滇中城市群國土空間格局識別與時空演化特征分析

林伊琳 趙俊三 張 萌 陳國平

(1.昆明理工大學國土資源工程學院， 昆明 650093； 2.昆明冶金高等專科學校測繪學院， 昆明 650033)

0 引言

國土是生存之本，是人類社會發展和生態文明建設的空間場所和主陣地。黨的十八大報告提出“生產空間集約高效、生活空間宜居適度、生態空間山清水秀”的“三生空間”發展理念，標志著我國將從以生產空間為主導轉向生產、生活、生態空間(三生空間)相協調的國土開發方式[1]。空間中的物質系統隨時間的變化發生演化，具有不同的變化特征屬性。國土空間是由諸多資源要素共同構成的復雜國土空間資源巨系統，其格局是一種動態演變的過程，具有特定的時間和空間屬性，其形態和狀態在時空尺度上呈現出不同的變化特征。因此，研究區域國土空間格局變化，探索其演化規律，揭示國土空間數量結構與空間格局之間的耦合機理，對促進國土空間有序、適度及可持續開發利用具有指導意義。

針對“三生空間”理念，國內學者做了大量的研究。主要包括：三生空間的理論框架研究[2-4]、三生空間用地分類體系研究[5]、基于三生空間的綜合承載力研究[6-7]、三生空間時空演變特征及影響因素研究[8-12]、基于三生空間的鄉村重構與空間布局優化[13-14]等。三生空間作為國土開發宏觀尺度認知的基本范式[15]，目前，主流的三生空間格局識別的研究方法大致分為自上而下的量化測算法和自下而上的歸并分類法[1]。前者通過構建評價指標體系量化識別生產、生活和生態功能區劃[16]，具備指標地域針對性和評價體系綜合性強的特點，在三生功能評價上獨占優勢，但難以實現多主體融合和多尺度集成表達；后者實質是在土地利用數據基礎上進行歸并與分類[17-18]，該方法能有效地實現各種用地分類、國土空間管制和開發相銜接，同時一定程度上彌補了土地利用分類對生態功能考慮欠缺的不足，但對其主體功能的動態性考慮尚有不足(如耕地的主要功能為生產功能，同時也具備一定的生態功能，大片的農作物對周邊生態環境也起到了調節作用)。就研究區域而言，三生空間研究主要集中在平原[19]、流域[20]等典型地貌單元，近年來也有學者將區域視角轉向山區研究，但大多是基于縣域[21-22]小尺度范圍的研究，而針對高原山區城市群大尺度的三生空間格局的實證研究甚少。

自國家實施西部大開發戰略以來，滇中城市群作為云南的核心區域受到了越來越多的關注。其地處西南高原山區，地形破碎復雜、生態環境脆弱，國土空間格局特性明顯。隨著城鎮化、工業化和農業現代化的快速發展，加之受國家城鎮群戰略導向的影響及近年來扶貧移民和避災搬遷，促使滇中城市群國土空間格局發生了明顯的變化。本文從“三生功能”視角，通過構建國土空間與土地利用類型的銜接關系識別滇中城市群國土空間格局，旨在揭示2000—2015年滇中城市群三生空間格局時空演化規律及分異特征，為豐富山區國土空間格局特征分析的方法體系，同時為指導山區國土空間開發與布局優化提供科學依據和借鑒。

1 研究區與數據來源

1.1 研究區域

滇中城市群地處云南省中部地區，位于東經100°43′～104°49′，北緯24°58′～25°09′之間，西鄰大理白族自治州和麗江市，北接攀枝花市、昭通市，東臨文山壯族苗族自治州和黔西南布依族自治州，南接普洱市和紅河縣、元陽縣、屏邊苗族自治縣。由昆明、曲靖、玉溪、楚雄4個州市及紅河州北部7個縣市組成(圖1)，是云南省最發達的地區。屬湖盆巖溶高原地貌，以山地和山間盆地地形為主，地勢起伏和緩，海拔116～4 282 m，低緯度高原山地季風氣候，氣候溫和濕潤，降水多，霜雪少，光照條件好，光能資源較豐富。研究區國土面積占全省土地總面積的29.00%，其中平地面積占整個群域的11.84%，占全省的3.43%。

圖1 研究區地理區位Fig.1 Location of study area

滇中城市群是國家重點培育的19個城市群之一，是全國“兩橫三縱”城鎮化戰略格局的重要組成部分，是西部大開發的重點地帶，是我國依托長江建設中國經濟新支撐帶的重要增長極。同時也是云南省交通設施密集，開發強度最高，發展基礎最牢，發展水平最高，繼續開發前景最好的區域，是帶動全省經濟社會發展的龍頭和云南省參與國內外區域協作、競爭的主體。2015年總人口為2 088.25萬人，城鎮化率為51.92%，國民生產總值達8 631.36億元，群域內人口與經濟社會快速發展，人口、資源環境與經濟社會發展之間沖突日趨加劇。

1.2 數據來源及預處理

本文研究涉及的基礎數據主要包括2000、2005、2009、2015年土地利用數據，其中2000、2005年土地利用柵格數據來源于國家地球系統科學數據共享平臺，2009、2015年土地利用現狀數據來源于土地利用現狀年度更新數據庫。借鑒最優樣方尺寸計算方法[23]，根據群域面積，將研究區劃分為500 m×500 m柵格單元，并運用ArcGIS軟件把各期土地利用數據統一到該柵格尺寸下。依據第二次全國土地調查分類和中國土地利用/土地覆蓋變化(Land use and land cover change, LUCC)遙感監測數據分類，自下而上識別滇中城市群國土三生空間格局。高程、坡度、坡向3個地形因子的空間量化圖是由地理空間數據云平臺提供的SRTM 30 m分辨率的DEM數據經ArcGIS 10.2軟件轉換得到。

1.3 研究方法

本文采用土地利用動態度[24]、土地利用轉移矩陣[25]和景觀格局指數[26-28]等方法，總結滇中城市群2015年三生空間水平和垂直方向格局現狀特征，并分析4個時點上各子空間類型的數量結構變化、類型轉移，探尋空間結構變化的區域差異；采用土地利用程度綜合指數法[29]和熱點分析[30]來識別三生空間利用程度的空間分布模式，以評價國土空間格局變化情況；采用地學信息圖譜[31-32]、核密度[33-34]、標準差橢圓[35]及重心遷移模型[36]等方法分析三生空間時空格局演化特征，以揭示滇中城市群2000—2015年三生空間格局動態變化規律性、空間演變分異和關聯性。

2 國土三生空間分類與銜接

國土空間是一個復雜的有機地理空間，它以自然資源為載體，匯集生態環境和各類經濟社會活動于一體的系統關系總和。所有自然資源存在于空間中，而地球空間最基本的形式就是土地。LUCC則是作為國土空間格局變化和自然環境、人文社會等系統的相互關系的直接反映。迄今為止，我國以土地資源為載體，以土地利用功能為劃分依據，形成了多種國土空間分類方式[37]，其中“三生空間”的概念就是著眼于土地利用功能視角提出的[17]。構建三生功能分類體系是進行國土空間功能、結構分析及格局優化的前提和基礎[38]。三生空間分類體系是三生空間結構內涵的體現，也是生產、生活和生態空間在國土空間功能上進一步劃分，將國土空間在三生功能尺度上深入細化，使之與土地利用、土地覆被分類體系相結合，形成適應國土空間相關研究的分類體系，可為下一步國土空間格局多尺度集成表達研究提供數據支撐。

在第二次全國土地利用調查分類和中國LUCC遙感監測數據分類體系的基礎上，以國土空間安全下的生態安全、糧食安全和經濟社會發展安全為出發點，結合滇中城市群生態保護紅線和永久基本農田保護紅線，對滇中城市群國土三生空間分類體系進行劃分。其中，國土三生空間一級分類以三生功能為劃分標準，并使其與滇中城市群生態保護紅線和永久基本農田保護紅線劃定成果相銜接，為實現促進區域生態底線完整、生態功能與生態景觀同步優異，夯實耕地和基本農田紅線，保證農業和其他產業生產空間穩定，以達到經濟社會發展完美融合；二級分類是在兼顧國土空間的多功能性和分類的實用性[39]，對一級分類在功能上進行更細致劃分；三級分類是以土地利用/土地覆被類型相對應，且各類型之間沒有重疊的情況，符合國土空間分區的要求，便于后續對各功能空間面積的提取與匯總。滇中城市群國土三生空間類型與土地利用類型的銜接和融合關系見表1。

表1 滇中城市群國土三生空間分類與土地利用類型銜接表Tab.1 Connection between production-living-ecological space classification and land use type in study area

3 結果與分析

3.1 滇中城市群三生空間格局水平空間特征

滇中城市群2015年生產空間比例為27.34%，其中農業生產空間占城市群國土面積的26.34%，工礦生產空間占1.00%；生活空間比例為2.63%，其中城鎮生活占1.00%，農村生活占1.63%；生態空間比例為70.03%，其中綠地生態占66.04%，水域生態1.55%，其他生態占2.44%。從國土三生空間一級分類來看，生態空間為絕對主體，生產空間次之；從國土三生空間二級分類來看，綠地生態空間占群域面積最多，農業生產空間次之。由于受地形因素影響，滇中城市群國土空間格局形成“中部以生活、生產空間為主，中部以西以生態空間為主，中部以東以生產空間為主”的整體特征(圖2)。

圖2 滇中城市群三生空間格局Fig.2 Production-living-ecological spaces pattern of urban agglomeration in central Yunnan

3.2 滇中城市群三生空間格局垂直梯度特征

3.2.1基于高程梯度差異的三生空間分布特征

根據滇中城市群地形地貌特征，結合實際調研情況，將滇中城市群的高程劃分為5個梯度：小于等于500 m(平原)，500～1 500 m(低山)，1 500～2 500 m(中山)，2 500～3 500 m(中高山)，大于等于3 500 m(高山)，并計算不同高程梯度分級內三生空間的面積占比構成(圖3)。結果顯示，高程在2 500 m以下的三生空間類型分布最為多樣化，高程在2 500 m以上主要以生態空間分布為主。說明滇中城市群國土空間利用主要集中在平原、低山、中山。其中，農業生產空間、工礦生產空間、城鎮生活空間的面積占比隨著高程上升呈反向遞減趨勢；農村生活空間面積占比隨高程的上升呈先增加后減少趨勢；綠地生態空間和其他生態空間的面積占比則是隨高程的上升而不斷增加；水域生態空間的面積占比隨高程的增加而不斷減少，以高程2 500 m作為分界，高程大于等于2 500 m水系不發育。這充分表明人類活動主要集中在低海拔及中低海拔區域。

圖3 不同高程的三生空間面積占比Fig.3 Proportion of area of production-living-ecological spaces at different elevations

3.2.2基于坡度差異的三生空間分布特征

參照中國農業區劃委員會頒發的《土地利用現狀調查技術規程》，結合研究區實際情況，將坡度劃分為5級：0°～2°(平地)、2°～8°(平坡)、8°～15°(緩坡)、15°～25°(斜坡)和25°以上(陡坡)。通過對不同坡度三生空間類型面積占比分析得知(圖4)，除綠地生態空間隨坡度增加而增加外，工礦生產空間、城鎮生活空間和農村生活空間隨著坡度增加呈現出反向遞減的規律，農業生產空間隨著坡度的增加呈現出先增加后減少趨勢，水域生態空間主要分布于坡度較小的地區，其他生態空間在各坡度級別上均有分布，且差異較小。綜上分析，坡度對人類活動強度較大的工礦生產空間、城鎮生活空間和農村生活空間的分布影響較為突出。

圖4 不同坡度的三生空間面積占比Fig.4 Proportion of area of production-living-ecological spaces at different slopes

3.2.3基于坡向差異的三生空間分布特征

根據坡向界定原理，將坡度按方向法分為正陰向(337.5°～360°，0°～67.5°)、半陰向(67.5°～112.5°，292.5°～337.5°)、半陽向(112.5°～157.5°，247.5°～292.5°)和正陽向(157.5°～247.5°)。從不同坡向的三生空間類型占比情況分析得知(圖5)，所有空間類型在各坡向級別上均有分布，且差異極小。從數量變化情況來看，分布在半陽向、半陰向的農業生產空間和綠地生態空間優勢度大于正陽向和正陰向；分布在半陽向、正陽向的工礦生產空間、城鎮生活空間和其他生態空間優勢度大于半陰向和正陰向；分布在正陰向、半陽向的農村生活空間優勢度大于半陰向和正陽向；分布在正陰向的水域生態空間優勢度大于其余3個坡向。綜上表明，三生空間類型分布在坡向上的分布具有一定的選擇性，但選擇性不強。

圖5 不同坡向的三生空間面積占比Fig.5 Proportion of area of production-living-ecological spaces at different aspects

4 滇中城市群三生空間格局演化分析

4.1 數量結構演化

滇中城市群2000—2015年國土空間類型變化具體表現為生產空間持續增加，生活空間逐漸增加，生態空間持續減少(表2)。

表2 滇中城市群15年間國土空間類型面積占比Tab.2 Proportion of area territory space types in urban agglomeration of central Yunnan during past 15 years %

通過計算研究時段內土地利用動態度指數對研究區國土空間類型結構演變的劇烈程度進行測度，進而分析各種空間類型的演變速度(表3)。研究時段內，工礦生產空間、城鎮生活空間、農村生活空間的單一動態度均為正值，說明這3種空間類型的面積呈增加態勢，主要原因是受1999年西部大開發戰略、經濟快速發展、城鎮化和工業化進程加快等影響，致使工礦生產空間和生活空間需求趨勢增長明顯。此外，2009年以前綠地生態空間面積呈減少態勢，研究區存在生產、生活空間占綠地生態空間現象，2009年以后面積有所增加。

從綜合動態度看(表3)，各種空間類型的綜合動態度明顯大于單一動態度，說明了綜合動態度能較好地識別和比較區域國土空間類型動態變化的總體程度及活躍情況。2005—2009年，各空間類型的單一動態度和綜合動態度較之其他兩個時間段總體偏高，其原因一方面是受研究區地勢分布現實及“城鎮上山”土地政策的影響，使得建設用地開發向山坡轉移，導致該時段內國土空間格局發生了較大變化；另一方面則是由數據統計口徑不同以及制圖綜合誤差造成的。

表3 滇中城市群2000—2015年國土空間動態度Tab.3 Dynamic changes of different territory space types in urban agglomeration of central Yunnan from 2000 to 2015 %

圖6 滇中城市群2000—2015年國土空間面積變化的空間差異Fig.6 Spatial differences in territory space area changes in urban agglomeration of central Yunnan from 2000 to 2015

滇中城市群15年來三生空間面積在數量變化上存在著明顯的區域差異(圖6)。具體表現為：① 生產空間，研究區49個縣市域中有10個縣域生產空間面積減小，主要集中在研究區的西北部，其中楚雄市的生產空間面積減少最大，達400.602 0 km2；生產空間面積增加顯著的縣域主要集中在研究區的東北部、北部以及南部，以宣威市、尋甸縣、富源縣、會澤縣、彌勒市及沾益區生產空間面積增加量最多，面積均在500 km2以上，其中宣威市面積達1 864.559 8 km2。② 生活空間，所有縣域生活空間面積均有增加，生活空間面積顯著增加的縣域主要集中在東北部、中部和南部。③ 生態空間，43個縣域生態空間面積減少，生態空間面積顯著減少的縣域集中在東北部、南部，其中宣威市生態空間面積減少量最多，達1 992.818 0 km2。綜上得知，15年間研究區內生產空間面積增加的縣域則是生態空間面積減少的縣域，反之亦然，生產用地大量占用生態用地，糧食產量和經濟發展一定程度上得以提高，但不利于生態環境建設。研究區平地面積少，山地面積多，生活空間開發程度受限，研究期間所有縣域生活空間面積均有增加，但增量相對較小。其原因是云南省推行山地城鎮模式，引導生活空間向山地發展(坡度8°～25°)，使得地處山地的宣威市、會澤縣、呈貢區、楚雄市、尋甸縣充分利用其地勢特點進行生活空間開發，生活空間增量均在80 km2以上，而地處平地的五華區和盤龍區，同時也是昆明市的主城區，其國土開發已達極限，增加面積較少，僅10 km2。

4.2 三生空間類型相互轉換

采用土地利用轉移矩陣體現滇中城市群2000—2015年各國土空間類型結構及其之間的相互轉換關系，以揭示研究區國土空間格局演化的結構特征與各空間類型的演變方向(表4)。結果顯示，15年間研究區各空間類型面積均有不同程度的增加或減少，總體呈現出“入不敷出”的態勢。農業生產空間面積減少8 419.506 1 km2，綠地生態空間面積增加14 803.059 5 km2，二者相互轉換數量最大。一方面是因為2000年數據來源于國家地球系統科學數據共享平臺，2015年數據來源于二調數據，受統計口徑、數據來源、數據分類標準及制圖綜合誤差等影響，導致耕地或園地被誤調為林地和草地；另一方面耕地轉為林地和草地表明退耕還林、還草政策成效凸顯；工礦生產空間面積減少1 042.707 7 km2，主要轉為農業生產空間和綠地生態空間；城鎮生活空間和農村生活空間面積分別減少787.237 2、1 386.876 7 km2，主要為農業生產空間及綠地生態空間占用，其減少的原因是建設用地占耕、占林明顯，政府開展國土打非治違專項行動，就未取得用地許可、規劃許可或與城市規劃不相符合的城市建筑進行處理；水域生態空間面積減少585.867 km2，主要被農業生產空間和綠地生態空間所占用；其他生態空間面積減少2 580.846 8 km2，主要轉換為農業生產空間和綠地生態空間，而剩余部分轉為其他空間類型的面積相對較小。

表4 滇中城市群2000—2015年國土空間格局面積轉移矩陣Tab.4 Transfer matrix of territory space area in study area from 2000 to 2015 km2

4.3 空間格局演化

4.3.1國土空間利用程度演化

圖7 2000—2015年滇中城市群各縣域國土空間利用程度變化圖Fig.7 Change map of territory space use degree in each county of urban agglomeration in central Yunnan from 2000 to 2015

土地作為國土空間最核心的資源，任何開發利用均是以土地資源為載體而進行的，體現了人類改造土地景觀的強度[40]，故此土地利用程度實際上可認定為是國土空間利用程度直接反映。本文采用土地利用程度綜合指數法[29]，以縣域為單位，測算分析4個時點滇中城市群國土空間利用程度綜合指數，再結合熱點分析[30]識別國土空間利用程度的空間分布演變模式及其熱點和冷點地區。

圖8 2000—2015滇中城市群各縣域國土空間利用程度熱點圖Fig.8 Hot spot maps of territory space use degree in each county of urban agglomeration in central Yunnan from 2000 to 2015

國土空間利用程度方面(圖7)，2000—2015年滇中城市群各縣域國土空間利用程度綜合指數呈逐年增加趨勢，反映出滇中城市群國土空間利用程度在逐年提高。其中以五華區、盤龍區、官渡區、呈貢區、麒麟區、陸良縣和瀘西縣的國土空間利用程度增加最為明顯。隨著城市化進程的不斷加快，必將帶來對生活空間和工礦生產空間更大的需求。國土空間利用程度熱點分布情況見圖8，15年來滇中城市群國土空間利用程度熱點區主要集中分布在研究區中部和東部的部分地區，同時熱點區周圍的縣域國土空間利用程度也都偏高。值得注意的是，2009年以后云南省推行“城鎮上山”政策，北部的祿勸縣、東川區、會澤縣，南部的個舊市、開遠市、建水縣等冷點區的國土空間利用程度有所提高，使得滇中城市群國土空間格局與前兩期相比變化明顯。

4.3.2國土空間格局地學信息圖譜演化

采用土地利用地學信息圖譜演變方法[31-32]，分析研究區2000—2005年、2005—2009年和2009—2015年3個時段國土空間格局圖譜時空演變特征。

結果顯示，研究區2000—2015年國土空間格局時空演變圖譜中發生變化類別的有6個(表5～7)。其中，2000—2005年，共有22 131.618 2 km2的國土空間面積發生了變化。生態空間與生產空間面積的相互轉換構成了該研究時段內國土空間格局圖譜演變的主要類型，圖譜變化率累積占比93.55%，散點式分布(圖9)。

表5 滇中城市群2000—2005年國土空間類型演化圖譜Tab.5 Geo-info-spectrum of territory space type evolution in study area from 2000 to 2005

表6 滇中城市群2005—2009年國土空間類型演化圖譜Tab.6 Geo-info-spectrum of territory space type evolution in study area from 2005 to 2009

表7 滇中城市群2009—2015年國土空間類型演化圖譜Tab.7 Geo-info-spectrum of territory space type evolution in study area from 2009 to 2015

圖9 滇中城市群3個時段國土空間格局演化圖譜Fig.9 Geo-info-spectrum of territory space pattern evolution in three periods of urban agglomeration in central Yunnan

2005—2009年，國土空間面積變化總量為32 486.893 8 km2，仍以生態空間與生產空間面積的相互轉換構成了該研究時段內國土空間格局圖譜演變的主要類型，圖譜變化率累積占比90.55%，主要集中分布在宣威市、沾益區、羅平縣、尋甸縣、官渡區、石林縣、楚雄市、建水縣、蒙自市等縣域(圖9)。

2009—2015年，國土空間面積變化總量相對較少，僅494.796 9 km2，構成研究區國土空間格局圖譜演變的主要類型發生了改變，主要為生產空間-生活空間，生態空間-生產空間，生態空間-生活空間這3類圖譜，圖譜變化率累積占比98.49%，集中分布在嵩明縣、安寧市、晉寧縣、官渡區、永仁縣、元謀縣，其他縣域零星分布(圖9)。

圖10 滇中城市群國土空間格局景觀指數變化曲線Fig.10 Landscape index variation of territory space pattern in urban agglomeration of central Yunnan

4.3.3國土空間格局景觀指數演化

借鑒相關研究[26-28]，文本選取以下8個景觀格局指數：斑塊個數(Number of patches, NP)、平均斑塊面積(Mean patch size, MPS)、斑塊密度(Patch density, PD)、形狀指數(Landscape shape index, LSI)、蔓延度(CONTAG)、聚合度(Aggregation index, AI)、香農均勻度(Shannon’s eveness index, SHEI)、香農多樣性指數(Shannon’s diversity, SHDI)，從景觀尺度分析滇中城市群15年間國土空間格局的整體演變特征并揭示其蘊含的景觀效應。

由圖10可知，滇中城市群景觀斑塊數總體呈上升趨勢，平均斑塊面積總體呈下降趨勢，但表現出階段性特征，2000—2005年，斑塊數目下降，斑塊平均面積上升，表明研究區國土空間景觀格局向著聚集方向發展；2005—2015年，斑塊數目持續增加，斑塊平均面積持續下降，表明區域景觀格局受人類社會經濟活動的干擾嚴重，加速了景觀破碎化。15年間景觀蔓延度指數整體呈上升趨勢，說明研究區內具有優勢斑塊類型，且斑塊連接性較好，此外，研究區道路交通基礎設施的不斷建設與完善，增強了國土空間類型之間的景觀連通性。聚合度總體呈下降趨勢，相同斑塊類型的聚集程度降低，景觀破碎化嚴重。香農均勻度和香農多樣性指數整體均呈上升趨勢，景觀多樣性增加，景觀優勢度下降，各斑塊類型在景觀中均勻分布。總體而言，滇中城市群2000—2015年國土空間景觀格局演變存在明顯空間分異，判斷地形條件、交通設施、人口分布及人類活動是引起該空間分異的主要因素。

4.3.4國土空間格局分布特征

由于點格局分析方法[41]，如標準差橢圓[35]、土地利用重心遷移模型[36]等，能較好地鑒別空間格局各種狀態，近年來被廣泛運用于各類用地類型擴張的研究中。采用這兩種方法，對研究區4個時點上國土空間格局分布特征及變化差異進行分析(表8)。

4個時點上，研究區生產空間的標準差橢圓長軸為東北-西南走向，短軸為西北-東南走向，反映出研究區2000年、2005年、2009年和2015年生產空間分布趨勢均為東北-西南方向，且東北方向的分布最為聚集(圖11)。研究期內，生產空間標準差橢圓面積增加，橢圓轉角逐漸減小，旋轉速度較快，生產空間的方向性分布特征不穩定，短軸標準差均大于長軸標準差，表明滇中城市群生產空間明顯沿北偏東方向擴張，形狀指數總體呈下降趨勢，極化特征較明顯，生產空間分布較為集中。重心對應著生產空間的空間分布位置，滇中城市群生產空間整體向東南方向遷移，重心位置從盤龍區轉向官渡區，累計遷移距離達20.043 0 km。

表8 滇中城市群4個時點國土空間格局變化情況Tab.8 Changes in territory spatial pattern at four time points in urban agglomeration of central Yunnan

圖11 滇中城市群2000—2015年三生空間格局變化特征Fig.11 Variation characteristics of production-living-ecological spatial pattern in urban agglomeration of central Yunnan from 2000 to 2015

4個時點上，研究區生活空間分布趨勢與生產空間相似，均為東北-西南方向，且東北方向的分布較為聚集(圖11)。研究期內，生產空間標準差橢圓面積增加顯著，轉角逐年增大且旋轉速度較快，短軸標準差均大于長軸標準差，生活空間沿北偏東方向擴張，形狀指數整體呈下降趨勢，表明滇中城市群生活空間分布較為集中且具有一定規律性。滇中城市群生活空間整體向東北方向遷移，遷移距離累計為7.389 3 km，但重心位置一直位于官渡區，主要原因是隨著城鎮化進程的加快，官渡區作為主要中心城區優先得以發展。

4個時點上，研究區生產空間方向分布呈現出階段性特征(圖11)：2000—2005年，生態空間分布趨勢為東北-西南方向；2009—2015年，生態空間分布近似東-西走向。研究期內，生產空間標準差橢圓面積總體呈增加趨勢，但較之2009年是減少的，減少面積為5 471.200 0 km2。橢圓轉角旋轉速度快，生態空間的方向性分布特征不穩定，形狀指數呈增加態勢，極化特征不突出，生態空間格局分布較為離散。滇中城市群生態空間整體由東向西遷移，累計遷移距離8.673 3 km，隨著我國城鎮規模結構和空間布局的不斷調整和完善，促使滇中城市群所轄市域部分城區功能定位發生改變，官渡區則是作為昆明國際新機場和螺獅灣國際商貿城的選址，導致生態空間面積減少，生活空間面積增加。此外，西山區含有滇池流域及西山森林公園，生態空間面積占比相對較大，使得重心位置從官渡區轉向西山區。

4.3.5國土空間格局擴張形態特征

為揭示滇中城市群國土空間格局動態演化模式，本文運用核密度估計方法[33-34]來分析2000—2015年國土空間格局類型擴張蔓延趨勢(圖12～14)。從生產空間核密度測算值分布圖中可以看出(圖12)：① 研究區單位時間內生產空間的斑塊數量雖有小幅度下降，但總體呈增加態勢。② 從空間分布來看，4個時點核密度測算值總體上有較為相似的分布格局，均呈現出中部、西部及東北部高，而南部、西南部及西北部低的空間分布特征，尤其以中部的盤龍區、官渡區和西山區形成了核密度測算的高值區。③ 2000—2015年滇中城市群生產空間核密度測算值空間分布格局均呈現出多核擴散破碎化的趨勢。其中2000年和2005年，核的位置以盤龍區、官渡區、楚雄市、易門縣、宣威市等縣區地勢平坦區域為中心點向周圍擴散，擴散幅度較小，破碎化程度低；與前兩個年份相比，2009年和2015年核的位置在原空間分布格局上出現大面積擴散，同時在主核的周圍衍生出許多次核，破碎化程度嚴重。

圖12 滇中城市群生產空間核密度測算值空間分布圖Fig.12 Spatial distribution maps of kernel density of production space in urban agglomeration in central Yunnan in 2000, 2005, 2009 and 2015

圖13 滇中城市群生活空間核密度測算值空間分布圖Fig.13 Spatial distribution maps of kernel density of living space in urban agglomeration in central Yunnan in 2000, 2005, 2009 and 2015

圖14 滇中城市群生態空間核密度測算值空間分布圖Fig.14 Spatial distribution maps of kernel density of ecological space in urban agglomeration in central Yunnan in 2000, 2005, 2009 and 2015

從生活空間核密度測算值分布圖中可以看出(圖13)：① 4個時點上生活空間核密度測算值空間分布呈現出“兩兩”相似的空間格局，整體呈現出中部和東部高，西北部和西南部低的空間分布特征。其中，2000年和2005年生活空間核密度測算值大體上有較為相似的空間分布格局，高值區域主要分布在地勢較為平緩區域，包括滇中城市群中部的盤龍區、西山區、官渡區、嵩明縣、晉寧縣、宜良縣以及紅塔區、江川區、通海縣，東部的陸良縣、瀘西縣、師宗縣和麒麟區等縣區；中值區域的分布主要集中在高值區域周圍；低值區域主要分布在西北部和西南部山區地帶，包括祿勸縣、永仁縣、大姚縣、元謀縣、祿豐縣、易門縣、雙柏縣、新平縣、峨山縣和元江縣等。2009年和2015年的空間分布格局相似，高值區域仍以中部和東部的區縣集中分布為主，除西部和西北角無分布外，其他區縣也均有分布，但分布較為零散；中值區域的分布主要集中在高值區域周圍，多為緩坡地帶；低值區域主要分布在西部和西北部山區地帶，包括楚雄市、雙柏縣、峨山縣、新平縣、大姚縣和永仁縣等縣區的部分區域。② 2000—2015年生活空間核密度測算值多核擴散破碎化的空間分布格局更為明顯，其中2000年和2005年，生活空間擴散幅度較小，破碎化程度低；2009年和2015年核的位置在原空間分布格局上出現大面積的擴散，擴散方式以壩區向緩坡地帶延伸，同時在主核的周圍衍生出許多次核，破碎化程度較高但總體分布較為連續，空間連接性較好。

從生態空間核密度測算值分布圖中可以看出(圖14)：① 研究區單位時間內生態空間的斑塊數量呈增加態勢，這與研究區近年來注重生態保護，生態退耕還林、還草等活動有關。② 從空間分布來看，4個時點生態空間核密度測算值向滇中城市群中部以東較為密集，這與研究區地勢分布有關，東部地勢較之西部偏高，不適宜作為生產或生活空間開發建設。③ 2000—2015年滇中城市群生態空間核密度測算值空間分布格局破碎程度高。其中2000年和2005年，核的位置以陸良縣、瀘西縣、羅平縣、東川縣、牟定縣、南華縣和新平縣、易門縣、宣威市等縣區為中心點向周圍擴散，擴散幅度較小，分布相對聚集；與前兩年相比，2009年和2015年，在原空間分布格局上出現大面積擴散，主核弱化，破碎化程度嚴重，分布不均勻。

5 討論

5.1 滇中城市群國土空間格局變化過程解析

城鎮化、工業化的快速發展是助推中國三生空間變化的主要原因[17]，二者的作用在滇中城市群國土空間格局中表現的同樣顯著。自西部大開發戰略實施以來，滇中城市群作為重點開發地帶，政府相繼出臺關于土地管理、城市建設、基礎設施建設、產業結構調整與投資、勞動力流動等方面的支持政策，帶動了滇中城市群城鎮化、工業化的快速發展，滇中城市群GDP從2000年的1 356.562 3億元增加為2015年的8 631.360 0億元，15年內，增加了5.362 7倍，年均增長率為13.13%。城鎮化水平不斷提高，由2000年的30.60%增加至2015年的51.92%，城鎮人口比重不斷增大。社會經濟的高速發展和人口的快速城鎮化使得2015年滇中城市群工礦生產空間面積是2000年的15.88倍，2015年城鎮生活空間面積是2000年的3.43倍。云南省特殊的地勢分布現實以及建設用地占用耕地嚴重，2009年云南省采取“城鎮上山”土地政策，大量工礦生產空間和生活空間向緩坡轉移，有效保護了壩區耕地，同時用地緊張的現象一定程度上得到了緩解。

人口規模增加，人類活動的干擾及土地政策是加劇滇中城市群國土空間變化和景觀破碎化的關鍵因素。15年間，滇中城市群人口增長率達20.00%。人口的快速增長導致區域人地矛盾突出，生產空間和生活空間的需求不斷擴大，15年間生產空間面積增加了9 464.515 2 km2，生活空間面積增加了2 173.898 9 km2，人口密度的增加使得國土空間開發利用集約高效，但兩類空間大面積擴增也反映出占用綠地生態空間嚴重。為滿足社會發展需求，受土地政策的影響，研究區部分縣區忽略地形及生態因素，盲目擴建工礦生產空間和生活空間，導致2015年坡度在25°以上的工礦空間面積有120.824 7 km2，生活空間有313.495 0 km2，這種粗放不合理的國土空間開發方式不僅對生命安全疏忽考慮，同時對生態環境擾動也較大。此外，受人類活動干擾影響造成15年內滇中城市群景觀斑塊數目增多，平均斑塊面積變小，國土空間格局景觀破碎化嚴重。

5.2 存在的問題及相應對策

(1)生態空間、生產空間、生活空間矛盾突出。① 工礦生產空間和生活空間的擴大嚴重擠壓農業生產空間和生態空間。② 隨著人口總量和城鎮人口的增加，糧食等主要農產品需求剛性增長的態勢不可逆轉，農業面臨保飯碗和促增收雙重壓力。③ 農業資源過度開發、農業投入品過量施用，農業環境污染日益突出，農業生態面臨很大的問題。因此應強化滇中城市群生態保護紅線、基本農田保護線、城鎮開發邊界等空間控制線的統籌管控，立足于區域生態資源承載力，合理布局山、水、城、田、林和諧共生的三生空間，并針對滇中城市群地區發展差異，通過制定標準、政策傾斜、基礎設施引導等措施，以協調滇中城市群的生態文明建設與經濟社會全面發展的沖突和矛盾。

(2)農業生產空間內壩區耕地資源有限，坡耕地面積大且質量不高。2000—2015年農業生產空間減少了8 421.695 0 km2，主要為工礦生產及生活空間所用。2015年壩區農業生產空間面積僅有863.937 5 km2，其中耕地面積509.723 1 km2；而坡度在25°以上的農業生產空間仍有5 037.690 2 km2，坡度在15°～25°之間的農業生產空間面積有8 214.705 7 km2，存在大量的坡耕地，耕地質量不高。研究區地形地貌特征決定了坡耕地是十分重要的生存和發展的生產用地，但同時，坡耕地也是水土流失策源地，會導致嚴重的水土流失，破壞耕地資源，降低土地生產力。必須進一步加強基本農田保護，完善耕地占補平衡補償制度，保障坡耕地退耕還林、還草，加快坡改梯工程、田間道路及溝道治理工程實施。

(3)受“城鎮上山”土地政策影響，滇中城市群生活空間迅速向山區地帶擴張，存在較高的地質災害隱患。2015年坡度在8°～25°之間的生活空間面積為2 513.553 5 km2，而坡度在25°以上的生活空間面積有313.495 1 km2，由于該部分生活空間分布的地形起伏度較大，地質災害風險程度較高。必須加強對地質災害防治重點縣城、鄉鎮及其他重大地質災害隱患區開展勘查及風險評價，做好地質災害危險性評估工作；建立健全地質災害調查信息系統和監測預警體系，加強對村鎮、道路和重要基礎設施的防災減災工作，實施地質災害分類治理，對地質災害重點村鎮提出就地規劃建設或異地搬遷避讓新址。

6 結論

(1)以高原山區為主導的地形特征影響了滇中城市群國土空間格局分布，其垂直差異性顯著。2015年三生空間格局現狀分布以海拔在1 500～2 500 m的國土空間面積最大(79.76%)，其次為海拔500～1 500 m(14.72%)；以坡度在15°～25°之間的國土面積最大(30.70%)，其次為坡度25°及以上(25.79%)。滇中城市群國土空間以生態空間為絕對主體，生產空間次之。整體形成中部以生活-生產空間為主、中部以西以生態空間為主、中部以東以生產空間為主的空間格局特征。

(2)15年來滇中城市群生產空間持續增加，生活空間逐漸增加，生態空間持續減少，且區域差異性較大。國土空間類型之間景觀連通性增強，但景觀破碎程度高，景觀多樣性增加，景觀優勢度下降，景觀格局演變存在明顯空間差異性。生態空間和生產空間面積的相互轉換構成了國土空間格局圖譜演變的主要類型，呈散點式分布。

(3)2000—2015年滇中城市群國土空間利用程度逐年提高，國土空間利用程度熱點區集中分布在研究區中部和東部的部分地區，同時熱點區周圍的縣域國土空間利用程度也往往偏高。受云南“城鎮上山”政策影響，2009年以后部分縣域國土空間利用程度冷點區向熱點區轉變，滇中城市群國土空間格局變化明顯。

(4)4個時點上，研究區國土空間格局總體沿東北-西南走向分布，生產、生活空間在東北方向的分布最為聚集，生態空間格局分布較離散，方向性分布特征不穩定。生產空間重心位置整體向東南方向遷移，重心位置從盤龍區轉向官渡區；生活空間重心整體向東北方向遷移，重心位置一直位于官渡區；由于滇中城市群所轄市域部分城區功能定位發生改變，生活空間占用生態空間，加之西山區含有滇池流域及西山森林公園，生態空間面積占比相對較大，使生態空間重心位置從官渡區轉向西山區。

(5)4個時點上，研究區三生空間核密度測算值總體呈增加態勢，生產、生活空間核密度測算值空間分布特征表現為中部、西部及東北部高，而南部、西南部及西北部低，多核擴散破碎化明顯；生態空間核密度測算值空間分布特征表現為中部以東較為密集，受人類活動干擾，破碎化嚴重，分布不均勻。

(6)西部大開發戰略的實施、相應土地政策的出臺促使滇中城市群國土空間格局變化明顯。目前滇中城市群國土空間面臨著三生空間用地矛盾沖突、農業生產空間內坡耕地面積大且質量不高、生活空間向山區擴張蔓延存在地質災害隱患等問題。因此，未來滇中城市群國土空間開發利用和布局優化需要強化滇中城市群生態保護紅線、基本農田保護線、城鎮開發邊界等空間控制線的統籌管控，通過制定標準、政策傾斜、基礎設施引導等措施，協調滇中城市群的生態文明建設與經濟社會全面發展的矛盾，加強基本農田保護，保障坡耕地退耕還林、還草，加快坡改梯工程、田間道路及溝道治理工程實施，著力加強生活空間的防災減災體系建設。