基于景觀格局的環鄱陽湖城市群空間沖突測度及模擬優化研究

關鍵詞：空間沖突；多情景預測模擬；PLUS；環鄱陽湖城市群

自改革開放以來，國土空間開發搭上了快速發展的列車，城市建設與發展達到了前所未有的高度。但在經濟發展取得重大進展的同時，人類對于自然資源的肆意侵占，對于有限資源的短期高強度粗放式開發，使得資源與生態環境問題逐漸凸顯，產生了國土空間開發失調、資源利用低效、空間生態失衡等沖突問題[1]，對城市生態穩定性產生了很大的影響，權衡和協調經濟發展與生態環境日漸成為城市健康可持續發展的重要瓶頸[2]。如何在我國城市快速發展背景下緩解空間沖突問題是實現城市可持續發展、城市生態系統穩定、保障區域安全重要議題。

空間沖突是各社會需求滿足其利益而對有限的資源進行博弈產生的客觀地理現象，是影響區域可持續發展的關鍵因素[3]。目前，國內外對于空間沖突的研究極為廣泛，已有研究多集中于國家[4-5]、省市[6-7]、城市邊緣區[8]、區縣[9]、鄉鎮村[10] 等不同尺度，在地理學[11]、經濟學[12]、規劃學[13]、生態學[14] 等領域，以空間修復[15]、空間整合[16-17]、區域剝奪[18-19]、經濟安全[20]、社會治理[21]、空間管治[22]、三生空間[23]、生態系統服務價值[24] 等視角，對空間沖突的內涵、成因、動力機制進行研究并揭示不同利益主體在土地利用與生態保護之間對于資源利用的矛盾。國內外對于空間沖突測算指標體系的研究主要是以 “壓力—狀態—響應”及其擴展模型、適宜性評價[25]、景觀“復雜性—脆弱性—穩定性”[26] 為框架構建評價指標體系進行測算。

目前已有研究以城市群為尺度的空間沖突研究較少，且指標體系構建多為單一類別構建，較不完善，且多為過去及現狀研究，對未來空間沖突強度的模擬預測研究較為匱乏。本文以環鄱陽湖城市群為研究區，從景觀格局視角出發構建PSR 模型對空間沖突進行定量分析，完善指標體系，同時借助PLUS 模型對未來城市內的空間沖突格局進行多情景模擬，可以提前預知城市生態系統的潛在威脅，為空間沖突優化與城市規劃的融合發展提供新路徑。

1 研究區概況

環鄱陽湖城市群是由環繞鄱陽湖的城市組成，包括南昌、九江、景德鎮、鷹潭、上饒5 個設區市（圖1）；面向鄱陽湖、依托長江，水資源供給優勢度高；內陸交通發達，城市勞動力數量多；商品經濟發達，農副產品豐富，工業力量雄厚，具有發達的外向型經濟；區位優勢明顯，雄踞長三角、珠三角、閩東南三大重要經濟發達區域的核心位置，成為連接海陸內外溝通的樞紐，發展機遇無限，是發展現代化工業的理想區域。國家實施“中部崛起”戰略以來，環鄱陽湖城市群依托其先天優勢結合行政優勢及地緣優勢，快速發展經濟，建設用地面積在近30 年內大量擴張，使得環鄱陽湖城市群內生態用地受到擠壓，導致資源配置產生矛盾、城市生態空間格局逐漸破碎化，影響城市可持續發展。

2 數據來源與方法

2.1 數據來源與預處理

研究數據主要包括環鄱陽湖城市群1990、2000、2010、2020 四年的DEM 高程數據、人口空間分布、經濟密度柵格數據以及土地利用數據。其中人口密度與經濟密度的柵格數據主要來自中國科學資源環境科學與數據中心數據注冊與出版系統，分辨率為1 km×1 km；土地利用數據主要來源于中國土地利用現狀遙感監測數據庫，其影像分辨率為30 m，通過重分類將其劃分為建設用地、林地、耕地、水域及其他用地；鄱陽湖城市群的居民點、主要河流、道路以及行政邊界等數據均來源于1：100 萬全國基礎地理數據庫。前期對數據進行影像校正、圖像裁剪和網格化處理。已有研究表明在4～7 km 內能較好的保存完整的植被覆蓋，考慮研究區域面積及數據量，將環鄱陽湖城市群的數據劃分為2072 個7 km×7 km 的空間網格單元。

2.2 研究方法

2.2.1 空間沖突強度測算模型

景觀格局指數是有效反映結構組成和空間配置的有效簡單定量指標，景觀指數分析法是能夠有效表達景觀格局與生態過程聯系的一種空間分析方法[27]。PSR 模型更為強調人類活動與自然環境之間的相互作用關系，較好地反映指標間的因果關系。本文基于景觀格局指數構建空間沖突測算的PSR 模型，能夠更好的實現空間沖突的空間表達，揭示人地關系，展現生態風險，適用性較高。本文通過基于景觀格局的空間壓力、空間結構狀態和空間格局響應指標構建空間沖突評估模型，具體公式如下：

利用各景觀類型面積比重與干擾度和脆弱度的乘積計算不同格網單元的空間壓力指數（ES），綜合反映環鄱陽湖城市群的人與自然對生態系統的干擾程度。具體計算公式如下：

“狀態”主要描述的是城市生態系統本身特征，決定自身的生態系統質量，本文認為主要取決于生態系統整體的景觀多樣性、穩定性與連通性，生態斑塊之間的凝聚性與蔓延性，具體計算公式如下：

空間格局的復雜化、異質性是生物多樣性喪失、景觀豐富度降低、生態系統失衡的主要原因，本文以景觀豐富度（SHEI）、景觀異質性（IJI）、景觀聚散性（ MN AREA ）指標來反映研究區域內的空間格局指標作為響應模型?？臻g格局響應模型的計算方式為：

其中a、b、c 為相應的權重，本文采用熵權法來計算指標權重，以避免因人為主觀判斷而產生的干擾。

2.2.2 斑塊生成土地利用模擬模型

PLUS 模型彌補了已有土地利用模擬模型在挖掘土地利用變化的驅動因素及土地利用在斑塊層面變化的不足[28]。因此，本文借鑒PLUS 模型對環鄱陽湖城市群2030 年的土地利用類型空間分布、空間沖突空間分布進行預測模擬。土地利用的驅動因素及限制因素見表1。

2.2.3 基于多目標的情景設置

本文對2030 年環鄱陽湖城市群設置生態優先、經濟優先、規劃限制三種不同情景的城市發展。具體設置如下：

（1）生態優先發展（PD 情景）。林地是重要的生態環境用地，設定2030 年森林覆蓋率不低于2020 年的68%，同時嚴格控制水域、草地等生態用地向建設用地轉換的概率，以達到生態系統服務價值提供最大化為目標。

（2）經濟優先發展（ED 情景）。ED 情景旨在充分利用各土地利用類型，實現經濟發展最大化、建設最大化的目標。主要設置建設用地面積以2020 年面積為下限，Markov 鏈預測的建設用地面積的120% 為上限。揭示“唯GDP”對于城市群發展帶來的弊端。

（3）規劃限制發展（RD 情景）?？傮w上設置生態和農業空間不低于總面積的2/3；建設用地面積不高于總面積的1/3，確保相應空間范圍內生態用地向其余地類進行轉換，既滿足城市發展要求，同時提升應對空間沖突問題的能力。

PD、ED、RD 情景受到現實條件的約束（見表2），依據其不同的設定以及現實條件約束，計算不同情景下的土地利用需求，再依據不同模擬預測規則，對未來土地利用空間分布進行模擬預測，進而完成對未來城市空間沖突的模擬預測。

3 結果分析

3.1 空間沖突水平及時空演變特征

依據公式計算得到1990 年至2020 年空間沖突強度平均值分別為0.3895、0.4137、0.4118、0.4248。近30 年環鄱陽湖城市群的空間沖突強度整體呈現上升趨勢，表明區域資源分配不均，建設用地逐漸侵占生態用地的資源，使得資源主體空間沖突強度逐年增加。

運用自然斷點法，將環鄱陽湖城市群的空間沖突強度劃分為四個等級：較低沖突區（SC≤0.2397）、低沖突區（0.2397 ＜ SC≤0.4127）、高沖突區（0.4127 ＜ SC≤0.5305）、較高沖突區（0.5305 ＜ SC≤1）。由統計分析得到環鄱陽湖城市群1990 年至2020 年空間沖突等級圖表（圖2，表3）。圖2 顯示環鄱陽湖城市群的空間沖突強度呈現波動增加的趨勢，2010 年以前整個區域均處于低沖突區內，2020 年整個區域的平均沖突強度達到高沖突區范圍。由表3 可知，環鄱陽湖城市群以低沖突區和高沖突區為主要區域，其中2010 年前是低沖突區為主導地位，2010 年及以后則轉換為高沖突區占據主導，研究區域內整體空間沖突強度以較快的速率持續增長。

對各格網單元空間沖突強度進行空間賦值并按照上述中斷值進行等級劃分，得到1990-2020 年四期空間沖突等級分布圖（圖3）。

圖3 顯示各等級空間沖突區域空間分異特征顯著。其中較低沖突區主要分布在研究區域西部、東部的山地且主要位于研究區域邊界地區，呈塊狀分布。區域內多為山地，受到人類活動干擾影響小，林地資源集中豐富。生態斑塊內聚力強，生物多樣性豐富，生態系統的穩定性強且自身韌性高，應對壓力干擾時調節能力強，景觀異質性低，因此空間沖突等級低，且較低空間沖突區域面積略有增加。較高沖突區零散分布于整個研究區域內的核心城市內部，建設用地是其主要的景觀類型。社會經濟的快速發展，建設用地無序擴張，使得該區域受到外界人為干擾嚴重。建設用地不斷擠占生態用地，搶奪生態用地資源，資源配比失衡，生態格局受到破壞，生態系統穩定性降低致使自身應對風險能力差，致使零散分布的較高沖突區逐漸隨城市發展而面積增加，逐漸在南昌市、九江市、新余市、上饒市連結成線。低沖突區與高沖突區在整個區域占據主要面積，均呈片狀分布在較低沖突區與較高沖突區的過渡區域。其中高沖突區主要以耕地景觀類型為主，而低沖突區則主要以林地景觀類型為主。由于退耕還林政策逐步實施，使得高沖突區數量近年來持續減少轉變為低沖突區，但由于地勢較為平坦而易受到城市輻射影響以及易于發展交通，容易受到人類活動干擾。

3.2 空間沖突的多情景模擬

利用前文的空間沖突測度方法，對環鄱陽湖城市群2030 年不同發展情景下的空間沖突強度進行測算，得到2030 年環鄱陽湖城市群的空間沖突空間分布圖（圖4）。

2030 年空間沖突分布圖總體呈現出內部高、外部低的空間特征。低等級沖突區主要分布在研究區西部、東北部、東南部自然生態空間保護較好的林地覆蓋率高的山地區；高等級沖突區主要分布在各地級市內城市集中區及其輻射區域。三種情景下的低等級沖突區僅生態優先情境下占比超過50% 外，其占比呈現出生態優先＞規劃限制＞經濟優先的比較關系。

生態優先情景下，由于嚴格保護了生態屏障區，避免了城市發展、交通干線對連綿林地的割裂，生態用地的增加使得整體空間沖突強度呈現出降低的趨勢，高等級沖突區逐步轉為低等級沖突區；由于嚴格控制生態用地向建設用地轉換且森林覆蓋率的提高，中心城市的綠地景觀得以保護，較高沖突區分布較2020 年無明顯增加。

經濟優先情景下，由于城市發展的需求使得中心城區不斷向外延伸，侵占城市周邊耕地以及生態林地資源，加大了城市周圍低等級沖突區的收縮范圍、高等級沖突區范圍擴張明顯，使得原本零散分布的較高沖突區連接成片。

規劃限制情景對生態、農業、城鎮開發存在一定限制，因此各等級空間沖突區空間分布與2020 年無明顯差異，但由于城鎮在周邊區域的適當開發，低等級沖突區范圍有所縮減，高等級沖突區范圍有所擴大。

4 討論與結論

目前已有研究針對復合多個城市小尺度區域的城市群來說，部分指標難以獲取與表達，使得城市群空間沖突強度指標體系構建不完善且定量研究較為薄弱。本文從景觀格局視角出發選取干擾度、脆弱度、多樣性、穩定性、連通性、豐富度、異質性、聚散性等指標構建PSR 模型，完善已有研究從生態脆弱性、穩定性等單一視角的構建指標體系，豐富了對于城市群空間沖突測算的研究；運用PLUS 模型對于未來城市空間沖突進行預測模擬，完善了已有研究缺乏未來城市空間沖突發展的研究，為空間沖突優化與城市空間規劃實踐融合提供參考。

本文借鑒壓力—狀態—響應模型，基于景觀格局視角構建環鄱陽湖城市群空間沖突測算模型，對研究區域內的空間沖突強度水平、空間分布進行分析并探討其時空演變特征；利用PLUS 模型對該區域未來發展模式進行模擬預測，得到不同情景下環鄱陽湖城市群的土地利用空間分布以及空間沖突格局。結合前文分析，分別針對中心城區及城市邊緣地區提出相應的優化策略。得到如下結論：

（1）環鄱陽湖城市群的空間沖突強度受到空間壓力、狀態、格局響應波動變化影響，因經濟高速發展導致的生態用地逐漸破碎化、異質化、多樣性降低等問題而呈現波動增加的趨勢。較低沖突區主要分布在研究區域西部、東部的山地等邊界地區，呈塊狀分布；較高沖突區零散分布于整個研究區域內的核心城市內部；低沖突區與高沖突區在整個區域占據主要面積，且均呈片狀分布在較低沖突區與較高沖突區的過渡區域，其中高沖突區主要以耕地景觀類型為主，而低沖突區則主要以林地景觀類型為主。

（2）優化模擬的三種情景，經濟優先情景下，忽略生態用地的發展，擠壓生態用地的資源，使得生態用地發展受到限制，產生優質耕地與城市發展重疊，林地破壞等問題，空間沖突問題最嚴重；生態優先情景下，生態結構優勢明顯，低等級的空間沖突占比超過50%，由于生態用地優先發展，避免了建設用地的無序擴張，盡可能保護生態用地資源分配，整體空間沖突強度最低；規劃建設情景下，生態用地面積適中及建設用地開發速率適中，該區域框架沖突強度也處于中等水平。

（3）中心城區是建設用地的主要集成區，空間沖突強度高，緩解各地級市中心城區的空間沖突強度的方式主要為增加森林覆蓋率，保護中心城區內的綠地，提升生態用地的面積，從而實現增加生態系統服務價值的供給量以及降低城市建設用地發展對周邊生態、農業結構的消耗量；對于城市邊緣地區的空間沖突優化主要以基底保護—廊道構建—生態用地增加為主要思路。