环境科学  2024, Vol. 45 Issue (10): 5868-5879   PDF    
国土空间多功能耦合协调测度及多维功能冲突诊断
郑希平, 陈竹安     
东华理工大学测绘与空间信息工程学院, 南昌 330013
摘要: 探索城镇、农业和生态功能之间的关系是优化国土空间格局和实现国土空间均衡发展的重要基础.基于2010~2020年土地利用数据、人口密度数据、夜间灯光数据、路网数据、降水量数据及县域统计数据等多源数据, 从格网尺度构建鄱阳湖生态经济区国土空间多功能评价指标体系, 而后借助耦合协调度模型和空间自相关分析等方法测度国土空间多功能耦合协调水平, 并借助多维功能冲突识别模型诊断其功能冲突的类型及强度.结果表明:①城镇功能以提高为主, 提高的格网占比75.67%, 功能评价高值区主要分布在研究区南部, 但北部地区城镇功能提高的强度高于南部地区;农业和生态功能主要表现为降低, 二者降低的格网占比分别达77.44%和57.66%, 明显降低的格网多分布在鄱阳湖以南地区;②耦合协调类型以失调衰退型为主, 失调衰退型的格网占比在2010年和2020年分别达53.87%和49.89%, 但严重失调及初级协调区均有所减少, 总体耦合协调类型趋向于“两头向中间”转变;耦合协调热点区主要集中在南部平原, 冷点区主要分布在北部山地丘陵区, 二者均表现为缩小的趋势;③4类国土空间功能冲突的强度以中度或重度为主, 且多表现为加剧, 冲突加剧的地区主要分布在赣江及抚河流域, 加剧的原因主要为城镇功能明显提高而生态和农业功能显著下降.研究表明区域国土空间多功能耦合协调类型及多维功能冲突存在空间差异, 需要因地制宜地提出优化策略;同时, 在城镇化发展的各个时期均需注重保护生态环境和保障农业生产.
关键词: 国土空间      多功能评价      耦合协调      功能冲突      格网     
Coupling Coordination Measurement and Multi-dimensional Conflict Diagnosis among Territorial Space Functions
ZHENG Xi-ping , CHEN Zhu-an     
School of Surveying and Geoinformation Engineering, East China University of Technology, Nanchang 330013, China
Abstract: Exploring the relationship between urban, agricultural, and ecological functions is crucial for optimizing the territorial spatial patterns and achieving balanced territorial spatial development. Based on the classification system of "urban-agricultural-ecological" territorial spatial planning and with the help of multi-source data, including land use, population density, nighttime light, road network, precipitation, and county statistical data from 2010 to 2020, we constructed an evaluation index system of territorial space functions at the grid scale in the Poyang Lake Ecological Economic Zone. The coupling coordination levels among territorial space functions was measured using the coupling coordination degree model and spatial autocorrelation analysis. Moreover, the multi-dimensional function conflict identification model was used to diagnose the type and intensity of function conflicts. The results showed that: ① The urban function was mainly improved, accounting for 75.67%. The grids with high function evaluation index were mainly located in the south of the study area, whereas the intensity of urban function improvement in the north was higher than that in the south. Otherwise, the agricultural and ecological functions were mainly reduced, accounting for 77.44 % and 57.66%, respectively, and the majority of grids with a significant decrease were distributed in the south of Poyang Lake. ② From 2010 to 2020, the coupling coordination type was dominated by an imbalance recession, accounting for 53.87% and 49.89 %, respectively. However, the number of grids with crucial imbalance and primary coordination was reduced, and the coupling coordination types tended to change from both ends to the middle. The coupling coordination hot spots were mainly concentrated in the southern plain, whereas the cold spots were mainly distributed in the northern mountainous and hilly areas, both of which showed a reducing trend. However, in the north of Poyang Lake, a small number of hot spots, distributed along the lake area with relatively flat terrain, showed an expanding trend. ③ The intensity of four territorial space function conflicts was mainly moderate or severe. In addition to the slight positive trend of 'urban-agricultural' function conflict, the function conflicts of "urban-ecological", "agricultural-ecological", and "urban-agricultural-ecological" were all aggravated. The grids with aggravating conflicts were mainly distributed in the Ganjiang River and Fuhe River Basin. The major reason for the aggravation was that the urban function increased obviously, whereas the ecological and agricultural functions decreased significantly. In conclusion, in both the coupling coordination types and multi-dimensional conflicts among territorial space functions, significant spatial differences existed; thus, proposing optimization strategies according to local conditions is necessary. Additionally, the protection of ecological and agricultural spaces during each stage of urbanization development must be focused.
Key words: territorial space      multi-function evaluation      coupling coordination      function conflict      grid     

在新型城镇化与生态文明建设的大背景下, 我国经济社会由高速发展向高质量发展转变, 国家现代化和城市化进程稳步推进.然而过去的国土空间治理大多以经济发展为主要目标导向, 城镇建设用地无序扩张侵占大量农业和生态空间, 导致国土空间出现结构失衡、功能失调、布局分离和治理无序等问题[1, 2], 国土空间开发与治理面临巨大挑战.国土空间功能研究是构建国土空间规划实践框架和考察人与自然和谐共生的重要工具[3], 如何明晰国土空间各类功能之间的相互作用关系, 缓解国土空间功能冲突, 已成为推动区域可持续发展亟待解决的问题.

国土空间是由人类活动、经济社会和资源环境等多因素交互胁迫、相互影响形成的一个动态且开放的复杂地理巨系统[4], 国土空间功能更是这些因素综合作用的结果[3].国土空间功能是在特定的空间范围内, 对国土空间进行开发保护与治理, 从而间接或直接地为人类社会提供产品及服务的综合体[5, 6].研究表明国土空间各功能之间存在复杂的非线性关系[5, 7], 从功能协调的角度治理国土空间, 以此解决国土空间失调问题, 逐渐成为国土空间研究新方向[8].对此, 学者们多运用相关性分析[9 ~ 11]、脱钩理论[12, 13]、力学均衡模型[14]和耦合协调度模型[6, 15, 16]等方法开展研究.其中, 耦合协调度模型可以有效揭示两个或以上系统相互作用而彼此影响程度, 现已被诸多学者应用于评价国土空间各个系统协调发展水平的研究中.在冲突诊断方面, 学者们多利用定性分析方法[17, 18]、土地利用冲突指数法[19 ~ 21]和多目标综合评价法[22 ~ 24]等进行研究.其中, 多目标综合评价法借助多源数据定量识别国土空间冲突, 这种方法在冲突的定位和诱因分析方面均有良好效果.另外, 目前的冲突诊断研究多围绕土地利用类型开展, 而基于多功能评价下的国土空间功能冲突的识别较为薄弱, 虽然有学者从功能适宜性的角度诊断国土空间禀赋功能的潜在冲突[25, 26], 但是对于国土空间功能的现实冲突研究仍旧鲜见报道.

国土空间功能识别与分类是土地研究的前提.十八大报告明确提出了“生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”的“三生”空间优化调整要求, “三生”空间及“三生”功能的研究逐渐丰富[11, 27 ~ 31].2017年, 《全国国土规划纲要(2016-2030)》将国土空间划分为“三区”空间, 即“城镇-农业-生态”空间, 它的提出是对“三生”空间研究的进一步深化.这类划分标准不仅更加贴近社会经济的现实发展状况, 对国土空间的统筹规划也更具可操作性[32].在研究尺度上, 目前的国土空间功能评价研究多以市和县等行政区为研究单元, 借助统计数据构建评价指标体系, 以综合反映行政区内的国土空间绩效水平[6, 33, 34], 而在国土空间功能的空间异质性的细化表达上仍旧相对薄弱, 不利于国土空间各要素的科学配置.近年来, 随着遥感技术的发展和多源数据的普及, 精细尺度的国土空间功能研究逐渐成为新趋势[9], 将统计数据进行空间化处理, 以从格网尺度构建国土空间多功能评价指标体系的研究仍较少有学者涉及.

鄱阳湖生态经济区以鄱阳湖为核心, 具有承东启西的优越地理位置和丰富的自然资源, 交通网络四通八达, 兼具保障粮食安全、生态安全和经济发展的重要任务.因此, 为顺应国土空间规划实践需求, 本文基于“城镇-农业-生态”的分类体系, 从格网尺度构建国土空间多功能评价指标体系, 并在此基础上分析国土空间多功能耦合协调特征, 并诊断其多维功能冲突, 以期为构建优势互补和高质量发展的国土空间格局, 促进区域“经济-社会-生态”协调有序发展提供方法和案例参考.

1 材料与方法 1.1 数据来源

本研究涉及的多源数据主要包括:①空间数据, 如土地覆被、降水、NDVI、人口密度和夜间灯光等;②社会经济统计数据, 如粮食产量、人口和经济产值等.具体数据来源和说明见表 1.所有空间数据统一至CGCS2000_3_Degree_GK_CM_117E投影坐标系下.为实现国土空间多功能耦合协调性及多维功能冲突在格网尺度的空间异质性表达, 本文参考前人研究[20, 21]及研究区情况, 构建2 500 m × 2 500 m的格网作为研究区的空间分析单元(共计8 283个).对人口密度数据、夜间灯光数据和降水量数据等空间数据均统一到2 500 m × 2 500 m的评价单元, 并综合运用ArcGIS和Excel等软件, 实现社会经济统计数据的格网表达.

表 1 数据来源及说明 Table 1 Data sources and description

1.2 研究方法 1.2.1 国土空间多功能评价

(1)指标体系构建  国土空间多功能评价指标体系在反映区域地理环境和国土空间利用特征的同时, 需要满足国土空间规划的需求.本文基于“城镇-农业-生态”的国土空间规划用地分类体系, 结合国内外学者研究成果和研究区国土空间特征, 从城镇、农业和生态功能这3方面共选取了13个因子对国土空间功能进行定量化评价(表 2).对计算结果进行归一化处理, 同时, 为避免单一确权方法的偶然性误差, 运用熵权法和变异系数法确定单一权重后取均值获得各个指标的综合权重[6], 最终计算各类功能评价综合指数, 后采用自然断点法划分各类国土空间功能综合评价指数结果以进行分析表达.

表 2 国土空间多功能评价指标体系 Table 2 Evaluation index system of territorial space functions

(1)

式中, wi为第i种道路的权重, ri为第i种道路在格网i内的长度, Gj为第j个格网的面积.铁路、高速公路、国道、省道和县道的权重分别设置为0.35、0.25、0.2、0.15和0.05.

(2)

式中, Qi为格网内粮食产量;FiFj分别为格网和县域的复种指数, SiSj分别为格网和县域的耕地面积, Qj为县粮食产量.

(2)动态变化率  动态变化率可以研究某一时期内某一功能相对于自身的变化情况.值越大, 功能评价综合指数的变化强度越大, 可以帮助预测国土空间功能变化的发展趋势, 如式(3)所示.

(3)

式中, LaLb为某类国土空间功能在a和b时期的评价指数;T为a和b时期的时间间隔, 单位为a.

1.2.2 国土空间多功能耦合协调特征

(1)耦合协调模型  本文引入耦合协调度模型测度“城镇-农业-生态”功能在地理格网尺度上的相互作用和影响程度.该模型已经广泛应用于衡量不同系统在发展过程中彼此和谐一致的程度, 可以反映系统由无序走向有序的趋势, 如式(4)~(6)所示.

(4)
(5)
(6)

式中, C为耦合度;T为综合协调指数;D为耦合协调度;Ui为各类国土空间功能评价水平, 并对其标准化为[0, 1];μi为系统权重, 在评估各类国土空间功能之间的耦合协调性时, 各子系统同样重要, 因此本文中各个μi被赋予相同的权重.

(2)转移矩阵  转移矩阵表示了不同耦合协调类型在空间和时间上的变化特征, 不仅可以描述某个时间内固定区域的耦合协调类型的数量特征, 也可以动态展示某段时间内耦合协调类型的转移方向、数量和变化趋势, 如式(7)所示.

(7)

式中, A为转移的格网数量;n为耦合协调类型数;ij分别为研究初期和末期的耦合协调类型.

(3)空间自相关分析  空间自相关分析考虑了研究区格网之间的相互作用和影响, 通过测度耦合协调度的空间相关性特征, 识别国土空间多功能耦合协调的聚集程度及空间异质性.本文利用全局莫兰指数识别研究区耦合协调度的空间自相关特征, 如式(8)所示.

(8)

其中,

式中, n为格网总数;yiyj分别为第ij个格网的耦合协调度;wij为格网ij之间的空间权重值.I > 0为正相关, I < 0为负相关, I的绝对值越大, 相关性越强.

而后借助热点分析(Getis-Ord Gi*)识别区域耦合协调度高值及低值的聚集特征, 如式(9)和式(10)所示.

(9)

运用Z得分监测Gi*的显著性水平:

(10)

式中, xj为格网单元j的耦合协调度;wij为格网单元ij之间的空间权重矩阵;EGi*)和Var(Gi*)分别为Gi*的数学期望和方差.若Z显著为正, 则格网i为高值聚集区(热点), 若Z得分显著为负, 则格网i为低值聚集区(冷点).

1.2.3 多维功能冲突诊断

(1)多维功能冲突识别  为了从多维功能冲突的角度识别国土空间多功能失调的原因, 本文基于国土空间多功能评价结果, 参考Qu等[25]和Xie等[43]的研究, 建立多维功能冲突识别模型(图 1).该模型将国土空间功能冲突分为两大类, 即二维功能冲突(城镇-农业、城镇-生态和农业-生态)[图 1(a)]与三维功能冲突(城镇-农业-生态)[图 1(b)].A、B和C分别表示国土空间功能评价结果的低值、中值和高值, 对其进行叠加分析, 得到国土空间功能冲突的4个等级(重度、中度、轻度和无冲突).

O为坐标原点 图 1 多维功能冲突识别模型 Fig. 1 Multi-dimensional function conflict recognition model

(2)相对发展指数  为确定二维功能冲突中的滞后功能, 本文引入相对发展指数进行研究, 如式(11)所示.

(11)

式中, higj分别为功能h和功能g的评价结果, 对低值(A)、中值(B)和高值(C)分别赋值1、2和3进行计算. M > 1, 即功能g滞后;M < 1, 即功能h滞后;M=1, 即各功能发展水平一致.

2 结果与分析 2.1 国土空间多功能评价 2.1.1 城镇功能

城市功能综合评价指数结果(图 2)的高值多分布在各市县的中心城区, 多聚集在鄱阳湖南部平原地区, 即赣江及抚河流域.2010~2020年研究区城镇功能的高值区范围显著扩大.由动态变化率可知, 研究区城镇功能以提高为主要趋势, 动态变化率为正值的格网占比达到75.67%.城镇功能提高的强度大体表现出由南部向北部以及由鄱阳湖周边向外递增的趋势;动态变化率为负的格网多分布在鄱阳湖南部、北部及东部地区, 即城镇功能有一定程度的退化.值得注意的是, 城镇功能的高值区与动态变化率的高值区大体表现出相反的空间分布特征, 即城镇功能低值区的提高强度高于城镇功能高值区的提高强度.

图 2 城镇功能时空变化特征 Fig. 2 Spatial and temporal variation characteristics of urban function

2.1.2 农业功能

农业功能综合评价指数结果(图 3)的高值主要集中分布在鄱阳湖南部及东部平原附近.2010~2020年研究区的农业功能指数显著降低, 高值区的范围明显缩小, 以宜春市、抚州市和鹰潭市等地区最为显著.研究区农业功能综合评价指数的动态变化率小于0.00%的格网占比达77.44%.动态变化率在空间上表现为以鄱阳湖北岸为分界线, 向南为负值且农业功能退化强度逐渐增大, 向北为正值且农业功能提高的强度向西北部逐渐增大.

图 3 农业功能时空变化特征 Fig. 3 Spatial and temporal variation characteristics of agricultural function

2.1.3 生态功能

生态功能综合评价指数(图 4)大体表现为由西部和东部向中部降低的空间分布特征, 高值区多分布在研究区四周山地丘陵区及鄱阳湖区.2010~2020年研究区生态功能显著退化, 低值区范围明显增多, 以鄱阳湖东南部地区即赣江和抚河流域最显著.至2020年, 仅鄱阳湖区以及研究区西北部及东部边缘的山地丘陵地区仍存在少量高值区.研究区生态功能综合评价指数动态变化率小于0.00%的格网占比达57.66%, 在空间格局上主要以鄱阳湖南岸为分界线, 向南为负值且生态功能退化强度逐渐增大, 向北为正值且生态功能提高强度逐渐增大.

图 4 生态功能时空变化特征 Fig. 4 Spatial and temporal variation characteristics of ecological function

2.2 国土空间多功能耦合协调测度 2.2.1 时空分布及转移特征

利用耦合协调度模型计算城镇、农业和生态功能的耦合协调度. 结果显示, 2010~2020年鄱阳湖生态经济区的国土空间多功能耦合协调总体水平呈上升趋势, 区域耦合协调度的平均值在2010年和2020年分别为0.266 2和0.280 9. 结合现有研究, 进一步划分耦合协调度[6, 44], 共划分为3个综合类别和6个亚类别(表 3).

表 3 国土空间多功能耦合协调类型 Table 3 Coupling coordination type of territorial space functions

根据表 3对研究区各个格网的国土空间多功能耦合协调类型进行划分, 绘制国土空间多功能耦合协调的时空演化格局[图 5(a)].2010~2020年, 研究区国土空间多功能耦合协调类型均以失调衰退型为主, 无良好协调区域.失调衰退型格网在2010年和2020年占比分别达53.87%和49.89%, 主要分布在研究区北部及南部山地丘陵地区, 该地区生态功能较高, 但是农业功能和城镇功能较弱.协调过渡型格网占比由43.53%提高至49.09%, 多分布在赣江和抚河流域以及鄱阳湖东部的平原地区.协调提升型格网由2.60%下降至1.03%, 赣江及抚河流域的协调提升型格网几近消失.

(b)圆环上的数值单位为个 图 5 国土空间多功能耦合协调类型变化特征 Fig. 5 Change characteristics of coupling coordination types of territorial space functions

计算耦合协调度的动态变化率[图 5(a)], 结果显示, 耦合协调度以提高为主, 正值的格网占比为54.16%, 广泛分布在除赣江、抚河流域以外的地区, 并表现出由鄱阳湖周边向外, 提高强度逐渐增大的空间差异.2010年, 赣江及抚河流域的城镇、农业和生态功能发展状况较为协调一致, 但在2020年城镇功能显著提高, 而农业和生态功能明显退化, 由此使得区域耦合协调度下降.虽然鄱阳湖北部地区多山地丘陵, 城镇及农业功能发展受限, 但随着经济技术的发展以及道路网络的完善, 该地区城镇及农业功能均有所提高, 其耦合协调水平有一定改善.

借助转移矩阵分析国土空间多功能耦合协调类型转变的方向和数量特征[图 5(b)].研究区耦合协调类型趋向于“两头向中间”转变, 严重失调和初级协调的格网数量均大量减少, 而濒临失调和轻度失调的格网均有所增加.耦合协调水平好转的格网占变化格网总数的60.26%, 提升的原因以严重失调向轻度失调转变为主, 占耦合协调水平提高格网的39.87%;其次是轻度失调转变为濒临失调, 占比为31.28%.耦合协调水平下降的主要原因是勉强协调转变为濒临失调, 占耦合协调水平降低格网的49.78%;其次是濒临失调转为轻度失调, 占比为31.81%.

2.2.2 空间自相关特征

利用ArcGIS软件计算国土空间多功能耦合协调度的Moran'I指数(表 4).结果表明2010~2020年Moran'I均大于0, 通过1%水平下的显著性检验, 且Z值均大于2.58, 表明国土空间多功能耦合协调度存在显著的空间自相关特征.而后借助热点分析(Getis-Ord Gi*), 得到了国土空间多功能耦合协调度冷热点的空间聚集特征(图 6).

表 4 国土空间多功能耦合协调度Moran'I指数 Table 4 Moran' I of coupling coordination degree of territorial space functions

图 6 国土空间多功能耦合协调度热点分析 Fig. 6 Hot spot analysis of coupling coordination degree of territorial space functions

2010~2020年, 研究区国土空间多功能耦合协调度冷热点聚集分布状况未发生较大变化.耦合协调冷点区主要分布在鄱阳湖及其北部地区, 范围多表现为小幅度缩小;在鄱阳湖北部沿江和沿河平原地区也零星分布了一些热点区, 该地区热点区表现出小幅度扩大的趋势.鄱阳湖北部地区以山地丘陵为主要地貌, 生态功能是该地区的优势功能, 而城镇和农业功能较弱, 因此其多功能耦合协调度较低, 多表现为冷点区;2020年鄱阳湖北部沿江平原地区的城镇功能略有改善, 在一定程度上提高了地区的耦合协调度, 由此表现出冷点区缩小而热点区扩大的趋势.耦合协调热点区主要集中分布在鄱阳湖南部地区, 且范围明显缩小.该地区在2010~2020年经济发展迅速, 虽然城镇功能大幅提升, 但农业和生态功能迅速退化, 导致耦合协调度下降, 由此使得热点区缩小.

2.3 国土空间多维功能冲突诊断 2.3.1 二维功能冲突诊断

依据图2~4中的等级划分区间, 将城镇、农业和生态功能的评价结果分别划分3类, 城镇:A(0.000 0~0.061 6)、B(0.061 6~0.241 9)和C(0.241 9~1.000 0);农业:A(0.000 0~0.212 5)、B(0.212 5~0.383 8)和C(0.383 8~1.000 0);生态:A(0.000 0~0.317 0)、B(0.317 0~0.525 6)和C(0.525 6~1.000 0).而后借助二维功能冲突识别模型判断功能冲突类型, 并通过相对发展指数理清研究区二维功能滞后状况(图 7).

图 7 二维功能冲突时空变化特征 Fig. 7 Spatial and temporal variation characteristics of two-dimensional function conflict

“城镇-农业”功能冲突在2010~2020年的主要冲突类型均为重度冲突.在2010年和2020年, 重度冲突的格网占比分别为61.89%和47.11%;其次为中度冲突, 格网占比分别为35.99%和45.29%.虽然重度和中度冲突的格网占比之和在2010年和2020年均为90%以上, 但大量格网的冲突等级下降, 同时, 轻度冲突的格网占比由2.02%提高至7.52%, “城镇-农业”功能冲突有轻微向好的趋势.其中, 重度冲突转为中度冲突的地区主要分布在浮梁县、瑞昌市等地区;另外, 永修县、高安市、丰城市、樟树市和临川区等地区的轻度冲突格网明显增多.由功能滞后类型可知(图 7), 冲突改善的地区的城镇功能滞后范围显著缩小;结合图 2图 3可发现该地区城镇功能多由低值转变为中值, 农业功能多由高值转变为中值, 由此使得重度或中度冲突转变为轻度冲突.

“城镇-生态”功能冲突在2010年以中度冲突为主, 格网占比为54.70%, 主要分布在鄱阳湖东部、南部及西北部地区.2020年, 赣江和抚河流域以及鄱阳湖东南岸附近大量中度冲突转变为重度冲突, 重度冲突成为主要冲突等级(55.27%).由功能滞后类型(图 7)并结合图 2图 4可知, 2010年赣江和抚河流域附近大多表现为城镇功能滞后, 虽然流域附近部分地区的城镇功能在2020年有所提升, 但其周边地区的生态功能显著退化至低值, 使得周边大部分地区的功能冲突由中度转变为重度.

“农业-生态”功能冲突在2010年和2020年均以中度冲突为主, 格网占比分别为46.84%和47.76%;其次是重度冲突, 2010年和2020年占比分别为33.66%和34.67%.2010~2020年, 赣江及抚河流域附近中度冲突范围明显扩大, 多由重度冲突和轻度冲突转变而来;另外, 轻度冲突地区向东部聚集, 浮梁县、万年县和贵溪市等地区的轻度冲突格网明显增多.由功能滞后类型(图 7)并结合图 3图 4可知, 2010~2020年, 赣江流域附近由轻度冲突转为中度冲突的主要原因是生态功能显著退化为低值, 使得生态功能滞后的区域增多;而由重度冲突转为中度冲突主要是由于其农业功能由高值退化为中值, 而生态功能始终为低值, 因此冲突等级下降.

2.3.2 三维功能冲突诊断

通过三维功能冲突模型识别“城镇-农业-生态”功能冲突(图 8).2010年, “城镇-农业-生态”功能冲突以中度为主(69.06%), 主要分布在鄱阳湖东部及南部地区;2020年, 赣江及抚河流域的大量中度冲突转为重度冲突, 中度冲突格网占比降至54.06%.相比之下, 重度冲突地区显著增加, 格网占比由28.49%提高至44.86%.此外, 2010年研究区还存在少量轻度冲突区域, 多集中在南昌市中心城区及鹰潭市中部, 但在2020年轻度冲突大多转变为中度冲突, 轻度冲突格网占比由1.71%下降至0.23%.由图 8(b)可知区域三维功能冲突加剧主要由城镇功能显著提高而生态及农业功能大幅下降导致.在鄱阳湖西北部地区, 受地形地貌限制, 城镇和农业功能相对薄弱, 功能冲突一直以重度为主.

图 8 三维功能冲突时空变化特征 Fig. 8 Spatial and temporal variation characteristics of three-dimensional function conflict

3 讨论 3.1 发展策略

赣江及抚河流域的耦合协调类型以协调过渡型为主, 但其耦合协调度大多表现为降低;同时, 该地区的各类功能冲突主要表现为加剧, 功能滞后类型由城镇功能滞后转为生态及农业功能滞后.这与前人研究结果一致[45, 46], 即城镇功能持续提高而生态和农业功能持续退化, 从而激化了城镇发展、农业生产和生态保护之间的矛盾, 并导致区域耦合协调水平发生倒退.为了防止生态和农业功能退化对经济发展的抑制作用, 该地区的政策重点应该由追求经济效益转为实现“经济-社会-生态”效益的平衡.对于冲突加剧地区, 需要从加强区域生态空间的改善修复、农业空间的保护和城镇空间的存量提质入手, 缓解区域主导功能与短板功能之间的冲突, 平衡各类国土空间发展的利益需求, 逐步实现“城镇-农业-生态”功能的协调发展.

鄱阳湖生态经济区北部的国土空间多功能耦合协调类型持续处于失调衰退阶段, 但耦合协调度在总体上保持着缓慢提高的趋势, 其“城镇-农业-生态”功能的紧密联系和同步发展趋势不断加强, 不过该地区各类功能冲突等级均以重度或中度为主, 冲突状况未发生明显改善.该地区地貌以山地丘陵为主, 是重要的生态保护区, 在一定程度上抑制了城镇和农业发展, 在2010年表现为城镇及农业功能过度滞后而生态功能较高.但随着城镇化进程的不断推进, 这种抑制作用将逐渐减弱.有学者指出在城镇化初期阶段, 生态系统服务水平与城镇化呈正相关, 城镇功能的提升将伴随着经济技术水平的升高, 这会推进区域生态系统的投资优化, 从而减轻生态压力并改善生态质量[13, 47, 48].因此, 该地区政府要认识到经济社会发展与环境保护之间的相互促进关系, 在生态承载力的约束下合理推进城镇和农业功能平稳有序提高, 促进地区绿色可持续发展.需要注意的是, 随着城镇化进程的持续推进, 生态环境的压力将逐渐增大, 最终导致生态系统服务水平在达到峰值点后急剧下降[38].因此若该地区在后续发展中不注重生态环境保护, 及时控制生态功能退化, “城镇-农业-生态”功能将再次进入失调衰退阶段.

3.2 优势与局限

本文基于国土空间多功能评价指标体系, 从格网尺度分析国土空间多功能耦合协调特征, 并构建多维功能冲突识别模型诊断4类国土空间功能冲突.研究结果相对详细地识别了问题发生的区域, 并从“城镇-农业-生态”多维功能冲突的角度分析了问题产生的现实原因, 使研究结果更加符合现实规划需求, 为因地制宜提出差异化的优化策略提供科学依据.但仍存在一些不足:①由于本文的研究重点并非统计数据在格网中的精细表达, 仅以相比于宏观行政区尺度进行更微尺度的研究为目标, 因此在国土空间功能评价指标中的统计数据空间化方法仍旧有待提升, 未来可以构建更为精准的空间化模型进行研究;②对“城镇-农业-生态”功能的交互作用机制研究深度不够, 未来还需进一步优化国土空间多功能评价指标体系, 结合社会调查与时空大数据, 在顶层设计上深入探索国土空间各个系统的交互耦合影响机制及发展规律.总之, 国土空间多功能耦合协调测度及冲突诊断研究仍然任重道远, 如何实现各国土空间功能的良性耦合和协同发展仍需进一步探索.

4 结论

(1)城镇功能以提高为主, 虽然城镇功能高值主要集中在鄱阳湖南部, 但是北部地区的城镇功能提高强度较大.农业功能与生态功能表现为相近的变化趋势, 在鄱阳湖北岸以南地区的农业和生态功能显著退化, 而以北地区均表现为提高的趋势.

(2)耦合协调类型以失调衰退型为主, 耦合协调类型变化趋向于“两头向中间”转变, 严重失调转变为轻度失调是耦合协调水平提高的主要原因.耦合协调度的动态变化率呈现出带状分布特征, 由北向南表现为由正到负, 下降的格网主要分布在赣江和抚河流域.耦合协调度热点区主要分布在鄱阳湖南部, 且范围逐渐缩小;鄱阳湖北部以冷点区为主且范围表现为小幅度缩小, 在其中部的沿江平原地区呈线状分布了少量热点区, 表现为扩大趋势.

(3)2010~2020年“城镇-农业”功能冲突均以重度冲突为主, 但有轻微向好的趋势.除此之外, “城镇-生态”、“农业-生态”和“城镇-农业-生态”功能冲突均表现为加剧的趋势, 重度冲突范围扩大, 冲突加剧的地区多分布在赣江及抚河流域, 主要由区域城镇功能提高而生态及农业功能退化导致.

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