干旱区绿洲“三生”功能时空格局演变及权衡/协同关系

周陈涛，曹月娥

(上海师范大学 环境与地理科学学院，上海 200234)

1 引言

土地是人类生存发展所不可或缺的关键性生产要素和资源，其本身具有多重功能和属性[1]。而正因为土地存在着稀缺性和多功能性，这就导致各类国土空间围绕寻求最大利益而对用地产生竞争及冲突。因此，明晰各类国土空间功能间的相互作用与权衡协同关系，是进行国土空间开发利用的前提[2]。

在快速城镇化的过程当中，城镇化的不断推进使乡村与城市之间构建起物质、信息及能量紧密交流关系的同时，各自的国土空间开发也开始逐步失序，生产-生活-生态空间及功能之间的冲突也在加剧，开始出现矛盾和失衡。2017 年国务院印发的《全国国土规划纲要 ( 2016—2030) 》要求，坚持国土开发与资源环境承载能力相匹配，与人口资源环境相均衡，划定了城镇、农业、生态 3 类空间开发管制界限。中共十八大报告中明确指出“生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”是国土生态—生产—生活空间的发展目标[3]。因此，对“三生”空间进行合理的权衡与配置，使有限土地资源的利用率变得高效合理，已经成为国土空间优化的重要目标[4]。

通过对相关文献的检索及浏览，发现国外鲜有对“三生”空间这一概念的直接研究，而是多集中于土地利用多功能方面的研究，包括土地利用功能间的相互联系及效应[5]、土地利用多功能变化等。而我国对“三生”空间的研究则主要集中于“三生”功能理论框架与分类体系[6]、“三生”功能的数量和空间结构[7]、“三生”功能间相互转换和空间效应[8]、“三生”功能的时空演变规律[9]等。而当前针对“三生”空间及功能的研究，多以宏观视角集中于省、市级等大、中尺度行政区[10]，而基于微观格网尺度对县、镇、村等较小行政区进行“三生”功能研究则相对较少，且目前已有研究多着眼于东中部湖北、四川及长江经济带等经济发达人口稠密地区[11]，而对西部社会经济较为落后的干旱绿洲生态脆弱地区则关注较少。

喀什作为新疆南部的重要城市，我国的西大门，不仅是古丝绸之路的交通要冲及新疆规划建设的丝绸之路经济带核心区两大国际性交通枢纽的核心之一，也是现今国家七个经济特区之一。而麦盖提县作为喀什地区下辖十二县市之一，叶尔羌河流域中游商贸、物流及旅游中心，其社会经济发展对于整个喀什地区乃至更大区域范围都有着重要的价值及意义[12]。因此，对麦盖提县“三生”空间功能进行分析并掌握其时空格局演变特征，对于当地及区域国土空间优化以及经济社会发展具有重要意义。

基于上述分析，本文以麦盖提县作为研究区，在获取不同时期土地利用类型的基础上，基于Arcgis10.2、GeoDa等软件对各用地类型的变化与功能特征进行分析研究，根据实际情况，选择1000m×1000 m格网尺度，对麦盖提县“三生”功能进行了测度，并对其权衡协同关系及时空变化特征进行了研究，以期能够对当地及相似县域进行有目标的土地利用调整、优化国土空间利用及生态环境保护。

2 研究区概况及数据来源

2.1 研究区概况

麦盖提县(东经77°28′～79°05′，北纬38°25′～39°22′)隶属于新疆维吾尔自治区喀什地区，地处塔克拉玛干沙漠西南边缘、喀喇昆仑山北麓、叶尔羌河中游，北接巴楚县，南连叶城县，西接莎车县，东南部与和田地区毗邻，县城距乌鲁木齐约1410 km，距喀什市约175 km，是叶尔羌河流域5个县的中心。全县土地总面积1.08万km2，下辖10个乡镇，3个农林场，以及驻有农三师的四个团场及南疆军区的一个部队农场。全县总人口约20余万人，包含维吾尔、汉、回、哈萨克等13个民族。

麦盖提县位于叶尔羌河冲积平原中部，提孜那甫河下游，土地平坦，温带大陆性干旱气候明显，气候干燥，降水稀少，生态脆弱，土壤盐渍化较为严重，其中盐碱耕地面积达到了33.9万亩，约占全县耕地总面积的36.5%。麦盖提县以第一、第三产业为主，截止到2020年，产业结构占比为49∶9∶42，第二产业占比较小。

麦盖提县全县超过80%的土地面积为沙地，直面了土地沙漠化的威胁。近些年来，随着快速城镇化的不断推进，如何在保护耕地和生态环境的压力下，协调土地利用矛盾，实现生产-生活-生态空间的协调有序发展已经成为当务之急。

2.2 数据来源

相较于此类研究传统较常使用的遥感数据，结合研究区实际情况及数据获取难易程度，本文选取更为精确的土地利用数据应用于研究当中。采用2014年和2018年的麦盖提县土地利用数据，对麦盖提县“三生”功能及时空格局变化进行了研究与评价。

3 研究方法

3.1 “三生”空间分类及构建三生功能评价标准

“三生”空间分类及功能评价标准的制定是进行“三生”空间格局演化及功能研究的基础，已有研究一般采用两种方法：第一种是定量计算方法，即构建“三生”空间功能值的指标体系，从而计算并识别空间类别，此种方法相对较为繁复；第二种方法则是以官方的土地利用分类为基础，对其生产功能、生活功能及生态功能进行赋值与分类[13]，此种方法相较第一种更为简单，且更为精确，因此在本文中选取此种方法对三生空间进行分类和功能评价。本文参考前人在“三生”空间功能量化方面的研究成果[14,15]，对麦盖提县二级土地利用类型进行了三生功能指数赋分(表1)。

本文按如下步骤进行计算：①将麦盖提县二级地类按表1进行生产-生活-生态功能的赋值。②基于麦盖提县实际土地利用情况，经过多次尝试，最终选择在arcgis10.2中使用great fishnet工具生成覆盖麦盖提县县域范围的1000 m×1000 m渔网，经过对已有文献的梳理学习[16,17]，剔除不完整的格网，最终选择麦盖提县县域范围内8乡2镇3个农林场(不包含兵团及沙漠区域)完整的1352个格网进行研究。③将已赋值的二级地类与格网进行连接，获得2014年及2018年每个格网生态-生活-生产的平均值。

表1 研究区土地利用分类体系及功能评分

3.2 双变量空间自相关模型( Bivariate Local Moran’s I)

只有生产-生活-生态空间功能之间相互配合、相互协调才能优化国土空间布局，推动国土空间综合效益实现最大化[18]。因此在本文中引入在生态服务系统研究中应用较为广泛的权衡-协同概念来对麦盖提县三生空间功能的相互作用进行分析研究[19]。在土地利用功能研究中，权衡指的是某些类型土地利用功能的增强会导致其他类型土地利用功能出现减弱，协同是指两种或多种土地利用功能同时出现增强或减弱的状况[20]。本文借助GeoDa软件，使用双变量局部空间自相关模型对麦盖提县“三生”功能的权衡与协同关系的时空格局变化特征进行分析研究，公式如下：

(1)

4 结果与分析

4.1 “三生”功能时空演变特征

4.1.1 生产空间时空演变特征

2018年麦盖提县生产用地面积为91582.56 hm2，相较于2014年的91167.94 hm2，增加了414.62 hm2，增幅约0.5%。根据2014年及2018年麦盖提县生产空间格局及变化趋势(图1)可知，2014及2018年度的生产功能高值区主要集中于麦盖提县的核心区，即以麦盖提镇与其周边几个紧邻乡镇组成的集中连片高值区。其中以麦盖提镇为核心的高值区是麦盖提县经济发展的主要区域，拥有着全县最大的城镇建成区，城镇化水平相对较高，同时承担了全县主要的第二、第三产业，且该区域交通便捷、区位条件较为优越，S310、麦喀高速、麦塔线等道路将麦盖提县与喀什市、叶城县等周边县市联系起来。此外，生产功能高值区与农业分布格局较为一致，央塔克乡、库尔玛乡等第一产业发达、水利设施较为优越的乡镇生产功能高值呈现连片分布。根据2014～2018年麦盖提县生产功能变化趋势图可以看出，这五年间，麦盖提县大部分地区的生产功能得分呈上升趋势，其中城区所在的中部地区最为明显，同时其间错杂分布着生产功能降低的区域。生产功能提高区与生产功能高值区分布较为一致。

图1 2014～2018年研究区生产空间格局及变化趋势

4.1.2 生活空间时空演变特征

2018年麦盖提县生活用地总面积为9526.70 hm2，相较于2014年的8844.94 hm2，增加了681.76 hm2，提高了约7.7%。由图2可以看出，相较于生产功能和生态功能，麦盖提县的生活功能分布范围相对较小，且其高值区分布也较为分散，主要分布在各乡镇中心区域。生活功能值由中心城区到重点乡镇到一般乡镇依次递减。同时，麦盖提县生活功能高值区与农村居民点分布区域较为一致。根据生活空间变化趋势可以看出，麦盖提县生活功能分值大部分出现提高，零星少部分区域生活功能降低。究其原因在于麦盖提县城镇化进程的不断推进，城镇化率由2014年的31%提高到了2018年的32.6%。

图2 2014～2018年研究区生活空间格局及变化趋势

4.1.3 生态空间时空演变特征

2018年麦盖提县生态用地面积为145177.28 hm2，相比较2014年生态用地面积145613.30 hm2，减少了436.02 hm2，下降约0.3%。通过图3可以看出，其高值区主要呈现带状分布，同时也表现出和生产功能高值区及生活功能高值区分布区域相反的特点，高值区主要集中在县域西部叶尔羌河沿岸生态保护区及塔克拉玛干沙漠防护林等，这些地区拥有较好的生态资源，未来麦盖提县将依托这些生态空间打造叶尔羌河旅游廊道等生态旅游景观。从生态功能变化趋势图可以看出，在2014～2018年这5年里，麦盖提县整体的生态功能分值普遍出现下降，原因在于麦盖提县西部平原集中了该县密集的人口和产业，在经济社会发展过程中不可避免的会对该地区本就生态脆弱的自然环境造成掠夺性的破坏，从而使生态功能分值出现下降，而分值提高区域零星分布在县域范围内，分布位置与生活功能分值降低区域位置吻合程度较高，得益于提高绿化覆盖率、退耕还林等政策的有效落实。

图3 2014～2018年研究区生态空间格局及变化趋势

4.1.4 “三生”空间分值变化情况

从这五年麦盖提县生产功能、生活功能及生态功能的总分变化情况来看(表2)，生产功能总分从2014年的2715.259增加到了2018年的2732.195，变化率为0.62%。生活功能总分从2014年的986.698增加到了2018年的1047.462，变化率为6.16%。生态功能的总分从2014年的3757.787下降到了2018年的3715.949，变化率为-1.11%。可以看出在这五年间，麦盖提县“三生”空间功能均发生了变化，表现为生产、生活空间的扩大及生态空间的压缩。按变化率计算，生活功能发生的变化幅度最大，主要原因其一在于生活用地对生态用地的占用，其二则在于城镇化进程的不断推进。

表2 “三生”空间功能分值变化

总的来说，麦盖提县“三生”空间中生态空间范围最大，其次是生产空间，而生活空间范围最小，其中生产空间与生活空间的分布具有空间一致性，而与生态空间则存在此消彼长的关系。

4.2 “三生”空间的权衡与协同关系效应模式

4.2.1 “三生”空间权衡与协同关系的时间变化

通过GeoDa软件对麦盖提县2014年及2018年的“三生”功能进行计算，对“三生”功能两两之间的权衡与协同关系类型以及随时间发生的强弱变化进行分析。通过表3可以发现，2014年和2018年这两年麦盖提县生产功能和生活功能之间均表现出正相关性，因此生产功能和生活功能以协同关系为主，且生产功能和生活功能的相关系数由2014年的0.398提高到了2018年的0.405，说明麦盖提县生产功能和生活功能的协同程度发生了增强。而2014年和2018年麦盖提县的生态功能与生产功能、生态功能与生活功能间的系数为负，这说明生态功能与生产功能、生活功能之间均分别以权衡关系为主。同时生产与生态功能间的相关系数由2014年的-0.440降低到了2018年的-0.448，生活功能与生态功能之间的相关系数也由2014年的-0.450降低到了2018年的-0.467，说明麦盖提县生产功能、生活功能与生态功能之间的权衡程度均发生了增强。从整体上看，麦盖提县生产与生活功能间的协同关系小于生产功能、生活功能与生态功能之间的权衡关系，证明在2014-2018年这段时间内，麦盖提县随着生产空间和生活空间的扩大与发展，生态空间受到了一定的压缩和破坏。

表3 2014、2018年研究区“三生”功能相关系数

4.2.2 “三生”空间权衡与协同关系的空间变化

使用GeoDa软件对麦盖提县2014年及2018年的生产-生活-生态空间进行双变量局部空间自相关分析，导出结果后在Arcgis10.2中进行可视化，从而进一步对各格网单元上“三生”功能间权衡与协同关系的空间分布特征进行分析研究。

从图4可以看出，2014年和2018年麦盖提县生产功能和生活功能的协同关系均占据主导地位，表现出高—高协同类型及低—低协同类型，高—高协同类型主要分布于麦盖提县城区、吐曼塔勒乡、央塔克乡及库尔玛乡，与这些乡镇的居民点位置分布情况较为一致，且高—高协同区表现出扩大的趋势。低—低协同区则主要分布于县域西部叶尔羌河沿岸、央塔克乡、吐曼塔勒乡、克孜勒阿瓦提乡等乡镇的郊区地域，且低—低协同区域表现出缩减的趋势。而高—低权衡区和低—高权衡区则数量较少，且零星分布于县域内各个乡镇。

图4 2014、2018 年研究区生产—生活功能权衡与协同关系的空间分布

2014、2018年麦盖提县生产功能与生态功能之间主要呈现为高—低和低—高的权衡关系类型(图5)，分布区域与生产功能与生活功能的协同区分布大致相同，高—低权衡区主要分布于麦盖提县城区及央塔克乡等几个乡镇的镇区，这些区域承载着麦盖提县主要的产业功能，且生产空间的扩张对该区域生态空间造成了挤压，而低—高权衡区则主要分布于叶尔羌河沿岸和各个乡镇的郊区，这些区域生态用地较多，以提供生态功能为主，因此呈现出低—高权衡类型。

图5 2014、2018 年研究区生产—生态功能权衡与协同关系的空间分布

2014、2018年麦盖提县生活功能和生态功能主要表现为高—低权衡类型和低—高权衡类型，其分布区域与麦盖提县生活功能和生态功能的权衡区域分布大致相同，而高—高协同区域与低—低协同区域则零星分布(图6)。

图6 2014、2018 年研究区生活—生态功能权衡与协同关系的空间分布

综上所述，在“三生”关系中，生产功能和生活功能的关系主要表现为协同关系，而二者与生态功能的关系主要表现为权衡关系，说明在麦盖提县区域发展中，生产功能和生活功能高度协调，但与生态功能之间发生冲突。

5 结论与讨论

5.1 结论

对县域土地利用功能及其权衡/协同关系进行研究，对区域国土空间规划和优化具有重要意义，本文对麦盖提县的“三生”功能进行时空格局分析，明确其“三生”空间功能的相互作用关系和时空演化特征。本文研究结论如下：

(1)2014～2018年麦盖提县的生产用地和生活用地发生了扩张，其中生活空间扩张最大，而生态用地发生了收缩。生产功能高值区位于承担了全县绝大部分产业的城区及周边乡镇。全县生产功能处于稳定状态的不多，绝大部分区域表现为生产功能的提高和降低，总体来说城区和各乡镇的中心区域生产功能主要呈现提高趋势，而郊区则呈现降低趋势。且麦盖提县生产功能与生活功能的高值区与功能提高区分布较为一致。随着麦盖提县生态用地的收缩，县域范围内生态功能也大多呈现降低趋势。

(2)2014、2018年麦盖提县生产功能与生活功能间均呈现的正相关，而生产功能、生活功能与生态功能间均两两负相关，这表明生产功能与生活功能之间以协同关系为主，而生产、生活功能与生态功能间以权衡关系为主。总而言之，麦盖提县 “三生”功能之间权衡关系占据主要地位。

(3)2014、2018年麦盖提县生产功能和生活功能之间以协同关系为主，且高—高协同区分布于县域及各乡镇中心，低—低协同区则分布于叶尔羌河两岸及各乡镇郊区，且协同区有所扩大。高—低和低—高权衡区数量较少，零星分布于各乡镇。生产、生活功能与生态功能间均主要呈现权衡关系，且权衡区分布较为一致，而协同区分布零散。

针对麦盖提县“三生”空间及功能分析，为促进麦盖提县经济社会协同发展，提出以下建议：

(1)根据实际情况进一步完善麦盖提县国土空间规划，进一步严格约束生产、生活空间对生态空间的挤占，进一步推动以麦盖提县城区为发展重点，与周边乡镇形成一体化发展。

(2)对城镇化建设进行有序控制，挖掘存量城镇建设用地，做到不占或少占农业用地及生态用地，开发与保护两手抓，优化土地利用结构，由高速发展转向高质量发展。

(3)立足干旱绿洲地区生态脆弱现状，加强对生态环境的关注，避免大量消耗资源、环境污染等问题，注重生态环境污染治理，提高生态空间的数量及质量，优化各功能间的权衡与协同关系。

5.2 讨论

对生产-生活-生态功能间的权衡与协同关系进行研究，是麦盖提县实现“三生”空间优化、城乡关系协同，社会经济发展，提高区域竞争力及乡村振兴等的必不可少的环节。本文建立了“三生”空间土地利用分类及评价体系，基于格网单元对麦盖提县2014年及2018年的“三生”功能进行了评价并划分了“三生”空间格局，使用双变量局部空间自相关测量了“三生”功能的权衡和协同关系。本文存在如下几点不足之处：

(1)土地利用存在多功能性，“三生”空间的功能上会存在重合与偏差，因此无法对“三生”空间的确切边界进行准确的划定。

(2)本文对各地类的“三生”功能赋值只是综合了已有文献中专家学者的赋值标准，跟麦盖提县实际情况结合或有不足，应进一步实地调研后根据当地实际情况进行合理调整及优化。

(3)本文对麦盖提县三生空间提出优化建议时不够全面深入，如何对“三生”空间进行优化，如何缓解生态脆弱区尖锐的用地矛盾等都是日后应当探索的方向。