包括武漢城市圈主要城市的經濟聚集區（圖1）。其中江漢平原和漢江中游是重要農業區，耕地分布廣泛，農業生產功能突出。而武漢市城市聚集區域作為重要的經濟發展區，城鎮化水平較高，承載了較多的第二、三產業生產功能。湖北省大部分區域生產空間呈現擴張態勢，這是由于城鎮建設用地不斷侵占耕地和生態用地，同時由于耕地占補平衡的政策，城鎮擴張占用耕地的同時需要開墾同等面積的耕地進行補償，因此湖北省西部很多區域通過開墾荒草地、低丘崗地，擴大了生產空間。生產空間升高的區域與生產空間高值區分布范圍較為一致，但升高區域分布范圍更廣，可見生產空間的分布范圍也呈現了擴散趨勢，但仍然有個別區域生產空間呈現出降低趨勢。東南山地和大別山地區生產空間的減少主要是由于部分耕地轉變為裸地或林地，這部分農田區位條件較差，在農戶搬遷或脫離土地后放棄耕種。江漢平原中生產空間降低一般是由于部分耕地轉變為坑塘導致。

生活空間表現出明顯的東高西低分布態勢（圖2），這與湖北省人口主要集中于東部經濟較為發達的城鎮有關。湖北省生活空間的高值區分布于武漢市周邊和襄陽市、宜昌市，與湖北省一主兩副（武漢市為中心，襄陽市和宜昌市為副中心）的格局是契合的。其中生活功能最為突出的是武鄂黃黃（武漢市、鄂州市、黃石市、黃岡市）城市集聚區域，成為全省生活空間最為集聚的區域。生活空間高值區表現出了功能提升的態勢。在江漢平原腹地以及襄陽市西部邊緣、十堰市南部等部分區域表現出功能降低的過程。這是因為這一部分區域大力開展農村居民點整治工作縮減了農村居民點面積，使生活空間有了一定程度降低。

生態功能呈現出東西兩端高、中部低的態勢，又以西部高值區為主，東部高值區為輔（圖3）。生態空間分布態勢與湖北省山脈分布格局十分契合，西部秦巴山區、東部大別山和幕阜山區作為湖北省周邊生態屏障，對湖北省生態安全起到了重要的作用。湖北省絕大部分區域生態空間呈現降低態勢，只有江漢平原個別地區和幕阜山區域有一定程度提高，江漢平原區是由于開展農村居民點整治，增加了耕地面積，而幕阜山區則是由于耕地轉化為林地，增加了生態空間。

圖1 湖北省生產空間分布格局及演變趨勢Fig.1 The spatial pattern and evolution characteristics of production space in Hubei Province

圖2 湖北省生活空間分布格局及演變趨勢Fig.2 The spatial pattern and evolution characteristics of living space in Hubei Province

圖3 湖北省生態空間分布格局及演變趨勢Fig.3 The spatial pattern and evolution characteristics of ecological space in Hubei Province

3.2 三生空間空間自相關格局

從格網單元和鄰域半徑兩個方面來反映尺度的差異，研究三生空間多尺度空間自相關的格局。分別構建2 km、5 km、10 km、20 km邊長大小的格網，覆蓋整個研究區并統計每個格網內三生空間平均分值。在1～10倍的格網邊長距離之間，以格網邊長為間隔分析不同鄰域半徑三生空間的空間自相關特征的變化規律。2015年三生空間在各個尺度上均有顯著的正空間自相關特征，但隨著尺度的增大，空間自相關程度逐漸降低，說明三生空間的空間分布呈現出小聚集、大分散的狀態，即在小尺度上呈現出高度的聚集分布，而在大尺度上，呈現出分散分布狀態。生活空間分布更為離散，這是因為生活空間主要分布在各大城市建成區以及散布于零散的農村居民點中。生態空間中2 km格網相比5 km格網空間自相關程度更低，說明生態空間在微觀尺度上更加的破碎，亟需更加精細化地保護措施。2015年的三生空間格局在多個尺度上，相比2009年三生空間的空間自相關指數均有一定程度下降，尤其在較大的尺度上下降較為明顯，這表明5年間三生空間分布愈加分散，國土空間開發格局更加破碎和不連續。

3.3 湖北省三生空間結構特征

根據三角圖分析結果（圖4），三生空間結構體現出明顯的結構變動特征，生產空間和生活空間呈現出一定的比例特征。各縣域單元生活空間和生產空間都處于50%以下的水平，生態空間差異較大，部分縣域單元生態空間比例達到75%。進一步按照每類空間分值不超過1/4為界限，將三角圖劃分為7個區。其中，E區為生態空間主導型，P區為生產空間主導型，L區為生活空間主導型，EP區為生產生態主導型，PL區為生活生產主導型，EL區為生活生態主導型，EPL為三生空間均衡型。

重點生態功能區三生空間結構大部分分布于E區，這與重點生態功能區的功能定位是一致的。但也存在少數縣（市）落入EP區，這部分縣（市）大部分處于大別山山脈向江漢平原延伸的低山丘陵過渡地帶，與大別山區其他縣區共同承擔了重要的生態屏障作用，但因處于山脈邊緣、地形較為平緩，因此耕地面積較多，又因受到武漢市一定程度的輻射作用，人口密度也相對更高，所以具有一定比例的生產空間。

農產品主產區主要落入EP區，這部分縣域單元多位于江漢平原腹地，地形平坦、耕地面積廣闊，具備了高密度的農業生產功能，并且同時具備一定的生態功能。部分農產品主產區縣（市）分布在E區內，如遠安縣、崇陽縣、谷城縣和宜都市等，這部分縣域單元多處于江漢平原邊緣向秦巴山區或幕阜山區過渡地帶，縣域內部存在一定比例的林地，或像宜都市大力發展柑橘種植業提升了縣域內的生態功能。

重點開發區則分布范圍較廣，在E區、EP區、EPL區和PL區均有分布，其中以EP區為主。這是因為雖然重點開發區較農產品主產區和重點生態區的城鎮化、工業化水平更高，但湖北省整體土地開發程度一般，并且由于湖北省的農業大省定位，耕地面積較大，且湖面眾多，所以大部分縣域具有一定比例的生態空間。分布在PL區內的主要是武漢市主城區和黃石市下陸區，這部分區域經濟發展水平較高，土地開發比例非常高，內部能夠承擔生態功能的面積很少，主要提供生產和生活功能。處于EPL區域的主要有武漢市洪山區、黃石市鐵山區和黃石港區、宜昌市的伍家崗區和西陵區，這部分地域經濟發展水平均較好，但轄區內都具有一定面積的生態空間，如洪山區具有大面積的湖泊水面和山體風景區，伍家崗和西陵區處于長江谷地兩側具有一定面積的山體難以開發利用。處于E區的主要有恩施市、十堰市的張灣區和茅箭區等，位于鄂西山地區，山體綠地面積較多，生態空間較大。

研究期內三生空間結構總體態勢并無較大變化，主要體現為生態空間的減少和生產、生活空間的增加。變動幅度以重點開發區最大，農產品主產區次之，重點生態功能區最小。主體功能區各類型之間的開發力度存在較大差異，重點生態功能區起到了較好的保護生態空間目的，重點開發區也促進了生產空間和生活空間的開發。在結構變動趨勢中，只有黃石市鐵山區變動趨勢與其他縣域相反，究其原因為鐵山區礦產豐富。鐵山區內鐵礦經歷多年開采，礦產逐漸枯竭，現階段大力推進資源枯竭型城市轉型發展，并廣泛開展工礦廢棄地綜合利用，使得大面積的生產空間轉變為生態空間，提升了全域的生態功能。

4 結論

圖4 分主體功能區各縣域三生空間結構變動Fig.4 The changing trend of the PLES value composition in each county classified by major function oriented zoning

本文通過選取長江經濟帶中部典型省域作為研究區，對研究區三生空間分布格局和演化特征進行多尺度對比分析，揭示了三生空間的分布狀態和演化規律，并提出了對應的優化對策，以期為構建高效協調可持續的國土空間提供參考。具體得出以下幾點結論：

（1）湖北省三生空間分布格局區域差異顯著。生產空間主要分布于中部江漢平原和武漢市周邊高度城鎮化地區，承擔著高度集聚的經濟活動和農業生產功能。生活空間與生產空間分布格局具有相似性，但由于廣大的農村區域生活空間主要以零散的農村居民點為主，分布較為分散，因此生活空間分值較低、較為分散。生態空間主要分布于西部秦巴山區、東部大別山區和東部幕阜山區，與生產空間和生活空間分布呈現相反的態勢。

（2）對比2009年和2015年，湖北省三生空間分布格局沒有發生根本性變化，生產空間和生態空間功能升高較快的區域和其高值區范圍一致，說明兩類空間呈現出高者愈高的馬太效應。同時因城鎮擴張和農村居民點建設以占用耕地為主，導致生產空間擴大的同時生態空間相應減少，而生產空間從第一產業生產功能（農業）向第二、三產業生產功能轉移，空間范圍變化較小。

（3）通過三生空間不同鄰域范圍的空間自相關分析表明，三類空間在多個尺度都呈現出較高的空間自相關特性，說明三類空間都呈現空間集聚態勢，但隨著尺度的增大，空間自相關程度逐漸降低，說明三生空間的空間分布呈現出小聚集、大分散的狀態。其中生產空間和生態空間相比生活空間來說，集聚態勢更強，而生態空間在微觀尺度上更加的破碎。三生空間格局在多個尺度上的空間自相關指數均有一定程度下降，尤其在較大的尺度上下降較為明顯，這表明5年間三生空間分布愈加分散，對國土空間開發格局更加破碎和不連續，尤其對生態空間具有較大的破壞作用。

（4）通過三角圖展現不同縣域單元三生空間結構特征和演變態勢。重點生態功能區各縣市以生態空間主導型為主，農產品主產區則以生產生態主導型為主，重點開發區縣市類型分異較大，以生產生態主導型為主，兼具三生空間均衡型、生產生活主導型和生態主導型。對比兩個時點三生空間結構變化發現，湖北省大部分縣域單元都表現出了生態空間向生產空間和生活空間轉化的過程，轉化幅度以重點開發區最劇烈，農產品主產區次之，重點生態功能區稍緩。

本文通過評價湖北省三生空間的時空格局、結構特征和演化趨勢，為深入探究三生空間演進的成因、機制與效應，探尋三生空間優化的科學途徑提供了案例基礎。但是本文對三生空間微觀尺度的格局、結構、形態和聯系尚未開展深入研究，另外對于三生空間各項功能分值的評價和表征精確性略顯不足，生產空間中農業生產和第二、三產業生產空間差異較大，應該進行適當區分，對于這些更加深入和細致的研究內容仍需開展進一步的探索和研究。