劉俊祥,張蕾,劉格格,張自正

(1.湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院區(qū)域開發(fā)與環(huán)境響應(yīng)湖北省重點實驗室,武漢 430062;2.湖北省規(guī)劃設(shè)計研究總院有限責(zé)任公司,武漢 430064)

國土空間是自然生態(tài)要素和社會經(jīng)濟要素相互作用所形成的復(fù)雜系統(tǒng),能為人類提供多樣化的私人和公共產(chǎn)品或功能服務(wù)[1]。伴隨著中國城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進程與自然資源和生態(tài)環(huán)境之間關(guān)系的逐漸失衡,人類對生產(chǎn)、生活功能的開發(fā)利用與自然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之間的矛盾也日益激化[2],使得空間功能之間的關(guān)系越來越復(fù)雜,成為了限制區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的主要障礙。當(dāng)前國土空間規(guī)劃要求生態(tài)文明建設(shè)背景下社會經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展,表現(xiàn)為國土空間功能的協(xié)調(diào)共生[3]。但生產(chǎn)-生活-生態(tài)功能在國土空間中存在著彼此交叉共生又相互脅迫的耦合交互關(guān)系,使得不同功能間在時間、空間和可逆性方面的相互作用關(guān)系往往以權(quán)衡/協(xié)同的方式表現(xiàn)[4]。推動國土空間功能的協(xié)調(diào),本質(zhì)上就是調(diào)控國土空間功能權(quán)衡關(guān)系。因此,如何科學(xué)識別空間功能權(quán)衡關(guān)系,厘清“三生”功能間關(guān)系的影響機制,對服務(wù)生態(tài)文明建設(shè)戰(zhàn)略、實現(xiàn)國土空間高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

目前,關(guān)于國土空間功能關(guān)系的識別[4-5]、演變過程[6-7]和影響機制等[8-9]內(nèi)容的研究受到學(xué)界持續(xù)關(guān)注。研究對象從成熟的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡/協(xié)同關(guān)系[10-11]逐步向“三生”空間功能[3,12]的權(quán)衡/協(xié)同拓展,現(xiàn)已延伸到耕地多功能和土地利用功能領(lǐng)域,覆蓋了省、市、縣和城市群等多個尺度[3,13-14]。尺度關(guān)聯(lián)特征致使不同尺度的“三生”功能權(quán)衡/協(xié)同關(guān)系探究具有明顯的尺度依賴性[15],這使得既定尺度上國土空間功能相互作用關(guān)系不能簡單地推演到其相鄰的更高或更低尺度[16]。例如,中宏觀尺度的空間功能相互作用過程根源于微觀尺度國土空間利用方式的動態(tài)變化,微觀尺度上國土空間開發(fā)方式的變化也會通過累積形成區(qū)域性或更大尺度的功能關(guān)系演變[17-18]。當(dāng)前研究重點關(guān)注行政區(qū)尺度,簡化或模糊了微觀尺度國土空間功能權(quán)衡關(guān)系與影響因素間的尺度依賴,一定程度上忽視了土地利用變化在精細(xì)尺度上對復(fù)雜社會生態(tài)系統(tǒng)的影響。常用的方法包括了統(tǒng)計分析法[19]和機械平衡模型等[3]。但相關(guān)性分析作為最常用的統(tǒng)計分析方法,難以衡量3個及以上功能間相互作用關(guān)系;機械平衡模型基于不同向量的合力大小反映國土空間功能間的權(quán)衡/協(xié)同關(guān)系,需考慮不同向量是否存在共線性問題。此外,特定區(qū)域類型多樣、地域分布不均衡的國土空間功能,受人類需求影響始終處于動態(tài)權(quán)衡的過程中[20],但以往研究側(cè)重于對國土空間功能權(quán)衡關(guān)系的靜態(tài)格局探索,對其權(quán)衡強度的動態(tài)演變和影響因素的揭示有所不足,難以為有效管理國土空間和推動區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展提供對策建議。

湖北省作為推動中部崛起和長江經(jīng)濟帶發(fā)展的重要省份,建設(shè)用地需求的上升必然會加劇生產(chǎn)-生活-生態(tài)空間的競爭與博弈,導(dǎo)致國土空間用地失衡。鑒于此,本文按照“功能評價—關(guān)系量化—機制識別”的思路,定量評價格網(wǎng)單元上的“三生”功能,借助均方根誤差(RMSE)模型揭示湖北省2000—2020年國土空間功能權(quán)衡關(guān)系的時空演變過程,并采用地理探測器模型探析權(quán)衡強度的關(guān)鍵驅(qū)動因子,以期為區(qū)域國土空間優(yōu)化提供決策支持。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

湖北省位于108°21′42″—116°07′50″E,29°01′53″—33°06′47″N,地處中國中部、長江的中游地區(qū),國土總面積達(dá)18.59萬km2。秦巴山、武夷山、大別山、幕阜山四大生態(tài)屏障沿省界四角分布,中南部地勢低平,呈向南敞開的不完整盆地。林地和耕地是湖北省最主要的用地類型,2020年面積分別為9.28萬km2,4.75 萬km2;水域和城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積相近,2020年分別為1.99萬km2,1.42 萬km2,國土空間整體呈“五分林地三分田,一分城鄉(xiāng)一分水”的格局。2000—2020年,湖北省城鎮(zhèn)化率從40.47%上升到62.89%,城鎮(zhèn)空間的日益擴張加劇了其與生態(tài)空間和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間之間的矛盾與沖突,使得耕地質(zhì)量下降,生態(tài)服務(wù)功能減弱,直接影響到長江中下游的可持續(xù)發(fā)展。因此,如何提升“三生”空間功能的協(xié)調(diào)發(fā)展水平,優(yōu)化“三生”空間布局,已成為湖北省國土空間高質(zhì)量發(fā)展的重要內(nèi)容。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

研究數(shù)據(jù)包括2000 年、2005 年、2010 年、2015年和2020年的湖北省地理空間數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)兩部分,具體見表1。為了統(tǒng)一數(shù)據(jù)類型,便于后續(xù)功能的測算,采用以下方法處理數(shù)據(jù):(1)統(tǒng)一數(shù)據(jù)精度。省域“三生”功能的研究包括了行政區(qū)尺度[21]和格網(wǎng)尺度[14,22],基于前人研究和研究區(qū)特點,最終選取1 km×1 km 作為研究的基本單元,并將所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一到該精度。(2)統(tǒng)一數(shù)據(jù)坐標(biāo)系。所有數(shù)據(jù)均采用1984年世界大地坐標(biāo)系(WGS84),統(tǒng)一為蘭伯特投影。(3)氣象數(shù)據(jù)處理。降水和氣溫數(shù)據(jù)采用克里金插值法對日值數(shù)據(jù)插值獲取。(4)社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)處理。社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)均以2000年、2005年、2010年、2015年和2020年當(dāng)年縣級行政區(qū)界線進行統(tǒng)計,若當(dāng)年縣域單元的社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)缺失,則以相鄰年份數(shù)據(jù)補充。

表1 數(shù)據(jù)來源Table 1 Data sources

2 研究方法

2.1 國土空間功能評價體系

國土空間作為一種復(fù)雜的功能系統(tǒng),可以劃分成生產(chǎn)功能、生活功能和生態(tài)功能3大功能[23],三者之間相互促進,相互影響,存在著復(fù)雜緊密的聯(lián)系。生產(chǎn)功能是指直接從土地獲取生產(chǎn)資料或以土地為載體進行社會生產(chǎn)而產(chǎn)出各種產(chǎn)品和服務(wù)的功能[22,24],是國土空間的基礎(chǔ),為生活功能提供物質(zhì)產(chǎn)品,并在擴張中擠壓生態(tài)功能,決定著生活功能和生態(tài)功能的質(zhì)量和狀態(tài)。生活功能與承載和保障人居有關(guān),是指為人類提供居住、消費、休閑和娛樂等功能[25],是國土空間的需求,生活需求的增加能夠強化生產(chǎn)功能,生活品質(zhì)的提升也能改善生態(tài)功能。生態(tài)功能是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成的、維持人類生存的自然條件及其效用[24],為生產(chǎn)功能和生活功能提供保障,滿足生產(chǎn)生活發(fā)展所需的環(huán)境條件?！叭惫δ苤?一個功能的提升或惡化會直接影響其他功能的有序推進,只有生產(chǎn)、生活和生態(tài)功能相互協(xié)調(diào)才會促進國土空間綜合利用效益的最大化。

國土空間功能具有尺度特性,不同尺度的功能評價指標(biāo)具有差異性?；凇叭惫δ苓壿嬯P(guān)系的梳理及內(nèi)涵解析,根據(jù)已有的研究[24,26]、考慮地域特色和數(shù)據(jù)可獲取性,構(gòu)建格網(wǎng)尺度的國土空間功能評價體系(表2),并定量測算二級指標(biāo)(表3)。

表2 國土空間功能評價體系Table 2 Territorial space function evaluation system

表3 指標(biāo)空間化的定量測算模型Table 3 Quantitative measurement models for spatialization of indicators

2.2 國土三生空間功能指數(shù)的計算

本研究以國土空間功能評價體系為基礎(chǔ),依據(jù)各個指標(biāo)的屬性,借助極差標(biāo)準(zhǔn)化法[27]進行無量綱化處理,并采用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重;最后,采用綜合加權(quán)法[3]分別計算出生產(chǎn)功能、生活功能和生態(tài)功能指數(shù),具體公式如下:

式中:Fi為第i個空間功能的指數(shù)(生態(tài)功能指數(shù)、生活功能指數(shù)和生態(tài)功能指數(shù));Wj為第j項指標(biāo)的權(quán)重;Aij為第i個評價單元的j項的分值。

2.3 國土空間功能權(quán)衡強度測算

均方根誤差[4,20](RMSE)作為一種測度功能間權(quán)衡強度的簡單有效方法,將權(quán)衡的含義從負(fù)相關(guān)關(guān)系(即傳統(tǒng)意義上)擴展到包含“三生”功能間同向變化的不均勻率,為國土空間功能權(quán)衡關(guān)系的管理標(biāo)準(zhǔn)和閾值設(shè)定提供了新視角。其基本原理為在二維坐標(biāo)系內(nèi),通過國土空間功能對坐標(biāo)到1∶1線的距離RMSE判斷“三生”功能權(quán)衡強度的高低,值域范圍為[0,1],即RMSE 越接近1,權(quán)衡強度越高,反之越接近0,權(quán)衡強度越弱。具體公式如下:

式中:RMSE為均方根誤差;xi為第i個功能指數(shù);為第i個功能指數(shù)的平均值;n為功能個數(shù)。

2.4 冷熱點分析(Getis-Ord G*i )

冷熱點分析作為探索局部空間集聚性特征的方法[30],本文以2000—2005年、2005—2010年、2010—2015年和2015—2020年國土空間功能間權(quán)衡強度的動態(tài)變化作為觀測值,基于ArcGIS 10.6平臺計算Getis-OrdG*i指數(shù),并借助自然斷點法將其劃分為極顯著冷點、顯著冷點、冷點、不顯著、熱點、顯著熱點和極顯著熱點7級,對國土空間功能間權(quán)衡強度演變的冷熱點格局進行分析。具體公式如下:

式中:G*i為集聚指數(shù);E(G*i)和var(G*i)分別為G*i的數(shù)學(xué)期望和變異系數(shù)。若Z(G*i)為正值,表明i區(qū)域為高值集聚的熱點區(qū)。

2.5 國土空間功能權(quán)衡強度的影響因素

地理探測器是探測地理現(xiàn)象空間異質(zhì)性特征及其驅(qū)動因素的一種統(tǒng)計方法,它通過層內(nèi)方差和層間方差的空間分異特性來探測自變量與因變量空間分布格局的相似程度,進而揭示自變量對因變量的解釋力度[17]。因子探測器作為地理探測器的核心部分,能夠直觀揭示自然因素和社會經(jīng)濟因素對國土空間功能權(quán)衡關(guān)系的解釋力度,便于探析國土“三生”空間功能間權(quán)衡強度的關(guān)鍵驅(qū)動因子。具體公式如下:

式中:q為影響因子對國土空間功能權(quán)衡強度的解釋力度,值域范圍為[0,1],q值越大,解釋力度越強;L為分區(qū)數(shù);Nh和N分別為分層和研究區(qū)樣本數(shù);σ2和σ2h分別為研究區(qū)方差和h層的方差。

3 結(jié)果與分析

3.1 國土空間功能指數(shù)強度分布特征

2000年、2005年、2010年、2015年和2020年的湖北省生產(chǎn)功能、生活功能、生態(tài)功能指數(shù)的變化規(guī)律如圖1所示。生產(chǎn)指數(shù)呈現(xiàn)出“中間高,兩邊低”的分布特點,生活功能呈現(xiàn)出以武漢主城區(qū)為中心的圈層遞減特征,生態(tài)功能展現(xiàn)出“四周高,中間低”的分布特征。研究期內(nèi),生產(chǎn)指數(shù)和生活指數(shù)總體呈上升趨勢,其中武漢市“高”等生產(chǎn)功能變化最為明顯,擴張了538.54 km2,這可能是由于武漢市作為中部崛起的重要戰(zhàn)略支點,對周邊具有“虹吸效應(yīng)”,加上湖北省政府的政策支持,城鎮(zhèn)化和工業(yè)化水平較高,推動了生產(chǎn)功能的提升;鄂西北和鄂西南山區(qū)谷地的“低”等生活功能提升顯著,擴張了14 207.47 km2,這可能是由于該地區(qū)的生活服務(wù)設(shè)施不斷完善,提升了人們的生活質(zhì)量,特別是隨著鄂西山區(qū)交通設(shè)施的完善,有力推動了鄂東和鄂西之間人、資金、資源的雙向聯(lián)動,一定程度上提升了生活功能。大部分區(qū)域的生態(tài)指數(shù)呈下降態(tài)勢,從2000—2020年四大山區(qū)“高”等生態(tài)功能年均減少1 009.50 km2,特別是在2010年以前呈現(xiàn)出逐年下降趨勢,鄂西北、鄂西南、鄂東北和鄂東南山區(qū)是主要降低區(qū)域;2010年后雖有所提升,但總體仍呈減弱態(tài)勢。這可能是由于2010年之前,城鎮(zhèn)化和工業(yè)化發(fā)展帶來的生產(chǎn)、生活功能空間的擴張擠壓了生態(tài)功能空間,2010年之后,隨著生態(tài)文明建設(shè)逐漸上升到國家層面以及主體功能區(qū)劃的出臺,四大山區(qū)的生態(tài)環(huán)境漸趨改善。

圖1 湖北2000-2020年國土空間功能分布格局Fig.1 Territorial space function distribution pattern of Hubei 2000-2020

3.2 國土空間功能權(quán)衡關(guān)系時空演變特征

基于均方根誤差(RMSE)模型,得到2000 年、2005年、2010年、2015年和2020年湖北省國土空間功能權(quán)衡強度和年均值。由表4、圖2可知,研究期間,國土空間功能權(quán)衡強度整體呈減弱趨勢,特別是生產(chǎn)-生態(tài)功能和生活-生態(tài)功能權(quán)衡強度減弱幅度尤為凸顯。其中,生產(chǎn)-生活功能權(quán)衡強度先增后減,呈“Λ”形演變特征。這主要是由于“十五”期間,工業(yè)經(jīng)濟的快速發(fā)展和農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力的顯著提高推動了生產(chǎn)功能的增強,生活功能的緩慢提升導(dǎo)致了生產(chǎn)-生活功能發(fā)展失衡,但在2005年后,區(qū)域生活基礎(chǔ)設(shè)施的完善和新農(nóng)村建設(shè)的提出,有效推動了生產(chǎn)-生活功能的協(xié)調(diào)發(fā)展,降低了生產(chǎn)-生活功能的權(quán)衡強度;空間分布格局呈“低值區(qū)擴張、高值區(qū)收縮”態(tài)勢,尤以武漢市主城區(qū)和隨州市中西部變化突出。生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡強度與生活-生態(tài)權(quán)衡強度的演變規(guī)律相似,均呈倒“N”形變化趨勢。這主要是由于“十五”和“十一五”期間,淘汰落后產(chǎn)能和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟有效減少了工業(yè)廢物的排放,城鎮(zhèn)生活污水、生活垃圾無害化處理率的不斷提高和退耕還林、濕地保護等生態(tài)保護措施的實施,促進了生產(chǎn)-生態(tài)和生活-生態(tài)功能權(quán)衡強度的減弱,但2010年后由于主體功能區(qū)的劃定尚處于探索階段,各種配套政策體系有待完善,從而導(dǎo)致了2015 年生產(chǎn)-生態(tài)和生活-生態(tài)功能權(quán)衡強度的增強,但隨后在“十三五”期間減弱;其中生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡強度的空間格局總體呈“中間高、四周低”的分布態(tài)勢,生活-生態(tài)功能權(quán)衡強度的城鄉(xiāng)差異顯著,呈現(xiàn)出中心-外圍分布格局。

表4 湖北2000-2020年國土空間功能權(quán)衡強度年均值Table 4 Annual average value of the intensity of territorial space function trade-offs of Hubei 2000-2020

2000—2005年,生產(chǎn)-生活權(quán)衡指數(shù)變化冷熱點區(qū)的空間差異明顯,熱點區(qū)集中分布在鄂西南山區(qū)、隨州市中東部、荊門市中部和武漢市城市圈部分縣區(qū);冷點區(qū)則主要分布在鄂西北山區(qū)、宜昌市東南部和荊州市中西部的交界處(圖3A)。隨著時間的推移,2005—2010年,生產(chǎn)-生活權(quán)衡指數(shù)變化熱點區(qū)呈現(xiàn)出“西擴南移”的態(tài)勢,集中分布在武漢市主城區(qū)、襄陽市北部和荊州市東部區(qū)域,零散分布在鄂西北山區(qū);冷點區(qū)與2000—2005年相比,空間范圍明顯縮小,并由西部和東部向中部收縮。2010—2015年,生產(chǎn)-生活權(quán)衡指數(shù)變化冷熱點區(qū)的空間分化顯著,呈現(xiàn)出“東南熱、西北冷”的空間分布格局,熱點區(qū)集中分布在“一主兩副”主城區(qū)、荊州市南部和鄂東城鎮(zhèn)部分縣區(qū);冷點區(qū)主要分布在十堰市西南部、襄陽市東北部、荊門市東南部和荊州市北部地區(qū)。2015—2020年,生產(chǎn)-生活權(quán)衡指數(shù)變化冷熱點區(qū),與2010—2015 年相比,空間范圍大幅縮小,熱點區(qū)呈“北移南擴”的態(tài)勢,主要分布在鄂北崗地、荊州市中西部、咸寧市和黃石市部分縣區(qū);冷點區(qū)分布在“一主兩副”主城區(qū)、武漢市東北部、黃岡市北部、潛江市和鄂西南部分縣區(qū)。

圖3 湖北2000-2020年國土空間功能權(quán)衡指數(shù)變化冷熱點分布圖Fig.3 Distribution of cold and hot spots of changes in the territorial space function trade-offs index of Hubei 2000-2020

2000—2005年,生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡指數(shù)變化冷熱點區(qū)的空間分異特征顯著,熱點區(qū)集中分布在武漢市、天門市、荊門市中南部、鄂東北山區(qū)和鄂西北山區(qū);冷點區(qū)主要分布在襄陽市北部和鄂西南山區(qū)(圖3B)。2005—2010年,生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡指數(shù)變化冷熱點區(qū),與2000—2005年相比,空間范圍顯著縮小,熱點區(qū)向湖北省四大山區(qū)轉(zhuǎn)移,尤以鄂東南山區(qū)變化最為顯著,冷點區(qū)則向東部擴張,集中分布在隨州市西部,零散分布在鄂西北山區(qū)和武漢市周邊縣區(qū)。2010—2015年,生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡指數(shù)變化冷熱點區(qū)呈“中部熱,東南、西北冷”的空間分布格局,熱點區(qū)與2005—2010年相比,空間分布較為分散,廣泛分布在武漢城市圈部分縣區(qū)、荊州市南部、荊門市東北部和隨州市南部等地區(qū);冷點區(qū)分布較為集中,主要分布在鄂東南山區(qū)和鄂西北山區(qū)。2015—2020年,生產(chǎn)-生態(tài)權(quán)衡指數(shù)變化冷熱點區(qū)分布零散,呈全域點狀分布的空間態(tài)勢。

2000—2020年,生活-生態(tài)權(quán)衡指數(shù)變化冷熱點區(qū)的空間演變格局總體與生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡指數(shù)變化相似,局部區(qū)域存在差異(圖3C)。其中2000—2005年,生活-生態(tài)功能權(quán)衡指數(shù)變化熱點區(qū)還廣泛分布在荊州市中東部,與生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡指數(shù)變化冷熱點區(qū)相比,武漢市主城區(qū)熱點區(qū)與冷點區(qū)并存。2005—2010年,冷點區(qū)呈現(xiàn)出更為明顯的南擴態(tài)勢,主要分布在荊州市南部區(qū)域,隨州市中部縣區(qū)也存在熱點區(qū)域。2010—2015年,荊州市南部生活-生態(tài)指數(shù)變化熱點區(qū)與生產(chǎn)-生態(tài)指數(shù)變化熱點區(qū)相比,空間布局更為分散。2015—2020年,生活-生態(tài)權(quán)衡指數(shù)變化冷熱點區(qū)也呈全域點狀分布的格局,但熱點區(qū)的空間布局較為集聚,主要分布在荊州市中東部區(qū)域。

總體而言,國土空間功能權(quán)衡指數(shù)變化冷熱點區(qū)的空間異質(zhì)性特征顯著,冷熱點區(qū)的空間分布范圍縮減趨勢凸顯,表明湖北省國土空間布局得到明顯優(yōu)化,生產(chǎn)-生活-生態(tài)功能協(xié)同發(fā)展水平得到進一步提升?！耙恢鲀筛薄敝鞒菂^(qū)、武漢城市圈部分縣區(qū)和鄂西山區(qū)生產(chǎn)-生活功能權(quán)衡指數(shù)的動態(tài)演變尤為凸顯,原因可能為“一主兩副”主城區(qū)和武漢城市圈部分縣區(qū)經(jīng)濟發(fā)達(dá),人口密度較大,不同時期國土空間開發(fā)政策的變化會引起生產(chǎn)、生活功能處于競爭-協(xié)調(diào)的發(fā)展過程中;鄂西山區(qū)地勢險峻,適宜人類開展生產(chǎn)、生活活動的空間用地較少,因此生產(chǎn)和生活功能對空間用地競爭較為激烈,使得鄂西山區(qū)生產(chǎn)-生活功能權(quán)衡指數(shù)的變化較為明顯。生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡指數(shù)變化和生活-生態(tài)功能權(quán)衡指數(shù)變化顯著區(qū)主要分布在湖北省四大山區(qū)和江漢平原部分縣區(qū),湖北省四大山區(qū)可能是由于2010年之前,生產(chǎn)和生活空間的擴張占用了生態(tài)用地,造成了生產(chǎn)-生態(tài)、生活-生態(tài)功能間的矛盾與沖突,2010年后,隨著湖北省主體功能區(qū)的劃定和退耕還林、還草等政策的持續(xù)實施,生態(tài)功能得到提升,生產(chǎn)-生活-生態(tài)功能逐漸向協(xié)調(diào)方向發(fā)展;江漢平原部分縣區(qū)可能是受到耕地保護政策和農(nóng)村居民點整治工作的影響,使得生產(chǎn)-生態(tài)、生活-生態(tài)功能指數(shù)的變化較為顯著。

3.3 國土空間功能權(quán)衡強度影響因素分析

自然地理條件作為國土空間的生態(tài)本底,對國土空間功能演化起到促進或抑制作用,是生產(chǎn)-生活-生態(tài)功能形成與演化的基礎(chǔ);受人類社會經(jīng)濟活動影響,國土空間功能的分布格局動態(tài)演化顯著,勢必會影響空間功能權(quán)衡強度的演變[9]?，F(xiàn)有研究證明[7-9],國土空間功能權(quán)衡關(guān)系變化與人-自然因素的復(fù)雜性密切相關(guān),因此,本文依據(jù)科學(xué)性和數(shù)據(jù)的可獲得性原則,從自然資源因素和社會經(jīng)濟因素兩個維度選取影響因子(表5),借助地理探測器識別國土空間功能權(quán)衡強度的關(guān)鍵驅(qū)動因子。

表5 國土空間功能權(quán)衡強度的影響因素Table 5 Influencing factors on the intensity of territorial space function trade-offs

從生產(chǎn)-生活功能權(quán)衡的潛在驅(qū)動因子貢獻率(q值)排序來看(圖4A),與生產(chǎn)-生活功能權(quán)衡相關(guān)的主要驅(qū)動因子為人口密度和人類活動強度,其影響程度在2005 年以后顯著增強(q值明顯增大)。GDP、距居民點距離、高程和土地利用因子對生產(chǎn)-生活功能權(quán)衡有一定的影響。GDP的q值總體呈“M”形波動下降態(tài)勢,2020年q值與2000年相比,下降幅度較小,但2005—2015年q值較高,表明GDP 對生產(chǎn)-生活權(quán)衡強度的影響總體上有所下降,但在2005—2015年期間影響程度明顯增強;距居民點距離和高程因子的影響具有穩(wěn)定性;土地利用因子對生產(chǎn)-生活功能權(quán)衡強度的影響持續(xù)增強(q值逐漸增大);而坡度、年均降水量、植被覆蓋度、距河流距離和距道路距離因子對生產(chǎn)-生活功能的權(quán)衡作用影響較弱。

圖4 湖北省2000-2020年國土空間功能權(quán)衡強度的影響因子Fig.4 Influence factors on the intensity of territorial space function trade-offs of Hubei 2000-2020

從生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡的潛在驅(qū)動因子貢獻率(q值)排序來看(圖4B),土地利用、人口密度和人類活動強度是生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡強度的主導(dǎo)驅(qū)動力,2010年之后三者的q值大幅增加,表明影響程度明顯增強。植被覆蓋度、GDP、年均降水量、高程、坡度和距居民點距離因子對生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡的影響變化較大,其中植被覆蓋度、年均降水量、高程和坡度的q值先減小后增大,呈“V”形變化特征,尤以植被覆蓋度因子變化顯著,表明這些因子對生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡強度的影響先降低后逐漸增強;GDP的q值總體呈波動增加,并漸趨穩(wěn)定的態(tài)勢,表明對生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡強度的影響呈漸趨增強并逐漸平穩(wěn)的趨勢;距居民點距離因子在2010年前q值較低,影響程度較弱,2010年后q值大幅增加,表明對生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡關(guān)系的影響顯著增強。距河流距離和距道路距離對生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡的影響始終處于較弱的狀態(tài)。

從生活-生態(tài)功能權(quán)衡的潛在驅(qū)動因子貢獻率(q值)排序來看(圖4C),生活-生態(tài)功能權(quán)衡強度的主導(dǎo)驅(qū)動因子為人口密度和人類活動強度,其中人口密度的q值呈波動增加的趨勢,人類活動強度的q值先增加后減小,呈“Λ”形變化特征,但總體上q值仍呈增加的趨勢;GDP、植被覆蓋度和土地利用因子對生活-生態(tài)功能權(quán)衡的影響較強,其中GDP的q值呈波動減小的趨勢,表明對生活-生態(tài)功能權(quán)衡強度的影響總體呈減弱的態(tài)勢;植被覆蓋度q值的時間演變規(guī)律與人類活動強度的q值演變規(guī)律相反,呈“V”形演變特征,表明對生活-生態(tài)功能的影響先減弱后增強;土地利用因子對生活-生態(tài)功能權(quán)衡的影響呈逐漸增強并趨于穩(wěn)定的態(tài)勢。高程、坡度、年降水量、距道路距離、距居民點距離和距河流距離影響則較弱。

總體來看,國土空間功能權(quán)衡強度的影響因素以社會經(jīng)濟因素為主,自然資源因素為輔。人口密度、GDP和人類活動強度因子是國土空間功能權(quán)衡強度的關(guān)鍵驅(qū)動因子,其實質(zhì)是隨著湖北省“十五”“十一五”和“十二五”期間對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大力投資,區(qū)域內(nèi)各類基礎(chǔ)設(shè)施得到極大完善,吸引了大量工業(yè)、服務(wù)業(yè)的空間集聚,推動了湖北省城鎮(zhèn)化進程,特別是2004年中部崛起戰(zhàn)略的實施,加速了湖北省人口向城鎮(zhèn)聚集,為工業(yè)和服務(wù)業(yè)的發(fā)展提供了豐富的勞動力資源,促進了社會經(jīng)濟發(fā)展水平的提升,同時國土空間開發(fā)力度的不斷增強也造成了生態(tài)環(huán)境破壞,區(qū)域發(fā)展失衡等一系列問題。因此,“十二五”“十三五”期間,為響應(yīng)國家構(gòu)建“生產(chǎn)發(fā)展、生活宜居、生態(tài)美麗”的國土空間格局,提升區(qū)域的協(xié)調(diào)發(fā)展水平,湖北省制定了“一主兩副”和“兩圈兩帶”的發(fā)展戰(zhàn)略,持續(xù)推進城鄉(xiāng)融合發(fā)展,使得2015—2020年人口密度、GDP和人類活動強度因子對國土空間功能權(quán)衡強度的影響程度明顯減弱。高程、坡度、年均降水量和距河流距離因子作為生態(tài)環(huán)境的自然本底,對國土空間功能權(quán)衡強度的影響具有持續(xù)性和穩(wěn)定性;植被覆蓋度因子對生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡和生活-生態(tài)權(quán)衡的影響較為顯著,這是由于“十五”和“十一五”期間,退耕還林等生態(tài)保護政策的實施,提升了湖北省森林覆蓋率,但2000—2010年,隨著經(jīng)濟的發(fā)展,生產(chǎn)、生活功能也在持續(xù)提升,生產(chǎn)、生活、生態(tài)功能之間的矛盾未得到有效調(diào)和,2010年之后,隨著生態(tài)文明建設(shè)上升為國家戰(zhàn)略,植被覆蓋度的提升能為生產(chǎn)、生活活動的開展提供支撐保障,促進形成國土空間開發(fā)保護新格局,使得2010—2020年植被覆蓋度因子對生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡和生活-生態(tài)權(quán)衡的影響顯著增強。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

優(yōu)化國土空間布局,科學(xué)建立“生產(chǎn)集約、生活宜居、生態(tài)美麗”的國土空間,是當(dāng)前中國國土空間規(guī)劃與管理的重心所在。國土空間功能作為國土空間的承載特性,有助于人們認(rèn)識國土空間開發(fā)對區(qū)域社會、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的多維影響。為了人類社會發(fā)展的福祉,協(xié)調(diào)各方的利益需求,有必要識別區(qū)域國土空間功能,探析不同功能間相互作用的關(guān)系機制和動態(tài)發(fā)展方向,以實現(xiàn)國土空間整體效益的最大化。為此,本文融合社會經(jīng)濟、土地覆被和氣象數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)科學(xué)評估國土空間功能,并采用均方根誤差(RMSE)模型來刻畫湖北省2000—2020年生產(chǎn)-生活功能、生產(chǎn)-生態(tài)功能、生活-生態(tài)功能間權(quán)衡強度的時空演變規(guī)律,借助地理探測器模型探究國土空間功能權(quán)衡強度的關(guān)鍵驅(qū)動因子,可為區(qū)域國土空間管理提供實證依據(jù),促進國土空間功能權(quán)衡在“三線”劃定和國土空間規(guī)劃中的應(yīng)用,具有重要的理論和實踐價值。

研究表明,湖北省生產(chǎn)-生活功能權(quán)衡、生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡和生活-生態(tài)功能權(quán)衡關(guān)系具有明顯的地域分異特征。這表明受制于湖北省社會、經(jīng)濟和自然生態(tài)等條件的區(qū)域特性,不同功能之間的相互作用關(guān)系具有明顯空間異質(zhì)性特征和隨時間動態(tài)變化的特性,這與其他學(xué)者[4]的研究結(jié)果相吻合。由于地理學(xué)科的綜合性特征,特定區(qū)域會受到至少一組功能權(quán)衡的影響,因此,在未來的區(qū)域發(fā)展過程中應(yīng)綜合考慮多種功能之間的權(quán)衡關(guān)系,如武漢市主城區(qū)生產(chǎn)-生活功能權(quán)衡、生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡和生活-生態(tài)功能權(quán)衡強度均顯著,應(yīng)統(tǒng)籌布局城市山、水、路、岸、城等空間,合理控制主城區(qū)人口密度,推動城市內(nèi)涵式發(fā)展;有序引導(dǎo)城市綠地空間均衡、系統(tǒng)布局,打造開放綠色的城鎮(zhèn)空間,切實增強社會、經(jīng)濟和生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展水平。鄂東南山區(qū)生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡和生活-生態(tài)功能權(quán)衡強度較為明顯,應(yīng)積極劃定生態(tài)保護紅線,引導(dǎo)生產(chǎn)、生活空間向城鎮(zhèn)集聚,增強生態(tài)空間提供生態(tài)產(chǎn)品和生態(tài)服務(wù)的能力。

受制于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲得性,本文對部分評價指標(biāo)的測算有待進一步完善。例如,在文化供給功能和醫(yī)療供給功能的測算過程中采用圖書館藏數(shù)和醫(yī)院床位數(shù)衡量,存在難以準(zhǔn)確反映區(qū)域公共服務(wù)資源的空間保障水平問題,后續(xù)研究有待基于大數(shù)據(jù)深化對區(qū)域公共服務(wù)功能的探索。

4.2 結(jié)論

(1)2000—2020年,湖北省生產(chǎn)指數(shù)和生活指數(shù)總體呈上升趨勢,生態(tài)指數(shù)呈下降的態(tài)勢。其中武漢市“高”等生產(chǎn)功能變化最為明顯,擴張了538.54 km2;鄂西北和鄂西南山區(qū)谷地的“低”等生活功能提升顯著,擴張了14 207.47 km2;生態(tài)功能則表現(xiàn)出先減弱后增強的態(tài)勢,但總體仍呈減弱趨勢,從2000—2020年四大山區(qū)“高”等生態(tài)功能年均減少1 009.50 km2。

(2)2000—2020 年,依據(jù)國土空間功能權(quán)衡指數(shù)平均值的變化規(guī)律,可得整體上國土空間功能權(quán)衡強度呈減弱趨勢,特別是生產(chǎn)-生態(tài)功能和生活-生態(tài)功能權(quán)衡強度減弱幅度尤為凸顯。具體來看,生產(chǎn)-生活功能權(quán)衡強度先增后減,呈“Λ”形演變特征,空間分布格局呈“低值區(qū)擴張、高值區(qū)收縮”態(tài)勢,尤以武漢市主城區(qū)和隨州市中西部變化突出;生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡和生活-生態(tài)功能權(quán)衡強度時間演變規(guī)律較為一致,均呈倒“N”形變化趨勢,但空間分布格局差異較大,其中生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡強度呈“中間高、四周低”的空間布局,生活-生態(tài)功能權(quán)衡強度的城鄉(xiāng)差異顯著,呈現(xiàn)出明顯的中心-外圍分布格局。

(3)研究期內(nèi),國土空間功能權(quán)衡指數(shù)變化冷熱點區(qū)的空間異質(zhì)性特征顯著,冷熱點區(qū)的空間分布范圍縮減趨勢明顯。其中“一主兩副”主城區(qū)、武漢城市圈部分縣區(qū)和鄂西山區(qū)生產(chǎn)-生活功能權(quán)衡指數(shù)的動態(tài)演變尤為凸顯;生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡指數(shù)變化和生活-生態(tài)功能權(quán)衡指數(shù)變化顯著區(qū)主要分布在湖北省四大山區(qū)和江漢平原部分縣區(qū)。

(4)依據(jù)地理探測器模型得到國土空間功能權(quán)衡強度的影響因子以社會經(jīng)濟因素為主,自然資源因素為輔。人口密度、GDP 和人類活動強度等社會經(jīng)濟因素是生產(chǎn)-生活功能權(quán)衡、生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡和生活-生態(tài)功能權(quán)衡強度的關(guān)鍵驅(qū)動因子;自然資源因素中高程、坡度、年均降水量和距河流距離因子作為生態(tài)環(huán)境的自然本底,對國土空間功能權(quán)衡強度的影響具有持續(xù)性和穩(wěn)定性;而植被覆蓋度因子對生產(chǎn)-生活功能權(quán)衡強度的影響變化較小,對生產(chǎn)-生態(tài)功能權(quán)衡和生活-生態(tài)功能權(quán)衡強度的影響呈先減弱后增強的態(tài)勢。