太原城市群三生空間時(shí)空演變特征及功能

劉海龍, 王躍飛, 謝亞林, 呼旭紅, 劉美彤, 李 曼

(1.山西師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院, 山西 臨汾 041000; 2.山西師范大學(xué) 人文地理研究所, 山西 臨汾 041000)

城市作為經(jīng)濟(jì)、政治和文化中心，日益推動(dòng)著社會(huì)發(fā)展，同時(shí)城市發(fā)展是人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步的集中體現(xiàn)，也是社會(huì)生產(chǎn)力集聚的重要標(biāo)志。中國(guó)城鎮(zhèn)化發(fā)展已邁向快速成長(zhǎng)階段[1]。2018年中國(guó)常住人口城鎮(zhèn)化水平達(dá)到59.58%，比世界城鎮(zhèn)化平均水平高出4個(gè)百分點(diǎn)。目前，中國(guó)城市發(fā)展處于向城市群轉(zhuǎn)變的重要節(jié)點(diǎn)，逐步由行政區(qū)單一發(fā)展階段向各級(jí)行政區(qū)協(xié)同發(fā)展階段過(guò)渡?！秶?guó)家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2014—2020)》將城市群定位為推動(dòng)國(guó)家新型城鎮(zhèn)化的重要經(jīng)濟(jì)單元，并提出由城市群主導(dǎo)推動(dòng)大、中、小城市和小城鎮(zhèn)協(xié)同發(fā)展的目標(biāo)。而城市群的快速發(fā)展會(huì)引起人口激增、環(huán)境惡化、人地關(guān)系不和諧和生產(chǎn)、生活和生態(tài)用地矛盾加劇等一系列問(wèn)題[2]。對(duì)此國(guó)家已明確提出“生產(chǎn)空間集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀”的戰(zhàn)略，并指出國(guó)土空間優(yōu)化目標(biāo)和原則為生產(chǎn)的合理和可持續(xù)發(fā)展，生活上滿足物質(zhì)需求和精神需求，生態(tài)上呈現(xiàn)和諧的“三生空間”(生產(chǎn)空間—生活空間—生態(tài)空間)發(fā)展理念。因此，三生空間的協(xié)調(diào)發(fā)展已成為中國(guó)生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容之一。

在國(guó)外學(xué)者研究中，Jun M等[3]從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)角度對(duì)土地功能進(jìn)行歸納； O’Sullivan L[4]通過(guò)界定土地功能管理，提出將功能性土地管理(FLM)作為可持續(xù)性政策的整合途徑； W?stfelt A[5]研究生產(chǎn)土地功能中農(nóng)場(chǎng)和土地的利用變化和空間格局；Cho S E等[6]和Pula W等[7]運(yùn)用承載力模型研究和評(píng)價(jià)土地功能構(gòu)建問(wèn)題。國(guó)內(nèi)學(xué)者則基于不同的地理視角進(jìn)行研究和討論，對(duì)三生空間分析方法進(jìn)行劃分，主要包括：探究LUCC(土地利用/土地覆蓋變化)的中國(guó)三生空間分類(lèi)評(píng)價(jià)[8]、時(shí)空演化[9-12]和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[13]，選取國(guó)土空間質(zhì)量評(píng)價(jià)和承載力體系模型進(jìn)行適宜性分析[14-15]，研究國(guó)土空間優(yōu)化的城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)及三生用地分類(lèi)體系結(jié)合特征[16-17]，測(cè)度三生空間功能耦合協(xié)調(diào)度，對(duì)生產(chǎn)—生活—生態(tài)相關(guān)性做出評(píng)價(jià)以及提出協(xié)調(diào)發(fā)展對(duì)策[18]，測(cè)算三生空間對(duì)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)服務(wù)的時(shí)空分布影響程度[19-21]。

梳理相關(guān)研究成果得出，三生空間的研究評(píng)價(jià)主題主要集中于用地分類(lèi)體系[8,13-14]，研究尺度多為行政單元[9,17]，而較少關(guān)注到經(jīng)濟(jì)單元[11]。在新型城鎮(zhèn)化發(fā)展中，三生空間對(duì)城市群的影響作用逐漸增大，因此亟需深入開(kāi)展基于城市群的三生空間時(shí)空演變格局和發(fā)展過(guò)程的研究。本文依據(jù)三生空間分類(lèi)評(píng)價(jià)體系[8,10]，采用ArcGIS 10.4.1將研究區(qū)的土地按其功能進(jìn)行重分類(lèi)，根據(jù)三生空間功能測(cè)度模型和空間異質(zhì)性評(píng)價(jià)方法，分析太原城市群2000，2005，2010，2018年時(shí)空格局演變特征，從而揭示其三生空間格局的發(fā)展規(guī)律。相關(guān)結(jié)論可為太原城市群生態(tài)文明建設(shè)的政策制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

太原城市群以“一帶一路”[22]為發(fā)展背景，發(fā)揮北聯(lián)俄蒙走廊，南通新亞歐大陸橋，以及連通秦皇島的煤炭鐵路專(zhuān)線的區(qū)域優(yōu)勢(shì)，已發(fā)展成為山西省經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)，也是國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)的14個(gè)城市群之一。依據(jù)《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃》指出太原城市群包括太原市的古交市、尖草坪區(qū)、晉源區(qū)、婁煩縣、清徐縣、萬(wàn)柏林區(qū)、小店區(qū)、杏花嶺區(qū)、陽(yáng)曲縣、迎澤區(qū)，晉中市的介休市、平遙縣、祁縣、太谷縣、榆次區(qū)，呂梁市的交城縣、嵐縣、文水縣、孝義市、汾陽(yáng)市，忻州市的靜樂(lè)縣。研究區(qū)位于黃土高原生態(tài)脆弱區(qū)東部，東南部為太原盆地，西側(cè)為呂梁山區(qū)，東側(cè)為太行山區(qū)，呈現(xiàn)“中間低、東西高”的地形特征，以溫帶大陸性氣候?yàn)橹?。研究區(qū)總面積2.08×104km2，占山西省總面積13.87%。2017年區(qū)域GDP為4.89×1011元，占山西省GDP的32.11%，常住人口為8.52×106人，占山西省總?cè)丝诘?3.02%。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

文中圖件涉及的行政區(qū)域邊界來(lái)源于國(guó)家測(cè)繪地理信息局基礎(chǔ)地理信息中心(http:∥ngcc.sbsm.gov.cn/)1∶400萬(wàn)數(shù)據(jù)，審圖號(hào)為GS(2016)2556號(hào)，地理數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥www.resdc.cn)，地形數(shù)據(jù)為90 m分辨率DEM圖，土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)為劉紀(jì)遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)[23-24]制作的1∶10萬(wàn)數(shù)據(jù)，年份涉及2000，2005，2010，2018年共4期，空間分辨率為30 m。具體選取原則為：選擇5月上旬至10月中旬的圖像，該時(shí)段云量較少，植被生長(zhǎng)茂盛，能較好反映土地利用類(lèi)型[23]。土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)依據(jù)最新《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》GB/T 21010-2017對(duì)土地進(jìn)行重分類(lèi)，包括耕地、林地、草地、建設(shè)用地、未利用地和水域。社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于《山西省統(tǒng)計(jì)年鑒(2001—2018)》以及相應(yīng)年份的縣(市、區(qū))國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)。

2 研究方法

2.1 三生空間分類(lèi)指標(biāo)體系

生產(chǎn)用地指人類(lèi)初級(jí)產(chǎn)品生產(chǎn)活動(dòng)所需的土地，生活用地指滿足人類(lèi)生存、娛樂(lè)、學(xué)習(xí)和休息的土地，生態(tài)用地指具有調(diào)節(jié)和修復(fù)功能并維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的土地[8]。為正確處理“生產(chǎn)—生活—生態(tài)”的用地關(guān)系，并結(jié)合三生空間的相關(guān)研究[10]，依據(jù)研究區(qū)內(nèi)耕地既是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地，發(fā)揮著生產(chǎn)功能，為半生產(chǎn)用地，也是人工生態(tài)系統(tǒng)用地，發(fā)揮著生態(tài)功能，為半生態(tài)用地，兩者相權(quán)，生產(chǎn)功能為主要功能，生態(tài)功能應(yīng)屬次要功能；草地的主導(dǎo)功能是生態(tài)功能，也承擔(dān)了部分的農(nóng)牧生產(chǎn)功能，生態(tài)功能為主要功能，生產(chǎn)功能應(yīng)屬次要功能；建設(shè)用地為人們生活提供場(chǎng)所，是主要的生活用地；林地、草地、水域和未利用地中的部分土地利用類(lèi)型，屬于完全的生態(tài)用地，發(fā)揮著重要的生態(tài)價(jià)值。因此對(duì)研究區(qū)土地主次功能的強(qiáng)弱特征劃分土地等級(jí)(見(jiàn)表1)。

2.2 三生空間功能測(cè)度模型

功能指具有內(nèi)外部聯(lián)系與關(guān)系的特定結(jié)構(gòu)的事物或系統(tǒng)所表現(xiàn)出來(lái)的特征和能力[10]。功能測(cè)度是指不僅能保障自身需求，也可以對(duì)其他系統(tǒng)支撐和協(xié)作能力產(chǎn)生作用[25]。本文基于三生空間的發(fā)展原則[26]，運(yùn)用功能測(cè)度模型[13]測(cè)算太原城市群三生空間功能指數(shù)(production-living-ecological functional index， PLEFI)，分別計(jì)算生產(chǎn)空間功能指數(shù)(productional functional index， PFI)、生活空間功能指數(shù)(living functional index， LFI)和生態(tài)空間功能指數(shù)(ecological functional index， EFI)。計(jì)算空間功能指數(shù)平均值，計(jì)算公式為：

(1)

表1 太原城市群三生空間土地利用分類(lèi)體系及評(píng)分

太原城市群運(yùn)用均分法將PLEFI劃分為5類(lèi)[27](1.65～1.74為低值，1.74～1.77為較低值，1.77～1.83為中等值，1.83～1.89為較高值和1.89～1.95為高值)。PFI劃分為5類(lèi)(0.40～0.80為低值，0.80～1.20為較低值，1.20～1.60為中等值，1.60～2.00為較高值和2.00～2.40為高值)。LFI劃分為5類(lèi)(0.00～0.40為低值，0.40～0.80為較低值，0.80～1.20為中等值，1.20～1.60為較高值和1.60～2.00為高值)。EFI劃分為5類(lèi)(1.60～2.20為低值，2.20～2.80為較低值，2.80～3.40為中等值，3.40～4.00為較高值和4.00～4.60為高值)。

土地功能之間的協(xié)調(diào)呈現(xiàn)差異性，為準(zhǔn)確判斷三生空間的功能測(cè)度，本文利用空間自相關(guān)測(cè)度研究單元和相鄰單元之間的集聚趨勢(shì)，綜合分析三生空間的空間集聚特征，通過(guò)Getis-Ord Gi指數(shù)分析研究區(qū)縣域三生空間的集聚狀態(tài)[9]，由此探討三生空間功能性分異和異質(zhì)性特征，計(jì)算公式為：

(2)

(3)

式中：Wij為要素i和j之間的空間權(quán)重矩陣；xi和xj為要素i和j的屬性值；n為研究區(qū)縣域數(shù)量之和；s為所有空間權(quán)重的聚合。

3 結(jié)果與分析

3.1 三生空間時(shí)空格局演變

運(yùn)用ArcGIS 10.4.1中的自然間斷點(diǎn)分級(jí)法，結(jié)合山西省自然資源廳土地利用規(guī)劃方案[28]，將“三生”空間劃分為縮減、保持和擴(kuò)張3種類(lèi)型，進(jìn)而得出“三生”空間演變格局(見(jiàn)圖1)。

圖1 2000-2018年太原城市群“三生”空間格局演變

3.1.1 生產(chǎn)空間格局演變 以太原城市群生產(chǎn)空間原始30 m分辨率土地利用類(lèi)型影像為樣本，對(duì)其重分類(lèi)并評(píng)分(見(jiàn)表1)，得出生產(chǎn)空間格局。研究區(qū)2000—2018年生產(chǎn)空間(見(jiàn)圖1)主要集中在東南部(太原盆地)，其余分布于忻定盆地內(nèi)和太原盆地邊界，西北部呈稀疏分布。

研究區(qū)生產(chǎn)空間格局演變呈現(xiàn)縮減和擴(kuò)張范圍相對(duì)平衡，東南部、南部和東部以縮減為主，西北部和西南部以擴(kuò)張為主，南部和東部則有少量擴(kuò)張(見(jiàn)圖2a)。

圖2 2000-2018年太原城市群生產(chǎn)空間格局

生產(chǎn)空間總面積縮減為49.69 km2，耕地占比較大(年平均縮減0.45%)，其余土地利用類(lèi)型占比小，2000—2010年耕地平均縮減0.19%，究其原因?yàn)?999年山西省成為退耕還林還草政策的試點(diǎn)區(qū)域，2010—2018年耕地平均縮減0.97%，在此期間，太原城市群建設(shè)用地的快速增加，部分耕地被轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。土地潛力是土地自然要素相互作用表現(xiàn)出的潛在生產(chǎn)能力，并通過(guò)空間結(jié)構(gòu)、自然條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)敏感性反映[29]。本文運(yùn)用最新農(nóng)田生產(chǎn)潛力數(shù)據(jù)[30]對(duì)生產(chǎn)空間土地潛力進(jìn)行判斷。研究區(qū)土地潛力表現(xiàn)為東南部(太原盆地)生產(chǎn)潛力最高，北部忻定盆地內(nèi)和太原盆地邊界生產(chǎn)潛力較高，西北部生產(chǎn)潛力較低，西部生產(chǎn)潛力最低，土地潛力分布與生產(chǎn)空間基本相符。生產(chǎn)空間整體呈現(xiàn)西北部和西南部擴(kuò)張快，東部和東南部縮減快的變化，研究區(qū)生產(chǎn)空間發(fā)展態(tài)勢(shì)與糧食生產(chǎn)區(qū)(太原盆地)基本相同。

3.1.2 生活空間格局演變 太原城市群2000—2018年生活空間格局變化明顯，呈現(xiàn)東部密集、西部稀疏的格局，且變化為東南部至西北部逐漸減少(見(jiàn)圖3)。

圖3 2000-2018年太原城市群生活空間格局

生活空間集中于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速的太原市主城區(qū)(杏花嶺區(qū)、萬(wàn)柏林區(qū)、晉源區(qū)、小店區(qū)、迎澤區(qū)和杏花嶺區(qū))。研究區(qū)生活空間格局演變呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢(shì)(見(jiàn)圖1b)，主要集中于東部。2000—2018年生活空間用地范圍增大(年平均擴(kuò)張4.23%)，總面積增幅為967.95 km2，建設(shè)用地為生活空間演變主要影響因素，其中，2000—2010年生活空間用地平均擴(kuò)張1.29%，2000—2010年GDP由5.00×1010元增加到2.30×1011元，2010—2018年生活空間用地平均擴(kuò)張10.10%，2010—2018年GDP由2.30×1011元增加到4.89×1011元，特別是2012年太原市主城區(qū)建設(shè)速度加快導(dǎo)致生活空間擴(kuò)張明顯。生活空間擴(kuò)張東部最快，因城市開(kāi)發(fā)較早，且基礎(chǔ)設(shè)施和城區(qū)發(fā)展建設(shè)投入最多。生活空間東南部擴(kuò)張較快，增長(zhǎng)的地區(qū)為貧困地區(qū)和工業(yè)發(fā)展地區(qū)，隨著貧困問(wèn)題的逐步解決和工業(yè)化的快速發(fā)展使人口生活質(zhì)量提高，從而促進(jìn)生活空間快速擴(kuò)張。生活空間西北部、西部和中部擴(kuò)張較慢，因地形因素(山地)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)程慢、人口稀少和貧困問(wèn)題的存在仍對(duì)發(fā)展影響較大。研究區(qū)土地潛力呈現(xiàn)東部高，西部低的格局，生活空間以自然條件和人口相關(guān)，土地潛力對(duì)生活空間影響較低，土地潛力分布與生活空間基本相符。因此，生活空間整體呈現(xiàn)逐年擴(kuò)張的趨勢(shì)，但東部和東南部部分地區(qū)生活空間內(nèi)部呈現(xiàn)較小的縮減態(tài)勢(shì)，源自城市生態(tài)景觀、綠地廊道和游憩公園的修建。

3.1.3 生態(tài)空間格局演變 太原城市群2000—2018年生態(tài)空間格局變化明顯(見(jiàn)圖4)，主要呈圈層狀分布于西部的呂梁山區(qū)，東部的太原市主城區(qū)生態(tài)空間分布最少。生態(tài)格局總體呈現(xiàn)西部稠密和東部稀疏的格局。

圖4 2000-2018年太原城市群生態(tài)空間格局

生態(tài)空間演變格局明顯且用地面積整體縮減(見(jiàn)圖1c)，研究區(qū)東部和南部以縮減為主，總面積縮減為967.95 km2，但少部分地區(qū)略有增加。太原城市群處于干旱與半干旱自然過(guò)渡帶，林地和草地占比大，耕地占比較大，其余土地利用類(lèi)型占比小，2000—2018年研究區(qū)林地年平均擴(kuò)張0.03%，草地年平均縮減0.16%，耕地年平均縮減0.45%。其中，2000—2005年林地平均擴(kuò)張0.006%，草地平均擴(kuò)張0.04%，在于1999年山西省成為退耕還林還草政策的試點(diǎn)區(qū)，且林木生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)，森林覆蓋度較低，故林木斑塊變幅較小，草地生長(zhǎng)較快，斑塊明顯擴(kuò)張。研究區(qū)2010—2018年林地平均擴(kuò)張0.09%，草地平均縮減0.57%，山西省在2014年再次推進(jìn)退耕還林還草政策，林木數(shù)量明顯增長(zhǎng)，同時(shí)生態(tài)區(qū)林地面積不斷增長(zhǎng)、森林覆蓋度提高以及部分草地類(lèi)別轉(zhuǎn)為林地，但為了滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展需求，部分生態(tài)用地變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，主要集中于東部和東南部。研究區(qū)土地潛力呈現(xiàn)西部低潛力，東部高潛力的格局，生態(tài)空間突出表現(xiàn)為生態(tài)敏感性和自然條件，土地潛力分布與生態(tài)空間基本相符。因此，研究區(qū)生態(tài)空間整體為中部和南部呈縮減趨勢(shì)，而少部分西部區(qū)域呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，研究區(qū)在城市化快速發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的大背景下，需要更加注重生態(tài)空間的建設(shè)和生態(tài)植被的保護(hù)。

3.2 三生空間功能評(píng)價(jià)

3.2.1 三生空間總體測(cè)度 因三生空間的發(fā)展協(xié)調(diào)性差異明顯，為探索區(qū)域三生空間發(fā)展規(guī)律，進(jìn)而將景觀生態(tài)轉(zhuǎn)為區(qū)域生態(tài)尺度[31]，提高國(guó)土空間優(yōu)化的可操作性，參考中國(guó)地域多功能性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[32]，采用縣域區(qū)劃圖的方式評(píng)價(jià)和分析研究區(qū)2000—2018年三生空間功能性與相關(guān)性。太原城市群2000—2018年P(guān)LEFI發(fā)展較為平穩(wěn)，但PLEFI值有所下降。PLEFI為東部功能性明顯偏高，并由東部向四周呈放射狀遞減趨勢(shì)，呈現(xiàn)都市區(qū)的“核心—邊緣”模式(見(jiàn)圖5)。2000年總體PLEFI值為1.741，小店區(qū)為高值，清徐縣為較高值，榆次區(qū)、交城縣、文水縣、汾陽(yáng)市和平遙縣為中等值，尖草坪區(qū)、萬(wàn)柏林區(qū)、晉源區(qū)、太谷縣、祁縣、孝義市和嵐縣為較低值，杏花嶺區(qū)、迎澤區(qū)、介休市、陽(yáng)曲縣、靜樂(lè)縣、婁煩縣和古交市為低值。2005年總體PLEFI值為1.740，孝義市變?yōu)檩^高值，晉源區(qū)和介休市變?yōu)橹械戎?，交城縣變?yōu)榈椭?，其余縣市未發(fā)生變化。2010年總體PLEFI值為1.739，小店區(qū)和清徐縣變?yōu)檩^高值，孝義市變?yōu)闉檩^低值，萬(wàn)柏林區(qū)變?yōu)榈椭?，其余縣市未發(fā)生變化。2018年總體PLEFI值為1.737，各縣市未發(fā)生變化。通過(guò)全局空間自相關(guān)莫蘭指數(shù)檢驗(yàn)出研究區(qū)PLEFI值空間上具有相關(guān)性，呈現(xiàn)正相關(guān)。通過(guò)局部空間自相關(guān)測(cè)算，研究區(qū)PLEFI值呈現(xiàn)東南部高高聚類(lèi)、西部部分地區(qū)低低聚類(lèi)、東北部高低聚類(lèi)的特征，其余地區(qū)為不顯著。研究區(qū)三生空間Getis-Ord Gi指數(shù)表明熱點(diǎn)主要分布在東南部且為高水平的空間集聚，冷點(diǎn)主要分布在西部、東北部地區(qū)，其余區(qū)域?yàn)椴伙@著地區(qū)。通過(guò)檢驗(yàn)得出研究區(qū)三生空間功能性測(cè)度高值區(qū)主要分布于東南地區(qū)。

圖5 2000-2018年太原城市群三生空間功能性評(píng)價(jià)

3.2.2 生產(chǎn)空間測(cè)度 太原城市群2000—2018年生產(chǎn)空間總體變化較小。2000—2018年P(guān)FI內(nèi)部測(cè)度差異大，由東南部向西北部降低，南部地區(qū)整體功能性較好，西部地區(qū)生產(chǎn)功能性最弱(見(jiàn)圖6)。東南部為盆地地形，易于開(kāi)墾農(nóng)業(yè)，西北部為山地地形，坡度大于25°不宜開(kāi)墾農(nóng)田，與此同時(shí)，西北部為退耕還林和生態(tài)保育的重點(diǎn)監(jiān)控地區(qū)，以植樹(shù)造林為主。由于生產(chǎn)空間對(duì)地形條件要求高，盆地更易農(nóng)業(yè)集聚發(fā)展，形成南部農(nóng)谷區(qū)的集聚。

2000年研究區(qū)PFI小店區(qū)、清徐縣為高值，交城縣、汾陽(yáng)市、平遙縣、榆次區(qū)、祁縣、文水縣和汾陽(yáng)市為較高值，嵐縣、靜樂(lè)縣、尖草坪區(qū)、晉源區(qū)、太谷縣和孝義市為中等值，陽(yáng)曲縣、婁煩縣、古交市、萬(wàn)柏林區(qū)、杏花嶺區(qū)和迎澤區(qū)為較低值，介休市為低值。2005年P(guān)FI孝義市和介休市變?yōu)檩^高值，交城縣變?yōu)榈椭?，其余縣市未發(fā)生變化。2010年P(guān)FI孝義市和文水縣變?yōu)橹械戎?，其余縣市未發(fā)生變化。2018年P(guān)FI為1.32，杏花嶺區(qū)和迎澤區(qū)變?yōu)榈椭?，其余縣市未發(fā)生變化。運(yùn)用全局空間自相關(guān)檢驗(yàn)，研究區(qū)PFI值具有相關(guān)性，呈現(xiàn)正相關(guān)。通過(guò)局部空間自相關(guān)測(cè)算，研究區(qū)PFI值整體呈現(xiàn)不顯著特征。研究區(qū)生產(chǎn)空間Getis-Ord Gi指數(shù)表明熱點(diǎn)主要分布在東南部且為高水平的空間集聚，冷點(diǎn)主要分布在東北部和中部部分地區(qū)且集聚范圍擴(kuò)大，其余區(qū)域?yàn)椴伙@著地區(qū)。通過(guò)檢驗(yàn)得出研究區(qū)生產(chǎn)空間功能性測(cè)度高值區(qū)主要分布于東南地區(qū)。

圖6 2000-2018年太原城市群生產(chǎn)空間功能性評(píng)價(jià)

3.2.3 生活空間測(cè)度 太原城市群2000—2018年生活空間總體呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢(shì)。2000—2018年LFI逐漸增加，呈現(xiàn)東部集中趨勢(shì)(見(jiàn)圖7)。

生活功能持續(xù)高的區(qū)域主要位于東部，集中在迎澤區(qū)、杏花嶺區(qū)、尖草坪、小店區(qū)、萬(wàn)柏林區(qū)和晉源區(qū)，由東部向西北部降低的趨勢(shì)，南部和東北部的生活功能測(cè)度LFI相對(duì)較低，西北部為低功能性。東部地區(qū)為盆地地形，三面環(huán)山、有汾河流經(jīng)且為省會(huì)城市所在地，發(fā)展較早，虹吸效應(yīng)使人口分布呈現(xiàn)集中態(tài)勢(shì)，人口規(guī)模高于其他縣市，其中小店區(qū)、萬(wàn)柏林區(qū)、杏花嶺區(qū)人口較多，人口數(shù)量直接影響建設(shè)用地需求量。

圖7 2000-2018年太原城市群生活空間功能性評(píng)價(jià)

因此，2000—2010年城市發(fā)展以迎澤區(qū)、小店區(qū)、杏花嶺區(qū)、尖草坪區(qū)、晉源區(qū)和萬(wàn)柏林區(qū)為主，2010—2018年城市建設(shè)加快，城市由老城區(qū)向外輻射，南部太谷縣、介休市、孝義市等得以發(fā)展。以縣域尺度對(duì)研究區(qū)測(cè)評(píng)，2000年迎澤區(qū)LFI值較高，小店區(qū)、杏花嶺區(qū)、尖草坪區(qū)和萬(wàn)柏林區(qū)為中等值，晉源區(qū)為較低值，古交市、婁煩縣、清徐縣、陽(yáng)曲縣、介休市、平遙縣、祁縣、太谷縣、榆次區(qū)、交城縣、嵐縣、文水縣、孝義市和靜樂(lè)縣為低值。2005年LFI清徐縣變?yōu)檩^低值，其余縣市未發(fā)生變化。2010年LFI尖草坪區(qū)變?yōu)橹械戎?，其余縣市未發(fā)生變化。2018年總體LFI指數(shù)為0.71，小店區(qū)、杏花嶺區(qū)變?yōu)楦咧?，尖草坪區(qū)、萬(wàn)柏林區(qū)變?yōu)檩^高值，孝義市和晉源區(qū)變?yōu)橹械戎?，榆次區(qū)、清徐縣、文水縣、汾陽(yáng)市、介休市、平遙縣變?yōu)闉檩^低值，其余縣市未發(fā)生變化。運(yùn)用全局空間自相關(guān)檢驗(yàn)，研究區(qū)LFI值具有相關(guān)性，呈現(xiàn)正相關(guān)。通過(guò)局部空間自相關(guān)測(cè)算，研究區(qū)LFI值呈現(xiàn)中部高高聚類(lèi)、西北部低低聚類(lèi)的特征，其余地區(qū)不顯著。研究區(qū)生活空間Getis-Ord Gi指數(shù)表明熱點(diǎn)主要以高水平的空間集聚分布在中部且集聚范圍不斷擴(kuò)大，冷點(diǎn)主要分布在西北部，其余區(qū)域?yàn)椴伙@著地區(qū)。通過(guò)檢驗(yàn)得出研究區(qū)生活空間功能性測(cè)度高值區(qū)主要分布于中部地區(qū)。

3.2.4 生態(tài)空間測(cè)度 太原城市群2000—2018年生態(tài)空間總體呈現(xiàn)縮減趨勢(shì)。2000—2018年?yáng)|部和南部生態(tài)空間呈縮減趨勢(shì)，生態(tài)空間由西北部主導(dǎo)。生態(tài)功能由西北部地區(qū)向東南部地區(qū)降低，其中，陽(yáng)曲縣2000—2018年保持較高，交城縣2005—2018年保持最高(見(jiàn)圖8)。研究區(qū)南部EFI總體較低，東部地區(qū)為低。研究區(qū)受地形影響，地勢(shì)中間低、東西高，呂梁山區(qū)為生態(tài)保護(hù)區(qū)、婁煩縣和陽(yáng)曲縣為生態(tài)保育區(qū)、古交市為采煤植被恢復(fù)區(qū)，導(dǎo)致其生態(tài)空間發(fā)生位移。2000年研究區(qū)EFI介休市、陽(yáng)曲縣和婁煩縣為高值，太谷縣、汾陽(yáng)市、文水縣、古交市、靜樂(lè)縣和嵐縣為較高值，孝義市、平遙縣、祁縣、交城縣、榆次區(qū)、清徐縣、晉源區(qū)、萬(wàn)柏林區(qū)、迎澤區(qū)和杏花嶺區(qū)為中等值，尖草坪區(qū)和小店區(qū)為較低值。2005年EFI介休市變?yōu)橹械戎?，其余縣市未發(fā)生變化。2010年EFI各縣市未發(fā)生變化。2018年總體EFI指數(shù)為3.21，婁煩縣變?yōu)檩^高值，汾陽(yáng)市變?yōu)橹械戎?，迎澤區(qū)和清徐縣變?yōu)檩^低值，小店區(qū)變?yōu)榈椭担溆嗫h市未發(fā)生變化。運(yùn)用全局空間自相關(guān)檢驗(yàn)，研究區(qū)EFI值具有相關(guān)性，呈現(xiàn)正相關(guān)。通過(guò)局部空間自相關(guān)測(cè)算，研究區(qū)EFI值呈現(xiàn)西北高高聚類(lèi)，中部部分地區(qū)低低聚類(lèi)的特征，其余地區(qū)不顯著。研究區(qū)生態(tài)空間Getis-Ord Gi指數(shù)表明熱點(diǎn)主要分布在西部且高水平的空間集聚集中在西北部，冷點(diǎn)主要分布在中部部分和東部部分地區(qū)，其余區(qū)域?yàn)椴伙@著地區(qū)。通過(guò)檢驗(yàn)得出研究區(qū)生活空間功能性測(cè)度高值區(qū)主要分布于西部地區(qū)。

圖8 2000-2018年太原城市群生態(tài)空間功能性評(píng)價(jià)

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié) 論

本文采用ArcGIS 10.4.1將太原城市群的土地按其功能進(jìn)行重分類(lèi)，根據(jù)三生空間功能測(cè)度模型和空間異質(zhì)性評(píng)價(jià)等方法，分析太原城市群各時(shí)段時(shí)空格局演變特征，探究2000—2018年太原城市群三生空間總體時(shí)空演變格局和區(qū)域內(nèi)部功能性差異。

(1) 太原城市群生產(chǎn)空間格局集中在太原盆地、其余分布于忻定盆地和太原盆地交界處，西北部呈稀疏分布，生活空間格局集中于東部、大部分集中于東南部，生態(tài)空間格局集中于西部、東部稀疏，且生產(chǎn)空間、生活空間和生態(tài)空間格局與土地潛力分布基本相符。

(2) 研究區(qū)三生空間功能測(cè)度時(shí)間格局未發(fā)生明顯變化，景觀格局內(nèi)部分布差異明顯，縣域尺度功能性差異也明顯，呈現(xiàn)東部功能性明顯偏高，并由東部向四周呈現(xiàn)放射狀遞減趨勢(shì)；生產(chǎn)功能高的區(qū)域位于東南部并由東南部向西北部降低，生活功能持續(xù)高的區(qū)域位于東部且呈現(xiàn)東部向西北部降低，生態(tài)功能高的區(qū)域位于西北部，功能性由西北部地區(qū)向東南部地區(qū)降低，三生空間遵循大都市區(qū)的“核心—邊緣”模式。

(3) 本文通過(guò)運(yùn)用三生空間土地利用分類(lèi)評(píng)價(jià)體系，構(gòu)建功能測(cè)度模型，探索太原城市群三生空間格局演變特征和功能。三生空間實(shí)質(zhì)是反映人地關(guān)系在空間上的整體性、差異性和綜合性，受研究區(qū)土地狀況影響，結(jié)合中國(guó)三生空間分類(lèi)評(píng)價(jià)對(duì)三生空間土地利用分類(lèi)體系做出相應(yīng)調(diào)整，以符合研究區(qū)的土地利用地域狀況。為使三生空間分析更精確，評(píng)價(jià)研究區(qū)功能性測(cè)度和空間相關(guān)性時(shí)加入社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行探索。經(jīng)濟(jì)社會(huì)生態(tài)發(fā)展及區(qū)域因素時(shí)間尺度較完整，但空間定量分析仍不充分，今后仍需向微觀空間尺度系統(tǒng)完善，并深入分析三生空間分異和異質(zhì)性特征，判斷三生空間功能性驅(qū)動(dòng)因素。

4.2 建 議

太原城市群位于黃土高原生態(tài)脆弱區(qū)，東南部和北部以盆地為主，東西兩側(cè)為山脈。因此研究區(qū)發(fā)展應(yīng)遵循國(guó)土空間規(guī)劃的三區(qū)三線原則，避免過(guò)大圈地，要重視區(qū)域內(nèi)部結(jié)構(gòu)合理發(fā)展，通過(guò)研究區(qū)內(nèi)部土地利用和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以促進(jìn)三生空間總體協(xié)調(diào)發(fā)展。

(1) 研究區(qū)生產(chǎn)空間對(duì)地形條件要求較大，平坦的盆地適宜大規(guī)模耕種，并且盆地人口聚集對(duì)生產(chǎn)空間發(fā)展有促進(jìn)作用。對(duì)于生產(chǎn)空間發(fā)展，保證永久基本農(nóng)田不被占用、不被非農(nóng)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)，生產(chǎn)用地要依據(jù)地形條件合理發(fā)展種植業(yè)。運(yùn)用農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)，依據(jù)氣候降水條件發(fā)展生產(chǎn)，保障基本糧食供應(yīng)和特色雜糧出口，使生產(chǎn)用地在三生空間中合理使用。

(2) 研究區(qū)為區(qū)域性城市群，也是重工業(yè)和北煤南運(yùn)的重要紐帶。研究區(qū)城鎮(zhèn)發(fā)展呈現(xiàn)以東部為中心的發(fā)展趨勢(shì)，并向南部擴(kuò)展。對(duì)于生活空間發(fā)展因避開(kāi)地質(zhì)災(zāi)害區(qū)和斷層，落后地區(qū)和貧困地區(qū)的居民生活基礎(chǔ)公共服務(wù)設(shè)施進(jìn)行重點(diǎn)投資建設(shè)，如廉租房、休閑廣場(chǎng)等；中心城市，特別是太原市主城區(qū)，要向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型，提高金融業(yè)和服務(wù)業(yè)的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新水平、城市公園綠地建設(shè)規(guī)模和文化產(chǎn)業(yè)建設(shè)質(zhì)量情況；資源城市要合理布局工業(yè)企業(yè)與居民生活空間的位置。

(3) 研究區(qū)生態(tài)空間格局范圍最廣，要基于生態(tài)保護(hù)紅線，依據(jù)東南部地區(qū)盆地、東西兩側(cè)山脈的地形條件地形，呂梁山區(qū)為生態(tài)保護(hù)區(qū)，古交市及其周邊為采煤植被恢復(fù)區(qū)。對(duì)于生態(tài)空間發(fā)展，應(yīng)堅(jiān)持生態(tài)涵養(yǎng)為主，保證生態(tài)用地面積，封山育林，并依據(jù)國(guó)家每年3%植樹(shù)造林的增長(zhǎng)率，因地制宜的植樹(shù)造林種草。對(duì)因發(fā)展生態(tài)而受損失的縣市和鄉(xiāng)村的居民進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償。太原盆地和忻定盆地在發(fā)展生產(chǎn)空間和生活空間時(shí)，要合理規(guī)劃生態(tài)用地，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要留出生態(tài)廊道以保持水土、防止土地鹽漬化，城市規(guī)劃要布局綠地和景觀植被公園以提高環(huán)境質(zhì)量。