基于CLUE-S模型的縣域生產(chǎn)-生活-生態(tài)空間沖突動態(tài)模擬及特征分析

趙 旭,湯 峰,張蓬濤,3,*,胡波洋,徐 磊,3

1 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)國土資源學(xué)院, 保定 071001 2 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 北京 100083 3 河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點實驗室, 保定 071001

近年來,城鎮(zhèn)化、產(chǎn)業(yè)化進程不斷加快,人們利用空間資源的強度逐漸加大,不同利用主體在空間利用方面的矛盾增加,國土空間格局受到嚴(yán)重影響?！叭笨臻g是生產(chǎn)空間、生活空間、生態(tài)空間的概稱,是國土空間格局的重新劃分。隨著空間利用矛盾不斷加大,區(qū)域“三生”空間比例關(guān)系逐漸失衡,僅單一空間的優(yōu)勢突出已不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的美好生活需要。2012—2017年間中央城市工作會議、“十三五”規(guī)劃、十九大報告等提出“生產(chǎn)-生活-生態(tài)”空間協(xié)調(diào)發(fā)展,如何緩解“三生”空間沖突就成為亟需解決的重要問題之一。

空間沖突是指不同利益群體之間對空間資源利用方式、數(shù)量等方面的不和諧,以及空間資源利用與環(huán)境方面的矛盾狀態(tài)[1- 3],是土地利用沖突內(nèi)涵的豐富與延伸,源于空間資源的數(shù)量有限性及功能的多宜性[4,5]。早在18世紀(jì)土地利用沖突研究就已開始,其主要是土地經(jīng)濟增值、人類需求、土地制度等之間的沖突問題[6]。二十世紀(jì)六、七十年代,現(xiàn)代意義上的土地利用沖突研究開始出現(xiàn)[2]。隨著研究的深入,學(xué)者們在研究視角方面不斷豐富,包括土地利益相關(guān)者視角[7]、生態(tài)安全視角[4,8]、地理學(xué)視角[9]、社會經(jīng)濟發(fā)展和人口增長視角[10]、非合作博弈視角[11]等;在研究尺度上,集中在城市群、省、市等宏觀區(qū)域[4,8- 15]或礦區(qū)等特殊區(qū)域[7,16];在研究內(nèi)容上,主要分析了在土地利用主體[7]、規(guī)劃[6]、制度[17-18]等方面的矛盾問題;在評價方法上,采用了參與式調(diào)查法[7]、空間疊置法[6]、景觀格局分析法[4,8-9]、PSR模型[13,19]及其擴展模型PSIR、DSR、PASIR、DPSIR[1-2]、耦合協(xié)調(diào)度方法[15]、適宜性評價[20-21]、行動者網(wǎng)絡(luò)分析方法[22]等定性或定量方法。盡管學(xué)者們不斷加深土地利用沖突方面的探索,但是仍存在一定的不足。在研究尺度上,對縣域、鄉(xiāng)鎮(zhèn)等中、小尺度研究較少;在研究內(nèi)容上,針對空間利用沖突的分析較少,且現(xiàn)有空間利用沖突多集中在景觀地類空間上,“三生”空間利用沖突的探索鮮少出現(xiàn);在時間尺度選擇上,主要是集中在現(xiàn)狀研究,預(yù)測沖突格局變化的研究很少。

基于此,本文以昌黎縣為例,采用CLUE-S模型預(yù)測縣域2025年土地利用格局;基于土地利用主導(dǎo)功能和次要功能劃分“三生”空間,分析縣域“三生”空間格局變化情況;以網(wǎng)格為評價單元,采用景觀生態(tài)指數(shù)構(gòu)建空間沖突測度模型,評價縣域“三生”空間現(xiàn)狀沖突水平,以及未來2025年空間沖突強度,實現(xiàn)空間沖突預(yù)警,為昌黎縣緩解“三生”空間沖突、制定縣域國土空間優(yōu)化配置政策提供支撐和依據(jù),為區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護關(guān)系的協(xié)調(diào)與管理,以及中、小尺度國土空間統(tǒng)籌和可持續(xù)管理提供參考。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

昌黎縣隸屬于河北省秦皇島市,位于河北省東北部,是首批沿海對外開放縣?？h域地勢由西北山地丘陵向東南山麓平原傾斜;東臨渤海,北枕碣石;東西最長44km,南北最寬47.5km,總面積為998km2;屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)性氣候;水系主要由灤河、飲馬河、七里河3條主要水系組成。截止到2015年末,昌黎縣下轄11個鎮(zhèn)、5個鄉(xiāng)、1個區(qū)和1個國有林場,共418個行政村,總?cè)丝?6.18萬;城鎮(zhèn)化率為39.54%,城鎮(zhèn)化進程已進入加速階段。至2015年,全縣生產(chǎn)總值完成206.81億元,較2014年增長10.5%,一二三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比為28.29∶37.33∶34.39,產(chǎn)業(yè)發(fā)展良好。昌黎縣立足京津協(xié)同發(fā)展,打造商貿(mào)物流中心,經(jīng)濟快速發(fā)展,但土地利用強度增加,空間格局受到嚴(yán)重影響。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本文所利用數(shù)據(jù)主要包括2005年Landsat ETM影像和2015年Landsat OLI影像,空間分辨率為30m,成像時間為8月和9月,每期2景,條帶號/行編號分別為121/33和122/32,來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(http://www.gscloud.cn)。結(jié)合研究區(qū)實際土地利用狀況,依據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》(GBT21010—2017),將土地利用類型劃分為耕地、園地、林地、建設(shè)用地、未利用地和水域。在充分利用土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)圖等輔助圖件的基礎(chǔ)上,對兩期遙感影像進行定義投影、幾何校正、融合、鑲嵌、裁剪、判讀解譯等處理工作,獲得土地利用現(xiàn)狀圖,并建立混淆矩陣驗證解譯精度,均在80%以上,符合研究需要。此外,研究所需數(shù)據(jù)還包括DEM數(shù)據(jù),來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(http://www.gscloud.cn);社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于《昌黎縣統(tǒng)計年鑒》。

1.3 研究方法

1.3.1CLUE-S模型及參數(shù)設(shè)置

CLUE-S模型是由Peter Verburg[23]團隊在CLUE模型的基礎(chǔ)上改進而來,是一個較好的模擬全局土地利用變化的模型。這一模型包括非空間分析模塊和空間分配模塊。非空間分析模塊用于計算目標(biāo)年研究區(qū)各地類的需求數(shù)量,需要借助外部模型或方法計算得到,本研究采用Markov模型預(yù)測獲得[24]?？臻g分配模塊是在輸入土地需求參數(shù)的基礎(chǔ)上,依據(jù)驅(qū)動因子的空間分布特征,對柵格單元的地類歸屬進行分配迭代,進而實現(xiàn)各年份地類的時空模擬。其迭代方程為：

TPROPi,u=Pi,u+ELASu+ITERu

(1)

式中：TPROPi,u為土地利用類型u在i柵格內(nèi)的分布總概率;Pi,u為研究單元i對u的適宜性概率,本文運用Logistic回歸模型計算[25];ELASu為u的轉(zhuǎn)換彈性系數(shù);ITERu是u的迭代變量。

空間模擬的相關(guān)參數(shù)設(shè)置如下：(1)驅(qū)動因子選?。和ㄟ^初步分析土地利用動態(tài)變化情況,基于數(shù)據(jù)的可獲取性、可量化性、相關(guān)性等原則,本文選取的驅(qū)動因子有：區(qū)位因子(距鐵路、一級道路、二級道路、河流、城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民點距離,其中一級道路指國道和省道,二級道路包括縣道和鄉(xiāng)道),借助ArcGIS10.2中歐氏距離工具獲取各區(qū)位因子;社會經(jīng)濟因子(人口密度、人均純收入、農(nóng)業(yè)從業(yè)人員所占比重、城鎮(zhèn)化水平、人均農(nóng)業(yè)產(chǎn)值),以鄉(xiāng)(村)行政區(qū)劃為單位進行統(tǒng)計并空間柵格化。(2)限制區(qū)域范圍：區(qū)域約束范圍為昌黎縣域,限制區(qū)域為風(fēng)景名勝區(qū)(碣石山風(fēng)景區(qū))。(3)土地利用類型轉(zhuǎn)換彈性及規(guī)則：根據(jù)研究區(qū)土地利用特點,經(jīng)過多次模擬調(diào)試設(shè)定耕地、園地、林地、建設(shè)用地、水域用地、未利用地轉(zhuǎn)換彈性系數(shù)分別為0.5、0.7、0.7、0.8、0.9、0.5。依據(jù)2005—2015年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣確定土地利用類型間的轉(zhuǎn)換規(guī)則如表1。(4)地類需求文件：利用Markov模型和線性內(nèi)插方法獲得2016—2025年各年份的土地利用數(shù)據(jù)。

表1 土地利用類型轉(zhuǎn)換規(guī)則

行表示轉(zhuǎn)出地類,列表示轉(zhuǎn)入地類,1表示兩種用地類型之間可以轉(zhuǎn)換,0表示不可以轉(zhuǎn)換

1.3.2“三生”空間分類

科學(xué)準(zhǔn)確地劃分空間類型是“三生”空間沖突研究順利進行的基礎(chǔ)。土地具有功能多宜性特點,為更全面地描述土地利用功能空間,本文參考已有文獻中“三生”用地空間劃分結(jié)果[28- 31],依據(jù)空間主導(dǎo)功能和次要功能,將土地利用空間劃分為生活生產(chǎn)空間、生產(chǎn)生態(tài)空間、生態(tài)生產(chǎn)空間及生態(tài)空間。

其中,生活生產(chǎn)空間是指可以提供生活功能或提供除農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以外的生產(chǎn)功能的用地空間。這一空間主要是指用于居住生活和二、三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的建設(shè)用地,包括城鎮(zhèn)及村莊居民點用地、工礦用地等。這類用地基本由建筑物和構(gòu)筑物覆蓋,沒有較為明確的空間界線,因此統(tǒng)一歸為生活生產(chǎn)空間。

生產(chǎn)生態(tài)空間是指以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主,并可提供生態(tài)功能的用地空間,包括耕地和園地。這兩類用地以提供農(nóng)產(chǎn)品為主,并可以提供侵蝕控制、氣體調(diào)節(jié)等生態(tài)功能,因此歸為生產(chǎn)生態(tài)空間。

生態(tài)生產(chǎn)空間指具有重要的生態(tài)功能,并可以從事一定的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的用地空間,包括林地和水域用地。這類用地空間可以起到防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水源、固碳釋氧、凈化環(huán)境等作用[27],同時也具有一定的生產(chǎn)功能,如木材生產(chǎn)、漁業(yè)養(yǎng)殖。因此,將林地、水域歸為生態(tài)生產(chǎn)空間。

生態(tài)空間是指以提供生態(tài)產(chǎn)品或生態(tài)服務(wù)為主體功能的空間。參考張紅旗[27]、于莉[28]、徐健[32]、鄧紅兵[33]等對未利用地的空間劃分結(jié)果,結(jié)合昌黎縣未利用地以其他草地為主要類型的實際,將未利用地歸為生態(tài)空間。

1.3.3“三生”空間沖突測度模型構(gòu)建及分區(qū)

(1)空間沖突測度模型構(gòu)建

在空間沖突測度指數(shù)構(gòu)建方面,廖李紅[3]、彭佳捷[4,8]等基于生態(tài)學(xué)理論,從空間復(fù)雜性、脆弱性及穩(wěn)定性角度構(gòu)建景觀生態(tài)指數(shù);賀艷華[9]等則基于地理學(xué)理論,從空間類型、空間格局、空間過程三個角度構(gòu)建空間沖突測度模型。前后兩個觀點對比,前者能更好地表達空間沖突結(jié)果所引起的空間類型的轉(zhuǎn)化和景觀環(huán)境的變化,并且數(shù)據(jù)更易獲得;后者更傾向于分析空間結(jié)構(gòu)比例失衡、類型組合不當(dāng)?shù)确矫娴膯栴},數(shù)據(jù)獲取難度較大。因此,本文采用基于生態(tài)學(xué)理論的景觀生態(tài)指數(shù)評價區(qū)域“三生”空間利用沖突強度。

①空間復(fù)雜性表達 空間復(fù)雜性程度利用空間外部壓力指數(shù)(SPI)表示。在經(jīng)濟社會快速發(fā)展進程中,人們對土地開發(fā)、利用增加,斑塊形狀趨向復(fù)雜,空間利用矛盾加劇。因此,采用面積加權(quán)平均拼塊分形指數(shù)(AWMPFD)測算空間外部壓力。其反映了鄰域斑塊對測度斑塊的干擾程度,體現(xiàn)了人類活動對空間格局的影響程度,數(shù)值越高,表示斑塊承受的外部壓力越大。計算公式如下：

(2)

式中,Pij表示第i類空間類型第j個斑塊的周長;aij表示第i類空間類型第j個斑塊面積;A表示空間單元面積。

②空間脆弱性表達 空間脆弱性采用空間脆弱性指數(shù)(SFI)測算。這一指數(shù)反映了空間斑塊抵抗外界壓力的能力,抵抗能力越弱,越易受外界影響,空間沖突水平越高?！叭笨臻g是對景觀地類空間的重新劃分,空間內(nèi)部景觀抗壓能力的強弱直接影響空間脆弱狀況。因此,從生態(tài)學(xué)角度出發(fā),利用空間內(nèi)部各類景觀的脆弱度測算空間脆弱性指數(shù)。參考相關(guān)文獻[3- 9,34],對各景觀地類脆弱度賦值：建設(shè)用地- 1,林地- 2,耕地- 3,園地- 4,水域- 5,未利用地- 6。計算公式如下：

(3)

式中,fis表示第i空間類型中第s種景觀地類的景觀脆弱度;ais表示第i空間類型中第s種景觀地類的景觀斑塊面積;A表示空間單元面積;m表示空間類型數(shù)量;n表示斑塊數(shù)量;r表示景觀地類種類。

③空間穩(wěn)定性表達 空間穩(wěn)定狀況采用空間風(fēng)險指數(shù)(SRI)測算?？臻g形態(tài)越破碎,空間風(fēng)險越大,穩(wěn)定性越差,空間沖突強度越高,故以景觀破碎化指數(shù)度量空間風(fēng)險程度。計算公式如下：

(4)

最終,空間沖突綜合指數(shù)(SCCI)以上述三類指數(shù)總和表示。

SCCI=SPI+SFI+SRI

(5)

(2)空間沖突評價單元劃分

本文以網(wǎng)格作為評價單元?？紤]到研究尺度、研究范圍、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)量、空間斑塊狀況等,對比不同大小網(wǎng)格單元(包括800m×800m、900m×900m、1000m×1000m、1200m×1200m),發(fā)現(xiàn)1000m×1000m大小的網(wǎng)格可以較好的表達空間沖突分布特征,且數(shù)據(jù)量較為合適。因此,選擇1000m×1000m格網(wǎng)對研究區(qū)進行劃分,共劃分1116個空間單元。其中,研究區(qū)邊界區(qū)域斑塊未布滿整個單元面積的，按一個完整的單元面積參與計算,以此計算各空間單元內(nèi)的上述指數(shù),定量評價空間沖突水平。將空間沖突指數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化到0—1間,并根據(jù)研究區(qū)沖突指數(shù)累計頻率分布直方圖,采用等間距法將沖突等級劃分為弱空間沖突[0.0,0.2)、較弱空間沖突[0.2,0.4)、中等空間沖突[0.4,0.6)、較強空間沖突[0.6,0.8)、強空間沖突[0.8,1.0]。

2 結(jié)果與分析

2.1 2005—2025年土地利用變化分析

依據(jù)1.3.1參數(shù)調(diào)試結(jié)果,以 2005年土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),模擬2015年土地利用狀況,進行模型精度檢驗,主要分為兩方面,一是使用Pontius等[23]提出的ROC方法對Logistic回歸結(jié)果進行檢驗;二是利用Kappa系數(shù)檢驗2015年模擬結(jié)果與現(xiàn)狀地類的一致性。結(jié)果顯示ROC值均大于0.7,表明所選驅(qū)動因子對各地類的解釋能力較好;計算得到2015年土地利用格局的總體精度為87%,說明CLUE-S模型模擬效果理想,可用于預(yù)測昌黎縣2025年土地利用格局。最終得到昌黎縣2005—2025年三期土地利用類型布局圖。

2005—2015年,昌黎縣土地利用類型以耕地為主,遍布縣域;建設(shè)用地在碣石山南麓形成明顯的集聚區(qū),縣域西北—西南地區(qū)逐漸呈條帶狀分布,尤其是西北部地區(qū)建設(shè)用地團塊面積逐漸增大;2005年,園地主要分布在縣域西北部、東北部(碣石山)及東南地區(qū),2015年受城鎮(zhèn)化發(fā)展影響,建設(shè)用地及耕地“侵蝕作用”顯著,西北及東南地區(qū)園地面積顯著減少,大量轉(zhuǎn)化為耕地及建設(shè)用地,園地主要集中分布在東北部碣石山山麓;林地集中分布在碣石山及西南-南部水域附近,未利用地主要分布在縣域中部河流周邊地區(qū),到2015年,縣域西南-南部地區(qū)的水域及林地、中部地區(qū)的未利用地大量轉(zhuǎn)化為耕地及建設(shè)用地,尤其是未利用地轉(zhuǎn)換數(shù)量極為顯著。

與2015年相比(圖1、表2),2025年模擬結(jié)果中建設(shè)用地數(shù)量顯著增加,碣石山南麓建設(shè)用地集聚區(qū)對周邊地類侵蝕加劇,并且對外輻射發(fā)展趨勢逐漸凸顯;東北部建設(shè)用地團塊分布面積增加,趨向面狀分布。結(jié)合縣域行政單位布局,建設(shè)用地布局逐漸形成以昌黎鎮(zhèn)-朱各莊鎮(zhèn)-荒佃莊鎮(zhèn)為中心的帶狀布局。其他地類面積較2015年均有所減少,其中耕地、園地面積減少數(shù)量最多,主要是受城鎮(zhèn)擴張影響。

2.2 “三生”空間時空變化分析

2.2.1“三生”空間格局分析

從“三生”空間分布角度來看(圖2),2005、2015和2025年均以生產(chǎn)生態(tài)空間為主,呈集中連片分布;生活生產(chǎn)空間呈團塊狀分布,且以昌黎鎮(zhèn)為中心形成明顯的集聚,2005—2025年隨著昌黎縣城鎮(zhèn)化發(fā)展速度的加快,生活生產(chǎn)空間逐漸向周邊地域空間擴張;生態(tài)生產(chǎn)空間主要分布于縣域東北部以及西部和南部的縣域邊界地帶,由于生產(chǎn)生態(tài)空間侵占,空間格局呈現(xiàn)萎縮趨勢;生態(tài)空間零星散分布,斑塊面積較小,特別是2005—2015年生態(tài)空間被生產(chǎn)生態(tài)空間和生活生產(chǎn)空間大量占用,空間面積顯著減少。

圖1 昌黎縣2005—2025年土地利用分布圖Fig.1 Remote sensing interpretation diagram and CLUE-S simulation diagram from 2005 to 2025 in Changli County

2005年Area in 2005/hm22015年Area in 2015/hm22025年Area in 2025/hm22005—2015年增加值Quantity of area increase from 2005 to 2015/hm22015—2025年增加值Quantity of area increase from 2015 to 2025/hm2耕地Cultivated land60421.75 65997.09 65048.28 5575.34 -948.81 園地Garden land9251.39 6049.06 5827.22 -3202.33 -221.84 林地Forest land14950.71 16816.12 18109.80 1865.41 1293.68 建設(shè)用地Land for construction6274.48 6518.22 6442.25 243.74 -75.97 水域用地Water3315.72 2233.87 2214.32 -1081.85 -19.55 未利用地Unused land5583.08 2182.77 2155.25 -3400.31 -27.52 合計Total99797.13 99797.13 99797.13

圖2 昌黎縣2005—2025年“三生”空間格局分布Fig.2 Spatial distribution of production-living-ecological space from 2005 to 2025 in Changli County

圖3 昌黎縣2005—2025年“三生”空間類型面積變化Fig.3 The area changes of production-living-ecological space from 2005 to 2025 in Changli County

從數(shù)量結(jié)構(gòu)來看(圖3),2005—2025年生產(chǎn)生態(tài)空間占比最高,超過昌黎縣國土總面積的69%;其次是生活生產(chǎn)空間和生態(tài)生產(chǎn)空間,兩者面積總占比維持在24%—28%之間;生態(tài)空間面積最少,不足總面積的6%。并且,四類空間呈現(xiàn)出“一升二降一波動”的特點：生活生產(chǎn)空間面積呈上升趨勢,空間面積比重由2005年的14.98%增加到2015年的16.85%,到2025年達到18.15%;生態(tài)生產(chǎn)空間和生態(tài)空間面積呈下降趨勢,面積比重分別從2005年的9.61%和5.59%減少到2015年的8.77%和2.19%,到2025年分別減少到8.67%和2.16%;生產(chǎn)生態(tài)空間面積呈波動變化特點,表現(xiàn)為先增長后小幅度下降趨勢。

2.2.2“三生”空間轉(zhuǎn)移矩陣分析

縣域“三生”空間轉(zhuǎn)移矩陣(表3)表明2005—2015年四類空間均有不同程度的轉(zhuǎn)出量和轉(zhuǎn)入量,發(fā)生轉(zhuǎn)移的土地占縣域總面積的11%。其中,生態(tài)空間和生產(chǎn)生態(tài)空間轉(zhuǎn)換最為突出,前者向后者的轉(zhuǎn)出量達3301.91hm2,超過空間總輸出量的80%;后者以轉(zhuǎn)入為主,轉(zhuǎn)入量達5925.34hm2,由生態(tài)空間轉(zhuǎn)入面積超過轉(zhuǎn)入總量的一半。其他兩類空間變化相對較小,其中生態(tài)生產(chǎn)空間以轉(zhuǎn)出為主,凈轉(zhuǎn)出838.72hm2;生活生產(chǎn)空間以轉(zhuǎn)入為主,凈轉(zhuǎn)入1866.77hm2。

表3 昌黎縣2005—2015年“三生”空間轉(zhuǎn)移矩陣

2015—2025年發(fā)生轉(zhuǎn)移的土地共有1964.64hm2(表4),與2005—2015年相比,各空間類型轉(zhuǎn)變較少。這一階段生產(chǎn)生態(tài)空間和生活生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)換數(shù)量較大,前者以轉(zhuǎn)出為主,轉(zhuǎn)為生活生產(chǎn)空間面積達1380.53hm2,超過總輸出面積的90%;生活生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)入量最大,凈增加1294.64hm2;生態(tài)生產(chǎn)空間和生態(tài)空間變化相對較小,且均以轉(zhuǎn)出為主,分別凈轉(zhuǎn)出95.59hm2和27.54hm2。

表4 昌黎縣2015—2025年“三生”空間轉(zhuǎn)移矩陣

總體來看,2005—2025年昌黎縣“三生”空間主要是由生態(tài)空間、生態(tài)生產(chǎn)空間向生活生產(chǎn)空間和生產(chǎn)生態(tài)空間轉(zhuǎn)換。昌黎縣人口不斷增長、城鎮(zhèn)化加速推進,土地資源需求增加,為滿足人口增長對糧食的需求和經(jīng)濟建設(shè)活動擴張的需要,大量的未利用地、林地和水域用地被開發(fā)為耕地和建設(shè)用地,尤其是河流附近(灤河、劉坨溝、賈河等)的生態(tài)用地及生態(tài)生產(chǎn)用地大量減少,生態(tài)容納空間及生態(tài)環(huán)境修復(fù)空間受到嚴(yán)重擠壓,這將影響縣域產(chǎn)業(yè)持續(xù)、健康發(fā)展。

2.3 “三生”空間沖突變化分析

利用1.3.3沖突測度模型,測算昌黎縣2005、2015和2025年“三生”空間沖突綜合指數(shù)(見表5、圖4),結(jié)果表明：

2005年,昌黎縣空間沖突以中等及中等以下沖突水平為主,空間沖突單元占比為68.19%。其中,弱空間沖突主要分布于縣域邊界位置,較弱空間沖突單元呈團塊狀均勻分布,主要是由于空間單元內(nèi)部地類相對單一,尤其是較弱空間沖突,網(wǎng)格單元內(nèi)部地類主要是耕地,景觀地類脆弱性較小,空間脆弱性指數(shù)較低,空間沖突水平相對較低;中等空間沖突單元零散分布于各鄉(xiāng)鎮(zhèn),主要受空間斑塊的穩(wěn)定性和脆弱度影響,空間沖突水平相對較高;較強空間沖突集中分布于縣域東北部,強空間沖突單元集中分布于昌黎鎮(zhèn)及朱各莊鎮(zhèn),結(jié)合縣域“三生”空間分布圖來看,這兩類空間沖突單元主要出現(xiàn)在縣域生活生產(chǎn)空間附近,受城鎮(zhèn)化發(fā)展影響較大,空間斑塊破碎度及其形狀復(fù)雜性相對其他空間單元更為突出,空間沖突強度較高。

表5 昌黎縣“三生”空間沖突綜合指數(shù)表

2015年縣域空間沖突水平顯著增強,以較強空間沖突為主,空間單元數(shù)量占比為37.01%,集中分布于縣域東北部十里鋪鄉(xiāng)、城郊區(qū)委、昌黎鎮(zhèn)、兩山鄉(xiāng)等,南部的劉臺莊鎮(zhèn)和荒佃莊鎮(zhèn),以及西部的朱各莊鎮(zhèn)。這一沖突格局與上述2.1建設(shè)用地格局發(fā)展趨勢一致,主要受縣域“龍型工業(yè)帶”影響,村莊、工礦等建設(shè)用地不斷向外擴張,致使空間復(fù)雜性提高,空間沖突水平增強。與其他幾類空間沖突相比,強空間沖突單元數(shù)量未發(fā)生明顯變化,在昌黎鎮(zhèn)及朱各莊鎮(zhèn)附近集聚強度相對較高;在城郊區(qū)委附近,空間沖突強度由強空間沖突水平轉(zhuǎn)為較強空間沖突水平,主要是由于空間地類的轉(zhuǎn)換,評價單元內(nèi)的空間類型較為單一,沖突強度降低。

與2015年對比,2025年縣域強空間沖突單元數(shù)量增加44.71%,較強沖突增加18.40%,中等、較弱及弱沖突單元數(shù)量減少,其中較弱沖突單元數(shù)量減少最多,減少42.06%,縣域整體空間沖突強度提高。從空間沖突布局來看,縣域空間沖突類型仍以較強空間沖突為主,呈面狀分布;強空間沖突單元仍集中分布于昌黎鎮(zhèn)及朱各莊鎮(zhèn),在兩山鄉(xiāng)、劉臺莊鎮(zhèn)、荒佃莊鎮(zhèn)沖突單元數(shù)量變化較為明顯,尤其是在兩山鄉(xiāng)區(qū)域,沖突單元數(shù)量變化相對顯著。結(jié)合縣域“三生”空間變化結(jié)果,這一沖突格局變化主要是由于城鎮(zhèn)、村莊等生活生產(chǎn)空間向外擴張,空間外部壓力增大,空間沖突強度提高。中等空間沖突單元呈團塊狀分布于縣域空間,尤其是在安山鎮(zhèn)、新集鎮(zhèn)、龍家店鎮(zhèn)、泥井鎮(zhèn)分布較為集中。弱、較弱空間沖突單元則主要是分布在縣域邊界地區(qū)。

圖4 昌黎縣“三生”空間沖突布局Fig.4 Conflict layout of production-living-ecological space in Changli County

總體來看,2005—2025年昌黎縣空間沖突水平呈上升趨勢,中等及中等以上沖突單元占比逐漸增加,研究區(qū)沖突水平逐漸以較強沖突為主。強空間沖突單元在昌黎鎮(zhèn)、朱各莊鎮(zhèn)顯著集聚,集中分布在生活生產(chǎn)空間附近,隨時間的推移,集聚程度不斷提高;較強空間沖突分布呈面狀發(fā)展趨勢,并集中分布在朱各莊鎮(zhèn)、昌黎鎮(zhèn)、荒佃莊鎮(zhèn)、劉臺莊鎮(zhèn)。這兩類空間沖突格局變化主要是受城鎮(zhèn)化、產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展影響,生產(chǎn)生態(tài)空間、生活生產(chǎn)空間不斷向外擴張,空間斑塊破碎度、復(fù)雜性提高,導(dǎo)致空間沖突水平提高。尤其是灤河、劉坨溝、賈河、西沙河附近,林地、水域等生態(tài)類用地被大量占用,沖突水平逐漸增強。昌黎縣已培育形成“五條龍型工業(yè)帶”,基本覆蓋全縣域,工業(yè)基礎(chǔ)雄厚,尤其是京津冀一體化發(fā)展更為昌黎縣產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來更大機遇,生活生產(chǎn)空間、生產(chǎn)生態(tài)空間轉(zhuǎn)換將更加“活躍”,生態(tài)生產(chǎn)空間、生態(tài)空間將面臨威脅。

2.4 對策與建議

2005—2025年,昌黎縣生活生產(chǎn)空間、生產(chǎn)生態(tài)空間面積呈增長趨勢,生態(tài)生產(chǎn)空間、生態(tài)空間被大量占用,尤其是生態(tài)空間減少幅度最為突出,不利于資源、環(huán)境與經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展。因此,未來應(yīng)采取綜合措施協(xié)調(diào)“三生”空間關(guān)系,做好沖突預(yù)警工作,緩解空間沖突,優(yōu)化“三生”空間布局。

(1)通過規(guī)劃手段合理確定城鎮(zhèn)、村莊發(fā)展布局,避免建設(shè)用地?zé)o序擴張?？梢酝ㄟ^城鎮(zhèn)建設(shè)用地內(nèi)部挖潛或是建設(shè)用地增減掛鉤項目,提高存量建設(shè)用地的利用強度,減少對非建設(shè)用地的占用,引導(dǎo)土地利用方式向生態(tài)環(huán)境友好型方向發(fā)展。此外,應(yīng)積極發(fā)展縣域特色產(chǎn)業(yè),促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和升級,以產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶動城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村的建設(shè)用地集聚,優(yōu)化建設(shè)用地布局。

(2)大力開展生態(tài)修復(fù)工作,特別是對于生態(tài)空間侵占嚴(yán)重的灤河、賈河等流域,應(yīng)重點開展生態(tài)恢復(fù)治理工作。采用“人工物質(zhì)遷移系統(tǒng)+多級表流濕地+人工水草+生態(tài)邊坡+景觀節(jié)點”的組合工藝方案對飲馬河和賈河河水及河道生態(tài)環(huán)境進行治理與修復(fù),著重提高河流水質(zhì)。綜合運用工程措施與生物措施治理灤河流域生態(tài)系統(tǒng),恢復(fù)流域的天然特性。推廣控源減排及有機肥料資源綜合利用、流域測土配方施肥技術(shù),防控農(nóng)業(yè)污染。加強河道治理,通過河道清污、攔污、控污提高河流水質(zhì)。

(3)重點保護林地、未利用地等生態(tài)類用地,在保障糧食安全的前提下開展退耕還林,大力推進造林綠化工作,提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和生境斑塊的適宜性。由于昌黎縣生態(tài)空間及生態(tài)生產(chǎn)空間較少且不連片,主要集中分布在縣域北部的碣石山風(fēng)景區(qū)和西南部的灤河沿線地帶,可以通過構(gòu)建生態(tài)廊道提高生態(tài)空間的連通性,擴大生物種群的活動范圍,進而提高昌黎縣生物多樣性和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的整體提升。

3 結(jié)論與討論

本文以昌黎縣為研究區(qū),采用CLUE-S模型預(yù)測研究區(qū)2025年的土地利用格局,依據(jù)景觀生態(tài)指數(shù)構(gòu)建空間沖突指數(shù)模型,評價縣域2005年、2015年及2025年“三生”空間利用沖突強度,主要得出以下結(jié)論：

(1)2005—2025年昌黎縣“三生”空間以生產(chǎn)生態(tài)空間為主,其次是生活生產(chǎn)空間。隨著時間的推移,生活生產(chǎn)空間面積呈現(xiàn)不斷上升的趨勢,生態(tài)生產(chǎn)空間和生態(tài)空間面積呈現(xiàn)不斷下降的趨勢,生產(chǎn)生態(tài)空間面積呈現(xiàn)波動變化的特點。從四類空間的空間面積轉(zhuǎn)換情況來看,生產(chǎn)生態(tài)空間、生活生產(chǎn)空間變化較其他兩類空間變化更為“活躍”。尤其是灤河、賈河等河流附近,受經(jīng)濟發(fā)展影響,林地、未利用地等生態(tài)類用地被大量占用,空間轉(zhuǎn)換強度比較大。

(2)2005—2025年,昌黎縣縣域空間沖突水平整體呈上升趨勢,空間沖突水平逐漸以較強沖突為主。強空間沖突單元在昌黎鎮(zhèn)、朱各莊鎮(zhèn)顯著集聚,集中分布在生活生產(chǎn)空間附近;較強空間沖突呈面狀發(fā)展趨勢,2025年以朱各莊鎮(zhèn)、昌黎鎮(zhèn)、荒佃莊鎮(zhèn)、劉臺莊鎮(zhèn)為中心形成空間集聚。主要是由于生產(chǎn)生態(tài)空間、生活生產(chǎn)空間不斷向外擴張,空間斑塊破碎度、復(fù)雜性提高,導(dǎo)致空間沖突水平提高。隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度的加快,生活生產(chǎn)空間、生產(chǎn)生態(tài)空間轉(zhuǎn)換將更加“活躍”,生態(tài)生產(chǎn)空間、生態(tài)空間將面臨威脅。

(3)本文基于CLUE-S模型模擬預(yù)測結(jié)果,分析縣域2005—2025年“三生”空間沖突格局演變特征,空間沖突格局變化顯著,表明CLUE-S模型可以較好地模擬和預(yù)測昌黎縣土地利用格局動態(tài)變化過程。但本文未進行空間沖突格局的優(yōu)化模擬。如何將空間沖突評價結(jié)果應(yīng)用于空間優(yōu)化模擬中,是今后研究的方向。