成渝城市群“三生空间”时空格局与耦合协调分析

张 扬，陈雨露，张 杨，张 莹，龚 杰

(1.东南大学 建筑学院，南京 210096； 2.成都理工大学 旅游与城乡规划学院，成都 610059； 3.成都市经济发展研究院，成都 610072； 4.首都经济贸易大学 经济与公共管理学院，北京 100070； 5.重庆工商大学 公共管理学院，重庆 400067)

0 引言

改革开放以来，随着我国工业化、城镇化进程的不断推进，人地矛盾日益突出[1]。面对资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势，党的十八大报告把生态文明建设放在突出地位，纳入社会主义现代化建设总体布局，提出“促进生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”。习近平总书记在多次重要会议上强调统筹生产、生活、生态三大空间布局，正确处理好经济发展同生态环境保护的关系。2019年5月,《中共中央 国务院关于建立国土空间规划体系并监督实施的若干意见》明确要求“在资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价的基础上，科学有序统筹布局生态、农业、城镇等功能空间”。作为生态文明建设理念下实现国土空间开发格局优化的重要抓手，生态、生产、生活空间(“三生空间”)研究既是区域可持续发展领域的学术前沿问题，也是国土空间规划亟需解决的核心实践问题[2-3]。

近年来，相关学者围绕“三生空间”进行了大量研究[4]。在“三生空间”功能识别方面，建立了指标体系量化测算[5]、土地利用归并分类[6]和土地利用分级赋分[7]等3种主流方法。在“三生空间”结构、格局方面，开展了涵盖国家、省、市、县、乡镇、村落等不同尺度、不同时间阶段的研究[8-13]。在“三生空间”优化调控方面，基于适宜性评价、“多规合一”等不同视角的“三生空间”数量配比与空间配置方法被相继提出[14-15]。也有一些研究关注“三生空间”冲突、“三生空间”划定等方面，进一步拓宽了“三生空间”的研究范围[16-17]。总体来看，现有研究对“三生空间”功能的均衡性关注不足，如耦合协调关系和特征[18]，而“三生空间”功能耦合协调发展对发挥“三生空间”功能协同效应与乘数效应、提高国土空间利用效益十分重要。作为高度一体化的发展单元，鲜有在城市群这一尺度开展“三生空间”相关研究[19]。此外，在以行政区为分析单元的研究中，较少使用土地利用分级赋分进行“三生空间”的功能识别。

成渝城市群是我国5个特大城市群之一[20]，担负着引领中国西部地区发展、拓展全国经济增长新空间的重要使命，其“三生空间”的协调发展对落实该地区建设“具有全国影响力的重要经济中心、科技创新中心、改革开放新高地、高品质生活宜居地”(“两中心两地”)具有重要意义。本研究以成渝城市群为研究区，以区县为基本分析单元，基于土地利用分类数据开展2010—2020年“三生空间”功能识别及耦合协调研究，揭示“三生空间”功能空间布局及其演化特征、耦合协调关系及其时空特征，以期为该地区国土空间的开发与保护格局优化提供理论指导和科学依据。

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区域概况

2016年，国务院批复《成渝城市群发展规划》，成渝城市群成为西部地区第一个国家级城市群，担负着全国“第四极”的使命。成渝城市群地处四川盆地，其具体范围包括重庆市的渝中、万州、黔江、涪陵等27个区(县)以及开县、云阳的部分地区，四川省的成都、自贡、泸州、德阳、绵阳(除北川县、平武县)、遂宁、内江、乐山、南充、眉山、宜宾、广安、达州(除万源市)、雅安(除天全县、宝兴县)、资阳等15个市的104个区县，总面积约18.5万km2。以成渝城市群为研究区探讨“三生空间”功能变化与耦合协调特征更具有典型性和应用价值。一方面，依托优越的区位优势、资源禀赋、产业基础和人力资源，成渝城市群成为长江上游最重要的经济和人口集聚区，2019年该地区实现地区生产总值6.51万亿元，常住人口达到1.01亿，均占四川省、重庆市两地总量的90%左右。另一方面，成渝城市群是我国长江上游和三峡库区重要的生态屏障，对构建我国生态安全格局具有其独特性和不可替代性。近年来，成渝城市群在社会经济快速发展的同时也面临区域发展不平衡、城市扩张无序蔓延、土地利用效率低等多重问题[21-22]，给区域可持续发展带来挑战。

1.2 数据来源与处理

本研究的基础数据为2010年、2015年、2020年成渝城市群土地利用遥感监测空间分布栅格数据，来源于中国科学院资源环境科学与数据中心(https://www.resdc.cn/Default.aspx)，分辨率为1 km×1 km。该数据基于美国陆地卫星Landsat TM影像，通过人工目视解译生成，包括耕地、林地、草地、水域、未利用地和城乡、工矿、居民用地在内的6个一级类和25个二级类型，成渝城市群土地利用类型涵盖了6个一级类中23个二级类。此外，所用区县分析单元数据根据《成渝城市群发展规划》中的成渝城市群范围并结合行政区划数据划定。数据处理和分析主要使用ArcGIS 10.4软件。

2 研究方法

2.1 “三生空间”功能评分表

土地具有生产、生活、生态等多种功能属性，不同的土地利用类型其功能主次有差异[9,23]。借鉴已有研究对“三生空间”功能的评价方案[7,24-25]，结合成渝地区双城经济圈的土地利用现状，构建“三生空间”功能评分表(表1)。该表采取分级赋分的方法对不同土地利用类型所能提供的“三生空间”功能进行“0～5”的评分，0分表示无相关功能，5分表示能提供最大功能。基于“三生空间”功能评分表，利用ArcGIS的栅格重分类工具获得“三生空间”功能空间分布图，分别计算出成渝城市群各区县2010年、2015年、2020年3个年份“三生空间”功能平均分值，即为各区县“三生空间”功能评价结果。

表1 “三生空间”功能评分表

2.2 探索性空间数据分析

2.3 耦合度与耦合协调度模型

耦合源自物理学的概念，是两个实体相互依赖于对方的一个量度[31]。耦合度是指系统或者要素之间相互作用的强弱程度，反映相互依赖、相互制约程度[32]。耦合协调度指耦合相互作用关系中良性耦合程度的大小，它可体现出协调状况的好坏[33]。本研究使用三系统耦合度反映“三生空间”三者相互作用、相互影响的程度，使用耦合协调度衡量“三生空间”协调发展水平。三系统耦合度计算公式如下：

式中：C为耦合度，取值范围在0～1；X，Y，W分别代表生产空间、生活空间、生态空间的综合得分。C值越大说明彼此之间越接近良性共振耦合，系统趋向新的有序结构；C值越小则意味着三者之间的作用程度越小，系统趋于无序状态[34]。耦合协调度计算公式如下：

式中：D为耦合协调度；T为“三生空间”的综合评价指数；α，β，γ为待定系数，由于生产空间、生活空间、生态空间三者同等重要，因此，设定α=β=γ=1/3。

参照以往研究经验并结合实际研究特征[35]，制定如下评价标准。耦合度：0

3 结果分析

3.1 “三生空间”功能评价

根据成渝城市群2010年、2015年、2020年“三生空间”功能评价结果(图1)，2010年生产、生活、生态空间功能评价得分平均值分别为2.71，0.11，3.54；2015年分别为2.71，0.13，3.51；2020年分别为2.71，0.16，3.48。因此，在研究期间成渝城市群总体的生产空间功能保持稳定，生活空间功能稳步提升，而生态空间功能呈下降趋势。从“三生空间”功能评价得分标准差来看，2010年、2015年、2020年成渝城市群生态空间功能评价得分标准差分别是0.64，0.65，0.69，均小于对应年份生活空间功能评价得分的标准差(0.74，0.73，0.86)和生产空间功能评价得分的标准差(0.84，0.84，0.79)，这表明在研究期间成渝城市群各区县的生态空间功能的差异相对较小。

图1 2010年、2015年、2020年“三生空间”功能空间分布

3.2 “三生空间”功能时空格局

根据成渝城市群“三生空间”功能全局自相关检验结果(表2)，可以看到2010年、2015年、2020年生产、生活和生态空间功能的Global Moran’sI值均为正值，Z值均大于1.65，且都通过了P<0.01的显著性检验，说明成渝城市群“三生空间”功能的空间分布呈显著正相关，即具有较高(较低)“三生空间”功能的区县间倾向于相互邻近和集聚分布。其中，3个年份生活和生态空间功能的Moran’sI值均显著大于生产空间功能，反映出生活和生态空间功能的低值和高值区在空间上分布更为集聚。从时间维度上看，2010—2020年成渝城市群“三生空间”功能的Global Moran’sI值均呈增加趋势，表明“三生空间”功能的空间集聚不断增强。

表2 “三生空间”全局空间自相关检验结果

通过2010年、2015年、2020年生产、生活和生态空间功能冷热点空间分布(图2)，结合图1，可从局部视角考察成渝城市群“三生空间”功能分布的时空格局特征。

成渝城市群生产空间功能的空间分布呈明显的圈层特征，其中高值区集中在成渝城市群的中部地区，即四川盆地，该地区气候温暖湿润，地势平坦，土壤肥沃，是我国著名的农业区，生产空间功能突出；低值区集中在成渝城市群西南和东南部的边缘地区，主要为四川省雅安市、乐山市、宜宾市、泸州市南部的部分区县和重庆市东南部的黔江区、彭水苗族土家族自治州等，该区域以山地为主，分布有邛崃山、大小凉山、巫山等，生产活动受到地形条件的约束，生产空间功能得分一般低于2.5；过渡区则分布在热点区的外围，主要是盆地底部向边缘山地的过渡地带，如达州市和广安市的多个区县，生产空间功能得分为2.5～3.5。2010—2020年，成渝城市群生产空间功能低值区范围变化不大，成都市的若干中心城关区以及位于成渝发展主轴的资阳市各区县、重庆市潼南区等区域生产空间功能热点区有所减少，而川南的自贡市、内江市及其周边的部分区县新增为高值区，其生产空间功能高值区集聚程度也进一步增加。

图2 2010年、2015年、2020年“三生空间”功能冷热点分布

成渝城市群大部分区县的生活空间功能得分低于0.2，无显著低值区出现。高值区呈“双极核”的空间分布格局，主要为成都市、重庆市主城两个极核及其周边地区，是成渝城市群人口最为集中的地区。2010—2020年，成都市、重庆市主城两个极核及其周边地区生活空间功能得分提高，其中成都市的温江区、郫都区及重庆市的沙坪坝区、九龙坡区的生活空间功能得分提高到1.5以上，带来生活空间功能热点区集聚程度进一步增强。成都市的彭州市以及重庆市主城及其周边的多个区县(璧山县、北碚区、渝北区、沙坪坝区、九龙坡区、江北区、南岸区、大渡口区)的生活空间功能由次热点区转变为极热点区。

成渝城市群生态空间功能呈“一热点两冷点”空间分布格局。“一热点”为位于成渝城市群西南部的境内以山地为主的雅安市、乐山市的部分区县，生态空间功能得分普遍大于4.0，是生态空间功能热点区；“两冷点”为成都市区和重庆市主城及其周边区县，生态空间功能得分普遍小于3.0，是生态空间功能冷点区。2010—2020年，成渝城市群生态空间功能的冷点区和热点区变化以趋向集聚为主，重庆市主城和成都市区的部分区县生态空间功能得分持续降低，由冷点区和次冷点区转变为生态空间功能极冷点区，如成都市的金堂县、简阳市以及重庆市主城周边的江津区、渝北区；而西南部乐山市的峨边彝族自治县、峨眉山市、沙湾区以及雅安市名山区等区县的生态空间功能得分提高，转变为更高级别的生态空间功能热点区。

2010—2020年成都市和重庆市主城作为成渝城市群内的两大中心，吸引人口快速聚集，城镇用地持续增加，生活空间功能稳步提高，但与此同时也侵占了部分生态空间，导致生态空间功能的降低，使这两个生活空间功能的热点区和生态空间功能的冷点区得以扩大和增强。随着成渝经济区、成渝城市群、成渝地区双城经济圈等战略的实施，位于成渝发展主轴的资阳市、潼南区等区域发展迅速，部分生产空间功能较高的耕地被侵占用以城镇建设，使得生产空间功能有一定的损失，生产空间功能集聚程度有所降低。以自贡市、内江市为核心的川南城镇密集地区，其资源富集，水陆交通便利，近年来开发建设力度大，一些项目、工程占用了部分林地，因此，在生产空间功能不断得到增强的同时给生态空间功能带来一定的损失。研究期内位于西南部的雅安市部分区县(名山区)、乐山市的部分区县(峨眉山市、峨边彝族自治县)，由于生态环境保护力度加大及退耕还林还草政策的实施，该地区的生态空间功能得到提升。

3.3 “三生空间”耦合度与耦合协调度

2010—2020年成渝城市群“三生空间”功能耦合度整体水平较高(图3)，仅东北部、西南部和南部的一些区县为低水平耦合阶段，如东北部的达州市宣汉县，西南部的乐山市的峨边彝族自治县、雅安市的石棉县，以及南部的泸州市叙永县。成都市中心城区和重庆主城区多为高水平耦合阶段；处于磨合阶段的主要为成都都市圈和重庆都市圈的其他区县以及宜宾市、自贡市、南充市等地级市的主城区；处于拮抗阶段的区县主要分布在城市群中部，一般为非地级市主城区。2010年、2015年、2020年，成渝城市群“三生空间”耦合度水平呈上升趋势，总体耦合度分别为0.455 1，0.488 8，0.509 2。处于磨合和高水平耦合阶段的区县以成都市、重庆市主城区和各地级市主城区为中心以圈层的形式逐渐向外扩散；部分处于低水平耦合阶段的区县发展为拮抗阶段，如资阳市安岳县、达州市渠县等；值得注意的是，个别位于都市功能核心区的区县，如成都市武侯区，在研究期内其生活、生产空间功能逐渐占据绝对主导地位，导致其生态空间功能得分减少，其“三生空间”功能耦合度降低。

2010年、2015年、2020年成渝城市群“三生空间”功能耦合协调度分别为0.467 1，0.483 4，0.494 5，其空间格局及变化与耦合度较为一致(图4)。成都都市圈、重庆都市圈内的大多数区县以及各地级市主城区多为高度协调耦合水平，且呈逐步向外圈层扩散趋势；仅西南部乐山市的峨边彝族自治县、马边彝族自治县，雅安市的石棉县、汉源县等区县始终为低度协调耦合水平，而达州市宣汉县、泸州市古蔺县仅在2010年为低度耦合协调水平；绝大多数区县处于中度耦合协调水平。同样，成都市武侯区等个别位于都市功能核心区的区县由于生态空间功能得分的降低，其耦合协调度水平呈现出下降趋势。

图3 2010年、2015年、2020年“三生空间”功能耦合度

图4 2010年、2015年、2020年“三生空间”功能耦合协调度

结合成渝城市群“三生空间”功能评价及耦合协调分析结果可以发现，大多数区县在早期阶段生活空间功能的不足是其耦合协调水平不高的主要原因。随着2010—2020年成渝城市群城镇化的快速发展和城乡一体化的推进，成都市、重庆市主城区、部分地级市主城区及其周边区县生活空间功能快速提升，耦合度与耦合协调度水平提高，但个别都市功能核心区生活空间功能提高的同时生态空间被严重挤占，其“三生空间”耦合度与耦合协调度水平可能会降低。对成渝城市群西南部的乐山市、雅安市的部分区县来说，这些区县多为《全国主体功能区规划》《四川省主体功能区规划》中的限制开发区，生态空间得到大力保护，生产、生活空间功能并未有明显提高，导致该地区耦合协调水平低于其他地区。

4 结论与讨论

4.1 结论

2010—2020年成渝城市群总体的生产空间功能保持稳定，生活空间功能稳步提升，而生态空间功能呈下降趋势，各区县的生态空间功能的差异小于生产、生活空间功能。成渝城市群“三生空间”功能的空间分布呈显著正相关，并趋向空间集聚，生产、生活、生态空间功能热点区分别呈现越来越明显的“圈层分布”“双极核”“一热点两冷点”空间格局。耦合度、协调度高值区主要为成都市、重庆市主城区、部分地级市主城区，并在研究期内逐步扩散到周边区县。对于成渝城市群大多数区县而言，生活空间功能的不足是其耦合协调水平不高的主要原因。

4.2 讨论

对“三生空间”功能时空格局、耦合协调的研究有助于从土地利用功能角度理解国土空间对经济社会发展的支撑作用，可为国土空间规划提供重要支撑。本研究聚焦成渝城市群“三生空间”功能结构、格局、均衡性及其变化，丰富了“三生空间”的研究尺度和研究内容。然而，对不同主体功能区内的区县而言，由于其国土空间开发方向不同，区县尺度的“三生空间”耦合协调可比性不高，未来可开展不同主体功能区、不同尺度“三生空间”功能耦合协调研究，进一步拓宽“三生空间”研究内容，提高对国土空间规划及其相关工作的支撑作用。