鄉村“三生”空間發展水平綜合評價與耦合協調分析
——以綿陽市游仙區為例

鄭 達 李長奇 曹 琦

(西南科技大學土木工程與建筑學院 四川綿陽 621010)

生產空間、生活空間、生態空間是構成鄉村空間重要的子系統。近年來，隨著新型城鎮化的快速發展，鄉村空間的發展不斷受到城市元素的干擾，多元化的鄉村人居環境面臨著生活空間碎片化、生產功能紊亂、生態環境失衡等一系列危機。而黨的十八大所提出的“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”的國土空間優化目標以及十九大所提出的“走城鄉融合發展之路”“走鄉村綠色發展之路”“走質量興農之路”的鄉村振興戰略都旨在實現鄉村三生空間功能的整合與協調發展。因此，適時引導調控鄉村“三生”空間發展，促進其科學健康發展，厘清生產、生活和生態空間之間的關系已成為亟待研究的重要課題。目前對于“三生”空間的研究主要從識別與分類[1-4]、空間格局特征[5-7]、空間格局優化[8-10]等方面開展，以區域或市縣級行政區劃尺度為研究區居多，較少涉及鎮域尺度下的鄉村“三生”空間研究，且大多鄉村空間方面的研究僅停留在單一功能的評價與空間格局優化[11-13]，雖有學者初步探討了鄉村“三生”空間的劃分[14]、土地適宜性評價[15]、三生功能評價[16]、空間格局演變[17]等，但缺乏從系統的角度綜合評價鄉村空間資源配置，且未能明晰各種空間功能之間的耦合互動關系。本文以綿陽市游仙區為研究區域，通過構建游仙區“三生”空間發展水平評價指標體系，對游仙區鄉村生產生態空間、生活生產空間、生態空間和生態生產空間的發展水平進行評價，利用“三生”空間耦合協調度模型對各鄉鎮耦合協調度值進行計算，分析游仙區各鄉鎮“三生”空間耦合協調程度，并以此為依據探討游仙區鄉村空間發展和鄉村振興建設路徑。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

游仙區位于四川盆地西北緣丘陵地帶，嘉陵江支流涪江中上游東部，東臨梓潼縣，南連三臺縣，西連涪城區，北臨江油市，是綿陽市的核心城區和主城區(圖1)。全區面積1 018 km2，有1個經濟開發區、1個經濟試驗區、5個街道、24個鄉鎮、55個社區、226個村，總人口56.83萬人(根據《四川省人民政府關于同意綿陽市調整部分鄉鎮行政區劃的批復》(川府民政〔2019〕27號)文件，游仙區部分鄉鎮行政區劃已進行相應調整。本文僅參考游仙區各鄉鎮行政區劃調整前所獲取的數據進行研究)。近年來，為實現農業產業、鄉村旅游、文化傳播、娛樂休閑等產業轉型，推進農業綜合升級、農村全面進步、農民綜合發展，游仙區政府試圖通過旅游業帶動“山灣農場”建設，提升林地、水體、文化、住宿、土地等可供開發資源的價值。開發與建設力度的加大雖然在一定程度上給當地帶來了經濟效益，但資源分布不均所造成的發展失衡、人居環境惡化以及發展狀態與生態效應不匹配等問題也日益凸顯。因此，如何指導鄉村發展過程中“三生”空間的協調與有序開發，將成為游仙區開展鄉村振興綜合項目的核心工作。

圖1 游仙區在綿陽市的區位分布圖Fig.1 Location of Youxian District in Mianyang

1.2 數據來源與數據處理

研究采用的土地利用數據來源于USGS上獲取的Landsat-8 OLI/TIRS遙感影像數據產品與地理空間數據云上獲取的30 m 分辨率DEM數據以及源于《綿陽市游仙區土地利用總體規劃(2006-2020年)》的相關數據。生態環境數據來源于EARTHDATASEARCH上獲取的MOD13Q1與 MOD17A3陸地數據產品。社會經濟數據主要來源于《綿陽統計年鑒2019》與《游仙年鑒2019》。

采用ENVI5.1與ArcGIS10.5專業軟件，結合目視解譯監督分類兩種方法，以土地利用數據 30 m 精度二級分類為標準，將Landsat-8 OLI/TIRS遙感影像數據通過輻射校正、大氣校正進行數據預處理，最后采用監督分類方法對影像進行土地利用數據解譯。解譯得到耕地、園地、林地、草地、水面坑塘、城鄉建設用地以及農村居民點等土地利用柵格斑塊數據。由于《全國土地利用總體規劃綱要(2006-2020)》提出“生態用地與生活用地、生產用地并行”，因此，需在現行土地利用分類的基礎上將土地按照生態、生產、生活功能重新進行分類。結合現有研究成果[1, 6, 18-19]，將解譯得到的土地利用分類斑塊進行“三生”用地歸并處理，并細化成為生產生態空間、生活生產空間、生態空間以及生態生產空間(表1)，分類結果如圖2所示。MOD13Q1與MOD17A3數據產品通過MODIS Reprojection Tool軟件對HDF數據格式進行解譯，并且提取相應波段的數據信息，最終得到植被覆蓋度數據以及NPP 植被凈初級生產力數據。

圖2 游仙區鄉村“三生”空間分類Fig.2 Classification of the rural Production-Living-Ecological space in Youxian District

表1 游仙區鄉村“三生”空間分類體系Table 1 Classification system of the rural Production-Living-Ecological land in Youxian District

2 研究方法

2.1 景觀格局指數計算

景觀格局及其變化可以綜合反映一定區域內生態環境系統在自然因素與人為因素相互作用下產生的空間分異特征。本研究利用Fragstats 4.2軟件對研究對象的空間特性進行分析，計算出斑塊的景觀格局指數，作為鄉村“三生”空間發展水平的評價指標。

2.2 “三生”空間發展水平評價指標體系構建

借鑒鄉村“三生”空間適宜性評價[15]、功能評價[16]、綜合評價[20]等相關研究成果，對相關指標進行初步篩選，在遵循評價指標的綜合性、可比性、可操作性及相對穩定性等原則下，利用SPSS 22工具，在Shapro-Wilk正態性檢驗通過下(樣本量小于50)，對二級指標進行Pearson相關性分析，將兩兩相關性系數大于0.95的指標進行二次對比篩選，保證指標的綜合性與獨立性。考慮到鄉村“三生”空間發展水平的完整度和協調度，綜合研究區鄉村空間發展特征，立足景觀空間格局屬性以及自然資源稟賦兩個維度，最終構建了游仙區鄉村“三生”空間發展水平評價指標體系(表2)。

表2 游仙區鄉村“三生”空間發展水平評價指標體系Table 2 Evaluation index system of the rural Production-Living-Ecological spatial development level in Youxian District

2.3 熵權法確定指標權重

(1)將各個指標的數據進行歸一化處理。

(2)求各指標的信息熵。

(3)求出第i組數據的第j項指標的信息熵為：

(1)

(2)

(4)計算信息效用值：

dj=1-ej

(3)

(5)計算各指標的權重(表3)：

表3 游仙區鄉村“三生”空間發展水平評價指標權重的確定Table 3 Determination of the weights of evaluation indicators for the development level of the rural Production-Living-Ecological space in Youxian District

(4)

2.4 “三生”空間耦合協調模型

本文結合耦合協調模型的改進以及應用的研究成果[21-23]，構建生產生態空間、生活生產空間、生態空間以及生態生產空間4個子系統以及兩兩子系統之間耦合協調模型，用以測度系統之間相互作用關系。

(5)

式中：Ui指各空間子系統的發展水平評價分值；Uj是除Ui系統外的任何子系統；n是子系統的總數目，在文中取n=4與n=2。耦合度的大小由各個子系統Ui的大小決定。耦合度值c∈[0，1]，根據耦合度值的變化分為以下6種類型[24-25]：①c=0，子系統間處于無關狀態且向無序發展；②c∈(0，0.3]，處于較低水平耦合時期；③c∈(0.3，0.5]，處于頡頏時期；④c∈(0.5，0.8]，進入磨合時期，子系統間開始良性耦合；⑤c∈(0.8，1.0)，處于協調耦合時期；⑥c=1.0，各子系統之間的耦合良好，并趨于一種新的有序結構。

(6)

t=γU1+ηU2+ιU3+κU4或

t=λUi+μUj

(7)

式中：c為耦合度；d為耦合協調度；t為生產生態空間、生活生產空間、生態空間以及生態生產空間發展水平的協調指數。由于四類空間的發展水平同等重要，因此，本文取γ=η=ι=κ=0.25，λ=μ=0.5。為了更好地體現生產生態、生活生產、生態以及生態生產空間四者以及兩兩空間子系統之間的耦合協調程度，參照已有的研究[26-27]，對耦合協調度以及具體協調對比類型進行劃分，劃分結果如表4所示。

表4 鄉村“三生”空間協調程度與協調對比類型劃分Table 4 Classification of the coordination degree and contrast coordination ratio types of rural Production-Living-Ecological space

3 “三生”空間綜合發展水平評價與耦合協調度分析

3.1 “三生”空間綜合發展水平評價結果

自然間斷點分級法(Natural Breaks)基于數據中固有的自然分組來確定分類區間，該方法可將相似值進行最恰當的分組，最大化不同類別之間的差異。該分組的方法是將數據分成若干類，對于這些類，邊界設置在數據值差異較大的位置[28]。為體現各鄉鎮“三生”空間發展水平分值差異性最大化，本研究利用ArcGIS專業軟件上的自然斷點分級法將各鄉鎮的生產生態空間、生活生產空間、生態空間、生態生產空間以及“三生”空間綜合發展水平評價分值歸一化處理后按低、較低、中、較高、高5個等級進行劃分(圖3)。從生產生態空間發展水平評價分值來看，總體上看大多鄉鎮評價為中值，評價為低值的鄉鎮有石馬鎮、游仙鎮以及白蟬鎮,其中僅建華鄉達到高值，這表明近年來建華鄉在實施高標準農田項目和改造蔬菜制種基地建設、逐步完善農業基礎條件的發展政策上取得了較好的成效。從生活生產空間發展水平評價分值來看，小枧溝鎮、松埡鎮發展水平達到高值，均分布在游仙區西部，整體上呈現“西高東低”的空間格局，這表明生活生產空間發展趨勢是以綿陽城區西部功能發達的涪城區為核心逐漸向外擴散。從生態空間發展水平評價分值來看，街子鎮、松埡鎮達到高值，這表明生態空間發展水平高的鄉鎮通過有序推進鄉村環境的綜合整治，生態功能實現一定程度的修復。例如街子鎮實施人居環境整治行動，圍繞“垃圾治理、污水處理、廁所革命和村容村貌提升”，采取生活垃圾“定時清掃、定時保潔、定點投放、定時清運”和“戶分集、村收集、鎮轉運、區處理”等措施使得鎮域內生態環境與人居環境得到有效治理。從生態生產空間發展水平評價分值來看，僅沉抗鎮達到高值，這主要得益于政府堅持“保護生態、發展經濟”的方針，堅持開發與保護并重，致力社會效益、經濟效益、環境效益的協調發展，發揮了仙海風景區的本底資源優勢以及沉抗水庫省級水利設施的投資建設優勢。

圖3 游仙區鄉村“三生”空間發展水平評價等級空間分布Fig.3 Spatial distribution of evaluation grades of the rural Production-Living-Ecological spatial development level in Youxian District

通過自然間斷點分級法對游仙區各鄉鎮“三生”空間綜合發展水平評價分值等級劃分結果可以看出，高值區間為0.545 2～1.000 0，處于該區間內的鄉鎮有松埡鎮與小枧溝鎮，較高值區間為0.299 6～0.545 1，處于該區間內的鄉鎮有石馬鎮、游仙鎮、沉抗鎮。采用空間自相關法分析各鄉鎮“三生”空間發展水平評價值空間分布特征，結果表明，游仙區各鄉鎮“三生”空間發展水平評價值空間分布的MoranI指數為0.221 072，Z-score值為2.358 245且在0.05顯著性水平下通過檢驗，表明其空間分布存在顯著的空間正相關，說明游仙區鄉鎮“三生”空間發展水平在空間上存在高值區連片聚集的空間分布特征。

3.2 “三生”空間耦合協調度分析

游仙區鄉村“三生”空間耦合度c值的高值區主要包括松埡鎮、小枧溝鎮、游仙鎮、石板鎮、徐家鎮、忠興鎮以及新橋鎮(表5)，分值分布0.8～1.0區間內，表明其鄉村“三生”空間功能之間良性耦合愈強并逐漸向有序方向發展，處于“三生”空間協調耦合時期；大部分鄉鎮分值在0.5～0.8區間內，表明鄉村“三生”的空間功能開始相互平衡、相互配合，呈現出良性耦合，處于“三生”空間磨合時期；東林鎮、建華鄉耦合度值在0.3～0.5之間，表明其鄉村“三生”空間功能相互作用增強，鄉村主導功能增強，占據了其他鄉村空間功能，而其他功能正在弱化的過程中，處于“三生”空間拮抗時期；而分值在0～0.3 區間內的沉抗鎮、白蟬鎮、梓棉鎮以及鳳凰鄉，其鄉村“三生”空間功能之間開始進行博弈，處于較低水平耦合時期。

表5 游仙區各鄉鎮“三生”空間耦合協調度對比類型Table 5 Comparison types of coupling coordination degree of rural Production-Living-Ecological space in each town in Youxian District

從“三生”空間耦合協調度值來看(圖4)，鄉鎮間的差異顯著。松埡鎮最高，其值為0.881，介于0.8～0.9區間內，屬于“三生”空間發展良好協調型；小枧溝鎮耦合協調度值處于0.7～0.8區間內，屬于中級協調型。以上鄉鎮“三生”空間已達到協調程度。耦合協調度值處在0.4～0.6區間的鄉鎮，協調程度達到過渡階段，占比37.5%。其余鄉鎮耦合協調度值在0.2～0.4區間內，屬于輕度失調型與中度失調型，協調程度仍處于失調衰退階段，占比54.2%。從“三生”空間耦合協調度的空間格局上看，總體也呈現出耦合協調度值“西高東低”的空間分布特征。

圖4 游仙區鄉村“三生”空間耦合協調度空間分布Fig.4 Spatial distribution of the rural Production-Living-Ecological spatial coupling coordination degree in Youxian District

為進一步揭示“三生”空間子系統之間耦合協調特征，明晰鄉村空間功能各子系統之間相互作用情況，本文對游仙區各鄉鎮鄉村“三生”空間兩兩子系統耦合協調度進行了測算(圖5)。

圖5 游仙區鄉村三生空間子系統兩兩耦合協調度空間分布Fig.5 Spatial distribution of the coordination degree of the pairwise coupling of the rural Production-Living-Ecological space subsystem in Youxian District

生產生態-生活生產空間耦合協調測度下，松埡鎮、小枧溝鎮、魏城鎮以及游仙鎮協調度最佳，處于協調發展階段，而62.5%以上的鄉鎮正處于過渡協調階段。鳳凰鄉、劉家鎮、梓棉鎮以及石馬鎮相對較差，處于失調衰退階段，這些鄉鎮生活生產空間發展水平低且生產生態空間發展水平評價值相對較弱，且全部集中在區域邊緣地區，生活生產空間發展受限于地形、交通等要素。生產生態-生態空間耦合協調測度下，有25%的鄉鎮已達到協調發展階段，僅鳳凰鄉、沉抗鎮、白蟬鎮與石馬鎮的耦合協調度較低，除鳳凰鄉以外其余鄉鎮生態空間發展水平低，多以農業生產為主導，生產資源要素較為集中，弱化了生態功能建設，導致協調程度仍處于失調衰退的狀態。生態-生態生產空間耦合協調測度下，大多數鄉鎮仍處于失調衰退階段，這些鄉鎮大多是生態生產空間發展評價等級低，對于生態容納用地牧草地以及飲用與農用水源用地等具有生態生產功能的資源要素開發過度，導致生產功能大于生態功能，發展失衡。生活生產-生態空間與生活生產-生態生產空間耦合協調測度下，松埡鎮、小枧溝鎮均處于協調發展階段。而仍有大部分鄉鎮在以上兩種測度下處于失調衰退階段，原因是其鄉村生活生產功能處于絕對優勢地位，導致生態功能相對弱化。

4 結論與建議

通過對綿陽市游仙區各鄉鎮“三生”空間綜合發展水平評價與耦合協調度測度，得到以下結論：(1)從“三生”空間綜合發展水平評價分值等級劃分結果來看，松埡鎮與小枧溝鎮的評價分值最高，空間分布上存在顯著的空間正相關,且呈現“西高東低”高值聚集的空間分異特征。(2)游仙區各鄉鎮“三生”空間耦合度值測度下，大多數鄉鎮處于“三生”空間磨合時期，鄉村“三生”空間功能之間開始相互制衡、配合，呈現出良性耦合。從“三生”空間耦合協調度值來看，有54.2%的鄉鎮協調程度仍處于失調衰退階段。(3)通過進一步分析“三生”空間兩兩子系統耦合協調特征可知，游仙區各鄉鎮“生活生產-生態空間”“生活生產-生態生產空間”以及“生態-生態生產空間”耦合協調程度差異明顯。近期，游仙區開展部分鄉鎮行政區劃調整，在此政策背景下，各鄉鎮應立足“三生”共融的綜合視角，盡可能考慮行政區劃調整前后的區域差異和比較優勢，合理規劃和布局區域內鄉村空間。基于此，本文提出如下建議：第一，明晰全區“三生”空間整體特征，確定各鄉鎮鄉村空間主導功能優勢。游仙區鄉村空間發展的區際差異顯著，僅有較少高發展水平的鄉鎮發揮出區域主導產業優勢，如現代農業產業園區、高新技術產業開發區等以生產生態或生活生產為主導的產業園區多分布在松埡鎮、小枧溝鎮及周邊區域。導致區域差異的原因涉及到自然資源本底、地理環境、社會發展等多方面因素。因此，可通過鄉鎮間資源共享以及鄉鎮間合作等方式優化各自空間子系統的資源配置差的短板，提高鄉村“三生”空間協調程度，實現全區鄉村空間統籌發展。第二，協調鄉村空間發展與生態建設。未來的鄉村空間發展應嚴格限制鄉村生活、生產功能對生態功能的侵占，嚴格控制生態紅線保護區，加強對生態資源開發利用的管控，在“三生”空間協調的基礎上做好土地整治，提高耕地質量，積極治理生活污水、垃圾回收、基本農田侵占等問題，做好鄉村生態修復。第三，科學合理開展鄉村空間建設。對于即將開展或者正在進行的鄉村規劃設計，應采取鄉村“三生”空間差別化優化布局的方式，合理指導鄉村發展建設，提升鄉村人居環境質量，引導鄉村“三生”空間功能向更為有序、協調的方向發展。